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：

一、氮的氧化物與氧氣和水反應(yīng)

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。

二、不活潑金屬與稀HNO3和稀H2SO4混合液反應(yīng)

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

三、有機(jī)物與O2和Na2O2反應(yīng)

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

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10.3969/j.issn.1008-0546.2010.01.029