“过量”与“少量”——化学反应中反应物的配比问题

“过量”与“少量”——化学反应中反应物的配比
问题
由于反应物之间的配比(投料)变化,某反应物的过量(足量)或少量问题是常见的。

往一烧杯内的A试剂中滴加B试剂,开始阶段A试剂自然就是过量的。

多数情况下,反应物的配比不仅影响到产物的比例,还导致产物的种类发生变化。

相应的反应现象往往也不同。

一.一些简单的例子
[例1]CO2+澄清石灰水
Ca(OH)2过量,生成正盐 CO2+Ca2++2OH-→CaCO3↓+H2O
CO2过量,生成酸式盐,沉淀消失。

OH-+CO2→HCO3-
[例2]NaOH+H2S
H2S过量,生成酸式盐 OH-+H2S→H2O+HS-
NaOH过量,生成正盐 H2S+2OH-→2H2O+S2-
[例3]HCl+NaAlO2
NaAlO2过量H++AlO2+H2O→Al(OH)3↓
HCl过量 AlO2-+4H+→Al3++2H2O
[例4]NaAlO2+CO2
CO2过量 AlO2-+CO2+2H2O→Al(OH)3↓+HCO3-
NaAlO2过量 CO2+2AlO2-+3H2O→2Al(OH)3↓+CO32-
[例5]氨水+AgNO3
[演示]在氨水中滴加硝酸银;在硝酸银溶液中滴加氨水。

AgNO3过量NH3H2O+Ag+→AgOH↓+NH4+
氨水过量Ag++2NH3H2O→Ag(NH3)2++2H2O
二.按需供给——相关离子(化学)方程式的配平
[例6]Mg(HCO3)2溶液与澄清石灰水反应
Ca(OH)2过量
不妨先给“少量”方Mg(HCO3)2一个最小自然数1作系数。

而“过量”方Ca(OH)2是按需供给的。

1(Mg2++2HCO3-)+4OH-+2Ca2+→2H2O+Mg(OH)2↓+2CaCO3↓
H2O在这里是第一产物。

4个OH-就是典型的按需供给,2个结合成了H2O,另两个结合Mg2+
成了Mg(OH)2。

Mg(HCO3)2过量
不妨先给“少量”方Ca(OH)2一个最小自然数1作系数。

“过量”方
Mg(HCO3)2则按需供给。

1(Ca2++2OH-)+2HCO3-+Mg2+→2H2O+CaCO3↓+MgCO3↓
H2O还是第一产物。

OH-只能满足H2O的生成,不能满足Mg(OH)2沉淀。

[例7]Ba(OH)2+NaHSO4
NaHSO4过量 1(Ba2++2OH-)+2H++SO42-→2H2O+BaSO4↓
H2O是第一产物。

因为按需供给,过量方H+与SO42-的使用未按NaHSO4的原有比例。

Ba(OH)2过量 1(H++SO42-)+Ba2++OH-→H2O+BaSO4↓
H2O是第一产物。

因为按需供给,过量方OH-与Ba2+的使用未按Ba(OH)2的原有比例。

本例中产物的种类未发生变化。

[例8]明矾+Ba(OH)2
Ba(OH)2过量 1(Al3++2SO42-)+2Ba2++4OH-→AlO2-+2BaSO4↓+2H2O (OH-按需供给)
明矾过量 1(Ba2++2OH-)+(2/3)Al3++SO42-→BaSO4↓+(2/3)Al(OH)3↓
因为按需供给,过量方Al3+与SO42-未按原KAl(SO4)2的原有比例;过量方开始可用分数配平。

3Ba2++6OH-+2Al3++3SO42-→3BaSO4↓+2Al(OH)3↓
[例9]Ca(OH)2+H3PO4
H3PO4过量 OH-+H3PO4→H2O+H2PO4-
H2O是第一产物;想一想,H3PO4的系数为什么不是1/3或1/2H3PO4。

Ca(OH)2过量 H3PO4+3OH-+(3/2)Ca2+→3H2O+(1/2)Ca3(PO4)2↓
H2O是第一产物;过量方开始可用分数配平。

2H3PO4+6OH-+3Ca2+→6H2O+Ca3(PO4)2↓
[例10]NaHCO3、Ca(OH)2、NaOH和Ca(HCO3)2四种溶液两两混合。

请写出所有可能发生的离子反应方程式。

(不考虑产生NaHCO3或Ca(HCO3)2沉淀)
解:本例所有反应中H2O均为第一产物。

NaHCO3——Ca(OH)2
Ca(OH)2过量①HCO3-+OH-+Ca2+→H2O+CaCO3↓
过量方OH-与Ca2+未按Ca(OH)2的原有比例。

NaHCO3过量②Ca2++2OH-+2HCO3-→2H2O+CaCO3↓
NaHCO3——NaOH ③HCO3-+OH-→H2O+CO32-
Ca(OH)2——Ca(HCO3)2
Ca2++2OH-+Ca2++2HCO3-→2H2O+2CaCO3↓
④Ca2++OH-+HCO3-→H2O+CaCO3↓
NaOH——Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2过量
⑤OH-+HCO3-+Ca2+→H2O+CaCO3↓
过量方Ca2+与HCO3-未按Ca(HCO3)2的原有比例
NaOH过量
⑥Ca2++2HCO3-+2OH-→2H2O+CaCO3↓
答:Ca2++OH-+HCO3-=CaCO3↓+H2O (①④⑤)
Ca2++2OH-+2HCO3-=CaCO3↓+CO32-+2H2O (②⑥)
OH-+HCO3-=CO32-+H2O (③)
前面的例子均属于非氧化还原反应,在氧化还原反应中类似的过量问题也大量存在。

[例11]H2S+O2
O2过量H2S+(3/2)O2→SO2+H2O
H2S过量O2+2H2S→2S↓+2H2O
[例12]FeBr2+Cl2
Cl2过量 1(Fe2++2Br-)+(3/2)Cl2→Fe3++Br2+3Cl-
2Fe2++4Br-+3Cl2→2Fe3++2Br2+6Cl-
FeBr2过量Cl2+2Fe2+→2Cl-+2Fe3+
三.配平过程也是一种计算过程
前面举的例子都是“绝对的”过量(或少量),即过量的一方“你要多少给多少”。

实际情况还可能是“相对的”过量。

比如在NaOH溶液中通入CO2,产物可能是唯一的Na2CO3或NaHCO3,也可能是两者兼得;比如FeBr2溶液中通入Cl2,由于Cl2的用量问题,结果可能只有Fe2+被氧化,也可能是Fe2+被全部氧化而Br-被部分氧化。

这时有关反应方程式的配平本身往往就是一种计算过程。

[例13]24mLH2S在30mLO2中燃烧,同温同压下,得到的SO2体积为____mL。

(A)24 (B)30 (C)20 (D)18
据[例12],H2S与O2的体积比为1:1.25(介于1:0.5与1:1.5之间),产物既非纯S亦非纯SO2,是两者兼有。

不妨配平下列反应式:
24H2S+30O2→____S+____SO2+____H2O
据H原子数,H2O的系数为24,再据O原子数,SO2的系数为18(S的系数自然为6)。

18即为本题答案。

[例14]黄铜矿(主要成分CuFeS2)是提取铜的主要原料。

已知 2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣)
产物Cu2S在1200℃高温下继续反应:
2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2 2Cu2O+Cu2S→6Cu+SO2
假定各步反应都完全。

(1)由6mol CuFeS2生成6mol Cu,消耗O2的物质的量为____mol。

(2)6mol CuFeS2和16mol O2反应,理论上可得到铜____mol。

(3)6mol CuFeS2和14mol O2反应,理论上可得到铜____mol。

(4)以6mol CuFeS2为原料,以O2的量为横坐标,以Cu的产量为纵坐标,画出Cu(mol)—O2(mol)的关系曲线。

解:(1)直接将总结果配平(铜的最后形式仅为单质):
6CuFe S2+15O2→6Cu+12SO2+6FeO
(2)O2过量1mol,第二个反应中的Cu2O多余,导致第三个反应中Cu2O过量。

直接将总结果配平(铜的最后形式为单质和Cu2O):
6CuFeS2+16O2→2Cu2O+2Cu+12SO2+6FeO
(3)O2不足1mol,第二个反应中Cu2S多余,导致第三个反应中Cu2S过量。

直接将总结果配平(铜的最后形式为单质和Cu2S;SO2的产量视O2的供应量来定):
6CuFeS2+14O2→Cu2S+4Cu+11SO2+6FeO
(4)若O2的供应量小到只能满足第一个反应,Cu的产量为零。

若O2过量到将所有Cu2S都变成Cu2O,不会再发生第三个反应,Cu的产量亦为零。

总结果为
6CuFeS2+(33/2)O2→3Cu2O+12SO2+6FeO
答:(1)15 (2)2 (3)4
(4)两条直线。

O2的量为12和16.5mol时,Cu的产量为零。

O2的量为15mol 时,Cu的产量最高,为6mol。