高中化学人教版 (2019)必修 第一册第三节 物质的量优秀练习题

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第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用
一、物质的量在化学方程式计算中的应用
1．化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系
　　　　 2CO　＋　O2 2CO2
化学计量数 2 1 2
扩大NA倍 2NA NA 2NA
物质的量 2 mol 1_mol 2_mol
质量 56 g 32_g 88_g
标况下气体体积 44.8 L 22.4_L 44.8_L
结论：
(1)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于其粒子数目之比，等于其物质的量之比。
(2)对于有气体参加的反应，在同温同压下各气体的化学计量数之比等于其体积之比。
2．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤

例如：2Na　＋　2H2O===2NaOH　＋　H2↑
2×23 g 2 mol 2 mol 22.4 L
m(Na) n(H2O) n(NaOH) V(H2)
则有＝＝＝
3．医疗上颇为流行的“理疗特效热”，就是利用铁缓慢氧化放出均匀、稳定的热，使患处保持温热状态。若56 g铁粉完全氧化成氧化铁，则需要消耗标况下氧气的体积为________。
答案　16.8 L
解析　由反应方程式
4Fe　＋　3O2===2Fe2O3
4×56 g　 3×22.4 L
56 g　 V(O2)
则＝
V(O2)＝＝16.8 L。
(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”。
(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。
二、化学计算中的常用方法
1．关系式法
当已知物和未知物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”。
如：把一定量的CO还原Fe2O3生成的CO2通入到澄清石灰水中，得10 g沉淀，那么参加反应的CO的质量是________ g。
答案　2.8
解析　(1)根据化学方程式确定关系：
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
则关系式为
3CO～3CO2～3CaCO3
即CO～CaCO3
(2)利用关系式进行计算
CO　～　CaCO3
28 100
m(CO) 10 g
则＝
m(CO)＝2.8 g。
2．守恒法
(1)反应前后元素、质量、原子个数不变。
如：4.6 g钠在空气中久置，最终得到Na2CO3的质量是多少克？
答案　10.6 g
解析　钠在空气中最终转化为Na2CO3的过程中钠的原子个数不变，可得关系式：
2Na　　～　　Na2CO3
2×23 106
4.6 g m(Na2CO3)
则＝
m(Na2CO3)＝＝10.6 g。
(2)还原剂失电子总数＝氧化剂得电子总数
如：用1 mol·L－1的Na2SO3溶液30 mL恰好将2×10－2 mol的XO还原，已知氧化产物为SO，则元素X在还原产物中的化合价为________。
答案　＋4
解析　氧化还原反应中得失电子总数相等，设元素X在还原产物中的化合价为x，则有：
1 mol·L－1×0.03 L×(6－4)＝2×10－2 mol×(7－x)，解得x＝＋4。
(3)溶液中阳离子所带正电荷总数＝阴离子所带负电荷总数
如：某溶液中含Fe3＋、Cl－和SO，经测定c(Fe3＋)＝0.4 mol·L－1，c(Cl－)＝0.2 mol·L－1，则c(SO)＝__________。
答案　0.5 mol·L－1
解析　溶液中阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数，
则3c(Fe3＋)＝c(Cl－)＋2c(SO)
c(SO)＝
＝
＝0.5 mol·L－1。[来源:Zxxk.Com]
3．差量法
(1)根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓“理论差量”，如反应前后的质量、物质的量、气体体积等。该差量的大小与反应物质的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系，解决一定量变的计算题。
(2)将a g CO、H2的混合气体在足量O2中充分燃烧，把产生的气体(>100 ℃)通入足量的Na2O2固体中，完全反应后，过氧化钠的质量增加________g。
答案　a[来源:学+科+网Z+X+X+K]
解析　由下列反应方程式：
→CO＋Na2O2===Na2CO3
→H2＋Na2O2===2NaOH
所以Na2O2与CO2、H2O反应后增加的质量与原混合气体CO、H2的质量相同。
(1)有关化学方程计算的三个等式关系
各物质的化学计量数之比＝各物质的物质的量之比＝各物质构成粒子的粒子数之比＝相同条件下的体积之比。
(2)化学计算中常用方法
①守恒法(质量守恒、电荷守恒、电子守恒)
②差量法(质量差值法、体积差值法)
③关系式法(利用元素守恒建立关系式、利用方程式建立关系式、利用电子守恒建立关系式)

随堂练习：
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
答案　C
解析　比例式应注意单位要“上下一致，左右对应”。
2．(2019·合肥高一检测)0.56 g氧化钙恰好与20 mL盐酸反应，则此盐酸的物质的量浓度是(　　)
A．0.10 mol·L－1 B．0.20 mol·L－1
C．0.50 mol·L－1 D．1.00 mol·L－1
答案　D
解析　CaO＋2HCl===CaCl2＋H2O
　 56 g　 2 mol
0.56 g c(HCl)×20×10－3 L
则：＝
解得c(HCl)＝1.00 mol·L－1。
3．(2019·云南省宜良一中月考)由Na、Mg、Al三种金属中的两种组成的混合物共10 g，跟足量的盐酸反应，产生0.5 g 标准状况下的氢气，则此混合物中必定含有(　　)
A．Al B．Mg
C．Na D．都不可能含有
答案　C
解析　本题运用“极限”的思维方法，先求出Na、Mg、Al分别与足量盐酸反应，产生0.5 g H2所需的质量：
2Na　～　Mg　～　Al　～　H2
46 24 18 2
m(Na) m(Mg) m(Al) 0.5 g
得m(Na)＝＝11.5 g，m(Mg)＝＝6 g，m(Al)＝＝4.5 g；再根据“平均值”的思维方法，比10 g大的只有钠，而推知一定含钠，C正确。
4．(2018·黑龙江大庆第一中学期中)由CuO、Fe2O3组成的混合物共10.0 g，加入500 mL某浓度盐酸中，混合物完全溶解，当再加入250 mL 2.0 mol·L－1的NaOH溶液时，得到的沉淀最多。该盐酸的物质的量浓度为(　　)
A．0.5 mol·L－1 B．1.0 mol·L－1
C．2.0 mol·L－1 D．3.0 mol·L－1
答案　B
解析　CuO、Fe2O3组成的混合物与盐酸反应生成氯化铜、氯化铁，盐酸可能有剩余，向反应后溶液中加入NaOH溶液，Cu2＋、Fe3＋完全沉淀时，沉淀的量最大，此时溶液中溶质为NaCl，根据钠元素守恒有n(NaCl)＝n(NaOH)＝0.25 L×2.0 mol·L－1＝0.5 mol，根据氯元素守恒有n(HCl)＝n(NaCl)＝0.5 mol，故该盐酸的物质的量浓度为＝1.0 mol·L－1。
5．某废水处理站用甲醇处理氨废水，反应为NH3＋2O2NO＋H＋＋H2O,6H＋＋6NO＋5CH3OH3N2↑＋5CO2↑＋13H2O。在处理过程中，NH3转化为NO的转化率可达95%，而NO转化为N2的转化率可达96%。若每天处理含NH3 0.034 g·L－1的废水500 m3，则理论上每天所需甲醇的质量为(　　)
A．24.32 kg B．30 kg
C．25.3 kg D．4.08 kg
答案　A
解析　根据甲醇处理氨废水的反应原理，可得关系式NH3～NO～CH3OH，理论上每天所需甲醇的质量为×95%×96%××32 g·mol－1＝2.432×104 g。
6．现加热5 g碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，使碳酸氢钠完全分解，混合物质量减少了0.31 g，则原混合物中碳酸钠的质量为(　　)
A．3.38 g B．4.58 g C．4.16 g D．4.41 g
答案　C
解析　碳酸钠较稳定，加热不分解，只有碳酸氢钠分解，设混合物中含有x g NaHCO3，则
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O　　Δm
2×84 g 106 g 62 g
x g 0.31 g
解得：x＝0.84，所以m(Na2CO3)＝5 g－m(NaHCO3)＝5 g－0.84 g＝4.16 g。
7．向500 mL氢氧化钠溶液中投入10.8 g铝，二者恰好完全反应，计算回答：
(1)铝的物质的量是________。
(2)氢氧化钠溶液的物质的量浓度是________。
(3)在标准状况下生成氢气的体积是________。
答案　(1) 0.4 mol　(2)0.8 mol·L－1　(3) 13.44 L
解析　(1)铝的摩尔质量是27 g·mol－1，
n(Al)＝＝0.4 mol。
(2)设参加反应的氢氧化钠的物质的量是n，
则2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑
　2 mol 2 mol
　0.4 mol n
则＝，n＝0.4 mol，
c(NaOH)＝＝0.8 mol·L－1。
(3)设生成标准状况下的氢气的体积是V，
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 mol 3×22.4 L
0．4 mol V
所以V＝＝13.44 L。
8．(2018·湖北麻城一中高一月考)将2.5 g碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的固体混合物完全溶于水制成稀溶液，然后向该溶液中逐滴加入1 mol·L－1盐酸，所加入盐酸的体积与产生二氧化碳的体积(标准状况)关系如图所示。

(1)写出OA段所发生反应的离子方程式：_____________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)当加入35 mL盐酸时，所产生的二氧化碳的体积(标准状况)是________。
(3)计算原混合物中Na2CO3的质量分数为________。
答案　(1)H＋＋OH－===H2O、CO＋H＋===HCO
(2)0.224 L　(3)42.4%
解析　(1)设碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的物质的量分别为x mol、y mol、z mol，则x mol＋y mol＝1 mol·L－1×0.02 L、2x mol＋y mol＋z mol＝1 mol·L－1×0.045 L、106 g·mol－1×x mol＋84 g·mol－1×y mol＋40 g·mol－1×z mol＝2.5 g，解得x＝0.01，y＝0.01，z＝0.015，所以2.5 g碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的固体混合物完全溶于水制成稀溶液，溶质为碳酸钠和氢氧化钠。AB段发生反应NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O，消耗盐酸体积为(45－25) mL＝20 mL，那么之前Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl消耗盐酸体积也应该是20 mL，而OA段消耗盐酸25 mL，其中OA段V(盐酸)为0～5 mL时，发生酸碱中和反应，其离子方程式为H＋＋OH－===H2O，再发生反应CO＋H＋===HCO。
(2)结合图像可知，当加入35 mL盐酸时，V(盐酸)为25～35 mL时发生碳酸氢钠与盐酸的反应生成二氧化碳气体，消耗盐酸的物质的量为0.01 L×1 mol·L－1＝0.01 mol，根据方程式HCO＋H＋===CO2↑＋H2O可知产生二氧化碳的物质的量是0.01 mol，标准状况下其体积为0.01 mol×22.4 L·mol－1＝0.224 L。
(3)由(1)中分析知，碳酸钠的质量是0.01 mol×106 g·mol－1＝1.06 g，则固体混合物中碳酸钠的质量分数是×100%＝42.4%。

课后作业：
1．(2018·银川高一检测)实验室利用反应2KClO32KCl＋3O2↑制取氧气，今24.5 g KClO3参加反应，则得到标准状况下的氧气的体积是(　　)
A．2.24 L B．4.48 L C．44.8 L D．6.72 L
答案　D
解析　24.5 g KClO3的物质的量是
＝0.2 mol，
2KClO32KCl＋3O2↑
2 mol　　　　　　3 mol
0．2 mol　　　　　n(O2)
2 mol∶0.2 mol＝3 mol∶n(O2)，则n(O2)＝0.3 mol，故产生的氧气在标准状况下的体积是0.3 mol ×22.4 L·mol－1＝6.72 L。
2．一块表面被氧化的钠的质量是10.8 g，投入水中，完全反应得到标准状况下的氢气 0.2 g，则原钠块中被氧化的钠的质量是(　　)
A．4.6 g B．6.2 g
C．7.8 g D．9.2 g
答案　A
解析　设产生0.2 g氢气需钠的质量为x。[来源:学科网ZXXK]
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
46 g　　　　　　　　　2 g
x　　　　　　　　　　0.2 g
＝
解得x＝4.6 g，则氧化钠的质量是10.8 g－4.6 g＝6.2 g，
n(Na2O)＝＝0.1 mol。
根据反应：4Na＋O2===2Na2O可知，被氧化的钠的物质的量为0.1 mol×2＝0.2 mol，被氧化的钠的质量为0.2 mol×23 g·mol－1＝4.6 g。
3．把11.2 g铁加入到500 mL盐酸中，在标准状况下放出氢气的体积是3.36 L，盐酸的物质的量浓度是(　　)
A．0.2 mol·L－1 B．0.3 mol·L－1
C．0.4 mol·L－1 D．0.6 mol·L－1
答案　D
解析　铁与盐酸反应的化学方程式为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，铁的物质的量为0.2 mol，完全反应时在标准状况下生成氢气0.2 mol，实际反应生成氢气的物质的量为＝0.15 mol<0.2 mol，铁过量，按氢气的物质的量计算盐酸的物质的量浓度：
＝0.6 mol·L－1。
4．1.6 g部分被氧化的镁跟足量的盐酸反应，在标准状况下生成氢气1.12 L，在与盐酸反应前，被氧化的镁的质量是(　　)
A．1.2 g B．0.64 g C．0.4 g D．0.24 g
答案　D
解析　标况下n(H2)＝0.05 mol，m(H2)＝0.1 g
设参加反应的Mg为x g，
Mg ＋ 2HCl ===MgCl2＋H2↑
24 g　　　　　　　　　2 g
x g　　　　　 　　　　0.1 g
x＝1.2
m(Mg)＝1.2 g, m(MgO)＝1.6 g－1.2 g＝0.4 g
设被氧化的Mg为y g，
2Mg ＋ O2=== 2MgO
48 g 80 g
y g 0.4 g
y＝0.24。
5．在一定条件下，7 g炭粉与14 g氧气完全反应生成21 g氧化物，则生成物中CO与CO2的物质的量之比是(　　)
A．1∶1 B．2∶1 C．2∶3 D．3∶2
答案　A
6．21 g铁粉与8 g硫粉混合加热，若不考虑其他损失，可生成硫化亚铁的质量为(　　)
A．33 g B．24 g C．29 g D．22 g
答案　D
解析　根据题意n(Fe)＝0.375 mol，n(S)＝0.25 mol。由S＋FeFeS可知Fe过量，按S的量计算，反应生成的n(FeS)＝n(S)＝0.25 mol，所以m(FeS)＝22 g。
7．有一铁的氧化物样品，用140 mL 5 mol·L－1的盐酸恰好完全溶解，所得溶液还能与通入的0.56 L氯气(标准状况)反应，使Fe2＋全部转化为Fe3＋，则此氧化物为(　　)
A．Fe2O3 B．Fe3O4 C．Fe4O5 D．Fe5O7
答案　D
解析　铁的氧化物与稀盐酸反应可能生成FeCl2、FeCl3和H2O。通入Cl2后Fe2＋被氧化为Fe3＋，则溶液中溶质最终只有FeCl3，可由n(Cl)求n(Fe)。氧化物中的氧与盐酸中的H＋结合生成H2O，可由盐酸中的n(H＋)求n(O)；再由求得铁的氧化物的化学式。n(Cl)＝5 mol·L－1×0.14 L＋2×＝0.75 mol；n(H＋)＝5 mol·L－1×0.14 L＝0.7 mol，所以＝＝＝，即该氧化物的化学式为Fe5O7。
8．某铁的氧化物(FexO)1.52 g溶于足量盐酸中，向所得溶液中通入标准状况下112 mL Cl2，恰好将Fe2＋完全氧化。x值为(　　)
A．0.80 B．0.85 C．0.90 D．0.93
答案　A
解析　根据得失电子守恒可知，FexO被氧化为Fe3＋转移的电子数和Cl2被还原为Cl－转移的电子数相等。标准状况下112 mL Cl2转移电子数为0.01 mol。则有×(3－)×x＝0.01，解之，得x＝0.80。故选A。
9．工业纯碱中常含有少量的NaCl杂质，某化学兴趣小组取a g工业纯碱样品与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b g固体。则该样品中纯碱的质量分数是(　　)
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%[来源:Z_xx_k.Com]
答案　D[来源:学。科。网Z。X。X。K]
解析　根据反应的化学方程式，采用差量法可求出该样品中Na2CO3的质量为×106 g，其质量分数为×100%＝×100%。
10．(2018·哈尔滨六中高一3月月考)一定条件下，24 mL的CO2和N2的混合气体通过足量的过氧化钠粉末，充分反应后得到相同状况下的气体20 mL，则原混合气体中CO2的体积分数为(　　)
A．56% B．44%
C．33.3% D．66.7%
答案　C
解析　设CO2的体积为x mL，则N2的体积为(24－x) mL，将混合气体通过足量的过氧化钠粉末充分反应，由反应的化学方程式2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2可知，生成O2的体积为0.5x mL，则0.5x mL＋(24－x) mL＝20 mL，解得x＝8，所以原混合气体中CO2的体积分数为×100%≈33.3%。
11．(2018·河北唐山一中期末考试)将a mol钠和a mol铝同时投入m g足量水中，所得溶液的密度为d g·cm－3，则该溶液中溶质的质量分数为(　　)
A.% B.%
C.% D.%
答案　C
解析　本题既考查了Na与H2O的反应，又考查了Al与NaOH溶液的反应，可用关系式法来进行计算。存在如下关系式：
2Na　～　2NaOH　～　H2
a mol a mol mol
2Al ～ 2NaOH ～ 2NaAlO2　～　3H2
a mol a mol a mol　　　　 mol
则所得溶液的质量为[50a＋m－(＋)×2] g＝(46a＋m) g，所以w(NaAlO2)＝×100%＝%。
12．已知：①碳酸钠高温下不分解；②碳酸氢钠受热发生分解反应：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。充分加热碳酸钠和碳酸氢钠的混合物19 g，完全反应后固体质量减轻了3.1 g，求：
(1)原混合物中碳酸钠的质量是________ g。
(2)在剩余固体中，加入过量盐酸，反应后放出二氧化碳的体积(标准状况)是________ L。
答案　(1)10.6　(2)3.36
解析　(1)设混合物中碳酸氢钠的质量为m，则：
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑　质量减少Δm
168 g　　　　 106 g 　　 62 g
m 　　 3.1 g
故m＝×168 g＝8.4 g，
则碳酸钠的质量为19 g－8.4 g＝10.6 g。
(2)剩余固体为碳酸钠，质量为19 g－3.1 g＝15.9 g，
物质的量为＝0.15 mol，
根据碳原子守恒可知，生成二氧化碳的物质的量为0.15 mol，
标准状况下的体积为0.15 mol×22.4 L·mol－1 ＝3.36 L 。
13．硫黄制硫酸时发生的反应有
S＋O2SO2
2SO2＋O22SO3
SO3＋H2O===H2SO4
由硫黄制取硫酸的关系式是__________。假设64 g硫黄完全反应，可制取硫酸的质量是______。
答案　S～H2SO4　196 g
解析　据题给化学方程式(或根据硫原子守恒)可得关系式S～H2SO4。制取硫酸的质量为×98 g·mol－1＝196 g。