第14讲 化学反应的计算-【暑假自学课】2022年新高一化学暑假精品课（苏教版2019必修第一册）

第14讲 化学反应的计算

【学习目标】

1．了解定量分析溶液组成的方法。

2．学会根据化学反应中的计量关系进行简单的计算。

【基础知识】

一、定量分析溶液组成

1．确定未知溶液浓度的具体思路

为确定位置溶液的物质的量浓度，将已知物质的量浓度的溶液与一定体积未知物质的量浓度的溶液，根据反应时消耗的已知物质的量浓度溶液的体积，通过计算确定未知浓度溶液的物质的量浓度。

2．实例分析

实验室为确定一瓶稀盐酸的浓度，用0.100mol·L-1NaOH溶液中和25.00mL该盐酸，当酸与碱恰好完全反应时，消耗NaOH溶液24.50mL。求该盐酸的物质的量浓度。

解题思路：

消耗的NaOH溶液的物质的量n(NaOH)=24.50mL×10-3L·mL-1c×0.1000 mol·L-1=2.45×10-3mol。

由NaOH+HCl=NaCl+H2O可知，NaOH与HCl的化学计量数相等（均为1），根据n=可知，化学计量数之比等于物质的量之比，由此可得：

n(HCl)=n(NaOH)= 2.45×10-3mol。

该盐酸的物质的量浓度为：c(HCl)==0.0980mol·L-1。

二、化学反应中的计量关系

1．物质的量与各物理量之间的关系

(1)物质的量与各物理量之间的关系：

(2)物质的量与各物理量之间的计算公式：

①已知物质的质量：n＝ ；

②已知标准状况时的气体体积：n ＝ ；

③已知物质的粒子数：n＝ ；

④已知溶液中的物质的量浓度：n＝c·V。

2．物质的量在化学方程式计算中的应用

【考点剖析】

考点一：物质的量浓度的相关计算

1．根据定义式计算物质的量浓度

2．物质的量浓度与质量分数的关系

(1)推导过程：设溶液体积为1 L，溶液密度为ρ g·mL－1，溶质的质量分数为w，溶质的摩尔质量为M g·mol－1。

则c＝＝＝ mol·L－1。

(2)结论：c＝ mol·L－1(ρ的单位为g·mL－1或g·cm－3)。

【例1】某市售盐酸的质量分数为36.5%，密度为1.18 g·cm－3，该盐酸中溶质的物质的量浓度是(　　)

A．3 mol·L－1   B．8.4 mol·L－1

C．11.8 mol·L－1   D．0.5 mol·L－1

答案：C

解析：c＝＝＝11.8 mol·L－1。

考点二：化学反应的计算

1．化学计算的基本步骤

写——写出相关的化学方程式

标——在化学方程式中有关物质的化学式下面标出已知物质和所求物质有关物理量的关系，并代入已知量和未知量

列——列出比例式

解——根据比例式求解

答——简明地写出答案

2．物质的量应用于化学计算的基本方法

(1)把已知物的物理量转化为物质的量；

(2)根据化学方程式或关系式，和已知物的物质的量求出未知物的物质的量；

(3)把未知物的物质的量转化为未知物的所求物理量。

3．有关物质的量的计算中的“三个规范”

(1)书写规范：

各种符号的书写要规范，大写字母与小写字母的意义各不相同。如“M”表示摩尔质量，而“m”表示质量，“N”表示微粒数，而“n”表示物质的量。

(2)符号规范：

①设未知数直接用各物理量的符号表示，且要注明物质(或粒子)的符号。如设参加反应HCl溶液的体积为V[HCl(aq)]。

②各物理量及单位、物质的名称、公式等尽量用符号表示。

如已知NaOH溶液的体积和物质的量浓度，求NaOH溶液的质量时就写成：m(NaOH)＝c(NaOH)×V[NaOH(aq)]×M(NaOH)。

(3)单位规范：

把已知量代入计算式中计算时都要带单位且单位要统一。

【例2】把1.1 g铁、铝混合物溶于200 mL 5 mol·L－1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)。求：

(1)反应中消耗HCl的物质的量。

(2)该混合物中铝、铁的物质的量。

解析：(1)消耗HCl的物质的量：0.2 L×5 mol·L－1－0.2 L×4.6 mol·L－1＝0.08 mol。

(2)设Al、Fe的物质的量分别为x、y。

解得：x＝0.02 mol，y＝0.01 mol。

答案：(1)0.08 mol　(2)Al：0.02 mol；Fe：0.01 mol

【过关检测】

1．40 g氢氧化钠固体溶于水配成2 L溶液，其物质的量浓度为 (　　)

A．0.5 mol·L－1   B．5 mol·L－1

C．10 mol·L－1   D．20 mol·L－1

答案：A

解析：氢氧化钠的物质的量为＝1 mol，氢氧化钠溶液中溶质的物质的量浓度为＝0.5 mol·L－1。

2．标准状况下，500体积的氯化氢气体溶于水形成1体积的盐酸，则盐酸中溶质的物质的量浓度是(　　)

A．500 mol·L－1   B. mol·L－1

C．5 mol·L－1   D．无法计算

答案：B

解析：设V(HCl)＝500 L，则V(溶液)＝1 L，则c(HCl)＝＝＝＝ mol·L－1。

3．下列各溶液中，Na＋的物质的量浓度最大的是(　　)

A．4 L 0.5 mol·L－1的NaCl溶液

B．1 L 0.3 mol·L－1的Na2SO4溶液

C．0.8 L 0.4 mol·L－1的NaOH溶液

D．2 L 0.15 mol·L－1的Na3PO4溶液

答案：B

4．常温下，欲配制密度为1.1 g·cm－3、浓度为6 mol·L－1的稀盐酸，在体积为100 mL、密度为1.19 g·cm－3、浓度为12 mol·L－1的浓盐酸中需加蒸馏水(　　)

A．200 mL   B．100 mL

C．101 mL   D．120 mL

答案：C

解析：设加水x mL可配制成V mL 6 mol·L－1稀盐酸，则100 mL×12 mol·L－1＝6 mol·L－1×V mL，V＝200。体积不能直接加和，可利用质量守恒：200 mL×1.1 g·mL－1＝100 mL×1.19 g·mL－1＋x mL×1 g·mL－1，x＝101，即需加蒸馏水101 mL。

5．硫酸钠和硫酸溶液等体积混合后，H＋浓度为0.3 mol·L－1，SO浓度为0.4 mol·L－1，则混合溶液中Na＋浓度为(　　)

A．0.15 mol·L－1   B．0.2 mol·L－1

C．0.25 mol·L－1   D．0.5 mol·L－1

答案：D

解析：设Na＋浓度为x，根据电荷守恒可知，0.3 mol·L－1×1＋x×1＝0.4 mol·L－1×2，解得x＝0.5 mol·L－1。

6．物质的量浓度相同的氯化钠、氯化镁、氯化铝三种溶液，当溶液的体积比为3∶2∶1时，三种溶液中氯离子的物质的量之比为(　　)

A．1∶1∶1   B．1∶2∶3

C．3∶2∶1   D．3∶4∶3

答案：D

7．下列说法正确的是(　　)

A．0.5 mol·L－1 NaCl溶液中含有1 mol Na＋

B．当1 L水吸收22.4 L氨气时所得氨水的浓度不是1 mol·L－1，只有当22.4 L氨气溶于水制得1 L氨水时，其浓度才是1 mol·L－1

C．在K2SO4和NaCl的中性混合水溶液中，若Na＋和SO的物质的量相等，则K＋和Cl－的物质的量浓度一定相等

D．将10 ℃条件下的100 mL 0.35 mol·L－1的KCl饱和溶液蒸发掉5 g水，再冷却到10 ℃后，溶液的体积小于100 mL，其物质的量浓度仍为0.35 mol·L－1

答案：D

解析：B项，未指明22.4 L是氨气在标准状况下的体积，氨气的物质的量不一定是1 mol，配制成1 L溶液时，浓度也不一定是1 mol·L－1；C项，当Na＋和SO的物质的量相等时，根据化学式中K＋和SO、Na＋与Cl－的比例关系，可得c(K＋)∶c(Cl－)＝2∶1；D项，对于10 ℃时0.35 mol·L－1的KCl饱和溶液，蒸发掉水分，温度恢复到10 ℃，必析出KCl晶体，仍为饱和溶液，故浓度不变。

8．如图是病人输液用的葡萄糖(分子式为C6H12O6)注射液的标签上的部分内容。据标签所提供的信息，以下说法错误的是(　　)

A．该注射液中葡萄糖的质量分数是5%

B．葡萄糖的摩尔质量为180 g·mol－1

C．该注射液的密度约为1 g·cm－3

D．该注射液中葡萄糖的物质的量浓度约为0.014 mol·L－1

答案：D

解析：由标签所提供的信息可知，该注射液中葡萄糖的质量分数为5%，故A正确；葡萄糖的摩尔质量为180 g·mol－1，故B正确；该注射液的质量为＝500 g，密度为＝1 g·cm－3，故C正确；葡萄糖的质量为25 g，其物质的量为≈0.139 mol，则物质的量浓度为＝0.278 mol·L－1，故D错误。

9．某温度下，在76 g水中溶解24 g CuSO4，恰好达到饱和，假设该溶液密度为1 g·cm－3，求：

(1)该溶液中溶质的质量分数________。

(2)该溶液中溶质的物质的量浓度________。

(3)取10 mL该溶液加水稀释至200 mL，稀释后的溶液中溶质的物质的量浓度为________。

答案：(1)24%　(2)1.5 mol·L－1　(3)0.075 mol·L－1

解析：(1)在76 g水中溶解24 g CuSO4，该溶液中溶质的质量分数为×100%＝24%。

(2)根据(1)可知，该溶液的质量分数为24%、密度为1 g·cm－3，则该溶液中溶质的物质的量浓度为c＝＝ mol·L－1＝1.5 mol·L－1。

(3)取10 mL该溶液加水稀释至200 mL，稀释过程中溶质的物质的量不变，则稀释后的溶液中溶质的物质的量浓度为＝0.075 mol·L－1。

10．在0.4 L由NaCl、MgCl2、CaCl2组成的混合液中，部分离子浓度大小如图所示，回答下列问题：

(1)该混合液中，NaCl的物质的量为________ mol，溶质MgCl2的质量为________ g。

(2)该混合液中CaCl2的物质的量为________ mol，将该混合液加水稀释至体积为1 L，稀释后溶液中Ca2＋的物质的量浓度为________ mol·L－1。

(3)向该稀释后的溶液中加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液，可得到沉淀________ mol。

答案：(1)0.4　19.0　(2)0.2　0.2　(3)1.2

解析：(1)根据图像可知钠离子的浓度是1.0 mol·L－1，所以溶液中氯化钠的浓度是1.0 mol·L－1，该混合液中NaCl的物质的量为1.0 mol·L－1×0.4 L＝0.4 mol；溶液中镁离子的浓度是0.5 mol·L－1，所以溶液中氯化镁的浓度是0.5 mol·L－1，则溶质MgCl2的质量为0.4 L×0.5 mol·L－1×

95 g·mol－1＝19.0 g。

(2)溶液中氯离子的浓度是3.0 mol·L－1，所以根据溶液显电中性可知溶液中钙离子的浓度是＝0.5 mol·L－1，因此该混合液中CaCl2的物质的量为0.5 mol·L－1×0.4 L＝0.2 mol。将该混合液加水稀释至体积为1 L，由于稀释前后溶质的物质的量不变，则稀释后溶液中Ca2＋的物质的量浓度为＝0.2 mol·L－1。

(3)溶液中氯离子的物质的量是0.4 L×3.0 mol·L－1＝1.2 mol，所以根据化学方程式可知，向该稀释后的溶液中加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液，可得到氯化银沉淀的物质的量是1.2 mol。

11．化学实验中残余的氯气可以用氢氧化钠吸收，以防污染空气。已知Cl2与NaOH发生反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。若有3.20 g氢氧化钠发生了化学反应，试求：

(1)生成NaCl的质量为________g。

(2)生成NaClO的物质的量为________ mol。

(3)被吸收的氯气在标准状况下的体积为________ L。

答案：(1)2.34　(2)0.04　(3)0.896

解析：3.20 g NaOH的物质的量为＝0.08 mol；

Cl2　＋　2NaOH===　NaCl　＋　NaClO　＋　H2O

1 mol　　2 mol　　　1 mol　　　 1 mol　　　1 mol

n(Cl2)　　0.08 mol　 n(NaCl)　   n(NaClO)　 n(H2O)

(1)＝，得n(NaCl)＝0.04 mol，故m(NaCl)＝0.04 mol×58.5 g·mol－1＝2.34 g。

(2)＝，得n(NaClO)＝0.04 mol。

(3)＝，得n(Cl2)＝0.04 mol，故V(Cl2)＝0.04 mol×22.4 L·mol－1＝0.896 L。