高中化学人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料第二节 金属材料导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料第二节 金属材料导学案，共6页。


1．关系式法
当已知物和未知物之间是通过多个反应联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系即“关系式”，就可求得未知量。
例如，把CO还原Fe2O3生成的CO2通入足量澄清石灰水中，求生成沉淀的量。根据化学方程式3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up10(高温))2Fe＋3CO2、CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O得关系式3CO～3CO2～3CaCO3，由此建立CO与CaCO3之间的直接关系3CO～3CaCO3，一步算出未知量。
2．守恒法
将5.1 g Mg­Al合金投入250 mL 2 ml/L盐酸中，金属与盐酸恰好完全反应，又加入4 ml/L NaOH溶液V mL，得到的沉淀最多为13.6 g，则V＝________。
[解析] eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(MgOH2,AlOH3))＋NaCl,13.6 g))
解法1(质量守恒法)根据题意，m(沉淀)＝m(合金)＋m(OH－)，故m(OH－)＝13.6 g－5.1 g＝8.5 g，n(OH－)＝eq \f(8.5 g,17 g/ml)＝0.5 ml，V(NaOH溶液)＝eq \f(nOH－,cOH－)＝0.125 L＝125 mL。
解法2(电荷守恒法)根据题意知，最后溶液中溶质为NaCl，则有n(Na＋)＝n(Cl－)，n(NaOH)＝n(HCl)，则c(HCl)·V(盐酸)＝c(NaOH)·V(NaOH溶液)，V(NaOH溶液)＝eq \f(250×10－3L×2 ml/L,4 ml/L)＝0.125 L＝125 mL。
解法3(关系式法)根据题意知最后溶液为NaCl，则有关系式HCl～NaCl～NaOH
n(NaOH)＝n(HCl)＝0.25 L×2 ml/L＝0.5 ml
V(NaOH溶液)＝eq \f(0.5 ml,4 ml/L)＝0.125 L＝125 mL。
[答案] 125 mL或0.125 L
1．(关系式法)将5.0 g CaCO3加入足量盐酸中，并将生成的气体全部通入足量的红热的炭中充分反应，得到气体的体积(标准状况下)为( )
A．1.12 LB．2.24 L
C．11.2 LD．22.4 L
B [根据：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
CO2＋Ceq \(=====,\s\up10(△))2CO
可得关系式CaCO3～2CO，
V(CO)＝eq \f(5.0,100) ml×2×22.4 L/ml＝2.24 L，B项正确。]
2．(守恒法)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6.72 L，生成物NaAlO2的物质的量浓度为(假定反应前后，溶液体积不变) ( )
A．1 ml·L－1B．0.4 ml·L－1
C．1.5 ml·L－1D．2 ml·L－1
B [n(e－)＝eq \f(6.72 L×2,22.4 L·ml－1)＝0.6 ml，根据电子守恒可知n(Al)＝eq \f(ne－,3)＝0.2 ml，n(NaAlO2)＝0.2 ml，c(NaAlO2)＝eq \f(0.2 ml,0.5 L)＝0.4 ml·L－1，B项正确。]
1．差量法
化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。解题的一般步骤为
(1)准确写出有关反应的化学方程式。
(2)深入细致地分析题意，关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”。该“理论差量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等，且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比。
(3)根据反应方程式，从“实际差量”寻找比例关系，列比例式求解。
如：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋ O2 固体差值
2 ml 2×106 g 1 ml 2×28 g
n(Na2O2) m(Na2CO3) n(O2) 5.6 g
则：eq \f(2 ml,nNa2O2)＝eq \f(2×106 g,mNa2CO3)＝eq \f(1 ml,nO2)＝eq \f(2×28 g,5.6 g)
2．平均值法——判断合金成分
平均值法就是根据两组分物质的某种平均值，来推断两物质某种量的范围的方法。即X(a)如：两种金属形成的合金23 g与足量盐酸反应，放出1 ml H2，则平均摩尔电子质量为eq \f(23 g,2 ml)＝11.5 g·ml－1，可判断合金可能为Al与Fe形成合金。
【例1】 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：2NaHCO3eq \(=====,\s\up10(△))Na2CO3＋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，则原混合物中碳酸钠的质量是________g。
[解析] 设混合物中碳酸氢钠的质量为m，则：
2NaHCO3eq \(=====,\s\up10(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑ Δm
168 g 106 g 62 g
m 3.1 g
故m＝eq \f(3.1 g,62 g)×168 g＝8.4 g，
则碳酸钠的质量为19 g－8.4 g＝10.6 g。
[答案] 10.6
【例2】 由铁、锌、铝、镁四种金属中的两种组成的混合物10 g，与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下的体积为11.2 L，则混合物中一定含有的金属是( )
A．铁 B．锌 C．铝 D．镁
C [平均摩尔电子质量法：生成标准状况下11.2 L H2需转移1 ml e－，即金属的平均摩尔电子质量为10 g·ml－1。其中Mg、Fe、Zn、Al的平均摩尔电子质量分别为12 g·ml－1、28 g·ml－1、32.5 g·ml－1、9 g·ml－1，只有Al的平均摩尔电子质量小于10 g·ml－1，故一定含有Al。]
3．(差量法)在标准状况下把4.48 L CO2通入足量的Na2O2固体后，固体增加的质量是( )
A．8.8 gB．5.6 g
C．3.2 gD．2.4 g
B [根据反应方程式：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，在标准状况下，4.48 L CO2的物质的量为0.2 ml，所以反应后固体增加的质量为0.2 ml×28 g·ml－1＝5.6 g，所以本题正确答案为B。]
4．(平均值法)两种金属混合物共15 g，投入足量的盐酸中，充分反应后得到11.2 L H2(标准状况)，则原混合物的组成肯定不可能为( )
A．Mg和AgB．Zn和Cu
C．Al和ZnD．Al和Cu
B [本题可用平均摩尔电子质量(即提供1 ml电子所需金属的质量)法求解。反应中H＋被还原生成H2，由题意可知15 g金属混合物可提供1 ml e－，其平均摩尔电子质量为15 g·ml－1。选项中金属Mg、Zn、Al的摩尔电子质量分别为12 g·ml－1、32.5 g·ml－1、9 g·ml－1，其中不能与盐酸反应的Ag和Cu的摩尔电子质量可看作无穷大。根据数学上的平均值原理可知，原混合物中一种金属的摩尔电子质量大于15 g·ml－1，另一种金属的摩尔电子质量小于15 g·ml－1。由此可判断出原混合物肯定不可能是Zn和Cu。]
1．质量比为2∶3的金属铝分别跟足量稀H2SO4和NaOH溶液反应，则产生H2的体积比是( )
A．1∶2B．1∶3
C．2∶3D．3∶2
[答案] C
2．铁粉可在高温下与水蒸气反应，若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32 g，则参加反应的铁粉的物质的量是( )
A．0.5 mlB．1 ml
C．1.5 mlD．2 ml
C [3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up10(高温))Fe3O4＋4H2 Δm
3 ml 64 g
n(Fe) 32 g
eq \f(3 ml,nFe)＝eq \f(64 g,32 g)，解得n(Fe)＝1.5 ml。]
3．将等体积的HnRO3和Hn＋1RO4两种酸溶液与一定量的NaOH中和都生成正盐，则这两种酸的物质的量浓度比是( )
A．n∶(n＋1)B．1∶1
C．1∶(n＋1)D．(n＋1)∶n
D [酸碱中和反应的本质是H＋＋OH－===H2O，由此可以得到如下关系式：HnRO3～nNaOH、Hn＋1RO4～(n＋1)NaOH，因为NaOH的量一定，将上述关系式变形得：eq \f(1,n)HnRO3～NaOH、eq \f(1,n＋1)Hn＋1RO4～NaOH，所以两种酸的物质的量浓度比是eq \f(1,n)∶eq \f(1,n＋1)＝(n＋1)∶n。]
4．将5 g某合金放入足量的稀盐酸中，共收集到氢气的体积(标准状况下)为2.24 L，则该合金可能是( )
A．Mg­Al合金B．Fe­Al合金
C．Fe­Zn合金D．Cu­Zn合金
B [平均摩尔电子质量为eq \f(5 g,0.2 ml)＝25 g/ml，根据平均值法，B项符合题意。]
5．硫黄制硫酸时发生的反应有S＋O2eq \(=====,\s\up10(点燃),\s\d10( ))SO2、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________。
[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
eq \f(64 g,32 g·ml－1)×98 g·ml－1＝196 g。
[答案] S～H2SO4 196 g探 究 任 务
探究化学计算中的技巧方法——关系式法、守恒法、差量法、平均值法
关系式法与守恒法
差量法和平均值法