第四节 有关化学方程式的计算
根据化学方程式进行计算，在生产和科学实验中都具有很重要的意义。例如，在生产中常常需要根据原料的量计算能生产多少产物，或根据产物的量计算需要投入多少原料等。根据化学方程式的计算有多种类型和方法，我们已介绍过一些简单的有关化学方程式的计算，在这一节，将就以下两种类型和方法再做一些介绍。
一、有一种反应物过量的计算
在化学反应中，反应物之间的量的关系符合化学方程式所确定的量的关系，而在实际生产或科学实验中，往往并不是使投入的反应物恰好反应完全，而是使有的反应物过量。例如，工业上制硝酸过程中，氨的催化氧化反应，就是使空气过量。一般情况下，为使反应能更有效地进行，常使一些来源丰富、价格低廉的原料（反应物）过量，从而使另一些反应物反应完全。如果当反应物的量都给出时，应怎样进行化学计算呢？
【例题1】 8molH2与6molO2充分反应，求生成水的质量。
此题给出了在化学反应中两种反应物的量，计算时应以哪种为
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呢？下面是某位学生的解法。
解：生成水的物质的量为n（H2O）。
答：可生成216gH2O。
上面的解法是以O2的量来计算的，这样计算是不是正确呢？我们来验证一下。
根据题意，H2的物质的量为8mol，可知反应物中H的质量为16g。
物H2的质量，这显然是不合理的。可见，本题中O2是过量的，不应以过量的O2的量来计算生成物H2O的量，而应以H2的量来计算。
实际上，在反应中，8molH2和4molO2恰好反应完全，剩余2molO2。上述反应可如图2－18形象地予以表示。
在进行计算时，如果随意选择反应物计算，可能会产生错误，如果先试算再验证，也很麻烦。实际上，可以通过化学方程式中两种反应物之间量的关系，先判断出哪种反应物是过量的，再用不过量的那种反应物的量来计算，这样就可以简化计算过程。
【例题1】 可以用下列解法。
【解】 设恰好跟8molH2反应的O2的物质的量为
反应物中O2为6mol，所以O2是过量的，应以H2的量来计算。
答：可生成144g水。
【例题2】 向30mL2mol/L NaOH溶液中加入20mL 1mol/L H2SO4溶液后，再滴加2滴～4滴紫色石蕊试液。通过计算说明加入石蕊试液后溶液应显什么颜色。
解答上述问题的关键是要知道所得溶液呈酸性、碱性还是中性。所以，应先通过计算判断两种反应物是否恰好反应，如果不是恰好反应，则应判断哪种过量。
【解】 n（NaOH）=c（NaOH）·V[NaOH（aq）]
=2mol/L×0.03L
=0.06mol
n（H2SO4）=c（H2SO4）·V[H2SO4（aq）]
=1mol/L×0.02L
=0.02mol
所以，NaOH是过量的，反应后溶液应呈碱性。由此可判断，滴加紫色石蕊试液后溶液显蓝色。
答：滴加紫色石蕊试液后溶液显蓝色。
二、多步反应的计算
在实际生产中，从原料到最终产物，一般都不是一步完成的，中间需经过多个连续的反应过程，像这样的连续反应，我们称为多步反应。工业上制硝酸、硫酸、乙醇等的反应都是以多步反应进行的。
【例题3】 用CO还原5.0g某赤铁矿石（主要成分为Fe2O3，杂质不参加反应）样品，生成的CO2再跟过量的石灰水反应，得到6.8g沉淀。求赤铁矿石中Fe2O3的质量分数。
分析：本题为多步反应，其反应的化学方程式为：
像这样的多步（两步）反应，在计算时如果按照化学方程式一步一步地计算，则可先求CO2的量，再通过CO2求CaCO3的量，计算起来比较麻烦。
在多步反应中，由于第一步反应的产物，即是下一步反应的反应物。根据化学方程式，每一步反应的反应物和生成物之间有一定的量的关系，即物质的量之比是一定的。所以，可以利用中间物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间的量的关系，简化解题过程。在上题中，根据两步反应的化学方程式，可以用CO2作为“中介”得出下列关系：
Fe2O3——3CO2——3CaCO3
Fe2O3——3CaCO3
所以，可以用下列简单的方法进行计算。
答：该赤铁矿石中Fe2O3的质量分数为72％。
在进行多步反应的计算时，一般的解题步骤为：
1．写出各步反应的化学方程式；
2．根据化学方程式找出可以作为中介的物质，并确定反应物、中介物质、生成物之间的量的关系；
3．确定反应物和生成物之间的量的关系；
4．根据所确定的反应物和生成物之间的量的关系和已知条件进行计算。
【例题4】 工业上制硫酸的主要反应如下：
煅烧2.5t含85％FeS2的黄铁矿石（杂质不参加反应）时，FeS2中的S有5.0％损失而混入炉渣，计算可制得98％硫酸的质量。
分析：根据化学方程式，可以找出下列关系：
FeS2——2SO2——2SO3——2H2SO4
FeS2——2H2SO4
本题从FeS2制H2SO4，是同种元素转化的多步反应，即理论上FeS2中的S全部转变成H2SO4中的S。所以，解本题时，也可以根据硫元素的转化关系直接列出上面关系式：FeS2——2H2SO4，并且可再简化为：S——H2SO4。
【解】 根据化学式，FeS2中含S的质量为：
由于有5.0％的S损失，2.5t含85％FeS2的黄铁矿石中参加反应的S的质量为：
设可制得98％硫酸的质量为x。
答：可制得98％硫酸3.4t。
习题
一、选择题
1．2.0gH2与32gO2混合点燃，充分反应后生成H2O的质量为 [ ]
A．36g B．34g C．32g D．18g
2．2.24g铁屑与30mL2mol/L盐酸充分反应后，溶液中FeCl2的物质的量为 [ ]
A．0.02mol B．0.03mol C．0.04mol D．0.06mol
二、计算题
1．1.86g磷在4.48 L（标准状况）O2中充分燃烧，可生成多少克P2O5？
2．将3.4g铁粉加到60 mL 6.0％的盐酸（密度为1.028g/cm3）中，能产生多少升氢气（标准状况）？
3．50 mL 0.20 mol/L BaCl2溶液与15g10％的H2SO4溶液（密度为1.07g/cm3）混合，计算：
（1）生成沉淀的质量。
（2）反应结束后溶液中剩余物质（酸或盐）的物质的量浓度（设溶液的总体积不变）。
4．某工厂每天要烧掉含硫1.6％的烟煤100t，排放出的SO2严重地污染环境。如果变废为宝，把这些SO2回收利用，那么，在理论上每年（以360d计算）可生产质量分数为98％的浓硫酸多少吨？
5．将6.85gNa2CO3和NaHCO3的混合物加热灼烧后，再跟足量的盐酸反应。跟盐酸反应时放出1.12L CO2（标准状况），计算原混合物中Na2CO3和NaHCO3的质量分数。
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