關(guān)系式法在多步反應(yīng)中應(yīng)用試題關(guān)系式法是解決多步反應(yīng)計算問題的高效方法，其核心在于通過分析化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系，建立初始反應(yīng)物與最終生成物之間的直接定量關(guān)系，從而簡化計算步驟。在工業(yè)生產(chǎn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析等場景中，多步反應(yīng)往往伴隨物質(zhì)的連續(xù)轉(zhuǎn)化，且可能涉及轉(zhuǎn)化率、損失率等復(fù)雜因素，此時關(guān)系式法的優(yōu)勢尤為顯著。以下從方法原理、解題步驟、典型題型及綜合應(yīng)用四個維度展開分析，并結(jié)合具體試題進(jìn)行詳細(xì)解析。一、關(guān)系式法的核心原理與構(gòu)建方法1.原理本質(zhì)多步反應(yīng)中，各步反應(yīng)的產(chǎn)物可能成為后續(xù)反應(yīng)的反應(yīng)物，形成“初始物質(zhì)→中間產(chǎn)物→最終產(chǎn)物”的轉(zhuǎn)化鏈。關(guān)系式法通過化學(xué)方程式疊加或元素守恒思想，消去中間產(chǎn)物，直接建立初始物質(zhì)與最終產(chǎn)物的物質(zhì)的量關(guān)系。例如，工業(yè)制硫酸的三步反應(yīng)（4FeS?+11O?=2Fe?O?+8SO?；2SO?+O?=2SO?；SO?+H?O=H?SO?）中，通過硫元素守恒可直接得到FeS?與H?SO?的關(guān)系式：FeS?~2H?SO?，無需分步計算各中間產(chǎn)物的量。2.構(gòu)建關(guān)系式的兩種路徑方程式疊加法：適用于反應(yīng)步驟明確、無循環(huán)反應(yīng)的場景。例如，NO與O?混合溶于水的反應(yīng)（2NO+O?=2NO?；3NO?+H?O=2HNO?+NO），通過將第一個方程式乘以3、第二個方程式乘以2后疊加，消去NO?和NO，得到總反應(yīng)式4NO+3O?+2H?O=4HNO?，從而確定NO與HNO?的關(guān)系式為1:1。元素守恒法：適用于有循環(huán)反應(yīng)或元素轉(zhuǎn)化路徑清晰的場景。例如，用NaOH溶液吸收SO?生成CaSO?·2H?O的過程中，硫元素始終守恒，關(guān)系式為SO?~CaSO?·2H?O，無需考慮中間步驟中SO?的氧化及CaSO?的轉(zhuǎn)化細(xì)節(jié)。二、解題步驟與關(guān)鍵注意事項(xiàng)1.標(biāo)準(zhǔn)解題步驟（1）寫出各步反應(yīng)方程式：明確反應(yīng)的始態(tài)（初始反應(yīng)物）、中間產(chǎn)物和終態(tài)（目標(biāo)生成物），確保方程式配平正確。（2）確定中介物質(zhì)與轉(zhuǎn)化關(guān)系：識別各反應(yīng)中重復(fù)出現(xiàn)的中間產(chǎn)物（如SO?在制硫酸中的作用），通過方程式系數(shù)關(guān)系或元素守恒消去中間項(xiàng)。（3）建立核心關(guān)系式：根據(jù)原子守恒或電子守恒，寫出初始物質(zhì)與目標(biāo)物質(zhì)的物質(zhì)的量之比。例如，氨氧化法制硝酸中，考慮NO的循環(huán)利用，最終關(guān)系式為NH?~HNO?（N元素守恒）。（4）代入數(shù)據(jù)計算：將已知量（如原料質(zhì)量、體積、轉(zhuǎn)化率）與未知量代入關(guān)系式，結(jié)合摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積等進(jìn)行計算，注意單位統(tǒng)一（如噸與千克、升與立方米的換算）。2.關(guān)鍵注意事項(xiàng)轉(zhuǎn)化率與損失率的處理：若多步反應(yīng)中某物質(zhì)存在損失（如SO?轉(zhuǎn)化率92%、SO?吸收損失5%），需將各步損失率轉(zhuǎn)化為總利用率。例如，100t含F(xiàn)eS?95%的硫鐵礦，若沸騰爐損失硫6%、SO?轉(zhuǎn)化率92%、SO?吸收損失5%，則實(shí)際參與反應(yīng)的FeS?質(zhì)量為100t×95%×(1-6%)×92%×(1-5%)=82.53t。單位換算與有效數(shù)字：涉及氣體體積時，需注意是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況（22.4L/mol）；工業(yè)生產(chǎn)中常以噸（t）、立方米（m3）為單位，需統(tǒng)一換算為g或mol后計算，結(jié)果保留與已知數(shù)據(jù)一致的有效數(shù)字?；旌衔镏性刭|(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)聯(lián)：例如，測定漂白粉中有效氯含量時，通過反應(yīng)Cl?+2KI=2KCl+I?、I?+2Na?S?O?=2NaI+Na?S?O?，建立Cl?~2Na?S?O?的關(guān)系式，從而通過硫代硫酸鈉的消耗量計算氯氣質(zhì)量。三、典型題型分類解析1.工業(yè)生產(chǎn)流程計算例題1：用含F(xiàn)eS?80%的硫鐵礦1000t生產(chǎn)硫酸，已知沸騰爐中FeS?的利用率為95%，SO?氧化轉(zhuǎn)化率為90%，SO?吸收時損失2%，求可制得98%的濃硫酸質(zhì)量。解析：（1）寫出反應(yīng)方程式并建立關(guān)系式：4FeS?+11O?=2Fe?O?+8SO?2SO?+O?=2SO?SO?+H?O=H?SO?由S元素守恒得：FeS?~2H?SO?（1molFeS?含2molS，生成2molH?SO?）。（2）計算實(shí)際參與反應(yīng)的FeS?質(zhì)量：1000t×80%×95%×90%×(1-2%)=1000t×80%×95%×90%×98%=676.56t。（3）設(shè)生成98%的濃硫酸質(zhì)量為x，根據(jù)關(guān)系式：FeS?~2H?SO?1202×98676.56tx×98%解得x=（676.56t×2×98）/（120×98%）=1127.6t。2.尾氣處理與資源回收計算例題2：某硫酸廠每天排放10000m3尾氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況），其中SO?體積分?jǐn)?shù)為0.2%，用NaOH、生石灰和O?處理后生成CaSO?·2H?O（石膏），假設(shè)硫元素?zé)o損失，求每天可制得石膏的質(zhì)量。解析：（1）根據(jù)S元素守恒，關(guān)系式為SO?~CaSO?·2H?O。（2）計算SO?的物質(zhì)的量：尾氣中SO?體積=10000m3×0.2%=20m3=20000L，n(SO?)=20000L/22.4L/mol≈892.86mol。（3）計算石膏質(zhì)量：CaSO?·2H?O的摩爾質(zhì)量為172g/mol，m(石膏)=892.86mol×172g/mol≈153572g=153.6kg。3.實(shí)驗(yàn)測定與純度分析例題3：測定漂白粉中有效氯（Cl?質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的實(shí)驗(yàn)步驟：稱取樣品2.00g，加水溶解后加入過量KI和稀硫酸，反應(yīng)生成的I?用0.100mol/LNa?S?O?溶液滴定，消耗25.00mL。已知反應(yīng)為ClO?+2I?+2H?=Cl?+I?+H?O；I?+2S?O?2?=2I?+S?O?2?，求有效氯含量。解析：（1）建立關(guān)系式：Cl?~I?~2S?O?2?（1molCl?生成1molI?，消耗2molS?O?2?）。（2）計算Cl?的物質(zhì)的量：n(S?O?2?)=0.100mol/L×0.025L=0.0025mol，n(Cl?)=0.0025mol/2=0.00125mol。（3）有效氯含量=（0.00125mol×71g/mol）/2.00g×100%=4.44%。4.循環(huán)反應(yīng)與多步氧化還原計算例題4：將一定量的NO和O?混合氣體通入水中，恰好完全反應(yīng)生成HNO?，若原混合氣體中NO體積為4L，求消耗O?的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。解析：（1）通過方程式疊加得總反應(yīng)：4NO+3O?+2H?O=4HNO?，關(guān)系式為4NO~3O?。（2）計算O?體積：V(O?)=4L×3/4=3L。四、綜合應(yīng)用與復(fù)雜場景拓展1.多因素疊加的工業(yè)計算例題5：氨氧化法制硝酸，已知NH?轉(zhuǎn)化率96%，NO轉(zhuǎn)化為NO?的轉(zhuǎn)化率92%，NO?吸收生成HNO?時損失3%，現(xiàn)有10tNH?，求可制得63%的硝酸質(zhì)量。解析：（1）考慮循環(huán)反應(yīng)后N元素守恒，關(guān)系式為NH?~HNO?。（2）實(shí)際參與反應(yīng)的NH?質(zhì)量=10t×96%×92%×(1-3%)=8.5632t。（3）設(shè)生成63%的硝酸質(zhì)量為x：NH?~HNO?17638.5632tx×63%解得x=（8.5632t×63）/（17×63%）=50.37t。2.跨學(xué)科融合的環(huán)境監(jiān)測計算例題6：環(huán)境監(jiān)測中測定水中溶解氧（DO）的方法：取水樣100mL，加入MnSO?和堿性KI溶液，生成MnO(OH)?沉淀；加入硫酸后，MnO(OH)?與I?反應(yīng)生成I?；用0.010mol/LNa?S?O?滴定，消耗12.00mL。已知反應(yīng)為2Mn2?+O?+4OH?=2MnO(OH)?↓；MnO(OH)?+2I?+4H?=Mn2?+I?+3H?O；I?+2S?O?2?=2I?+S?O?2?，求水中DO（以mg/L為單位）。解析：（1）通過反應(yīng)關(guān)系建立O?~2MnO(OH)?~2I?~4S?O?2?，即O?~4S?O?2?。（2）計算O?的物質(zhì)的量：n(S?O?2?)=0.010mol/L×0.012L=0.00012mol，n(O?)=0.00012mol/4=0.00003mol。（3）DO=（0.00003mol×32g/mol×1000mg/g）/0.1L=9.6mg/L。五、常見錯誤分析與規(guī)避策略關(guān)系式構(gòu)建錯誤：未考慮反應(yīng)循環(huán)（如NO氧化為NO?后部分轉(zhuǎn)化為NO），導(dǎo)致關(guān)系式系數(shù)偏差。例如，直接根據(jù)單一反應(yīng)2NO+O?=2NO?得出NO與O?的物質(zhì)的量比為2:1，忽略后續(xù)NO?與水反應(yīng)生成NO的循環(huán)，正確關(guān)系式應(yīng)為4NO~3O?。單位換算混亂：將“體積分?jǐn)?shù)0.2%”誤按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，或未將m3轉(zhuǎn)換為L（如例題2中10000m3需換算為10?L）。忽略中間產(chǎn)物損失率：工業(yè)計算中，各步反應(yīng)的損失率需連乘計算總利用率，而非簡單相加。例如，SO?轉(zhuǎn)化率90%、SO?吸收率95%，總利用率為90%×95%=85.5%，而非1-（10%+5%）=85%。元素守恒適用條件混淆：僅當(dāng)元素完全轉(zhuǎn)化且無副反應(yīng)時，元素守恒才成立。若存在副反應(yīng)（如硫鐵礦燃燒生成Fe?O?而非Fe