有反应物过量时的化学方程式计算

在一般的有关化学方程式计算的习题中，有一类“有反应物过量”的计算。尽管学生掌握起来并没有什么困难，但教师还是应该清楚，对这类问题有几种可能的处理方法。

大家都知道，配平的化学方程式能反映出方程式中各物种间的质量关系，或物质的量关系（在某些情况下还包括体积关系）。所以，才可以用其来进行化学计算。

如，由反应方程式 2KMnO₄K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，就有：

质量关系/g              316            197          87      32

物质的量关系/mol     2                1             1        1

体积关系/L                                                         22.4

对于一个已知的化学方程式来说，只要其中某一个物种的量是确定的（真正全部参与反应，或是由该反应生成的），就可以用上述的某个比例关系，计算出方程式中任一其他物种的量。

也就是说，利用化学方程式进行计算，只要给出一个已知物种的量就可以了（当然这个量应该是纯物质的量，且是完全参与反应的量）。

比如，欲制备2.24 L（标况下）的O₂（是上式中22.4 L的十分之一），就需要0.2 mol（或31.6 g）的KMnO₄。能生成0.1 mol（或19.7 g）的K₂MnO₄，及同时生成0.1 mol（或8.7 g）的MnO₂。

上面的这种计算，就是一般、且最简单的，据化学方程式进行的计算。

而过量计算则不是这样。

一、过量计算的特征

过量计算不只是给出一个物种的量，而是给出了两个物种的量，而且都是反应物的量。这样反而不能保证这两个量，都是完全参与反应的量了（可能有一物种过量，反应后会有剩余）。

所以，要对这两个量进行甄别。看它们是否都是完全参与反应的量（可能有某个量是过量的）。

只有用其中完全参与了反应的量，才可以代入化学方程式去进行计算。

而对反应中过量的物种，则没有必要再去考虑其对反应产物量的影响（当然，这是对非典型可逆反应来说的）。

在有的题目中，命题者为了直入主题，会直接告诉你哪个物种是过量的。如，“将20g大理石与过量（或足量）的500ml 2 mol∙L^-1盐酸反应……”，就是不要再去考虑盐酸量对反应影响的意思（尽管也给出了相应的数据）。用盐酸的量来计算产物的量，不但没有意义，还是错误的。

二、解题方法

所谓“过量”的计算，就是要先通过验算，来确定哪个物种过量了（只能部分参与反应）、哪个物种不过量（能完全参加反应）。然后将不过量物种的量代入化学方程式，再来进行计算。

验算这一步骤，一定要反映在解题的过程中。但可以不必列出验算的过程或算式，而只要能给出验算后的结论就可以。

如，用文字叙述为“经验算，××物质是过量的”，即可。

但是“验算”也有多种可供选择的方法。下面就以一个习题为例，来说明几种可能的验算方法。

例1,将21g纯铁粉与8g硫粉混合，加热。可生成硫化亚铁多少克？

先写出其化学反应方程式，

                 Fe   +   S  =  FeS……（1）

化学式量    56       32     88

已知量       21        8

1. 比值法

将两个已知量同时代入如上的化学方程式（1），得到两个质量比。判断其相对的大小，有。

考虑到两个分数值恰好相等时，为反应物均不过量。所以，其中比值小的分数（其分母大了），对应的物质是过量的。

也就是铁粉是过量的。应将这个数值弃去。用硫粉的质量（8g）来完成这个计算。

当然，如果这两个比值相等，那就说明两反应物都是恰好能反应完全的。这时，用哪个已知量来计算，就都是可以的了。

这个方法的缺点在于，判断两个分数间的大小，有时也是一件很麻烦的事情。要把这个分数换算成小数后才能知道相对的大小。

另一点则是，有个别学生对比值小的物种是过量的，这个判别标准觉得不好理解，有时会弄错。

2. 十字相乘法

可以认为，这是从比值法衍生出来的一种方法。

因为，这个方法就是把上比例中的化学式量与已知量交叉相乘。

有56×8<32×21。

然后，根据“乘积大者所含的已知量是过量的物种”，来进行判断。也可以得出，铁粉过量的判断。

与比值法相比，十字相乘法计算起来要容易一些。且判别标准弄错的情况似乎也可以减少一些。

3. 物质的量法

分别计算物质的量。对铁粉来说，是。对硫粉来说，是。

从方程式可看出，两者间如按1:1的比例来反应的话，铁粉就是过量的。

这个方法的缺点是，也要计算两个除式。且学生要到高中阶段才能知道“物质的量”的含义。

4. 验算法

用其中的任意一个数值代入方程式来计算出另一物质的理论消耗值。将理论值与实际的量来比较。

如，将铁粉的21g代入式（1）。可计算出其所需的硫粉（设为x g），。

要注意的是，这个12g的计算值是代表21g铁粉的（这些铁粉能与12g硫粉反应），要远大于实际的8g硫粉。说明铁粉是过量的。

当然，用硫粉来验算也是可以的。将硫粉为8g代入式（1），来计算所需铁粉的量（设为y g）。有。

这些硫粉只能与14g铁粉反应。21g当然是过量的了。

这是绝大多数教师在教学中推荐给学生的解题方法。

考虑到验算实际上就是用某物种的量通过化学方程式计算一次。真正计算产量时，还要用完全反应物种的量再计算一次。完成整个的计算，一共要计算两次。直接计算两次不是也可以吗？

这样就有了如下的方法。

5. 比较法

就是将两个已知量分别代入化学方程式，直接按题意来计算所要求的结果。对例1则是直接计算产物硫化亚铁的量。

将铁粉的21g代入式（1）。可计算出产物硫化亚铁的量（设为x g），。

将硫粉为8g代入式（1），也可计算出产物硫化亚铁的量（设为y g）。有。

不难看出，硫粉只够生成22gFeS，不足以生成33gFeS。

这意味着，铁粉是过量的，用其得到的计算结果对本题是没有意义的。而硫粉才是完全反应的物种，22gFeS是最终的答案。

可能是由于要设两个未知数、并列式计算两次，表述还比较麻烦。加之有两个计算结果 ，容易造成混淆。故比较法不如验算法，能受到师生的广泛认可。

教师应要求学生，对这类可能有过量问题的方程式计算，最好用验算法来进行处理。

三、教学中的一些问题

在这部分内容的教学中，还是存在着一些问题的。

从网上就可以看到一些命题不严谨的现象。如，

例2，某同学把3g碳（应写为木炭）放在给定的氧气中充分燃烧，实验数据如下：

	第一次	第二次	第三次
给定氧气的质量	4g	13g	8g
生成二氧化碳的质量	5.5g	11g	11g

（1）从以上数据说明，这三次实验中第  三  次恰好完全反应。

（2）第  一  次实验碳有剩余，剩余 1.5 克。

（3）第  二  次实验氧气有剩余，剩余  5  克。（红色字体为原答案）

分析：以上答案是针对反应C+O₂=CO₂，而做出的。

解：把这个问题看作是一个“反应物过量”的计算题。先要验算：设3g碳能反应掉的氧气为x g。

                 C  +  O₂  =  CO₂，

化学式量   12     32       44

质量          3        x

可解出，x =8（g）。

由这个计算结果可看出，第三次实验是恰好完全反应。那么第一次就是木炭过量，第二次就是氧气过量。其余的计算这里就从略。

这个解题过程及结论中存在的问题是：

上一方程式只是在氧气充足时的反应情况。当氧气不充足时的方程式却是，C+O₂=2CO。甚至于还可以说，体系中实际上存在着可逆反应CO₂+C2CO。

所以，还应该由不充分燃烧的反应来判断，木炭是否有剩余。设需要的氧气为x g。

                   2C  +  O₂=2CO，

化学式量   2×12    32

质量            3g       x

可解出，x=4(g)。

也就是说，第一次实验的4g氧气，恰好能够使3g木炭完全变成CO。反应的结果是，既没有木炭剩余、也没有CO₂生成。

这样，上表中 “第一次”实验对应的“生成二氧化碳的质量”栏的数值应该是“0”.怎么能出现“5.5g”呢？

完全无视CO的存在，是这个题目出现命题不严谨问题的根源所在。

命题者试图用“充分燃烧”来限定这个反应产物的种类。但是在氧气不足的情况下，木炭又如何去“充分燃烧”呢？要知道，任何一个化学反应产物的种类，都不是人们据自已的意愿就能强行判定出来的。