中學化學中的循環反應及計算

在一定條件下，某個反應的生成物繼續與另一種物質反應，又生成了原反應的某種反應物，可稱為“循環反應”。其反應的規律可表示為:

A + B = C + DC + E = A + F

在中學化學有關循環反應的計算中，因反應循環往復，學生往往理不出頭緒來。現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

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，充分反應后剩余氣體2mL。求通入O2的體積?

2NO+O2=2NO2……………………………①

3NO2+H2O=2HNO3+NO …………………②

NO與O2反應生成NO2，NO2與H2O反應生成HNO3和NO，NO又與O2反應，如此循環反復，直接計算需用極限法，難以求解。如何才能讓NO、O2、H2O之間恰好完全反應時量的關系直接呈現出來，是解題的關鍵。

我們可假設:通入的O2恰好與NO完全反應生成HNO3，由電子守恒可得:

4NO+3O2+2H2O=4HNO3

或由方程式直接疊加:3×①+2×②消去NO2可得:

4NO+3O2+2H2O= 4HNO3

根據此總的反應關系式，將“循環”反應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)設剩余2mL氣體是NO

4NO～ 3O2

4 3

(20-2)mL V(O2)

V(O2)=13.5mL

(2)設剩余2mL氣體是O2。

4NO～ 3O2

4 3

(20-2)mL V(O2)

解得:V(O2)=15mL

V(O2)總=15mL+2mL=17 mL

同理，NO2與O2的混合氣體通入水中，NO2先與水反應生成NO，之后循環開始。它們反應的總化學方程式也可通過電子守恒或直接疊加得到:

4NO2 +O2+2H2O=4HNO3

有關計算方法同上。

二、不活潑金屬與稀HNO3和稀H2SO4混合液反應

例2:將19.2gCu投入到1L 0.1mol/L的HNO3、0.5mol/L的H2SO4混合溶液中充分反應。求生成氣體在標準狀況下的體積?

Cu與稀HNO3反應生成Cu(NO3)2，而不與稀H2SO4反應，但H2SO4可補H+ 給Cu(NO3)2中的組成HNO3繼續與Cu反應，形成循環反應。

如何才能使該循環反應的計算，簡化為依總反應方程式的一般過量計算呢?

若將反應:3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑ + 4H2O改寫為離子方程式:

3Cu+8H++2NO3- =3Cu2++2NO↑ +4H2O

即可變成Cu、H+、NO3- 三者之間的過量計算問題。

3Cu～8H+～2NO3-～2NO↑

3 8 2 2

(0.1+2×0.5)mol 0.1mol n(NO)

由以上關系式不難判斷，Cu、H+ 過量，以NO3-的物質的量計算，可得以下關系式:

=

解得:n(NO)=0.1molV(NO)=2.24L

三、有機物與O2和Na2O2反應

例3:在一盛足量Na2O2的密閉容器中充有O2和C3H8的混合氣體，用電火花持續引燃，充分反應后，最終容器內壓強為零。求:O2與C3H8的體積之比?

解析:C3H8+5O2→3CO2+4H2O………………①

2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2…………②

2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2↑………③

一旦引燃C3H8與O2的混合氣體，生成的CO2和H2O與Na2O2繼續反應生成O2，C3H8與O2又發生反應，如此循環反復。計算方法仍然可假設Na2O2、O2、C3H8恰好反應，依總反應方程式進行計算。

利用C、H原子守恒可得:

2C3H8+3O2+14Na2O2 →6Na2CO3+16NaOH

或采用疊加法:2 ×(①+3×②+4×③) 也可得:

2C3H8+3O2+14Na2O2→6Na2CO3+16NaOH

由于該反應中C3H8與O2的計量數之比為2︰3，因此，答案為:2︰3 。

總之，在循環反應中，弄清構成循環的因素，利用電子守恒或原子守恒原理找出完全反應時的總反應方程式，再依據一般的過量計算即可使問題迎刃而解。