高中化学人教版学案第三章第二节第2课时物质的量在化学方程式计算中的应用

第2课时物质的量在化学方程式计算中的应用物质的量在化学方程式计算中的应用1．以物质的量为中心的计算物质的量与其他物理量之间的计算公式(1)已知物质的质量m(B)，n(B)＝eq\f(m（B）,M)。(2)已知标准状况时的气体体积V[B(g)]，n(B)＝eq\f(V（B）,Vm)。(3)已知物质的粒子数N(B)，n(B)＝eq\f(N（B）,NA)。(4)已知溶液中溶质的物质的量浓度c(B)，n(B)＝c(B)·V。2．化学方程式中的定量关系2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑eq\a\vs4\al(化学计量,数之比) 2∶ 2∶ 2∶ 1eq\a\vs4\al(扩大6.02×,1023倍)2×6.02×1023∶2×6.02×1023∶2×6.02×1023∶1×6.02×1023物质的量之比2mol∶ 2mol∶ 2mol∶ 1mol结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的粒子个数之比，也等于各物质的物质的量之比。(1)在同温同压下，气态物质的分子数之比＝物质的量之比＝体积之比。因此，对于有气体参与的反应化学方程式中各物质的化学计量数之比等于气体体积之比。(2)化学方程式不但可以表示反应物、生成物的粒子数目关系和质量关系，还可以表示它们的物质的量关系，如H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2HCl可表示1__mol__H2与1__mol__Cl2在点燃的条件下完全反应生成2__mol__HCl。1．判断下列说法是否正确：(1)化学反应前后物质的质量和物质的量均不变。(×)提示：化学反应前后物质的总质量一定不变，但前后物质总物质的量可能增大、减小或不变。(2)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的质量之比。(×)提示：化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比。(3)化学方程式2H2＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2H2O的意义为2molH2和1molO2在点燃的条件下完全反应生成2molH2O。(√)提示：化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比，2molH2和1molO2在点燃的条件下完全反应生成2molH2O。2．教材中描述“物质的量(n)、摩尔质量(M)、物质的量浓度(c)和气体摩尔体积(Vm)应用于化学方程式进行计算时，对于定量研究化学反应中各物质之间量的关系会更加方便”，利用化学方程式进行计算时，已知物理量和被求物理量是否必须一致，为什么？提示：将物质的量、物质的质量、粒子数和气体体积应用于化学方程式计算时，在化学方程式下面列出的物理量必须符合“左右成比例，上下单位相同”的基本原则。3．甲、乙两位同学就物质的量应用于化学方程式计算，产生了以下讨论：你同意哪位同学的说法？举例说明。提示：若题目所给物质的物理量单位不一致，换算成同一个单位，有时显得很烦琐，这时只要做到各个量的单位“上下一致，左右相当”即可。如：物质的量在化学方程式计算中的作用硫酸亚铁是一种十分重要的化工原料，用途十分广泛。以铁溶解于硫酸中制取硫酸亚铁已失去经济意义。当前多是利用工业废料来制取，即选用机械加工及制造行业产生的废弃物——废铁屑为原料来进行制取，因此是变废为宝、利用再生资源的环保型制取方法。探究物质的量在化学方程式计算中的应用1．若用10kg含纯铁的质量分数为56%的工业废铁屑(所含杂质不与硫酸反应)与足量硫酸反应制取硫酸亚铁，在根据化学方程式计算时，铁的物质的量应是100mol。提示：铁的物质的量n＝m/M＝(10000g×56%)÷56g·mol－1＝100mol。2．观察下列化学方程式，及各物质对应的物理量。Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑56g1mol 1mol22.4Lm(Fe)n(H2SO4)n(FeSO4)V(H2)(1)为什么利用化学方程式进行计算时，同一种物质的单位必须统一，而不同的物质则不必统一？提示：同一种物质用不同的物理量表示时，比例是相同的。例如1mol铁和56g铁完全相同。(2)112g铁与足量稀硫酸完全反应，生成标准状况下的氢气多少升？消耗2mol·L－1硫酸的体积多少升？提示：Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑ 56g1mol 22.4L 112gV(H2SO4)·2mol·L－1 V(H2)eq\f(56g,112g)＝eq\f(1mol,V（H2SO4）·2mol·L－1)＝eq\f(22.4L,V（H2）)解得：V(H2SO4)＝1LV(H2)＝44.8L。1．物质的量应用于化学方程式计算步骤：2．物质的量应用于化学方程式计算的类型和步骤：(1)基本计算已知一种反应物(或生成物)的量求解其他物质的有关量，此时按照化学方程式中量的关系，列出已知物质和待求物质的比例式计算便可。(2)混合物反应的计算设混合物中各物质的物质的量为x、y，按照化学方程式中量的关系并以x、y表示，列出方程组解答。(3)过量计算给出了两种反应物的量，求解某产物的量。方法：按照化学方程式中量的关系判断哪一种物质不足，然后根据不足的物质的量进行求解。3．物质的量应用于化学方程式计算时的注意事项：(1)计算时，各物质不一定都用物质的量表示，也可以用物质的质量、气体的体积，但要注意各物质的物质的量与各物理量的换算关系。(2)在化学方程式中列出的各量，同种物质的单位必须相同，不同物质的单位可以相同，也可以不同，但单位必须“上下统一”。(3)列式求解时要注意所有的数值要带单位，同时注意有效数字的处理。【思考讨论】铝与酸、碱液反应生成H2的量的关系为eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑,2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋3H2↑。))(1)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为多少？(2)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为多少？(3)足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为多少？提示：依据离子方程式得出定量关系：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2Al～6H＋～3H2,2Al～2OH－～3H2，))可得(1)为3∶1；(2)为1∶1；(3)为1∶3。【典例】某化学兴趣小组模仿工厂用废铁屑与稀硫酸反应制备硫酸亚铁。250mL2mol·L－1的硫酸与足量的铁屑完全反应。计算：(1)参加反应的铁屑的物质的量；(2)制备硫酸亚铁的质量。【思维建模】解答本题需注意以下两个方面：(1)明确题目中涉及的反应。(2)明确相关的物理量，并将其转化为物质的量。【解析】n(H2SO4)＝0.25L×2mol·L－1＝0.5molFe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑1mol1mol152gn(Fe)0.5molm(FeSO4)eq\f(1mol,n（Fe）)＝eq\f(1mol,0.5mol)＝eq\f(152g,m（FeSO4）)解得n(Fe)＝0.5mol，m(FeSO4)＝76g。答案：(1)参加反应的铁屑的物质的量为0.5mol；(2)制备硫酸亚铁的质量为76g。14g铁与250mL2mol·L－1的硫酸反应。生成硫酸亚铁的质量为多少？(关键能力—分析与推测)提示：38g。n(H2SO4)＝0.25L×2mol·L－1＝0.5mol；n(Fe)＝14g÷56g·mol－1＝0.25mol；硫酸过量，应该根据铁的物质的量进行计算。Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑1mol 152g0.25mol m(FeSO4)列出比例式，解得m(FeSO4)＝38g。【规律方法】化学计算中常用的解题方法(1)关系式法当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。①根据化学方程式确定关系式。写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。②根据原子守恒确定关系式。示例：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的质量。分析：a.写出反应方程式：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(△))2Fe＋3CO2，CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2Ob．列关系式3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3。(2)守恒法①电子守恒：氧化还原反应中得电子总数等于失电子总数。②电荷守恒：电解质溶液中，阳离子所带正电荷总数＝阴离子所带负电荷总数；离子方程式中，反应物所带电荷总数＝生成物所带电荷总数。(3)差量法原理：根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出“理论差量”，如反应前后的质量、物质的量、气体体积等。结合题目实际差量列出比例式进行解答。示例：2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2固体差值 2mol 2×106g 1mol2×28g n(Na2O2) m(Na2CO3)n(O2) 5.6g则：eq\f(2mol,n（Na2O2）)＝eq\f(2×106g,m（Na2CO3）)＝eq\f(1mol,n（O2）)＝eq\f(2×28g,5.6g)【备选例题】将2.3g钠投入97.8g水中，反应完毕后，得到100mL溶液，计算：(1)产生的氢气在标准状况下的体积。(2)所得氢氧化钠溶液的溶质质量分数。(3)所得氢氧化钠溶液中溶质的物质的量浓度。【解题指南】解答本题要注意以下两点：(1)明确题目中涉及的化学反应。(2)明确相关的物理量和计算方法，利用相关的化学方程式计算。【解析】(1)2.3gNa的物质的量为eq\f(2.3g,23g·mol－1)＝0.1mol，则2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑2mol 22.4L0.1mol V(H2)产生的氢气在标准状况下的体积V(H2)＝eq\f(22.4L×0.1mol,2mol)＝1.12L。(2)0.1molNa完全反应生成0.1molNaOH，氢氧化钠的质量为40g·mol－1×0.1mol＝4g，所得溶液质量为100g，则所得溶液中氢氧化钠的质量分数为eq\f(4g,100g)×100%＝4%。(3)所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为eq\f(0.1mol,0.1L)＝1mol·L－1。答案：(1)1.12L(2)4%(3)1mol·L－1【母题追问】向反应后的溶液中加入盐酸，需要2mol·L－1的盐酸多少mL可以将碱完全中和？提示：根据酸碱中和反应的离子方程式：H＋＋OH－=H2O，可知0.1molNaOH完全中和，应消耗0.1molHCl，即需要2mol·L－1的盐酸0.05L，即50mL。1．标准状况下，3.25g锌与足量的盐酸反应生成xL氢气，下列比例式正确的是()A．Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑ 1mol 1mol 3.25g xLB．Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑ 65g 1L 3.25g xLC．Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑ 1mol 22.4L 0.05mol xLD．Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑ 65g 1mol 3.25g xL【解析】选C。根据化学方程式计算时，已知物理量和待求物理量要保证“上下单位相同，左右相对应”。2．(2021·梅州高一检测)将12.8g铜粉加到400mL2mol·L－1的FeCl3溶液中，充分反应后(假设溶液总体积不变)，下列说法正确的是()A．溶液中产生了黑色固体B．氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2C．溶液中Fe2＋的物质的量浓度为2.0mol·L－1D．溶液中Fe3＋和Fe2＋物质的量之比为1∶2【解析】选B。铜与FeCl3发生反应的离子方程式为Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋，12.8g铜粉的物质的量为eq\f(12.8g,64g·mol－1)＝0.2mol，400mL2mol·L－1的FeCl3的物质的量为2mol·L－1×0.4L＝0.8mol，显然溶液中FeCl3过量。铜粉溶解，铁离子转化为亚铁离子，不会出现黑色固体，A错误；氧化产物为铜离子，还原产物为亚铁离子，两者物质的量之比为1∶2，B正确；溶液中Fe2＋的物质的量浓度等于参加反应的Fe3＋的物质的量浓度，为eq\f(0.2mol×2,0.4L)＝1.0mol·L－1，C错误；溶液中剩余的Fe3＋的物质的量为0.8mol－0.2mol×2＝0.4mol，生成的Fe2＋物质的量为0.2mol×2＝0.4mol，所以两者的物质的量之比为1∶1，D错误。把10.2g镁铝合金的粉末放入过量烧碱溶液中，生成标准状况下6.72L氢气。(1)该合金中铝的质量分数是多少？提示：把镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，镁不反应，只有铝能与氢氧化钠溶液反应。设铝的物质的量为n(Al)，则：2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑2mol 3×22.4Ln(Al) 6.72L解得：n(Al)＝0.2mol，m(Al)＝0.2mol×27g·mol－1＝5.4g，铝的质量分数为eq\f(5.4g,10.2g)×100%≈52.9%。(2)该合金中镁和铝的物质的量之比是多少？提示：m(Mg)＝10.2g－5.4g＝4.8gn(Mg)＝eq\f(4.8g,24g·mol－1)＝0.2mol，则n(Al)∶n(Mg)＝1∶1。(3)该合金溶于足量盐酸中，标准状况下产生氢气的体积是多少？提示：设由铝生成的氢气为V1(H2)，由镁生成的氢气为V2(H2)，由铝和镁与盐酸的反应可知：2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2mol3×22.4L0．2molV1(H2)解得：V1(H2)＝6.72L，Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑1mol22.4L0．2molV2(H2)解得：V2(H2)＝4.48L，V总(H2)＝V1(H2)＋V2(H2)＝6.72L＋4.48L＝11.2L。答案：(1)52.9%(2)1∶1(3)11.2L1．(水平1)把一小块钠放入足量水中，会发生如下反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑。有关该反应的下列说法正确的是()A．反应中Na与NaOH的质量相等B．反应中H2O和H2的质量相等C．反应中H2O和H2的质量之比为2∶1D．反应中Na与NaOH的物质的量之比为1∶1【解析】选D。该反应中，Na与NaOH的物质的量之比为1∶1，质量之比为23∶40，所以A项错误，D项正确；H2O与H2的物质的量之比为2∶1，质量之比为18∶1，所以B项、C项均错误。2．(水平1)SiC的硬度仅次于世界上最硬的金刚石，具有优良的耐磨性。工业制造SiC(其中硅的化合价是＋4价)的化学方程式如下：SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑。在这个氧化还原反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比是()A．1∶2B．2∶1C．1∶1D．3∶5【解析】选A。SiO2既不是氧化剂也不是还原剂。该反应中每有3molC反应时，有1molC作氧化剂得到还原产物SiC，有2molC作还原剂得到氧化产物CO。3．(水平1)等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是()A．1∶1B．3∶4C．2∶3D．4∶3【解析】选B。根据反应的化学方程式Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑、3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2可知，1molFe与盐酸反应生成1molH2，与水蒸气反应生成eq\f(4,3)molH2，故相同条件下，产生H2的体积比是3∶4。【补偿训练】完全沉淀等物质的量浓度的NaCl、MgCl2、AlCl3溶液中的Cl－，消耗等物质的量浓度的AgNO3溶液的体积比为3∶2∶1，则上述溶液的体积比为()A．1∶1∶1 B．3∶2∶1C．6∶3∶2 D．9∶3∶1【解析】选D。消耗等物质的量浓度的AgNO3溶液的体积比为3∶2∶1，则消耗Ag＋的物质的量之比为3∶2∶1，故NaCl、MgCl2、AlCl3的物质的量之比为3∶1∶eq\f(1,3)，即为9∶3∶1，则体积比为9∶3∶1。4．(水平2)用铝箔包着2.3g金属钠，放入50mL水中，放出的H2体积(标准状况)是()A．小于1.12LB．等于1.12LC．大于1.12L D．不能确定【解析】选C。2.3gNa即0.1molNa和水反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，生成0.05molH2，同时还生成氢氧化钠