化工生產與定量分析中的綜合計算問題練與析

1、化工生產及定量分析中的綜合計算問題練與析省實驗中學高三化學備課組本案例設置的指導思想：化學計算對于高中學生來說一直是個難度相對較大的板塊，對學生的 能力要求比較高?；瘜W計算問題設置的角度和題型比較多，而最近幾年高考化學試卷中有關計算的 題目有所減少，主要出現的方式為與其它板塊的知識容以及題型相交叉。結合化工生產過程中的具 體情景設置計算型問題是最近幾年考察學生綜合分析及計算能力的常見形式之一，化學定量分析中 的計算也是高中學生應該掌握的重要容。我校高三備課組主要針對該部分容，精心挑選出相關的試 題，通過同學的自主分析練習和老師的分析講解，力求能夠在該部分問題的解決能力上有所提高。 問題的重心主

2、要在原料的投料比、轉化率、定量分析等方面。問題示例1 （有關氨、氮肥等物質的生產方面）：某化肥廠以氨和空氣（其中氧氣的體積分數為0.2 ）為原料生產硝酸銨過程如下：催化劑其中反應為 4NH 3 + 50 2 4NO + 6H 2OA步驟中發(fā)生了兩個反應，將這兩個化學方程式合并為一個化學方程式，可表示為 若不考慮副反應且各步反應均完全，為使生產過程中不再補充空氣，則原料氣中氨（包括第步被硝酸吸收的氨）的體積分數最大值為 。假設實際生產中，反應、中含氮物質的利用率分別為a、b，反應中氨的利用率為 c、硝酸的利用率為100 %，則合成硝酸銨的整個流程中，氨的總利用率是多少？（要求寫出解題過程） 分析

3、：該問題前兩個問題主要考察學生對若干個反應進行加和后得到總的變化結果的方法，大多數同學都可以順利解決，最后一問則考察有關利用率問題，稍有難度。答案.（1） 4NO + 30 2 + 2H 20 = 4HNO 3（2 ） 1/6 （或 16.7% ）（3）解法一：假設消耗NH3的總物質的量為1mol，其中用于制取HNO 3的NH 3的物質的量為x mol ,被HNO 3吸收的NH3的物質的量為 ymol，則有：x+ y = 1、abx = cy。解得:cx =ab cabab c氨的總利用率=2abc xab + yc) / 1 =ab c解法二：假設第步參加反應的氨氣的物質的量為4mol ,則

4、：生成硝酸的物質的量4abmol ;第步需要氨氣的物質的量為4ab mol ;氨的總利用率=c4ab 4ab = 2abc4 4ab ab cc動手練1 ：以天然氣為原料合 成氨是新的生產氮肥的方法，它具有污染小、成本低等諸多特點，其H2O天然氣催化劑CO2N2空氣H2NHl。一定條件尿素(CO (NH 2) 2)NH4NO3過程大體如下:某工廠以標準狀況下的含 CH 4 89.6%的天然氣100 m 3為原料經過上述過程，生產尿素和硝酸銨。合成氨生產過程中氨的產率為60%，假設其它各步反應均完全且不考慮副反應，求100 m 3的天然氣可生產尿素的質量。(注：產率為實際產量與理論產量之比)為使

5、硝酸生產過程中不再補充空氣， 假設各步反應均完全且氨中氮元素全部轉化為HNO 3，空氣中氧氣的體積分數設為 20%，求由氨氣和空氣組成的原料氣中 (不包含被硝酸吸收的氨氣)氨氣與空 氣的體積比。實際生產中，若氨的產率為60%，硝酸的產率為80%，求100 m 3的天然氣最多可生產硝酸銨的質量。動手練 1 答案.(1) 192kg(2 ) 1 : 10( 3) 227 . 6kg動手練2 :.工業(yè)上用丁烷氧化法制醋酸，反應的化學方程式可表示為：一定條件2C4H10 + 50 24CH 3COOH + 2H2O現用58噸丁烷為原料制取醋酸，求：(1 )理論上需要標準狀況下的空氣 m 3 (設空氣中

6、02、N2的體積分數分別為 0.2、0.8 ),同時生成水噸。(2 )若生成的醋酸溶解在生成的水中，所得醋酸的質量分數為 %。(3)若同時生產質量分數為100%的冰醋酸m1噸和質量分數為 50%的醋酸m2噸，且匹x，需mb補充水y噸，則y與x的關系式為 ;若不補充水，則 m1 + m2 =。動手練 2 答案.(1) . 2.8 X 10 ； 18(2) . 86.96%(3). y 102 36x ； 1382x 1問題示例2 (關于氯堿工業(yè)) 工業(yè)上生產鹽酸，必須先合成氯化氫氣體，生產中得到的氯化氫氣體中或多或少都會含有生成氯化氫的一種反應物，將該混合物用蒸水吸收可得一定濃度的純鹽酸.，此過

7、程中逸出的氣體可以循環(huán)利用。(1) 寫出工業(yè)電解食鹽水制取H2和Cl 2的化學方程式： 。(2) 工業(yè)上要得到純鹽酸.并保障工人工作安全，如何合成氯化氫是關鍵的一步。則下列合成氯化氫氣體的方法能達到生產目的的是 。A .點燃H2和Cl2的混合物，二者體積(標準狀況下測定)比為1 ：1最合適 B .點燃H2和Cl2的混合物，二者體積(同溫同壓下測定)比不應為1 ：1C .純凈的H2在過量的Cl 2中安靜地燃燒D .純凈的Cl2在過量的H2中安靜地燃燒(3) 工業(yè)上電解質量分數為 23.4 %的精制食鹽水a kg,電解后殘液的密度為pkg / L。將產生的H2、Cl2在一定條件下反應制成質量分數為

8、36.5 %的鹽酸b kg，已知H2、C1 2的利用率均為c%。 殘液中氯化鈉的質量分數(用含a、b、c的代數式表示)為多少？。 殘液中NaOH的物質的量濃度(用含 a、b、c、p的代數式表示)為多少？解析：(2)不論H2在Cl2中燃燒，還是Cl 2在H2中燃燒，都是H2和Cl 2的反應，反應的溫度條 件是相同的，前者產生的HCI中混有一定的 Cl2，后者產生的HCI中混有一定量的 H2, HCI(CI 2)溶于水得到鹽酸和氯水的混合液，HCI(H 2)溶于水得到純鹽酸，H2可以循環(huán)利用。 根據氯元素守恒可得關系式：NaCI丄Cl2HCI ,電解過程中消耗NaCl的質量為：236.5% b c

9、%58 5 =58.5 b/ ckg，電解過程中溶液減少的質量為放出氣體的質量，其質量為：36.5c%36.5% b=36.5 Xb/ c kg，最后易求得殘液中 NaCl的質量分數和 NaOH的物質的量濃度。答案：(1)2NaCI + 2H2OH2 f + Cl2 f + 2NaOH (2)D0.234ac 58.5b100 pbw(NaCI) = ac 36.5b x 100 % c(NaOH) = ac 36.5b x 10mol/L問題示例3 .火法煉鋅是將閃鋅礦(主要含ZnS)焙燒使它轉化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風爐中加熱至1100 1300別為0.8、0.2)。主要反應

10、為：焙燒爐中：鼓風爐中：2C(s)+ O 2 (g) 2C0(g)鼓風爐中：Zn O(s)+CO(g) Zn (g)+COC,使鋅蒸餾出來(設空氣中 N2、02的體積分數分2Z nS(s)+3 O2 2Z nO (s)+2SO2 (g)鋅的質量分數為2(g)(1) ZnS質量分數為 62 %的閃鋅礦(雜質不含鋅數字)°(2) 焙燒爐產生的爐氣中SO 2的體積分數不超過(3) 鼓風爐容積固定，爐部分氣態(tài)物質物質的量濃度% (保留小數點后一位% (保留小數點后一位數字(mol/L) 變化如下：Zn 至少需補充焦炭時間/ minC0ZnCO 200.110020.10.010.0130.0

11、10.10.140.010.10.1;若生產中 C0的總利用率為 98 %,則每生產1 mol和H2的體積比為A. 4 : 1B. 8 : 1C. 2 : 3D. 3 : 5則鼓風爐中 C0的總轉化率為g °(4) 若ZnS全部轉化為 Zn ° 焙燒爐出來的 N2、02、SO2 的混合氣體中 N2占 82.5 %,鼓風爐中 C0的轉 化率為62.5 %,而O 2無剩余。則每生產1molZn ，應向焙燒爐和鼓風爐中鼓入新鮮空氣共為L(STP) °問題示例 4 .工業(yè)上可用下列反應來制取純硅：反應：Si(粗硅)+3HCl(g)=SiHCl3(l)+H 2(g)反應：S

12、iHCl 3(l)+H 2(g) = Si(純硅)+3HCl(g)。假設在每一輪次的投料生產中，硅元素無損失，反應中HCI的利用率為60%，反應中H 2的利用率為80%。則下一輪次的生產中，需補充投入HCI問題示例 5 (定量分析問題)化學在環(huán)境監(jiān)測中越來越顯示其重要作用，水體受還原性物質(主要是有機物)污染的程度常用化學需氧量(COD)來衡量。COD是指在一定條件下，用強氧化劑處理一定體積水樣時所消耗的強氧化劑相當于氧氣的質量，單位用mg/L表示。重鉻酸鉀法是指在強酸性溶液中，用一定量的重鉻酸鉀氧化(以Ag+作催化劑)水樣中的還原性物質，本身被還原為Cr3+，過量的重鉻酸鉀以試劑亞鐵靈作指示

13、劑，用硫酸亞鐵銨溶液回滴，根據相關試劑的用量即可求出水樣 的化學需氧量(COD) °(1) 當水樣中含有濃度較高 C1 時，常需加入HgS0 4溶液，HgS0 4作用及可能原因是： °(2) 滴定時硫酸亞鐵銨溶液需盛放在 (選填：“酸”或“堿”)式滴定管中。國家生活飲用水標準檢驗法(GB5750 85)中酚類的檢測下限為 0. 002mg / L°某水源受化工廠污染，酚含量達 0.282 mg / L,該污染的水樣中酚(以苯酚氧化成 C0 2計算)引起的化學需 氧量(COD)為mg / L °(4) 某化工園區(qū)有兩家企業(yè)排放出的廢水中，某次COD測量值高

14、達2100mg / L ,這兩家企業(yè)最有可能是° a 制糖廠b 水泥廠c 電鍍廠d 造紙廠(5) 現有某廢水樣品10 .OOmL,再加10mL 蒸餾水，然后加入10 . 00mL0.04000mol/ L心0207溶液，3mLl %硫酸一硫酸銀溶液，17mL硫酸汞溶液，加熱反應2h。在試亞鐵靈指示劑存在下用0.1000mol / L Fe(NH 4+)2(S04)2 溶液滴定多余的 3207，共用去 Fe(NH 4+)2(S0 4)2 溶液 12 . 00mL ° 試計算該水樣的化學需氧量(COD) °問題示例 5答案(1 )作用是：Hg2+與CL結合，以消除Cl

15、_的干擾。可能原因是： CL能被 酸性重鉻酸鉀氧化,并且能與催化劑 Ag+作用產生沉淀，影響測定結果。(2 )酸 (3 )0.672( 4)ad ( 5) 960mg/L動手練3 : Na2S2O3 5H2O (俗稱海波)是 照相 業(yè)常用 的一種定 影劑。工業(yè)上 制得 的 Na2S2O3 5H2O晶體中可能含有 Na2SO3。為測定某海波樣品的成分， 稱取三份質量不同的該樣品， 分別加入相同濃度的硫酸溶液30 mL，充分反應( W2S2O3 + H2SO4=Na2SO4 + SO 2 f+ SJ +H2O )后濾出硫，微熱濾液使 SO 2全部逸出。測得有關實驗數據如下表(氣體體積已換算為標準狀

16、況)。(1)所用硫酸溶第一份第二份第三份液的物質的量濃度樣品的質量/g6.83013.66030.000二氧化硫氣體的體積/L0.6721.3442.688為。(2 )樣品硫的質量/g0.8001.6003.200中n( Na2S2O3 5 H 2O): n( Na2SO3)=。(3 )某環(huán)境監(jiān)測小組用上述海波樣品配制含W2S2O3 0.100 mol L-1的海波溶液，并利用它測定某工廠廢水中 Ba2+的濃度。他們取廢水 50.00 mL ，控制適當的酸度加入足量的 K262O7溶 液，得BaCrO 4沉淀；沉淀經洗滌、過濾后，用適量的稀鹽酸溶解，此時CrO 42-全部轉化為CO?2-;再加

17、過量KI溶液，充分反應后，用上述配制的海波溶液進行滴定，反應完全時，測得消耗海波溶液的體積為36.00 mL 。已知有關反應的離子方程式為：Cr2O72- + 6I - + 14H + =2Cr 3+ + 312+ 7H 2O I + 2S 2。32- =21- + S 4。62- I + SO 32- + H 2O =21- + SO 42- + 2H +則滴定過程中可用 作指示劑。計算該工廠廢水中Ba 2+的物質的量濃度。動手練3 :該問題綜合性比較強，前兩個問題考察學生將化學反應過程和表格中的數據結合起來進行分析的能力，第三個問題則重點考察定量分析的計算，若審題不到位很容易忽視樣品中的亞

18、硫酸 根離子的作用而導致結果出錯。答案： (1 ) 4 mol L -1 (2 ) 5 : 1 ( 3)淀粉解：由(2 )知：n(W2S2O3) = 0.036L X 0.100 mol L-1 = 0.0036mol貝U: n (Na 2SO3) = 0.0036mol- 5 = 0.00072mol根據題意： 2BaCrO 4 Cr 2O72- 3I 2 6S 2O32-n1(BaCrO 4) = n(Na2S2O3)2=0.°036m°l 2 = 0.0012mol6 62BaCrO 4 Cr 2O72 3I 2 3SO 32n2(BaCrO 4) = WNSQ) 2 = O.OOWZmol 2 = 0.00048mol333貝U: c(Ba2+) = (1.20.48)