新人教版高中化学必修第一册第三章铁金属材料拓展与归类专题研析以物质的量为中心的化学计算的解题方法学案

以物质的量为中心的化学计算的解题方法

1．物质的量是联系宏观量(如质量、体积)与微观量(如粒子数目)的桥梁和纽带，是计算的核心。

2．要紧紧抓住“物质的量”这个计算的核心。牢固建立“把其他物理量转化为物质的量”的这一思维模式，充分利用下列“万能恒等式”及其变形，进行各量的相互求算。

n＝＝＝＝c·V(aq)

3．物质的量在化学方程式计算中的应用

(1)物质的量与化学方程式中化学计量数的关系

例如：　　　　　2H2　＋　O2　　2H2O

化学计量数之比　2　∶　1　　∶　　2

扩大NA倍　　　2NA∶　NA　∶　　2NA

物质的量之比　2mol∶1mol∶　2mol

(2)在化学方程式中，各物质的化学计量数之比，等于微粒数目之比，等于物质的量之比，也等于同温同压下气体体积之比，所以，n、N、NA、M、m、Vm、V等物理量应用于化学方程式进行计算，对于定量研究化学反应中各物质之间量的关系更加方便。

(3)根据化学方程式进行计算的基本步骤

①设：设所求物质的物质的量为n(B)[或质量为m(B)，或气体在标准状况下的体积为V(B)等]。

②写：写出相关的化学方程式。

③标：在对应物质的化学式下面标出已知量和未知量。

④列：列出已知量与未知量之间的比例式或方程组。

⑤解：根据比例式或方程组求解。

⑥答：简明地写出答案。

【提醒】

(1)列出比例式中的四个相关量中，必须符合“左右量值相当，上下单位相同”的原则。

(2)使用Vm＝22.4L/mol时注意：

①一个条件：标准状况；

②一个对象：只限气体；

③两个数据：1mol、约22.4L。

(3)注意特殊情况

①特殊的物质状态：水、乙醇、SO3标准状况下不是气体。

②等物质的量的CO和NO所含原子数相等，等质量的NO2和N2O4所含原子数相等。

(4)稀释定律

溶液稀释前后溶质的物质的量不变。

(5)阿伏加德罗定律

①三同定一同，两同定比例。

②阿伏加德罗定律既适用于单一气体，也适用于混合气体。

(1)现有mg某气体，它由双原子分子构成，它的摩尔质量为Mg·mol－1。若阿伏加德罗常数值用NA表示，则：

①该气体的物质的量为____mol。

②该气体所含原子总数为____个。

③该气体在标准状况下的体积为____L。

(2)如果ag某气体中含有的分子数为b，则cg该气体在标准状况下的体积是____L。

(3)标准状况下，1.6g某气态氧化物RO2的体积为0.56L。该气体的摩尔质量是__64__g·__mol－1__。

(4)如图是实验室配制好的两瓶NaOH溶液的标签(14%的NaOH溶液的密度为1.14g·cm－3)。

14%的NaOH溶液的物质的量浓度及从瓶中取出20mL该溶液中含有溶质的质量分别是(　A　)

A．4.0mol·L－1　3.2g

B．2.0mol·L－1　3.2g

C．4.0mol·L－1　6.4g

D．2.0mol·L－1　6.4g

【解析】 (1)根据n＝＝＝等公式进行计算。

①n＝＝mol；

②所含原子总数为×NAmol－1×2＝；

③V＝×22.4L·mol－1＝L。

(2)由n＝可知，ag气体的物质的量为mol，

那么cg气体的物质的量为·mol，则V＝n·Vm＝L。

(3)由＝可知，M＝＝64g·mol－1。

(4)假设溶液质量100g，则含有溶质NaOH的质量是14g，

则14%的NaOH溶液的物质的量浓度

c＝≈4.0mol·L－1；从瓶中取出20mL该溶液中含有溶质

的质量为m＝4.0mol·L－1×20×10－3L×40g·mol－1＝3.2g。故A正确。

把6.5gZn放入足量盐酸中，锌完全反应。

计算：

(1)6.5gZn的物质的量。

(2)参加反应的HCl的物质的量。

(3)生成H2的体积(标准状况)。

答：(1)0.1mol　(2)0.2mol　(3)2.24L

【解析】(1)Zn的摩尔质量是65g·mol－1。

n(Zn)＝＝＝0.1mol。

(2)Zn　＋　2HCl===ZnCl2＋H2↑

1　　　　2

0．1mol　　n(HCl)

＝

n(HCl)＝＝0.2mol。

(3)Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

　1mol　　　　　　　　22.4L

　0.1mol　　　　　　　V(H2)

V(H2)＝＝2.24L。

在标准状况下，CO和CO2的混合气体共39.2L，质量为61g，则两种气体的物质的量之和为__1.75__mol，其中CO2为__0.75__mol，CO占总体积的__57.1%__(精确到0.1%)，混合气体的摩尔质量为__34.9__g·__mol－1__(精确到0.1)。

【解析】任何气体在标准状况下的摩尔体积都是22.4L·mol－1，所以，题中两气体的物质的量之和为＝1.75mol。设混合气体中CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y，则有x＋y＝1.75mol，28g·mol×x＋44g·mol×y＝61g，解得x＝1mol，y＝0.75mol。CO的体积分数即为物质的量分数，即×100%≈57.1%。M(混)＝＝≈34.9g·mol－1。

1．将5mol·L－1的Mg(NO3)2溶液amL稀释至bmL，稀释后溶液中NO的物质的量浓度为(　B　)

A．mol·L－1　　　　　   B．mol·L－1

C．mol·L－1    D．mol·L－1

【解析】稀释前后NO的物质的量不变，5mol·L－1×amL×10－3L·mL－1×2＝bmL×10－3L·mL－1×c(NO)，则c(NO)＝mol·L－1，故B正确。

2．同温、同压下等质量的气体SO2和CO2，下列有关比较的叙述中，正确的是(　A　)

①分子个数之比为11∶16　②密度比为11∶16　③体积比为16∶11　④原子个数比为11∶16

A．①④　　　　　　　　B．①③

C．②③D．②④

【解析】同温、同压下等质量的气体SO2和CO2，其物质的量之比为11∶16，物质的量之比等于其分子个数之比，所以分子个数之比是11∶16，故①正确；两种气体的密度之比等于其摩尔质量之比＝64g/mol∶44g/mol＝16∶11，故②错误；相同条件下，气体摩尔体积相同，则体积之比等于其物质的量之比为11∶16，故③错误；每个分子中含有的原子个数相同，所以其原子个数之比等于其分子个数之比，原子个数之比为11∶16，故④正确；故A正确。

3．同温、同体积、同质量的CO2、CO、H2、O2，其压强关系正确的是(　C　)

A．H2>O2>CO>CO2

B．CO2>O2>CO>H2

C．H2>CO>O2>CO2

D．CO2>H2>O2>CO

【解析】相同条件下，气体物质的量与气体的压强成正比，气体的物质的量越大，其压强越大。同温、同体积、同质量的CO2、CO、H2、O2这几种气体，相同质量时气体的物质的量与摩尔质量成反比，压强与摩尔质量成反比，CO2、CO、H2、O2的摩尔质量分别为44g/mol、28g/mol、2g/mol、32g/mol，所以这几种气体的压强从大到小顺序为H2＞CO＞O2＞CO2，故C正确。

4．已知溶液呈电中性的原因是溶液中阴、阳离子所带的负、正电荷总数相等，在KCl、CaCl2、Ca(NO3)2形成的混合溶液中，c(K＋)＝0.2mol/L，c(Ca2＋)＝0.5mol/L，c(Cl－)＝0.4mol/L，计算分析判断c(NO)为(　B　)

A．0.3mol/LB．0.8mol/L

C．0.4mol/LD．0.5mol/L

【解析】KCl、CaCl2、Ca(NO3)2形成的混合溶液中，c(K＋)＝0.2mol/L，c(Ca2＋)＝0.5mol/L，c(Cl－)＝0.4mol/L，设c(NO)为x，忽略水的电离，由电荷守恒可知，c(K＋)＋2c(Ca2＋)＝c(Cl－)＋c(NO)，即0.2mol/L＋0.5mol/L×2＝0.4mol/L＋x，解得x＝0.8mol/L。

5．在氧气中灼烧由硫元素和铁元素组成的化合物0.44g，使其中的硫全部转化为二氧化硫，并将二氧化硫全部氧化成硫酸，这些硫酸与20mL0.5mol·L－1氢氧化钠溶液恰好完全中和，则原化合物中硫元素的质量分数约为(　D　)

A．18%B．46%

C．53%D．36%

【解析】n(NaOH)＝0.02L×0.5mol/L＝0.01mol，根据硫元素守恒和钠元素守恒可得如下关系式：S～SO2～H2SO4～Na2SO4～2NaOH，则n(S)＝n(NaOH)＝×0.01mol＝0.005mol，则硫和铁组成的化合物中硫元素的质量为m(S)＝0.005mol×32g/mol＝0.16g，则原化合物中硫的质量分数为w(S)＝×100%≈36%。

6．某红色固体粉末可能是Fe2O3、Cu2O或二者的混合物，为探究其组成，称取mg该固体粉末样品，用足量的稀硫酸充分反应后，称得固体质量为ag。

已知：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。

(1)若a＝____(用含m的最简式表示)，则红色固体粉末为纯净物。

(2)若a＝m，则红色固体粉末中Fe2O3的物质的量为____mol(用含m的最简式表示)。

【解析】向Fe2O3、Cu2O的混合物中加入足量稀硫酸充分反应后，有固体剩余，所以一定有Cu2O，而Fe2O3需进一步分析是否存在。

(1)若红色固体粉末为纯净物，则只有Cu2O，mgCu2O的物质的量为mol，根据离子方程式Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O可知，产生Cu的物质的量为mol，质量为mol×64g·mol－1＝g。

(2)设Fe2O3的物质的量为x，Cu2O的物质的量为y，

混合物中加入足量稀硫酸，发生如下反应：

Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O

　y　　　　　　y

Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O

　x　　　　　　2x

2Fe3＋　＋　Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

2x　　　　x

反应后有固体剩余，所以Cu过量，依题意可得

①160g·mol－1×x＋144g·mol－1×y＝mg

②64g·mol－1×(y－x)＝mg

解得x＝mol。

7．金属锡的纯度可以通过下述方法分析：将试样溶于盐酸，反应的化学方程式为Sn＋2HCl===SnCl2＋H2↑，再加入过量的FeCl3溶液，发生如下反应：SnCl2＋2FeCl3===SnCl4＋2FeCl2，最后用已知浓度的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2＋，反应的化学方程式为6FeCl2＋K2Cr2O7＋14HCl===6FeCl3＋2KCl＋2CrCl3＋7H2O。现有金属锡试样0.613g，经上述反应后，共用去0.1000mol·L－1K2Cr2O7溶液16.0mL。求试样中锡的百分含量(假定杂质不参加反应)。

答：93.2%

【解析】Sn与K2Cr2O7的物质的量的关系：

3Sn～3SnCl2～6FeCl2～K2Cr2O7

3×119g　　　　　　　1mol

m(Sn)　　　0.1000mol·L－1×16.0mL×10－3L·mL－1

m(Sn)＝＝0.5712g

w(Sn)＝×100%＝×100%≈93.2%。