高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料第2课时当堂达标检测题

第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用

基础过关练

题组一　根据化学方程式比例关系计算

1.标准状况下,3.25 g锌与足量的盐酸反应生成x L氢气。下列比例式正确的是(　　)

A.Zn+2HCl ZnCl2+H2↑

 1 mol 1 mol

 3.25 g x L

B.Zn+2HCl ZnCl2+H2↑

 65 g 1 L

 3.25 g x L

C.Zn+2HCl ZnCl2+H2↑

 1 mol 22.4 L

 0.05 mol x L

D.Zn+2HCl ZnCl2+H2↑

 65 g 1 mol

 3.25 g x L

2.把一小块钠放入足量水中,会发生如下反应:2Na+2H2O 2NaOH+H2↑。下列有关该反应的说法正确的是(　　)

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∶1

D.反应中Na与NaOH的物质的量之比为1∶1

3.在500 mL NaOH溶液中加入足量铝粉,反应完全后共收集到标准状况下的气体33.6 L。该NaOH溶液的物质的量浓度为(　　)

A.1.0 mol·L-1 B.2.0 mol·L-1

C.1.5 mol·L-1 D.3.0 mol·L-1

4.(2019河北唐山一中高一月考)CS2(液体)能在氧气中燃烧生成CO2和SO2,将0.228 g CS2在448 mL(标准状况)O2中燃烧,将燃烧后的混合气体恢复到标准状况时体积为(　　)

A.201.6 mL　　B.448 mL　　C.224 mL　　D.336 mL

5.(2019宁夏银川一中高一期末)已知实验室在加热条件下制取Cl2的化学方程式为MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O,将8.7 g MnO2与足量浓盐酸混合加热,反应生成氯气的体积(标准状况)是　　　　;被氧化的HCl的质量是　　　　。 

题组二　列方程组进行化学计算

6.将1.1 g铁和铝的混合物溶于200 mL 5 mol·L-1的盐酸中,反应后盐酸的浓度变为4.6 mol·L-1(溶液体积变化忽略不计),则下列表述不正确的是(　　)

A.反应中消耗的HCl的物质的量为0.08 mol

B.混合物中含有0.02 mol Al

C.混合物中含有0.01 mol Fe

D.混合物中Al与Fe的物质的量之比为1∶1

7.(2019陕西黄陵中学高一期末)把3.06 g铝和镁的混合物粉末放入100 mL盐酸中,恰好完全反应,并得到标准状况下3.36 L H2,计算:

(1)该合金中铝的物质的量;

(2)该合金中镁的质量;

(3)反应后溶液中Cl-的物质的量浓度(假定反应后体积仍为100 mL)。

8.在标准状况下进行如下实验:甲、乙、丙三个烧杯中各盛有300 mL相同浓度的盐酸,分别加入质量不同、组成相同的镁铝合金粉末,有关数据如下表所示。

(1)求盐酸中溶质的物质的量浓度。

(2)求合金中镁、铝的质量分数。

题组三　守恒法在化学计算中的应用

9.(2020湖南师大附中高一期末)一块表面已被缓慢氧化的金属钠,其质量为10.8 g,投入100 g水中,收集到氢气0.2 g。则原来钠块表面被氧化的钠的质量是(　　)

A.6.2 g　　　B.4.6 g　　　C.7.8 g　　　D.10.6 g

10.向50 mL Na2SO4和Na2CO3的混合溶液中加入过量的BaCl2溶液,得到14.51 g白色沉淀,向白色沉淀中加入过量的稀HNO3,充分反应后,沉淀减少到4.66 g,并有气体产生。则:

(1)原混合溶液中Na2SO4的物质的量浓度为　　　　　　,Na2CO3的物质的量浓度为　         。 

(2)产生的气体的物质的量为　　　　。 

能力提升练

题组一　化学计算中的常用方法

1.(2020浙江温州高一期末,)已知:Cu2O+H2SO4 Cu+CuSO4+H2O。某红色粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种,为探究其组成,取少量样品加入过量稀硫酸。下列有关说法正确的是(　　)

A.若固体全部溶解,则发生的离子反应只有Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O

B.若固体部分溶解,则样品中一定含有Cu2O,一定不含有Fe2O3

C.若固体全部溶解,再滴加KSCN溶液,溶液不变红色,则样品中n(Fe2O3)∶n(Cu2O)=2∶1

D.另取a g样品在空气中充分加热至质量不再变化,称其质量为b g(b>a),则混合物中Cu2O的质量分数为9(b-a)/a(Cu2O在空气中加热生成CuO)

题组二　与图像相结合的化学计算

2.(双选)()某金属与盐酸反应时,生成H2的质量与消耗金属质量的关系如下图所示,此金属可能是(　　)

A.生铁　　B.纯铁　　C.镁铝合金　　D.铜铁合金

3.(2020江西上饶高一月考,)把一块镁铝合金投入1 mol/L盐酸里,待合金完全溶解后,往溶液里加入1 mol/L NaOH溶液,生成沉淀的物质的量随加入NaOH溶液体积变化的关系如图A所示。下列说法中不正确的是(　　)

图A              图B              图C

提示:①Al(OH)3+OH- Al+2H2O;②Al(OH)3不溶于水,NaAlO2可溶于水。

A.a的取值范围为0≤a<50

B.的最大值为2.5

C.若将关系图改为B图时,则a的取值范围为80<a<90

D.若将关系图改为C图时,则a的取值范围为75<a<90

题组三　化学计算综合应用

4.()在标准状况下,进行甲、乙、丙三组实验,三组实验各取30 mL同浓度的盐酸,加入同一种镁和铝的混合物粉末,产生气体,有关数据列表如下:

(1)甲、乙两组实验中,哪一组盐酸是不足量的:　　　,理由是　　　　　。 

(2)盐酸中溶质的物质的量浓度为　　　　　　。 

(3)混合粉末中Mg的物质的量为　　　　,Mg、Al的物质的量之比为　　　　。 

5.()钼是一种过渡金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂,这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性,还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图。

(1)写出在高温下发生反应①的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　。 

(2)如果在实验室模拟操作1和操作2,则需要使用的主要玻璃仪器有　　　　　　　　　　。 

(3)某同学利用下图所示装置来制备氢气,利用氢气还原三氧化钼,根据要求回答问题:

①请设计一个实验方案验证H2的还原性并检验其氧化产物,其装置连接顺序是

　　　　　　　→D→D。 

②两次使用D装置,其中所盛的药品依次是　　　　　　　、　　　　。 

(4)工业上制备还原性气体CO和H2的反应原理为CO2+CH4 2CO+2H2、CH4+H2O(g) CO+3H2,含甲烷体积分数为80%的a L(标准状况)天然气与足量二氧化碳和水蒸气的混合物在高温下反应,甲烷转化率为90%,用产生的还原性气体(CO和H2)还原MoO3制钼,理论上能生产钼的质量为　　　　　(保留两位小数,钼的相对原子质量为96)。 

答案全解全析

基础过关练

1.C　比例式应注意单位要“上下一致,左右相当”。

2.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、C项均错误。

3.B　2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2↑

 2 mol 67.2 L

 n(NaOH) 33.6 L

计算得n(NaOH)==1 mol,则c(NaOH)==2.0 mol·L-1。

4.B　二硫化碳(CS2)能够在氧气中完全燃烧生成CO2和SO2,反应的化学方程式为CS2+3O2 CO2+2SO2,二硫化碳(CS2)是液体,0.228 g二硫化碳的物质的量为0.003 mol,其燃烧时需要0.009 mol氧气;448 mL氧气的物质的量为0.02 mol,氧气充足;反应前后气体的化学计量数不变,燃烧后气体总体积不变,所以反应后的气体体积为448 mL。

5.答案　2.24 L　7.3 g

解析　浓盐酸足量,产生氯气的体积和被氧化的HCl的质量都根据MnO2的量计算。根据反应MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O中氯元素化合价的变化可知,4 mol HCl中只有2 mol HCl被氧化为Cl2;8.7 g MnO2的物质的量为=0.1 mol,设反应生成氯气的体积为V,被氧化的HCl的质量为x,则有:

MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O~2HCl(被氧化)

 1 mol 22.4 L 2×36.5 g

 0.1 mol V x

列比例式:==。

解得V=2.24 L,x=7.3 g。

6.D　消耗的HCl的物质的量n(HCl)=0.2 L×5 mol·L-1-0.2 L×4.6 mol·L-1=0.08 mol,A正确;设混合物中Al、Fe的物质的量分别为x、y,则根据关系式Al~3HCl、Fe~2HCl,可得3x+2y=0.08 mol①,27 g·mol-1×x+56 g·mol-1×y=1.1 g②,联立①②可得x=0.02 mol、y=0.01 mol,可知B、C正确,D错误。

7.答案　(1)0.06 mol　(2)1.44 g　(3)3.0 mol·L-1

解析　(1)标准状况下3.36 L氢气的物质的量为3.36 L÷22.4 L· mol-1=0.15 mol。

设3.06 g金属混合物中含有Al和Mg的物质的量分别为x mol、y mol。

2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑　　　　Mg+2HClMgCl2+H2↑

 2 mol 3 mol 1 mol 1 mol

 x mol x mol y mol y mol

则27x+24y=3.06,x+y=0.15,解得:x=0.06,y=0.06。

该合金中铝的物质的量为0.06 mol。

(2)根据(1),合金中含有0.06 mol镁,镁的质量为24 g· mol-1×0.06 mol=1.44 g。

(3)合金与盐酸恰好完全反应,反应后溶质为氯化铝和氯化镁,溶液中含有氯离子的总物质的量为0.06 mol×2+0.06 mol×3=0.3 mol,反应后溶液中氯离子的浓度为0.3 mol÷0.1 L=3.0 mol·L-1。

8.答案　(1)0.2 mol·L-1　(2)ω(Mg)=47.1%,ω(Al)=52.9%

解析　(1)甲中盐酸过量,丙中合金过量。盐酸中HCl的物质的量可根据丙中产生氢气的体积进行计算。由于n(H2)==0.03 mol,故c(HCl)==0.2 mol·L-1。

(2)甲中盐酸过量,则合金全部参加反应。设合金中镁、铝的物质的量分别为x、y,则有24 g·mol-1×x+27 g·mol-1×y=0.51 g,x+y==0.025 mol,解得x=0.01 mol,y=0.01 mol。则ω(Mg)=×100%≈47.1%,ω(Al)=1-47.1%=52.9%。

9.B　一块表面已被缓慢氧化的金属钠,其质量为10.8 g,投入100 g水中,发生反应:Na2O+H2O 2NaOH,2Na+2H2O 2NaOH+H2↑;收集到氢气0.2 g,则n(H2)=0.2 g÷2 g/mol=0.1 mol,n(Na)=2n(H2)=0.2 mol,m(Na)=0.2 mol×23 g/mol=4.6 g,所以氧化钠的质量是10.8 g-4.6 g=6.2 g,则n(Na2O)=6.2 g÷62 g/mol=0.1 mol,根据钠原子守恒,可知反应产生氧化钠的金属钠的物质的量是0.2 mol,其质量m'(Na)=0.2 mol×23 g/mol=4.6 g,选项B正确。

10.答案　(1)0.4 mol·L-1　1 mol·L-1　(2)0.05 mol

解析　(1)根据题意知,硫酸钡沉淀的质量为4.66 g,根据S原子守恒可知,硫酸钠的物质的量为n(Na2SO4)=0.02 mol,其浓度为c(Na2SO4)==0.4 mol·L-1;碳酸钡沉淀的质量为14.51 g-4.66 g=9.85 g,n(BaCO3)=0.05 mol,根据C原子守恒可知,n(Na2CO3)=0.05 mol,其浓度为c(Na2CO3)==1 mol·L-1。(2)根据C原子守恒可知,产生的二氧化碳气体的物质的量为0.05 mol。

能力提升练

1.D　若固体是Fe2O3和Cu2O的混合物,放入足量稀硫酸中会有Cu生成,Cu能将Fe3+还原为Fe2+,Fe3+过量时固体能完全溶解,故A错误;若固体是Fe2O3和Cu2O的混合物,放入足量稀硫酸中会有Cu生成,Cu能将Fe3+还原为Fe2+,Fe3+不足时剩余铜,故B错误;若固体全部溶解,再滴加KSCN溶液,溶液不变红色,说明溶液中没有Fe3+,因为Cu2O溶于硫酸生成Cu和CuSO4,而H2SO4不能溶解Cu,所以样品中一定有Fe2O3,且Fe3+与Cu恰好完全反应,反应的有关离子方程式为Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O、Cu2O+2H+ Cu+Cu2++H2O、2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+,说明样品中n(Fe2O3)∶n(Cu2O)=1∶1,故C错误;

Cu2O~2CuO　　Δm

144 g 16 g

m(Cu2O) (b-a)g

m(Cu2O)==9(b-a)g,

故混合物中Cu2O的质量分数为=9(b-a)/a,D正确。

2.AD　由图可知,消耗金属质量为30 g时,产生氢气的质量为1 g,即0.5 mol。利用假设法:假设每一种金属都与酸反应产生0.5 mol H2,然后分别计算出消耗金属的质量。当与盐酸反应生成0.5 mol H2时,消耗生铁的质量大于28 g,消耗纯铁的质量为28 g,消耗镁铝合金的质量为9~12 g,消耗铜铁合金的质量大于28 g,故选A、D。

3.C　根据图A可知,O→a段涉及反应:H++OH-H2O、a→80段涉及反应:Mg2++2OH- Mg(OH)2↓、Al3++3OH- Al(OH)3↓,80→90段涉及反应:Al(OH)3+OH- Al+2H2O,这段消耗NaOH的物质的量为n(NaOH)=1 mol/L×0.01 L=0.01 mol,根据反应可知,n[Al(OH)3]=0.01 mol,则n(Al)=n[Al(OH)3]=0.01 mol,所以Al3+消耗的NaOH溶液的体积为=0.03 L=30 mL,据此进行解答。假设合金完全溶解在盐酸中没有H+剩余,则a=0,假设溶液中没有Mg2+,仅有Al3+,则a取最大值,Al3+消耗的NaOH溶液的体积为30 mL,a=80-30=50,因是镁铝合金参与反应,则a的取值范围为0≤a<50,A项正确;由上述分析可知n(Al3+)=0.01 mol,第四阶段无反应,沉淀全为Mg(OH)2,若a=0,n(Mg2+)取得最大值,和Al3+反应的NaOH溶液的体积为30 mL,所以此时和Mg2+反应的NaOH溶液的体积为(80-30) mL=50 mL,则Mg2+此时消耗的氢氧化钠的物质的量为1 mol/L×0.05 L=0.05 mol,故n(Mg2+)最大=×0.05 mol=0.025 mol,所以的最大值为=2.5,B项正确;若将关系图改为B图时,同理,假设溶液中没有Mg2+,仅有Al3+,则此时a取最大值,n(Al3+)=×(80-30)×10-3 L×1 mol/L=×10-3 mol,则n[Al(OH)3]=n(Al3+)=×10-3 mol,故此阶段消耗的氢氧化钠溶液的体积为=×10-3 L= mL,则a最大=80+≈96.7,故a的取值范围为80<a<96.7,C项错误;若将关系图改为C图时,同理,假设溶液中没有Mg2+,仅有Al3+,a取最小值,0.1 mol Al3+形成Al(OH)3沉淀需要0.3 mol NaOH,溶解该沉淀则需要0.1 mol NaOH,则(a-30) mL=3×(90-a) mL,解得a=75,故a的取值范围为75<a<90,D项正确。

4.答案　(1)乙　甲组增加镁铝合金粉末的质量,生成的氢气的量增加,而乙组不变

(2)2 mol/L

(3)0.01 mol　1∶1

解析　(1)对比甲、乙组数据,合金质量为765 mg时生成氢气的量比510 mg时多,说明甲中盐酸过量,对比乙、丙组数据,合金质量为1 020 mg时生成氢气的体积不变,说明加入765 mg合金时盐酸已完全反应,则乙组中盐酸不足。

(2)加入765 mg镁铝合金时,最多只能生成672 mL的氢气,盐酸不足,672 mL氢气的物质的量为=0.03 mol,根据方程式,可计算出HCl的物质的量为0.03 mol×2=0.06 mol,盐酸中溶质的物质的量浓度为=2 mol/L。

(3)由于甲组中盐酸是过量的,所以用甲组数据来计算,设Mg的物质的量为x mol,Al的物质的量为y mol,生成气体的物质的量为=0.025 mol,则:24x+27y=0.51,x+y=0.025,联立方程组,解得x=0.01,y=0.01,所以Mg、Al的物质的量之比为1∶1。

5.答案　(1)2MoS2+7O2 2MoO3+4SO2

(2)烧杯、漏斗、玻璃棒

(3)①A→C→B　②无水硫酸铜　碱石灰(答案合理即可)

(4)4.11a g

解析　(1)根据流程图找出反应①的反应物、生成物,并用化合价升降法配平,化学方程式为2MoS2+7O2 2MoO3+4SO2。(2)操作1和操作2均为过滤,需要使用的主要玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。(3)①制备H2并还原MoO3可证明其还原性,用无水硫酸铜检验氧化产物水,必须对氢气进行干燥,并防止空气中水蒸气的干扰。②第一次使用D装置,所盛药品为无水硫酸铜,用于检验氧化产物水。第二次使用D装置,所盛药品为碱石灰等,防止空气中的水蒸气使无水硫酸铜变蓝。(4)CO2+CH4 2CO+2H2、CH4+H2O(g) CO+3H2,当二氧化碳和水蒸气足量时,n(CH4)~4[n(CO)+n(H2)];MoO3+3CO Mo+3CO2、MoO3+3H2 Mo+3H2O,有3[n(CO)+n(H2)]~n(Mo),故3n(CH4)~4n(Mo),则m(Mo)=×80%×90%××96 g·mol-1≈4.11a g。