化学必修 第一册第三章 铁 金属材料第二节 金属材料第二课时学案设计

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第二课时 物质的量在化学方程式计算中的应用


1．不同的物质之间在发生化学反应时( )


A．它们的质量一定相等


B．它们的物质的量一定相等


C．它们的质量之比等于化学方程式中化学计量数之比


D．它们的物质的量之比等于化学方程式中化学计量数之比


答案 D


解析 物质发生化学反应时，它们的物质的量之比等于化学方程式中化学计量数之比，D正确。


2．将足量铁粉放入100 mL 0.1 ml/L的AgNO3溶液中，充分反应后析出的银的质量为( )


A．10.8 g B．6.4 g C．1.08 g D．3.2 g


答案 C


解析 设析出银的质量为m g，


Fe＋2AgNO3===Fe(NO3)2＋2Ag


2 ml 216 g


0.1×100×10－3 ml m


解得m＝1.08 g。





根据化学方程式计算的注意事项


(1)化学方程式所表示的是纯净物之间的量的关系，因此不纯物质必须换算成纯物质再进行计算。


(2)如果是离子反应，可以根据离子方程式进行计算。如果是氧化还原反应，也可以利用电子转移的关系进行有关计算。


(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。


3．将28 g铁粉放入100 mL 0.1 ml·L－1的CuSO4溶液中，充分反应后析出的铜的质量为( )


A．32 g B．0.64 g C．6.4 g D．3.2 g


答案 B


解析 n(Fe)＝eq \f(28 g,56 g·ml－1)＝0.5 ml，n(CuSO4)＝0.100 L×0.1 ml·L－1＝0.01 ml，由CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu，可知Fe过量，所以应该按照CuSO4的量进行计算。n(Cu)＝n(CuSO4)＝0.01 ml，m(Cu)＝0.01 ml×64 g·ml－1＝0.64 g。


4．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、Zn B．Fe、Zn、 Mg、Al


C．Mg、Al、Zn、Fe D．Zn、Fe、Mg、Al


答案 A


解析 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。


5．两种金属混合物粉末15 g，与足量的盐酸反应时生成标准状况下11.2 L氢气，符合上述情况的金属混合物是( )


A．Zn、Fe B．Zn、Ag C．Al、Cu D．Mg、Al


答案 C


解析 产生标准状况下11.2 L H2所需电子的物质的量为1 ml，提供1 ml电子所需金属的质量叫摩尔电子质量，则金属平均摩尔电子质量是M(e－)＝15 g/ml；Zn摩尔电子质量是32.5 g/ml；Fe摩尔电子质量是28 g/ml，都大于15 g/ml，A错误；Zn摩尔电子质量是32.5 g/ml；Ag不能与盐酸发生反应，所以摩尔电子质量可以认为是无限大，都大于15 g/ml，B错误；Al摩尔电子质量是27 g÷3 ml＝9 g/ml，Cu不能与盐酸发生反应，所以摩尔电子质量可以认为是无限大，这样一个大于15 g/ml，一个小于15 g/ml，可以平均到15 g/ml，C正确；Mg摩尔电子质量是12 g/ml；Al摩尔电子质量是9 g/ml，都小于15 g/ml，因此不可能平均到15 g/ml，D错误。





“摩尔电子质量”或“平均摩尔电子质量”的应用


(1)摩尔电子质量：某物质在反应中转移1 ml电子时该物质的质量，如Mg的摩尔电子质量为12 g·ml－1，Al的摩尔电子质量为9 g·ml－1。


(2)平均摩尔电子质量：两种或两种以上物质的混合物在反应中转移1 ml电子时混合物的质量，如2 g金属混合物与酸反应生成2.24 L H2(标准状况)，则平均摩尔电子质量为eq \f(2 g,0.1 ml×2)＝10 g·ml－1。则混合物中金属的摩尔电子质量有的小于10 g·ml－1，有的大于10 g·ml－1。


6．将一定质量的Mg、Zn、Al混合物与足量稀H2SO4反应，生成H2 2.8 L(标准状况)，原混合物质量可能是( )


A．2 g B．4 g C．10 g D．12 g


答案 B


解析 三种金属与稀硫酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑、Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑、2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。由此可得出产生相同体积(标准状况)的氢气，消耗锌的质量最大，消耗铝的质量最小。标准状况下，2.8 L H2的物质的量为0.125 ml，假设金属全部为Zn时可求得金属的质量为0.125 ml×65 g·ml－1＝8.125 g；假设金属全部为Al时可求得金属的质量为0.125 ml×eq \f(2,3)×27 g·ml－1＝2.25 g，则金属的实际质量应介于2.25～8.125 g之间，所以A、C、D错误，B正确。


7．由Zn、Fe、Mg、Al四种金属中的两种组成的10 g混合物与足量的盐酸反应产生1.0 g H2，则混合物中一定含有的金属是( )


A．Zn B．Fe C．Al D．Mg


答案 C


解析 解法一：假设法。假设10 g金属分别是纯锌、纯铁、纯镁、纯铝，则与足量盐酸反应生成H2的质量分别为eq \f(4,13) g、eq \f(5,14) g、eq \f(5,6) g、eq \f(10,9) g，从以上数据可以看出，只有10 g铝生成H2的质量大于1.0 g，其他三种金属生成氢气的质量均小于1.0 g，因此当两种金属(共10 g)与酸反应生成氢气为1.0 g时，必须含有铝。


解法二：平均摩尔电子质量法。该混合物的平均摩尔电子质量为eq \f(10 g,0.5 ml×2)＝10 g·ml－1，Zn、Fe、Mg、Al的摩尔电子质量分别为32.5 g·ml－1、28 g·ml－1、12 g·ml－1、9 g·ml－1，由于是两种金属组成的混合物，平均摩尔电子质量必介于两种金属的摩尔电子质量之间，故混合物中一定含有金属Al。


8．将23 g钠投入到m1 g足量水中得到a g溶液，将24 g镁投入到m2 g足量盐酸中得到b g溶液。若m1＝m2，则a与b的关系是( )


A．a>b B．a

答案 C


解析 由于m1＝m2，所以只需比较反应后溶液增加的质量即可。用差量法可知，23 g钠投入水中放出1 g氢气，溶液增重22 g,24 g镁投入盐酸中放出2 g氢气，溶液增重22 g，所以反应后a＝b。


9．将过量的锌片放入500 mL CuSO4溶液中，待充分反应后取出锌片，洗净、称量，发现锌片质量比原来减少了0.5 g，则CuSO4溶液的物质的量浓度为( )


A．0.5 ml·L－1 B．1 ml·L－1


C．1.5 ml·L－1 D．2 ml·L－1


答案 B


解析 Zn与CuSO4溶液反应时，置换出来的Cu附着在锌片上。反应方程式如下：


Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu Δm


1 ml 1 g


n(Cu2＋) 0.5 g


则eq \f(1 ml,nCu2＋)＝eq \f(1 g,0.5 g)，解得n(Cu2＋)＝0.5 ml，所以c(CuSO4)＝eq \f(0.5 ml,0.5 L)＝1 ml·L－1。





“差量法”在化学计算中的应用


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。


如把一铁棒插入CuSO4溶液后，过一段时间取出，铁棒的质量增加了4 g，据此可求参加反应的Fe的质量。


Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu Δm


56 64 64－56＝8→


理论差量


m(Fe) 4 g →


实际差量


eq \f(56,mFe)＝eq \f(8,4 g)，


所以m(Fe)＝28 g。


10．100 mL 2 ml·L－1的稀盐酸与一定量的锌充分反应，锌全部溶解，生成的氢气在标准状况下的体积为1.12 L，设反应后溶液的体积仍为100 mL，则反应后溶液中H＋的物质的量浓度为( )


A．1.5 ml·L－1 B．1 ml·L－1


C．0.5 ml·L－1 D．0.25 ml·L－1


答案 B


解析 根据Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，可知反应消耗的n(H＋)＝2n(H2)＝eq \f(1.12,22.4)×2 ml＝0.1 ml，溶液中剩余的n(H＋)＝0.1 L×2 ml·L－1－0.1 ml＝0.1 ml，反应后溶液中c(H＋)＝eq \f(0.1 ml,0.1 L)＝1 ml·L－1。


11．在MgCl2和AlCl3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液直至过量。经测定，加入的NaOH的物质的量和所得沉淀的物质的量的关系如图所示。则：





(1)写出代表各线段发生反应的离子方程式：


OD段：__________________；


DC段：_________________。


(2)原溶液中Mg2＋、Al3＋的物质的量浓度之比为________。


(3)图中C点表示当加入________ml NaOH时，Al3＋已经转化成________。


(4)图中线段OA∶AB＝________。


答案 (1)Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、


Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓


Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O


(2)2∶1 (3)0.8 AlOeq \\al(－,2) (4)7∶1


解析 (1)氯化镁和氯化铝均可以和氢氧化钠发生反应，生成氢氧化镁和氢氧化铝沉淀，则OD段发生反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；DC段是氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠与水，反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O。


(2)由图可知，沉淀最大量为0.3 ml，C点后沉淀量为0.2 ml，可知氢氧化镁为0.2 ml，氢氧化铝为0.3 ml－0.2 ml＝0.1 ml，根据原子守恒可知Mg2＋、Al3＋的物质的量浓度之比为2∶1。


(3)C点是Al(OH)3恰好与NaOH反应生成NaAlO2和H2O，此时沉淀为氢氧化镁，Al3＋已经转化为AlOeq \\al(－,2)，氢氧化镁为0.2 ml，氢氧化铝为0.3 ml－0.2 ml＝0.1 ml，由Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，可知OA段消耗NaOH的物质的量为0.1 ml×3＋0.2 ml×2＝0.7 ml，由Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O可知，AB段消耗NaOH的物质的量为0.1 ml，故C点加入NaOH的物质的量为0.7 ml＋0.1 ml＝0.8 ml。


(4)根据(3)中计算可知OA段、AB段消耗NaOH的物质的量之比为0.7 ml∶0.1 ml＝7∶1。


12．在隔绝空气的条件下，某同学将一块部分被氧化的钠块用一张已除去氧化膜、并用针刺一些小孔的铝箔包好，然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器内。待钠块反应完全后，在容器中仅收集到1.12 L氢气(标准状况)，此时测得铝箔质量比反应前减少了0.27 g，水槽和容器内溶液的总体积为2.0 L，溶液中NaOH的浓度为0.050 ml·L－1(忽略溶液中离子的水解和溶解的氢气的量)。


(1)写出该实验中发生反应的化学方程式。


(2)试通过计算确定该钠块中钠元素的质量分数。(结果保留两位有效数字)


答案 (1)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑


Na2O＋H2O===2NaOH


2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑


(2)消耗的Al的物质的量为


n(Al)＝eq \f(0.27 g,27 g·ml－1)＝0.010 ml，


根据反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可得由铝消耗NaOH的物质的量


n(NaOH)＝0.010 ml，


生成的氢气的物质的量n(H2)＝0.015 ml，


那么由金属钠生成的氢气的物质的量


n(H2)＝eq \f(1.12 L,22.4 L·ml－1)－0.015 ml＝0.035 ml，


根据反应2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑可得金属钠的物质的量n(Na)＝2×0.035 ml＝0.070 ml，


又因为反应后溶液中NaOH的物质的量


n(NaOH)＝2.0 L×0.050 ml·L－1＝0.10 ml，


所以溶液中Na＋的总物质的量


n(Na＋)＝0.10 ml＋0.010 ml＝0.110 ml，


n(Na2O)＝eq \f(0.110 ml－0.070 ml,2)＝0.020 ml，


该钠块中钠元素的质量分数为


eq \f(0.110 ml×23 g·ml－1,0.070 ml×23 g·ml－1＋0.020 ml×62 g·ml－1)×100%≈89%。





eq \f(2,3)Al～H2
Mg～H2
Fe～H2
Zn～H2
18 g 1 ml
24 g 1 ml
56 g 1 ml
65 g 1 ml