多步反应常用计算方法

专题 多步反应的有关计算

多步反应：又称递进反应。其特点是第一个反应的生成物是第二个反应的反应物，第二个反应的生成物是第三个反应的反应物，一直延续下去。多步反应常有两类计算：一是利用各反应式中物质的关系求初始量或终结量，通常采用关系式法；二是利用多步反应式中物质的关系进行范围计算，通常采用讨论法。 1．多步反应的关系式法：利用多步反应各化学方程式中物质的比例关系，依据元素守恒原理，通过加合或代换，消去中间产物，找出初始量与终结量的关系，列出最简关系式进行计算，从而简化了化学计算过程。关系式法常用于工业生产计算中。为此还要弄清两个关系：

(1) 原料利用率=

理论的原料用量实际投入原料总量×100% (2) 产物产率=产品实际产量产品理论产量×100%

通常应用的转化率对于原料来说是原料的利用率，对产品来说是产率。

【例1】工业上用硫铁矿生产硫酸，其反应为：4FeS

催化剂

2+11O高温2 2Fe2O3+8SO2，2SO2 + O2 △ 2SO3 ，SO3 + H2O = H2SO4 。已知燃烧1吨纯度为85%的硫铁矿，燃烧时损失2%的硫，生成的SO2的转化率

为90%，SO3的吸收率为99%。可得到98%的硫酸多少吨？

【分析】先根据方程式找出反应物与生成物的关系式，再依据定组成定律，当某一化合物损失X%时，其组成元素也都各自损失X%。因此，生产过程中损失2%的硫，即损失了2%的FeS2；同理，SO2转化了90%，也意味FeS2利用了90%。即把各步的转化率以及产率都当作纯度进行计算。 解： 由反应式(略)设可得98%H2SO4的质量为x，得到以下关系：

FeS2 ――――――――――――2H2SO4 120g 196g

1×106g×85%×(1-2%)×90%×99% 98% x 解得：x=1.24×106g=1.24 t 答：(略)

2．多步反应的讨论法：反应范围可通过两反应后的固体质量或气体体积、压强等方法确定。 【例2】将ａmolH2S通入含１molNaOH的溶液中，小心蒸干溶液,得到固体物质。填下表：

a A＜0.5 A=0.5 0.5＜a＜1 A=1 A＞1 固体物质的成份 【分析】由 ① ２NaOH＋H2S＝Na2S＋H2O ② NaOH＋H2S＝NaHS＋H2O 可知： 当ａ＝0.5时，按反应①进行，当ａ＝１时，按反应②进行。 当ａ＜0.5时，H2S不足，也按反应①进行，当ａ＞１时，H2S过量，也按反应②进行。

当ａ在0.5～1之间时。①②同时进行，用数轴表示如下。

H2 S/NaOH 0 1/2 1/1 a值 0 0.5 1 ∞ 发生的反应 反应① 反应① 反应①② 反应② 反应②

固体成分 NaOH NaOH.Na2S Na2S Na2S.NaHS NaHS NaHS

所以判断反应范围的方法：先据刚好完全反应的方程式确定2个(或多个)“点”，再根据\点\确定3个(或多个)区间，分析已知条件,确定具体反应是属于哪个区间或哪个点。 ⑵若ａ=0.8mol，求最后固体物质的成份及物质的量。

解：设xmolNaOH参与反应①，ymolNaOH参与②。

由２NaOH＋H2S＝Na2S＋H2O NaOH＋H2S＝NaHS＋H2O xmol x/2mol x/2mol ymol ymol ymol

因为反应物都反应完，故有 x + y =1 ① 联立①，②

x/2 + y=0.8 ② 解得： x=0.4mol y=0.6mol 即生成Na2S0.2mol，NaHS 0.6mol。 答：(略)

同步练习 班级 学号 姓名

1．煅烧含80tS2的硫铁矿时，损失了5%的硫，由SO2氧化成SO3的转化率为90%，

欲制取5t 98%的硫酸，需要该硫铁矿多少t？ 2．合成氨工业常用焦炭与水反应制取H2：C(s)+H2O(g) = CO+H2，CO+H2O(g) = CO2+H2，然后用H2与N2合成氨气。某化肥厂欲生产100t的NH4HCO3，理论上需要焦炭(含碳96%)多少t？(已知合成氨时H2的转化率为60%)

3．将一定量的H2S通入含50mL4mol/L的NaOH的溶液中,反应完毕后在常温和减压条件下用氮气吹干，得白色固体7.92g，试通过计算确定白色固体的组成用各的质量。

4．1LH2S和aLO2混合点燃，若反应前后温度和压强不变（20℃,1.01×105Pa），试确定a的取值范围和燃烧后的总体积V0。(用含a的表达式表示)