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物理:反应计算和极限试剂

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例子问题

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例子问题1:反应计算和极限试剂

氟化铜和硫酸钠反应会产生什么产物?

可能的答案:

铜₂Na和F₂所以₄

CuSO₄和氟化钠

铜₂所以₄和氟化钠

客户和氟化钠

正确答案:

CuSO₄和氟化钠

解释：

要知道这是一个双置换反应，其中离子对会转换。反应结束后，铜(II)现在将与硫酸盐配对，钠与氟配对，根据下面的(不平衡)方程。记住，硫酸盐的电荷是-2，氟的电荷是-1。

$CuF_{2 } + Na_{2}SO_{4}\rightarrow CuSO_{4} + NaF$

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例子问题2:反应计算和极限试剂

硝酸银(I)和氢氧化镁反应的正确配平方程是哪个?

可能的答案:

$2Ag(NO_{3}) + Mg(OH)_{2} \rightarrow Mg(NO_{3})_{2} + 2AgOH$

$2Ag_{2}(NO_{3}) + Mg(OH)_{2} \rightarrow 2Ag_{2}(OH) + Mg(NO_{3})_{2}$

$2Ag(NO_2)+Mg(OH)_2\rightarrow Mg(NO_2)_2+2AgOH$

$2Ag_{3}N + 3Mg(OH)_{2} \rightarrow Mg_{}3N_{}2 + 6AgOH$

$2Ag(NO_{3}) + Mg(OH)_{2} \rightarrow Mg(NO_{3})_{2} + AgOH$

正确答案:

$2Ag(NO_{3}) + Mg(OH)_{2} \rightarrow Mg(NO_{3})_{2} + 2AgOH$

解释：

硝酸银是AgNO_3.．认识到这一点，我们就可以排除两个答案选项，这两个选项错误地用氮(N)替换了硝(NO)_3.)或不正确地平衡分子电荷。在剩下的两个选项中，只有一个是正确平衡的。

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示例问题3:反应计算和极限试剂

氢气可以通过一种称为博世工艺的方法大规模生产，这种方法是将蒸汽通过加热的铁屑。反应如下:

$3Fe(s) + 4H_{2}O(g) \rightarrow Fe_{3}O_{2}(s) + 4 H_{2}(g)$

或者，也可以通过蒸汽与天然气反应来生产氢气，根据下面的等式:

$CH_{4}(g) + H_{2}O(g) \rightarrow CO(g) + 3 H_{2}(g)$

当使用STP的天然气生产方法时，每升氢气会产生多少一氧化碳分子?

可能的答案:

$3*10^{22}\ \text{molecules}$

$5*10^{24}\ \text{molecules}$

$9*10^{21}\ \text{molecules}$

$6*10^{21}\ \text{molecules}$

正确答案:

$9*10^{21}\ \text{molecules}$

解释：

因为反应发生在STP，我们可以用常数将升氢转化为摩尔。

$1L\ H_2*\frac{1mol}{22.4L}=0.0446mol\ H_2$

利用这个值，我们可以用阿伏伽德罗数求出产生的一氧化碳的摩尔数和转化成分子的摩尔数。

$0.0446mol\ H_2*\frac{1mol\ CO}{3mol\ H_2}*\frac{6.022*10^{23}molec}{1mol}=9*10^{21}\ \text{molecules}\ CO$

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示例问题4:反应计算和极限试剂

氢气可以通过一种称为博世工艺的方法大规模生产，这种方法是将蒸汽通过加热的铁屑。反应如下:

$3Fe(s) + 4H_{2}O(g) \rightarrow Fe_{3}O_{2}(s) + 4 H_{2}(g)$

或者，也可以通过蒸汽与天然气反应来生产氢气，根据下面的等式:

$CH_{4}(g) + H_{2}O(g) \rightarrow CO(g) + 3 H_{2}(g)$

假设有同等质量的铁和甲烷，以及多余的水。能产生的氢分子的数量有什么不同?

可能的答案:

两种方法都能产生等量的氢分子

铁会产生大约1.3倍的氢分子

铁会产生大约8倍多的氢分子

甲烷会产生大约8倍多的氢分子

正确答案:

甲烷会产生大约8倍多的氢分子

解释：

为了确定哪种方法能产生更多的氢分子，将每种反应物的质量相等的物质转化为氢气分子。这个转换需要我们把初始化合物转换成摩尔数，乘以反应的摩尔比得到氢的摩尔数，再乘以阿伏伽德罗数转换成分子。

$3Fe(s) + 4H_{2}O(g) \rightarrow Fe_{3}O_{2}(s) + 4 H_{2}(g)$

$1 g Fe * \frac{1 mol Fe}{55.8 g Fe} * \frac{4 mol H_{2}}{3 mol Fe} * \frac{6.022 * 10^{23} molec H_{2}}{mol H_{2}} = 0.144 * 10^{23} molec$

$CH_{4}(g) + H_{2}O(g) \rightarrow CO(g) + 3 H_{2}(g)$

$1 g CH_{4} * \frac{1 mol CH_{4}}{16.0 g CH_{4}} * \frac{3 mol H_{2}}{1 mol CH_{4}} * \frac{6.022 * 10^{23} molec H_{2}}{mol H_{2}} = 1.14 * 10^{23} molec$

把这些溶液分开，我们发现甲烷法产生的氢分子大约是甲烷法的8倍。

$\frac{1.14*10^{23}}{0.144*10^{23}}=7.9\approx 8$

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示例问题5:反应计算和极限试剂

氢气可以通过一种称为博世工艺的方法大规模生产，这种方法是将蒸汽通过加热的铁屑。反应如下:

$3Fe(s) + 4H_{2}O(g) \rightarrow Fe_{3}O_{2}(s) + 4 H_{2}(g)$

或者，也可以通过蒸汽与天然气反应来生产氢气，根据下面的等式:

$CH_{4}(g) + H_{2}O(g) \rightarrow CO(g) + 3 H_{2}(g)$

假设 $7.7 * 10^{20} atoms$ 与铁反应 50g 产生氧化铁和氢。极限试剂是什么?剩余多少多余的反应物?

可能的答案:

铁是极限试剂 49.97g 蒸汽会保持不变

铁是极限试剂 19g 蒸汽会保持不变

铁是催化剂，不会被消耗

蒸汽是极限试剂 $5.1 * 10^{15} atoms$ 铁的残留

正确答案:

铁是极限试剂 49.97g 蒸汽会保持不变

解释：

为了确定多余的反应物，我们用化学计量法将铁原子转化为蒸汽质量。

$7.7*10^{20}atoms\ Fe*\frac{1mol\ Fe}{6.022*10^{23}atoms}*\frac{4mol\ H_2O}{3mol\ Fe}*\frac{18.0g\ H_2O}{1mol\ H_2O}=0.031g\ H_2O$

我们有 50g 蒸汽可用，但只需要 0.031g 使给定的铁完全反应。因此铁是极限试剂，因为它会先被完全消耗掉。

50g-0.031g=49.97g

将会有 49.97g 多余的蒸汽。

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例子问题2:反应计算和极限试剂

需要多少毫升0.5M的NaOH才能与10g的BaCO完全反应_3.?

可能的答案:

400毫升

50毫升

100毫升

200毫升

正确答案:

200毫升

解释：

首先，写出反应的配平方程。

$BaCO_{3} + 2NaOH \rightarrow Ba(OH)_{2}) + Na_{2}CO_{3}$

接下来，转换10g BaCO_3.一毫升的氢氧化钠。

$10 g BaCO_{3} * (\frac{1 mol BaCO_{3}}{197.3 g BaCO_{3}}) * (\frac{2 mol NaOH}{1 mol BaCO_{3}}) * (\frac{1000 mL NaOH}{0.5 mol NaOH}) = 200 mL$

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问题31:化学计量学和分析化学

下面哪个选项产生了a $\small 0.1 M$ 氯化钾溶液?

可能的答案:

把 $\small 147.51g$ 将大量溶质倒入容器中，在搅拌的同时加水，使体积达到一升

添加 $\small 74.6g$ 一升水等于一溶质

添加 $\small 7.46g$ 的溶质 $\small 100mL$ 的水

氯化钾不溶于水

把 $\small 0.746g$ 将溶质倒入容器中，使体积达到 $\small 100mL$ 一边搅拌一边加水

正确答案:

把 $\small 0.746g$ 将溶质倒入容器中，使体积达到 $\small 100mL$ 一边搅拌一边加水

解释：

我们要找的是一种溶液每10升水产生1mol氯化钾。

$0.1M=\frac{0.10mol}{1L}$

我们需要找出氯化钾的分子量。

$KCl\rightarrow MW=39.1+35.5=74.6\frac{g}{mol}$

为了得到想要的浓度，我们需要在一升水中加入十分之一的这个量。

$7.46g*\frac{1mol}{74.6g}=0.1mol$

我们的比率是:

$\frac{7.46g}{1L}$

遵循这个比例的唯一答案是 $\small 0.746g$ 氯化钾 $\small 100mL$ ．

$\frac{7.46g\div10}{1L\div 10}=\frac{0.746g}{0.1L}$

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示例问题8:反应计算和极限试剂

$AlCl_{3}+3AgNO_{3}\rightarrow\: Al(NO_{3})_{3}+3AgCl$

如果你一开始 $\small 66.67g$ 用氯化铝和无限的硝酸银，可以生产多少克氯化银?

可能的答案:

$116g\ AgCl$

$215g\ AgCl$

$35.8g\ AgCl$

$186g\ AgCl$

$201g\ AgCl$

正确答案:

$215g\ AgCl$

解释：

这是一个化学计量学问题，要求我们在克，摩尔，反应物和生成物之间进行转换。

用元素周期表求出这两种化合物的摩尔质量。

$MW_{AlCl_3}=133.5\frac{g}{mol}$

$MW_{AgCl}=143.37\frac{g}{mol}$

我们可以用反应公式求出氯化铝和氯化银的比值。在本例中，比例为1:3。

$AlCl_{3}+3AgNO_{3}\rightarrow\: Al(NO_{3})_{3}+3AgCl$

现在我们可以建立一个计算方法，将克氯化铝转换为克氯化银，确保所有单位都适当抵消。

$66.67g\ AlCl_3*\frac{1mol\ AlCl_3}{133.5g\ AlCl_3}*\frac{3mol\ AgCl}{1mol\ AlCl_3}*\frac{143.37g\ AgCl}{1mol\ AgCl}=214.80g\ AgCl$

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问题41:化学计量学和分析化学

氢气可以通过一种称为博世工艺的方法大规模生产，这种方法是将蒸汽通过加热的铁屑。反应如下:

$3Fe(s) + 4H_{2}O(g) \rightarrow Fe_{3}O_{2}(s) + 4 H_{2}(g)$

或者，也可以通过蒸汽与天然气反应来生产氢气，根据下面的等式:

$CH_{4}(g) + H_{2}O(g) \rightarrow CO(g) + 3 H_{2}(g)$

在缺水地区，哪种制氢方法更有效?

可能的答案:

在所描述的环境中，这两种方法的效率是一样的

天然气法效率更高，因为每消耗一摩尔水，就会产生三摩尔氢气

铁法效率更高，因为它利用的是一种普通金属

铁法的效率更高因为它能产生4摩尔的氢气

正确答案:

天然气法效率更高，因为每消耗一摩尔水，就会产生三摩尔氢气

解释：

这个问题要求我们考虑水资源短缺的问题。假设我们的目标是利用最少的水来生产最多的氢，那么天然气法是最有效的，因为每消耗一摩尔水就能生产更多的氢。

$CH_{4}(g) + H_{2}O(g) \rightarrow CO(g) + 3 H_{2}(g)$

1摩尔的水生成3摩尔的氢。

$3Fe(s) + 4H_{2}O(g) \rightarrow Fe_{3}O_{2}(s) + 4 H_{2}(g)$

4mol水生成4mol氢。

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示例问题3:反应计算和极限试剂

$2Mn + 10HCl \rightarrow 2MnCl_{5} + 5H_{2}$

5.6g锰与650mL 6.0M盐酸反应生成氯化锰和氢气。随着产物的产生，产生了大量的热量。

极限试剂是什么?反应后剩余的多余试剂有多少?

可能的答案:

锰是限制;565毫升盐酸过量

没有极限试剂

HCl是限制;0.15 g过量锰

锰是限制;370毫升盐酸过量

HCl是限制;0.3 g过量锰

正确答案:

锰是限制;565毫升盐酸过量

解释：

求出与5.6克锰(Mn)完全反应所需盐酸(HCl)的体积。

$5.6gMn*\frac{1molMn}{54.9gMn}*\frac{10molHCl}{2molMn}*\frac{1000mLHCl}{6.0molHCl}=85mLHCl$

因为我们只需要85mL的酸和5.6g的锰反应，所以我们有多余的565mL的盐酸，而锰是限制试剂。

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