劉昶
中學(xué)化學(xué)中的循環(huán)反應(yīng)及計算
劉昶
(南京市大廠高級中學(xué)江蘇南京210044)
在一定條件下,某個反應(yīng)的生成物繼續(xù)與另一種物質(zhì)反應(yīng),又生成了原反應(yīng)的某種反應(yīng)物,可稱為“循環(huán)反應(yīng)”。其反應(yīng)的規(guī)律可表示為:
A+B=C+DC+E=A+F
在中學(xué)化學(xué)有關(guān)循環(huán)反應(yīng)的計算中,因反應(yīng)循環(huán)往復(fù),學(xué)生往往理不出頭緒來?,F(xiàn)將此簡便解題方法歸納如下:
例1:將一容積為20mL充滿NO氣體的試管倒插入水槽中,再向試管中通入相同狀況下一定量O2,充分反應(yīng)后剩余氣體2mL。求通入O2的體積?
NO與O2反應(yīng)生成NO2,NO2與H2O反應(yīng)生成HNO3和NO,NO又與O2反應(yīng),如此循環(huán)反復(fù),直接計算需用極限法,難以求解。如何才能讓NO、O2、H2O之間恰好完全反應(yīng)時量的關(guān)系直接呈現(xiàn)出來,是解題的關(guān)鍵。
我們可假設(shè):通入的O2恰好與NO完全反應(yīng)生成HNO3,由電子守恒可得:
或由方程式直接疊加:3×①+2×②消去NO2可得:
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
根據(jù)此總的反應(yīng)關(guān)系式,將“循環(huán)”反應(yīng)計算化解成過量計算,就能大大簡化解題過程。解析:剩余2mL氣體可能是NO或O2。
(1)設(shè)剩余2mL氣體是NO
解得:V(O2)=15mL
V(O2)總=15mL+2mL=17mL
同理,NO2與O2的混合氣體通入水中,NO2先與水反應(yīng)生成NO,之后循環(huán)開始。它們反應(yīng)的總化學(xué)方程式也可通過電子守恒或直接疊加得到:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
有關(guān)計算方法同上。
例2:將19.2gCu投入到1L0.1mol/L的HNO3、0.5mol/L的H2SO4混合溶液中充分反應(yīng)。求生成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積?
Cu與稀HNO3反應(yīng)生成Cu(NO3)2,而不與稀H2SO4反應(yīng),但H2SO4可補(bǔ)H+給Cu(NO3)2中的NO-3組成HNO3繼續(xù)與Cu反應(yīng),形成循環(huán)反應(yīng)。
如何才能使該循環(huán)反應(yīng)的計算,簡化為依總反應(yīng)方程式的一般過量計算呢?
若將反應(yīng):3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+ 4H2O改寫為離子方程式:
即可變成Cu、H+、NO3-三者之間的過量計算問題。
由以上關(guān)系式不難判斷,Cu、H+過量,以NO3-的物質(zhì)的量計算,可得以下關(guān)系式:
解得:n(NO)=0.1molV(NO)=2.24L
例3:在一盛足量Na2O2的密閉容器中充有O2和C3H8的混合氣體,用電火花持續(xù)引燃,充分反應(yīng)后,最終容器內(nèi)壓強(qiáng)為零。求:O2與C3H8的體積之比?
一旦引燃C3H8與O2的混合氣體,生成的CO2和H2O與Na2O2繼續(xù)反應(yīng)生成O2,C3H8與O2又發(fā)生反應(yīng),如此循環(huán)反復(fù)。計算方法仍然可假設(shè)Na2O2、O2、C3H8恰好反應(yīng),依總反應(yīng)方程式進(jìn)行計算。
利用C、H原子守恒可得:
或采用疊加法:2×(①+3×②+4×③)也可得:
由于該反應(yīng)中C3H8與O2的計量數(shù)之比為2∶3,因此,答案為:2∶3。
總之,在循環(huán)反應(yīng)中,弄清構(gòu)成循環(huán)的因素,利用電子守恒或原子守恒原理找出完全反應(yīng)時的總反應(yīng)方程式,再依據(jù)一般的過量計算即可使問題迎刃而解。
1008-0546(2010)01-0077-01
G632.479
B
10.3969/j.issn.1008-0546.2010.01.029