化學反應方程式疊加的運用

有些體系不只涉及一個反應，並且不同的反應之間存在著某種相互聯繫，對於這樣的體系，進行化學反應方程式的疊加常可使有關問題獲得簡便的解決。化學方程式的疊加的關鍵問題是量的關係的銜接和確定。

一、相繼反應方程式的疊加

有些情況下當前一個反應的產物作為後一個反應的反應物時，這樣聯繫著的反應可以稱為相繼反應（區別於動力學中的連續反應概念)。相繼反應在量的關係上存在著連續的規定 性，通過反應方程式的直接疊加即能達成不同反應間的量的貫通。

例1.現有含FeS2 50%的硫鐵礦150噸，用接觸法生產硫酸。

(1)    最少需要通常狀況下的空氣多少升？

(2)    可製得98%的硫酸多少噸？

(通常狀況下氧氣密度1.3克/升，空氣中氧氣的體積百分含 量為21%)

[分析與解答]

接觸法生產硫酸包括三個化學反應：

4FeS2＋11O2 2Fe2O3＋8SO2

2SO2＋O22SO3

SO3＋H2O = H2SO4

設最少需要空氣x升，可製得98%硫酸y噸。由上述反應方程式的疊加得如下方程式：

4FeS2＋15O2＋8H20=8H2SO4 ＋ 2Fe2O3

4×120 15×32  8×98

150×50%  x×21% ×1.3×10-6   y×98%

480：480=75：2.73×10-7x

x=2.747×108(升)

480：784=75：y×98%

y=125(噸)

二、交聯反應的疊加

當同時存在的幾個反應是相對獨立地進行，它們在量的關係 上發生一定的交聯或存在著相互制約性(不同於相繼反應中後一 反應的實際用量單方面受前一反應的制約)，這樣的反應可稱之為交聯反應(區別於動力學中的平行反應概念)。進行交聯反應方程式的疊加應當先確定出混合物組分的物質的量之比或是用待定係數法處理。

例2.將某碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物2.74克加熱到質量不再 變化時，剩餘物質質量為2.12克。再取該樣品若干，加人某濃度 的鹽酸100毫升，恰好完全反應。生成二氧化碳672毫升(標準狀 況)。

求:1.混合物中碳酸氫鈉的百分含量。2.鹽酸的摩爾濃度。

[分析與解答]

(1)設混合物中NaHCO3為x克。

2NaHCO3=Na2CO3＋CO2 ＋H2O 差量

168             106                          62

x                                           (2.74-2.12)

168：62=x：0.62

x=1.68(克）

NaHCO3%=1.68/2.74×100%=61.3%

(2)設鹽酸摩爾濃度為y摩/升。

NaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2  ＋H2O

Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋CO2 ＋H2O

混合物中Na2CO3和NaHCO3的物質的量之比為

所以

Na2CO3＋2NaHCO3＋4HCl=3NaCl＋3CO2  ＋3H2O

                                         4      3×22.4

                              y×100/1000             672×10-3

4:67.2=0.1y:0.672

y=0.4(摩/升)

例3.將適量CO2通人含NaOH 0.8克的溶液中，在低溫下緩 緩蒸乾所得的溶液，得到1.37克固體。

求:(1)通人CO2氣體的質量。(2)所得固體的組成。

[分析與解答]

由題意可知CO2和NaOH反應後均無剩餘。發 生的化學反應可表示為：

CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O

CO2＋NaOH=NaHCO3

設生成Na2CO3 x摩，NaHCO3 y摩。

由待定係數法：

(x+y)CO2+(2x+y)NaOH=xNa2CO3+yNaHCO3+xH2O

44(x+y)   40(2x+y)               106x+84y

0.8                                      1.37

40(2x+y)=0.8

106x+84y=1.37

解之得：x=0.005 摩，y=0.01 摩。

Na2CO3 的質量=0.005x106=0.53 克，

NaHCO3 的質量=0.01x84=0.84 克

通入CO2質量=44(x+y)=44(0.005+0.01)=0.66(克）