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    人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料综合与测试获奖教案设计

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    这是一份人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料综合与测试获奖教案设计,共6页。

    化学计算的常用方法——守恒法





    [典例1] 向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100 mL 1 ml/L 的盐酸,恰好使混合物完全溶解,放出224 mL(标准状况下)的气体。所得溶液中加入KSCN溶液无红色出现,混合物中铁元素的质量分数为( )


    A.81.4% B.77.8%


    C.68.6%D.无法计算


    【解析】 用盐酸溶解混合物后,向得到的溶液中加入KSCN溶液,无红色出现,说明得到的溶液中溶质是氯化亚铁,即混合物中的铁元素最终全部以氯化亚铁的形式存在,HCl的物质的量为1 ml/L×0.1 L=0.1 ml,根据氯元素守恒,则n(Fe)=n(FeCl2)=eq \f(1,2)×n(HCl)=0.05 ml,m(Fe元素)=0.05 ml×56 g/ml=2.8 g,根据氢元素守恒,生成氢气的物质的量为n(H2)=eq \f(0.224 L,22.4 L·ml-1)=0.01 ml,Fe与HCl反应生成0.01 ml H2消耗HCl的物质的量为0.01 ml×2=0.02 ml,则与氧化物反应的HCl的物质的量为0.1 ml-0.02 ml=0.08 ml,所以氧化物中含有n(O)=0.08 ml×eq \f(1,2)=0.04 ml,m(O)=0.04 ml×16 g/ml=0.64 g,则混合物中铁元素的质量分数为eq \f(2.8 g,2.8 g+0.64 g)×100%≈81.4%,A项正确。


    【答案】 A


    【针对训练】


    1.在硫酸、明矾和硫酸铝组成的混合溶液中,c(Al3+)=0.3 ml·L-1,c(SOeq \\al(2-,4))=0.7 ml·L-1,c(H+)=0.1 ml·L-1,则c(K+)为( )


    A.0.15 ml·L-1 B.0.2 ml·L-1


    C.0.3 ml·L-1D.0.4 ml·L-1


    解析:选D。根据电荷守恒可得c(Al3+)×3+c(H+)+c(K+)=c(SOeq \\al(2-,4))×2+c(OH-),在含有硫酸、明矾和硫酸铝的混合溶液中,c(OH-)可忽略不计,则c(K+)=0.4 ml·L-1。


    2.将3.6 g炭粉和29 g Fe3O4质量分数为80%的磁铁矿粉混合后,隔绝空气加强热,充分反应后收集到的气体是( )


    A.CO2


    B.CO


    C.CO、CO2的混合物,其中CO的体积占eq \f(1,2)


    D.CO、CO2的混合物,其中CO的体积占eq \f(2,3)


    解析:选D。n(C)=eq \f(3.6 g,12 g·ml-1)=0.3 ml,n(O)=4n(Fe3O4)=4×eq \f(29 g×80%,232 g·ml-1)=0.4 ml,由于eq \f(1,2)<eq \f(n(C),n(O))=eq \f(3,4)<1,故生成的气体为CO和CO2的混合物。由原子守恒可知,n(CO)+n(CO2)=n(C)=0.3 ml,n(CO)+2n(CO2)=n(O)=0.4 ml,将两式联立,解得n(CO2)=0.1 ml,n(CO)=0.2 ml,故D项正确。


    3.(2019·西安高一检测)一定条件下,当溶液中XOeq \\al(-,4)与H2O2分子个数比恰好为2∶5时,溶液中XOeq \\al(-,4)被还原为较低价态,则X元素的化合价变为( )


    A.+2B.+3


    C.+4D.+5


    解析:选A。设XOeq \\al(-,4)被还原后X元素的化合价为a,据得失电子守恒知,(7-a)×2=[0-(-1)]×2×5⇒a=+2。


    化学计算的常用方法——差量法





    [典例2] 把足量的铁粉投入硫酸和硫酸铜的混合溶液中,充分反应后,剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等,则原溶液中H+与SOeq \\al(2-,4)的物质的量浓度之比为( )


    A.1∶4 B.2∶7


    C.1∶2D.3∶8


    【解析】 设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别为n(H2SO4)、n(CuSO4)。


    Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ Δm(减)


    1 ml 56 g


    n(H2SO4) m1 g


    Fe+CuSO4===FeSO4+Cu Δm(增)


    1 ml 8 g


    n(CuSO4) m2 g


    因为剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等,所以Δm(减)=Δm(增),则m1 g=m2 g,即56×n(H2SO4)=8×n(CuSO4),eq \f(n(H2SO4),n(CuSO4))=eq \f(8,56)=eq \f(1,7),则eq \f(c(H+),c(SOeq \\al(2-,4)))=eq \f(1×2,1+7)=eq \f(1,4)。


    【答案】 A


    【针对训练】


    4.把4.48 L(标准状况) CO2通过一定质量的固体Na2O2后,收集到3.36 L(标准状况)气体,则这3.36 L气体的质量是( )


    A.3.8 gB.5.6 g


    C.4.8 gD.6.0 g


    解析:选D。


    2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2 ΔV


    2 1 1


    2.24 L 1.12 L (4.48-3.36) L


    即参加反应的CO2为2.24 L,剩余CO2的体积为4.48 L-2.24 L=2.24 L。生成的O2为1.12 L。从而可求出气体的总质量为eq \f(2.24 L,22.4 L/ml)×44 g/ml+eq \f(1.12 L,22.4 L/ml)×32 g/ml=6.0 g。


    5.为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度,现将w1 g样品加热,其质量变为w2 g,则该样品的纯度(质量分数)是( )


    A.eq \f(84w2-53w1,31w1) B.eq \f(84(w1-w2),31w1)


    C.eq \f(73w2-42w1,31w1) D.eq \f(115w2-84w1,31w1)


    解析:选A。由题意知(w1-w2) g应为NaHCO3分解生成的CO2和H2O的质量,设样品中NaHCO3质量为x g,由此可列如下关系:


    2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3+CO2↑+H2O


    2×84 62


    x g (w1-w2) g


    eq \f(2×84,x g)=eq \f(62,(w1-w2) g),解得x=eq \f(84(w1-w2),31),则w(Na2CO3)=eq \f(w1-x,w1)=eq \f(84w2-53w1,31w1),A项正确。


    化学计算的常用方法——关系式法





    [典例3] 用CO还原10.0 g某磁铁矿石样品(所含的杂质不参加反应),生成的CO2再跟过量的石灰水反应,得到12.8 g沉淀。求该磁铁矿石中Fe3O4的质量分数。


    【解析】 发生的化学反应有


    Fe3O4+4COeq \(=====,\s\up7(高温))3Fe+4CO2、


    CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O。


    可以得出下列关系:


    Fe3O4~4CO2~4CaCO3


    232 400


    m(Fe3O4) 12.8 g


    232∶m(Fe3O4)=400∶12.8 g,


    解得m(Fe3O4)=7.424 g,


    w(Fe3O4)=eq \f(7.424 g,10.0 g)×100%=74.24%。


    【答案】 74.24%


    【针对训练】


    6.某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物与足量盐酸反应,消耗的H+和产生的CO2的物质的量之比为6∶5,则该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为( )


    A.1∶1 B.1∶2


    C.1∶3D.1∶4


    解析:选B。设该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量分别为a ml和b ml,则(A代表二价金属)


    ACO3~2H+~CO2, A(HCO3)2~2H+~2CO2


    a ml 2a ml a ml b ml 2b ml 2b ml


    由(2a+2b)∶(a+2b)=6∶5可得,a∶b=1∶2。


    7.Mg、Zn、Al、Fe四种金属单质分别与足量的稀硫酸反应,放出H2的物质的量与投入金属的质量的关系如图所示,则①②③④所表示的金属分别是( )





    A.Al、Mg、Fe、ZnB.Fe、Zn、Mg、Al


    C.Mg、Al、Zn、FeD.Zn、Fe、Mg、Al


    解析:选A。利用关系式可知,当产生1 ml H2时所需4种金属的质量分别如下:





    结合题图可知①②③④分别表示Al、Mg、Fe、Zn。


    8.将a ml钠和a ml铝一同投入m g足量水中,所得溶液密度为d g·cm-3,该溶液中溶质的质量分数为( )


    A.eq \f(82a,46a+m)% B.eq \f(8 200a,46a+2m)%


    C.eq \f(8 200a,46a+m)% D.eq \f(8 200a,69a+m)%


    解析:选C。本题既考查了Na与H2O的反应,又考查了Al与NaOH溶液的反应,应注意用关系式法来进行计算。


    2Na ~ 2NaOH ~ H2↑


    a ml a ml eq \f(a,2) ml


    2Al~2NaOH~2NaAlO2~3H2↑


    a ml a ml a ml eq \f(3a,2) ml


    所得溶液的质量为23a g+27a g+m g-eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,2) ml+\f(3,2)a ml))×2 g·ml-1=(46a+m) g,溶液中的溶质为NaAlO2,质量为a ml×82 g·ml-1=82a g,所以w(NaAlO2)=eq \f(82a g,(46a+m) g)×100%=eq \f(8 200a,46a+m)%。


    eq \f(2,3)Al ~ H2


    18 g 1 ml
    Mg ~ H2


    24 g 1 ml
    Fe ~ H2


    56 g 1 ml
    Zn ~ H2


    65 g 1 ml
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