24秋-25春人教版化学必修第一册 19 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

第三章铁金属材料第二节金属材料第2课时物质的量在化学方程式计算中的应用学习任务目标1.掌握物质的量与其他物理量的换算关系。从宏观和微观的角度认识物质的量在化学反应中的应用。2.根据实例，找出物质的量应用于化学方程式计算的一般步骤，并应用于实际的计算，通过化学方程式的计算建立化学方程式计算的模型。一、物质的量与其他物理量之间的关系1.图示关系2.计算公式(1)已知物质的质量m(B)，n(B)＝m(B(2)已知标准状况下气体的体积V[B(g)]，n(B)＝V[B(3)已知物质的粒子数N(B)，n(B)＝N(B(4)已知溶液中溶质的物质的量浓度c(B)和溶液体积V，n(B)＝c(B)·V。二、物质的量在化学方程式中的应用化学方程式2CO＋O2点燃化学计量数之比2∶1∶2物质粒子数之比2∶1∶2扩大NA倍之后2NA∶NA∶2NA物质的量之比2∶1∶2标准状况下体积之比44.8L∶22.4L∶44.8L相同状况下体积之比2∶1∶2结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比＝各物质的粒子数目之比＝各物质的物质的量之比。物质的量应用于化学方程式的计算[探究活动]硫酸亚铁片是一种治疗贫血的药物，用于各种原因引起的缺铁性贫血。硫酸亚铁还是一种十分重要的化工原料，用途十分广泛。当前多是利用工业废料来制取硫酸亚铁，即选用机械加工及制造行业产生的废弃物——废铁屑为原料进行制取，因此是利用再生资源的环保型制取方法。活动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，计算铁的物质的量。提示：铁的物质的量n＝mM＝10000g×活动2观察下列化学方程式及各物质对应的物理量。Fe＋H2SO4FeSO4＋H256g 1mol 1mol 22.4L m(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？(2)112g铁与足量稀硫酸完全反应，生成标准状况下的氢气为多少升？消耗2mol·L－1硫酸的体积为多少升？提示：(1)同一种物质用不同的物理量表示时，比例是相同的。(2) Fe＋H2SO4FeSO4＋H2 56g 1mol 22.4L 112gV(H2SO4)×2mol·L－1 V(H2)56g112解得：V(H2SO4)＝1L，V(H2)＝44.8L。[评价活动]1.用28g铁跟足量的稀硫酸反应，可制得氢气xmol，现需20g氢气，需要消耗ymol铁，则x、y分别为()A.0.5、0.5 B.1、10C.1、1 D.0.5、10D解析：反应的化学方程式为Fe＋H2SO4FeSO4＋H2↑，则有x＝2856＝0.5，y＝2022.一定浓度的NaOH溶液20mL可恰好中和18mLxmol·L－1的H2SO4溶液或24mLymol·L－1的盐酸，则x∶y为()A.1∶2 B.2∶1C.2∶3 D.3∶2C解析：中和20mL一定浓度的NaOH溶液需要的HCl的量是H2SO4的2倍，即24y＝2×18x或理解为两者电离出的n(H＋)相同，可得出x∶y＝2∶3。3.将5.1g镁铝合金的粉末放入过量的盐酸中，得到5.6LH2(标准状况)。下列说法正确的是()A.该合金中铝的质量分数约为52.9％B.该合金中铝与镁的物质的量之比为1∶2C.参与反应的HCl的物质的量为5molD.反应过程中转移的电子总数为0.75NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)A解析：设镁、铝的物质的量分别为x和y，根据题意可知标准状况下H2的物质的量为5.6L22.4L·mol－1＝0.25mol，因盐酸足量，金属完全反应，根据化学方程式Mg＋2HClMgCl2＋H2↑24g·mol－1×x+27g·mol－1×y=5.1g，x＋32y=0.25mol，解得：x＝0.1mol，y＝0.1mol。该合金中含有0.1mol镁和0.1mol铝，铝的质量分数约为0.1mol×27g·mol－15.1g×100％≈52.9％，选项A正确；该合金中含有0.1mol镁和0.1mol铝，铝与镁的物质的量之比为1∶1，选项B错误；该合金中含有0.1mol镁和0.1mol铝，参与反应的HCl的物质的量为1.物质的量应用于化学方程式计算的步骤2.物质的量应用于化学方程式计算时的注意事项(1)书写格式规范化：在根据化学方程式计算的过程中，各物理量、物质名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。(2)单位运用对应化：根据化学方程式计算时，如果题目所给的两个量单位不一致，要注意两个量的单位要“上下一致，左右相当”，且单位要注明。(3)如果两种反应物的量都是已知的，求解某种产物的量时，必须先判断哪种物质过量，然后根据不足量的物质进行计算。课后素养评价（十七）知识点1物质的量在化学方程式计算中的应用1.对于反应aA＋bBcC＋dD（A、B、C、D表示物质的化学式，a、b、c、d表示各物质的化学计量数），下列说法不正确的是（A.如果质量为m1的A与质量为m2的B恰好完全反应，则生成的C、D的质量之和一定等于（m1＋m2）B.参加反应的A和B中的原子总数一定等于生成的C和D的原子总数C.（a＋b）不一定等于（c＋d）D.A和B中的元素种类数不一定等于C和D中的元素种类数D解析：化学反应中元素种类守恒，故D错误。2.在一定条件下，以过氧化氢为原料制取氧气（2H2O2MnO22H2O＋O2↑），当1molH2O2参加反应时，制得的氧气在标准状况下的体积为A.2.24L B.4.48LC.11.2L D.22.4LC解析：由2H2O2MnO22H2O＋O2↑可知，每2molH2O2反应生成1mol氧气，则当反应1molH2O2时，制得0.5mol氧气，在标准状况下的体积为0.5mol×22.4L·mol－1＝11.2L3.利用太阳能分解制氢气，若光催化分解0.02molH2O（假设完全反应），则下列说法正确的是（）A.生成H2的质量为0.02gB.生成氢原子数为2.408×1023C.生成H2的体积为0.224L（标准状况）D.生成的H2中含有的质子数为2.408×1022D解析：根据反应的化学方程式2H2O2H2↑＋O2↑可知，光解0.02mol水，可产生0.02molH2和0.01molO2，则生成H2的质量为0.02mol×2g·mol－1＝0.04g，A错误；生成氢原子数为0.02mol×2×6.02×1023mol－1＝2.408×1022，B错误；标准状况下，生成H2的体积为0.02mol×22.4L·mol－1＝0.448L，C错误；生成的H2中含有的质子数为0.02mol×2×6.02×1023mol－1＝2.408×1022，D正确。4.将5g镁、锌、铁三种金属的混合物投入40mL稀硫酸中，恰好完全反应，生成的氢气在标准状况下的体积是2.8L，则这三种金属的物质的量之和为（）A.0.25mol B.0.125molC.0.1mol D.0.5molB解析：镁、锌、铁均用R表示，这三种金属与稀硫酸反应符合通式R＋H2SO4RSO4＋H2↑，故这三种金属的物质的量之和等于氢气的物质的量，为2.8L22.4L·mol－1知识点2常用的化学计算方法5.200mL0.5mol·L－1的盐酸与14.3gNa2CO3·xH2O恰好完全反应生成CO2，则x为（）A.5 B.6 C.9 D.10D解析：二者恰好完全反应生成CO2的化学方程式为2HCl＋Na2CO3·xH2O2NaCl＋CO2↑＋（x＋1）H2O，则n（Na2CO3·xH2O）＝12×0.5mol·L－1×0.2L＝0.05mol，即106g·mol－1＋18g·mol－1×x＝14.3g0.05mol，解得6.在一定条件下，钠与O2反应可生成1.5g固体，若将相同质量的钠与80mL0.50mol·L－1的盐酸反应，钠恰好完全转化为NaCl，则1.5g固体的成分可能是（）A.Na2O B.Na2O2C.Na2O和Na2O2 D.Na2O2和NaO2C解析：钠与盐酸反应最后所得溶液为NaCl溶液，根据溶液中的电荷守恒及反应前后元素守恒可知，n（Na＋）＝n（Cl－）＝n（HCl）＝0.50mol·L－1×0.08L＝0.04mol。若固体为Na2O，则其质量应为0.02mol×62g·mol－1＝1.24g；若固体为Na2O2，则其质量应为0.02mol×78g·mol－1＝1.56g；若固体为NaO2，则其质量应为0.04mol×55g·mol－1＝2.2g。而固体质量为1.5g，故该固体可能是Na2O和Na2O2的混合物、Na2O和NaO2的混合物或三者的混合物。7.（双选）将1.1gFe、Al混合物溶于200mL5mol·L－1的盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6mol·L－1（溶液体积变化忽略不计）。下列说法不正确的是（）A.反应中消耗HCl0.04molB.混合物中含有0.02molAlC.混合物中含有0.01molFeD.混合物中Al与Fe的物质的量之比为1∶1AD解析：n（消耗HCl）＝0.2L×5mol·L－1－0.2L×4.6mol·L－1＝0.08mol，A错误；可设混合物中Al、Fe的物质的量分别为x、y，则根据Al～3HCl、Fe～2HCl，可得3x＋2y＝0.08mol①，27g·mol－1×x＋56g·mol－1×y＝1.1g②，①②联立可得x＝0.02mol、y＝0.01mol，可知B、C正确，D错误。8.常温下，将等质量的Mg和Al分别与等浓度、等体积的稀硫酸反应，产生气体的体积（V）与时间（t）的关系如图所示。下列说法错误的是（）A.曲线Ⅰ代表Mg与稀硫酸反应的变化曲线B.参加反应的Mg和Al的质量之比为3∶4C.在Al与稀硫酸的反应中，每转移0.6mol电子，同时生成气体的体积为6.72L（标准状况下）D.上述发生的反应中，稀硫酸的量不足B解析：Mg比Al活泼，反应速率更大，故曲线Ⅰ代表Mg与稀硫酸反应的变化曲线，A正确；Mg＋H2SO4MgSO4＋H2↑、2Al＋3H2SO4Al2（SO4）3＋3H2↑，反应生成氢气的量相同，则参加反应的Mg和Al的物质的量之比为3∶2，质量之比为（3×24）∶（2×27）＝4∶3，B错误；在Al与稀硫酸的反应中，2Al～6e－～3H2，每转移0.6mol电子，同时生成氢气0.3mol，体积为6.72L（标准状况下），C正确；若反应中硫酸过量，则铝会生成更多的氢气，故上述发生的反应中，稀硫酸的量不足，9.M（NO3）2热分解的化学方程式为2M（NO3）2△2MO＋4NO2↑＋O2↑，加热148gM（NO3）2使其完全分解，在标准状况下收集到11.2L的O2，M的摩尔质量是A.64g·mol－1 B.24g·mol－1C.65g·mol－1 D.40g·mol－1B解析：标准状况下，n（O2）＝11.2L22.4L·mol－1＝0.5mol，由2M（NO3）2△2MO＋4NO2↑＋O2↑可知，M（NO3）2的物质的量为0.5mol×2＝1mol，则M（NO3）2的摩尔质量为148g1mol＝148g·mol－1，故M的摩尔质量为（148－2×62）g·mol10.将一定质量的锌片放入500mLCuSO4溶液中，二者恰好完全反应，待充分反应后取出锌片，洗净后称量，发现锌片比原来减轻了0.5g，则该CuSO4溶液的物质的量浓度为（）A.0.5mol·L－1 B.1mol·L－1C.1.5mol·L－1 D.2mol·L－1B解析：锌与CuSO4溶液反应时，置换出来的铜附着在锌片上。Zn＋Cu2＋Zn2＋＋CuΔm（固体质量减轻1mol1gn（Cu2＋）0.5g1moln（C解得n（Cu2＋）＝0.5mol，所以c（CuSO4）＝0.5mol0.5L＝1mol·L－11.混合物X由Al2O3、Fe2O3、Cu、SiO2（酸性氧化物，能与NaOH溶液反应）中的某几种物质组成，进行下列实验操作时，下列有关说法正确的是（）A.步骤Ⅰ中减少的3.6g固体一定是混合物B.步骤Ⅱ中质量减少的物质一定是Fe2O3C.根据步骤Ⅰ、Ⅱ可以判断混合物X的成分为Al2O3、Fe2O3、CuD.根据上述步骤Ⅱ可以得出Fe2O3和Cu的质量比为1∶1D解析：Al2O3、SiO2都能与NaOH溶液反应，10gX加入过量NaOH溶液中剩余6.4g固体，说明混合物X含Al2O3、SiO2中的至少1种；剩余固体中加过量盐酸溶解，Fe2O3和盐酸反应生成氯化铁和水，Cu和盐酸不反应，Cu和氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜，最后剩余1.92g固体，剩余固体一定是Cu，说明氯化铁完全参加2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋反应。根据以上分析，步骤Ⅰ中减少的3.6g固体中至少有Al2O3、SiO2中的一种，不一定是混合物，故A错误；步骤Ⅰ剩余固体中一定不含Al2O3、SiO2，Fe2O3和盐酸反应生成氯化铁和水，Cu和氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜，所以步骤Ⅱ中质量减少的物质是Fe2O3和部分Cu，故B错误；根据步骤Ⅰ、Ⅱ可以判断混合物X中一定有Fe2O3、Cu，Al2O3、SiO2中至少有1种，故C错误；参加反应的Fe2O3和Cu的质量和为4.48g，根据反应关系式Fe2O3～2Fe3＋～Cu，设参加反应的Cu的物质的量为x，则160g·mol－1×x＋64g·mol－1×x＝4.48g，x＝0.02mol，原固体X中含有Cu的质量为0.02mol×64g·mol－1＋1.92g＝3.2g，Fe2O3的质量为0.02mol×160g·mol－1＝3.2g，二者质量比为1∶1，故D12.已知5.3gNa2CO3恰好与20mL盐酸完全反应生成CO2。（1）盐酸的物质的量浓度为。（2）产生的CO2在标准状况下的体积是L。解析：5.3gNa2CO3的物质的量为5.3g106g·mol－1＝0.Na2CO3＋2HCl2NaCl＋CO2↑＋H21mol2mol1mol0.05moln（HCl）n（CO2）所以n（HCl）＝0.05mol×2＝0.1mol，n（CO2）＝0.05mol，故盐酸的物质的量浓度为0.1mol0.02L＝5mol·L－1，生成CO2的体积为0.05mol×22.4L·mol－1＝1.12答案：（1）5mol·L－1（2）1.1213.将50g铁粉和氧化铁的混合物加入200mL的稀硫酸中，恰好完全反应，放出氢气4.48L（标准状况），在反应后的溶液中滴加KSCN溶液不显红色，且无固体剩余物。回答下列问题：（1）发生的化学反应中有一个属于化合反应，写出其离子方程式：。（2）混合物中含氧化铁g。（3）原稀硫酸的物质的量浓度为mol·L－1。解析：（1）在反应后的溶液中滴加KSCN溶液不显红色，且无固体剩余物，则铁元素全部转化为亚铁离子存在于溶液中，因此共发生3个反应：Fe＋H2SO4FeSO4＋H2↑、Fe2O3＋3H2SO4Fe2（SO4）3＋3H2O、Fe＋Fe2（SO4）33FeSO4。3个反应中Fe＋Fe2（SO4）33FeSO4属于化合反应，反应的离子方程式为Fe＋2Fe3＋3Fe2＋。（2）设混合物中铁的物质的量为x，氧化铁的物质的量为y，则①56g·mol－1×x＋160g·mol－1×y＝50g，放出标准状况下氢气4.48L（0.2mol），根据Fe＋H2SO4FeSO4＋H2↑可知，消耗铁的物质的量为0.2mol，根据Fe＋Fe2（SO4）33FeSO4可知，消耗铁的物质的量为y，则②0.2mol＋y＝x，联立解得：x≈0.3796mol，y≈0.1796mol，则混合物中氧化铁的质量为0.1796mol×160g·mol－1＝28.736g。（3）结合（2）可知n（H2SO4