高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第二单元 溶液组成的定量研究第二课时导学案

第二课时　化学反应的计算

1．复习回顾有关物质的量n与微粒数N、物质的质量m、气体体积V、溶液物质的量浓度c间的计算公式，巩固以物质的量为中心的各物理量之间的换算方法。提升定量探究的学习能力及证据推理意识。

2．掌握物质的量在化学反应计算中的一般方法和步骤。能逐步熟练在计算中应用物质的量，掌握计算的技巧和方法。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．以物质的量为中心的计算

2．化学反应中的计量关系

化学方程式中各物质的化学计量数之比＝参加反应的物质的微粒个数之比＝参加反应的物质的物质的量之比＝参加反应的气体物质的体积(相同状况)之比。

[问题探讨]

1．在化学变化前后，原子的________和________都保持不变，所以任何化学反应都遵循________定律。

提示：种类　个数　质量守恒

2．将5.6 g铁放入足量的稀硫酸中充分反应，生成标准状况下氢气的物质的量、体积分别是多少？

提示：0.1 mol；2.24 L。

3．将5.6 g铁放入含有0.05 mol H2SO4的稀硫酸中，充分反应，生成标准状况下氢气的体积是多少？

提示：1.12 L(若已知两种或以上反应物的量，计算时首先要判断哪种物质过量，以完全反应的物质的量为标准进行计算)。

物质的量应用于化学反应计算的基本步骤

[名师点拨]

1．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的质量时写成：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。

2．物质的量应用于化学方程式计算时的注意事项

(1)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比，而非质量之比。

(2)计算时，各种物质不一定都用物质的量表示，也可以用质量表示，气态物质还可以用体积(标准状况)表示。但要注意物质的量与其他各物理量之间的换算关系，只要做到计量单位“上下一致，左右相当”即可。

(3)要用纯物质的有关量进行计算。

(4)如果两种反应物的量均已知，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。

1．对于反应：2A(g)＋2B(g)===3C(g)＋D(g)，化学计量数之比与下列各项不等的是(　　)

A．分子数之比　　　　B．物质的量之比

C．质量之比    D．体积之比(同温同压)

解析：选C　计量数之比等于物质的量之比等于分子数之比等于气体体积之比，故选C。

2．标准状况下，2.8 g铁与足量的稀硫酸反应生成a L氢气，下列关系正确的是(　　)

A．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

1 mol    1 mol

2．8 g    a L

B．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

56 g    1 L

2．8 g    a L

C．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

1 mol    22.4 L

0．05 mol    a L

D．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

56 g    2 g

2．8 g    a L

解析：选C　根据化学方程式计算时，计量单位必须满足“上下一致，左右相当”。

3．已知：2Al ＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，二者恰好完全反应，计算：

(1)Al的物质的量；

(2)参加反应的NaOH溶液的物质的量浓度；

(3)生成的H2在标准状况下的体积。

解析： (1)n(Al)＝＝0.4 mol。

(2)2Al　＋　2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

  2 mol     2 mol

  0.4 mol   n(NaOH)

＝

n(NaOH)＝0.4 mol

c(NaOH)＝＝0.8 mol·L－1。

(3)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

    2 mol    　　　　3×22.4 L

    0.4 mol    　　　　V(H2)

V(H2)＝＝13.44 L。

答案：(1)0.4 mol　(2)0.8 mol·L－1　(3)13.44 L

4．把1.1 g铁、铝混合物溶于200 mL 5 mol·L－1盐酸中，反应后溶液中c(HCl)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，则

2Al　＋　6HCl===2AlCl3＋3H2↑

2 mol 　　6 mol

x　　　 　3x

Fe　＋　 2HCl===FeCl2＋H2↑

1 mol　　2 mol

y　　　　2y

即

得x＝0.02 mol，y＝0.01 mol。

答案：(1)0.08 mol　(2)0.02 mol　0.01 mol

方法一　守恒法

物质在发生“变化”或两物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。在化学变化中的各种各样的守恒，如元素守恒。

如工业制硝酸：4NH3＋5O24NO＋6H2O, 2NO＋O2===2NO2, 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。经多次氧化和吸收，由N元素守恒知：NH3～HNO3。

方法二　差量法

化学反应前后物质的量(或质量或相同状况下气体的体积)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)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Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，反应前后溶液的质量减少(或固体的质量增加)，每消耗1 mol Fe，生成1 mol Cu，溶液质量减少(或固体质量增加)64 g－56 g＝8 g。

方法三　关系式法

一般用于解答连续反应类型的计算。关系式是表示物质间关系的一种简化式子，能解决多步反应，计算最简捷。多步反应中建立关系式的方法：

如利用木炭、水蒸气制取氨气：

⇒⇒由木炭、水蒸气制取NH3的关系为3C～6H2 ～4NH3。即3C ～4NH3。

1．把一小块钠放入足量水中，会发生如下反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。下列有关该反应的说法正确的是(　　)

A．反应中Na与NaOH的质量相等

B．反应中H2O和H2的质量相等

C．反应中H2O和H2的质量之比为2∶1

D．反应中Na与NaOH的物质的量之比为1∶1

解析：选D　该反应中，Na与NaOH的物质的量之比为1∶1，质量之比为23∶40，所以A项错误，D项正确；H2O与H2的物质的量之比为2∶1，质量之比为18∶1，所以B项、C项均错误。

2．将一定量的铁放入稀硫酸中，完全反应后，溶液质量增加5.4 g，计算参加反应的铁的物质的量(　　)

A．5.6 g　　　　　　　　　          B．0.1 mol

C．5.4 g    D．1 mol

解析：选B

　Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑　Δm

  1 mol        56 g－2 g＝54 g

  n(Fe)         5.4 g

则参加反应的铁的物质的量为n(Fe)＝0.1 mol。

3．将a L NH3通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管发生反应2NH3(g)===N2(g)＋3H2(g)后，气体体积变为b L(气体体积均在同温同压下测定)，该b L 气体中NH3的体积分数是(　　)

A.    B．

C．    D．

解析：选C　设NH3分解的体积为x，则

2NH3(g)===N2(g)＋3H2(g)　　ΔV

　2       1      3        2

　x                        (b－a)L

＝             x＝(b－a)L

w(NH3)＝＝。

4．在氧气中燃烧0.22 g硫和铁组成的混合物，使其中的硫全部转化为二氧化硫，把这些二氧化硫全部氧化成三氧化硫并转变为硫酸，这些硫酸可用10 mL 0.5 mol·L－1氢氧化钠溶液完全中和，则原混合物中硫的百分含量为(　　)

A．72%    B．40%

C．36%    D．18%

解析：选C　由S原子守恒和有关反应可得出：

S～H2SO4～2NaOH

32 g　　　 2 mol

m(S)　　　 0.5×10×10－3 mol

可得m(S)＝0.08 g，

原混合物中w(S)＝×100%≈36.4%。

[分级训练·课课过关]________________________________________________________

1．对于反应aA＋bB===cC＋dD(A、B、C、D表示物质的化学式，a、b、c、d为化学方程式中的化学计量数)，下列说法不正确的是(　　)

A．如果质量为m1的A与质量为m2的B恰好完全反应，则生成的C、D的质量之和一定等于(m1＋m2)

B．参加反应的A和B的原子总数一定等于生成的C和D的原子总数

C．(a＋b)不一定等于(c＋d)

D．A和B的元素种类不一定等于C和D的元素种类

解析：选D　根据化学反应前后参加反应的元素种类、原子个数、物质的总质量不变可知A、B、C正确，D错误。

2．将足量铁粉放入100 mL 0.1 mol·L－1 CuSO4溶液中，充分反应后析出的铜的质量为(　　)

A．32 g    B．6.4 g

C．0.64 g    D．3.2 g

解析：选C　根据反应：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，n(CuSO4)＝0.1 mol·L－1×0.1 L＝0.01 mol，所以m(Cu)＝0.01 mol×64 g·mol－1＝0.64 g。

3．等物质的量的常见金属A、B、C分别与足量的稀盐酸反应，所得氢气的体积依次为VA、VB、VC，已知VB＝2VC，且VA＝VB＋VC，则在金属C的生成物中，该金属的化合价为(　　)

A．＋1价    B．＋2价

C．＋3价    D．＋4价

解析：选A　由VB＝2VC、VA＝VB＋VC得VA∶VB∶VC＝3∶2∶1，因此三种金属化合价之比为3∶2∶1，而简单金属阳离子化合价不会超过4，因此A、B、C化合价分别为＋3、＋2、＋1价。

4．将0.65 g锌加到50 mL 1 mol·L－1盐酸中，计算：

(1)标准状况下生成H2的体积。

(2)若反应完成后，溶液体积仍为50 mL，则溶液中Zn2＋和H＋的物质的量浓度是多少？

解析：(1)n(Zn)＝0.01 mol，n(HCl)＝0.05 mol，所以HCl过量。

Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

1 mol　　　　　　　22.4 L

0．01 mol　　　　　V(H2)

＝

V(H2)＝0.224 L＝224 mL。

(2)根据化学方程式，n(ZnCl2)＝n(Zn)＝0.01 mol, c(Zn2＋)＝＝0.2 mol·L－1。

反应掉的n(HCl)＝2n(Zn)＝0.02 mol，c(H＋)＝＝0.6 mol·L－1。

答案：(1)224 mL　(2)0.2 mol·L－1　0.6 mol·L－1