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关系式法在氧族元素计算中的应用
贵阳市第六中学 周明德
对于多步进行的连续反应，尽管每一步反应都是各自独立的(反应条件和设备可能不同)，但前一个反应的产物是后一个反应的反应物，可根据中间产物的传递关系，找出原料和最终产物的关系式。关系式能显示物质转化的定量关系，根据关系式可进行相关的计算。
例1、 工业上用硫铁矿煅烧制SO2 时，硫的损失率为2％，SO2接触氧化制SO3时，SO2的转化率为90％，SO3吸水得硫酸，硫酸的产率为96％。求100吨纯度为75％的硫铁矿用该法生产硫酸，可得98％的硫酸多少吨？
解析： 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2↑
2SO2 + O2 == 2SO3
SO3 + H2O == H2SO4
由FeS2和H2SO4中的S原子守恒可得关系式：FeS2 ～ 2H2SO4
解：设可得98％的硫酸x吨
FeS2 ～ 2H2SO4
120 98×2
100×75％×(1－2％)×90％×96％ x×98％
解之得：x=105.84t
答：可得98％的硫酸105.84吨
例2、 今有6.5g Zn，把它投入足量的稀硫酸中，放出的H2可与多少克KClO3完全分解产生的O2恰好化合成水？
解析： 2KClO3 = 2KCl + 3O2↑
Zn + H2SO4 == ZnSO4 + H2↑
2H2 + O2 == 2H2O
由上述反应相关物质的系数比例关系可得关系式：
KClO3 ～3Zn
解： 设需要x克KClO3
KClO3 ～3Zn
122.5 65×3
X 6.5
解之得：x=4.08g
答：需要氯酸钾4.08克。
由关系式进行计算带来很大的方便，并且可以保证计算结果的准确性。寻找关系式时要特别注意原料中的某些元素是否都转入了产物中去，中间产物是否又有原始原料参与，不可盲目地根据起始物和产物中的原子守恒直接得出关系式。
例3、用含FeS280％的硫铁矿生产硫酸，已知该矿石的燃烧率为95％，SO2的转化率为90％，SO3的吸收率为98％，求生产500t 98％的硫酸需矿石的质量和标况下空气的体积。(假设空气中氧的体积分数为20％)。
解析：此题涉及到多步连续反应的计算，若采用相当量关系式的方法，则把各步反应的转化率当成原料的有效成分含量。特别注意的是：氧气参与了两个反应，在找氧气和H2SO4的关系式时，不可漏掉任何一步反应所消耗的氧气。
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2↑
2SO2 + O2 == 2SO3
SO3 + H2O == H2SO4
由FeS2和H2SO4中的S原子守恒及SO2 的转化关系可得：
FeS2 ～ 2H2SO4 ，15O2 ～ 8H2SO4
解：设需要矿石的质量为x，氧气的物质的量为y
FeS2 ～ 2H2SO4
120t 2×98t
80％×95％×90％×98％x 500t×98％
解之得：x = 447.5t
15O2 ～ 8H2SO4
15 mol 8×98 g
y 500×98％x 106 g
解之得：y = 9.375×106mol
所需空气的体积：
V = 9.375×l06mol×22.4 L·mol-1÷20％
=1.05×109 L
答：需要矿石447.5吨，空气1.05×109升。
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