化學(xué)反應(yīng)不足或過量分析方法

甲烷不充分燃燒

2CH4+3O2=2CO+4H2O??

如果這個時候繼續(xù)充入O2微宝,

2CO + O2=2CO2


氫氧化鈉不足時

Al2(SO4)3+6NaOH=2Al(OH)3↓+3Na2SO4

這時候繼續(xù)滴入氫氧化鈉礼搁,生成的Al(OH)3會繼續(xù)反應(yīng)次酌,生成偏鋁酸鈉叁执。

Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O


對于某些反應(yīng)物的不足或過量此類問題握巢,這期我們將解決幾個精彩的問題

[if !supportLists]1僧凤、[endif]如何把兩個化學(xué)方程式寫成一個統(tǒng)一的化學(xué)方程式蜻拨?

[if !supportLists]2、[endif]反應(yīng)物的物質(zhì)的量的比在何種取值范圍下眠冈,代表誰過量飞苇?誰不足?或恰好完全反應(yīng)蜗顽?對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式是怎么樣的布卡?

[if !supportLists]3、[endif]已知反應(yīng)物的比值或量雇盖,求具體生成物及其數(shù)量忿等。

[if !supportLists]4、[endif]已知生成物的比值或量崔挖,反推反應(yīng)物的量贸街。


[if !supportLists]一、[endif]叁個數(shù)學(xué)性質(zhì)

1狸相、函數(shù)y=1/x (x>0)在x>0上是減函數(shù)薛匪,且y>0恒成立。 若有實數(shù)a脓鹃、b逸尖,a>0,b>0将谊。

當a>b時冷溶,0<1/a<1/b;當a≥b時尊浓,0<1/a≤1/b逞频;

當a<b時,1/a>1/b>0栋齿;當a≤b時苗胀,1/a≥1/b>0襟诸。


2.若有反應(yīng)式A+B+…→C+D+…其中n(A)>0且n(B)>0。

【那么n(A)/n(B)>0且n(B)/n(A)>0】基协。

若A的物質(zhì)的量越多或B物質(zhì)的量越少歌亲,那么n(A)/n(B)越大,n(B)/n(A)越欣酵浴陷揪;

若A的物質(zhì)的量越少或B物質(zhì)的量越多,那么n(A)/n(B)越小杂穷,n(B)/n(A)越大悍缠。


3.若有等式或方程式a+b+c+…=d+e+…。移項后新等式成立耐量,比如a+b+…=d+e-c+…飞蚓。

把方程兩邊都加上(或減去)同一個數(shù)或同一個整式,就相當于把方程中的某些項改變符號后廊蜒,從方程的一邊移到另一邊趴拧,這樣的變形叫做移項。


[if !supportLists]二山叮、[endif]甲烷不充分燃燒分析配

2CH4+3O2=2CO+4H2O【1】

繼續(xù)充入氧氣著榴,2CO + O2=2CO2

假設(shè)在生成的2個(或2mol)CO中,有x個(或xmol)CO再次反應(yīng)生成CO2聘芜,容易知道0≤x≤2兄渺。

xCO + ?x/2 ?O2=x CO2 ??????【2】

反應(yīng)物多了x/2個O2缝龄,生成物多了x CO2,x個CO反應(yīng)后剩下(2-x)CO,那么反應(yīng)式就是

2CH4+3O2+x/2 O2=(2-x)CO+x CO2+4H2O

化簡得

2CH4+(3+x/2)O2=(2-x)CO+x CO2+4H2O【3】

由于0≤x≤2則3≤(3+x/2)≤4酝惧。


令氧氣物質(zhì)的量/甲烷物質(zhì)的量=n(O2)/n(CH4)=k>0沈善,則n(CH4)/n(O2)=1/k>0。


K=(3+x/2)/2炼绘,則3/2≤k≤2嗅战,1/2≤1/k≤2/3。


當x=0時k=3/2俺亮,對應(yīng)反應(yīng)式2CH4+3O2=2CO+4H2O【4】代表氧氣不足驮捍,完全參加反應(yīng)生成CO,沒有CO再次反應(yīng)生成CO2脚曾。顯然东且,1/k繼續(xù)增大(即k繼續(xù)減小)反應(yīng)式是仍然是【4】本讥。

即k≤3/2或1/k≥2/3時代表氧氣不足珊泳,甲烷過量的反應(yīng)式鲁冯,此時定量計算采用氧氣的量計算,因為氧氣完全反應(yīng)而甲烷完全反應(yīng)或甚至有剩余色查。


當x=2時k=2薯演,對應(yīng)反應(yīng)式2CH4+4O2=2 CO2+4H2O即CH4+2O2=CO2+2H2O【5】代表氧氣充足,所有甲烷參加反應(yīng)秧了,生成的CO全部生成CO2跨扮,已不存在CO。

顯然验毡,k繼續(xù)增大(即1/k繼續(xù)減泻酶邸)反應(yīng)式是仍然是【5】。即k≥2或1/k≤1/2時代表氧氣充足米罚,甲烷不足的反應(yīng)式钧汹。此時定量計算采用甲烷的量計算,因為甲烷完全反應(yīng)录择,而氧氣完全反應(yīng)或甚至有剩余拔莱。


當然【3】包含【3】【4】【5】三種情況,【4】【5】是【3】的特例(x=0或x=2的特例)隘竭。

當3/2<k<2即1/2<1/k<2/3時代表甲烷和氧氣均完全反應(yīng)無剩余塘秦,反應(yīng)式是【3】。


由以上知动看,能寫出0≤x≤2:

2CH4+(3+x/2)O2=(2-x)CO+x CO2+4H2O【3】是分析尊剔、解決問題的核心。平而通過不足量反應(yīng)【1】和中間反應(yīng)【2】可以拼湊出最終等效反應(yīng)【3】菱皆。


可根據(jù)實際需要须误,對化學(xué)方程式的系數(shù)進行調(diào)整,比如化簡成

0≤x≤2:

CH4+(3/2+x/4)O2=(1-x/2)CO+x/2 CO2+2H2O【6】


若令y=3/2+x/4仇轻,則3/2≤y≤2京痢。

CH4+y O2=(4-2y)CO+(2y-3) CO2+2H2O【7】

其中2≤4-2y≤5/2,0≤2y-3≤1篷店。


三祭椰、硫酸鋁與不足量氫氧化鈉反應(yīng)

?氫氧化鈉不足時

Al2(SO4)3+6NaOH=2Al(OH)3↓+3Na2SO4?【1】

繼續(xù)滴入氫氧化鈉

Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O【2】

則X?Al(OH)3+x NaOH=x NaAlO2+2x H2O??

代入反應(yīng)式左右

Al2(SO4)3+6NaOH+x NaOH=(2-x)Al(OH)3↓+3Na2SO4+x NaAlO2+2x H2O

化簡后

0≤x≤2:

Al2(SO4)3+(6+x)NaOH=(2-x)Al(OH)3↓+3Na2SO4+x NaAlO2+2x H2O【3】

因為0≤x≤2,所以6≤(6+x)/1≤8疲陕。

令n(NaOH)/n(Al2(SO4)3)=k>0方淤,則n(Al2(SO4)3)/n(NaOH)=1/k>0。


6≤k≤8即1/8≤1/k≤1/6時使用【3】分析蹄殃。


當NaOH不足(Al2(SO4)3過量)時携茂,k≤6,即1/k≥1/6窃爷,使用【1】分析邑蒋。

當NaOH充足(Al2(SO4)3不足)時姓蜂,表示k≥8,即1/k≤1/8医吊,使用【2】分析钱慢。

在此類問題中一律使用不足量的反應(yīng)物的量進行定量計算。


王再來試試使用離子方程式分析:

Al2(SO4)3+6NaOH=2Al(OH)3↓+3Na2SO4

Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O


寫成離子方程式

Al3++3OH-?=Al(OH)3↓【1】

Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O?????

x Al(OH)3+ xOH-= xAlO2-+2x H2O0≤x≤1【3】


【1】+【3】即反應(yīng)物相加卿堂,生成物相加束莫。


Al3++3OH-+ xAl(OH)3+xOH- =

Al(OH)3↓+xAlO2-+2x H2O


反應(yīng)物和生成物均有Al(OH)3,所以必須將它移至生成物草描。移動過程遵循數(shù)學(xué)等式中的移項法則览绿。


把+ xAl(OH)3移至右邊變成- xAl(OH)3

Al3++3OH-+ xOH-=Al(OH)3↓-xAl(OH)3↓+xAlO2-+2x H2O

再化簡

Al3++(3+ x)OH-=(1-x)Al(OH)3↓+xAlO2-+2x H2O

其中0≤x≤1,3≤(3+ x)/1≤4穗慕。


令n(OH-)/n(Al3+)=k>0饿敲,則n(Al3+)/n(OH-)=1/k>0。則3≤k≤4逛绵,1/4≤1/k≤1/3


即k≤3或1/k≥1/3表示OH-不足(Al3+充足)怀各。

k≥4或1/k≤1/4表示OH-充足(Al3+不足)。


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