【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第一册--2.2.3 化学反应的计算 讲义

第3课时 化学反应的计算

知识点01  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反应，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-1×0.1000 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。

【即学即练1】为测定K2SO4溶液的浓度，取25.00 mL待测溶液，向其中加入过量的BaCl2溶液，充分反应后过滤并干燥，得到BaSO4沉淀1.165 g，则该K2SO4溶液的物质的量浓度为(　　)

A．0.200 0 mol·L－1       B．0.100 0 mol·L－1

C．0.500 0 mol·L－1           D．0.020 0 mol·L－1

答案：A

解析：发生反应方程式为K2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2KCl，n(BaSO4)＝＝＝0.005 mol，n(K2SO4)＝0.005 mol，c(K2SO4)＝＝＝0.200 0 mol·L－1，A项正确。

知识点02  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

化学反应中参加反应的的各物质的物质的量之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比。

【即学即练2】将1.15 g钠置于足量的水中，充分反应后，生成的NaOH的物质的量是多少？生成的气体在标准状况下占多大体积？已知Na与H2O发生反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。

答案：0.05 mol、0.56 L

解析：n(Na)＝＝0.05 mol

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

2　　　　　　 2　　 1

0．05 mol　n(NaOH)　n(H2)

2∶2＝0.05 mol∶n(NaOH)，n(NaOH)＝0.05 mol；

2∶1＝0.05 mol∶n(H2)，n(H2)＝0.025 mol，V(H2)＝0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.56 L。

考法01  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)。

【典例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。

考法02  化学反应的计算

1．化学反应的计算的基本步骤

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。

【典例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

题组A  基础过关练

1．物质的量浓度相同的NaCl、MgCl2、AlCl3三种溶液，当溶液的体积比为3：2：1时，三种溶液中Cl-的物质的量浓度之比为（　　）

A．1：1：1 B．1：2：3 C．3：2：1 D．3：4：3

答案：B

解析：由于物质的量浓度与体积无关，三种溶液的物质的量浓度相同，Cl-个数之比为1：2：3，因此Cl-的物质的量浓度之比为1：2：3。

2．分别用0.20mol·L-1的AgNO3溶液10mL与相同体积的下列溶液恰好完全反应。则物质的量浓度最大的是（    ）

A．KCl          B．MgCl2        C．BaCl2       D．AlCl3

答案：A

解析：相同物质的量的AgNO3，需要4种选项中各物质的物质的量之比为1:1/2:1/2:1/3，又溶液体积相同，所以KCl的物质的量浓度最大。

3．将5 mol·L－1的盐酸10 mL稀释到200 mL，再取出5 mL，这5 mL溶液的物质的量浓度是(　　)

A．0.05 mol·L－1   B．0.25 mol·L－1

C．0.1 mol·L－1   D．0.5 mol·L－1

答案：B

解析：根据稀释定律，c(浓溶液)×V(浓溶液)＝c(稀溶液)×V(稀溶液)，得：5 mol·L－1×10 mL＝c(稀溶液)×200 mL，解得c(稀溶液)＝0.25 mol·L－1，从中取出5 mL溶液，其浓度不变。

4．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。

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．标准状况下，3.25 g锌与足量的盐酸反应生成x L氢气，下列比例式正确的是(　　)

答案：B

解析：比例式应注意单位要“上下一致，左右相当”。

7．在标准状况下，0.224 L CH4气体充分燃烧时，消耗氧气的物质的量为______ mol，生成水______ g。

答案：0.02　0.36

解析：设消耗氧气的物质的量为x，生成水的质量为y。

CH4　＋　2O2CO2＋2H2O

22．4 L　2 mol　　　　　36 g

0．224 L　x　　　　　　 y

＝＝

解得x＝0.02 mol，y＝0.36 g。

即消耗0.02 mol O2，生成0.36 g水。

8．将澄清石灰水加入250mL碳酸钠溶液中，过滤、干燥后得到10g沉淀。求此碳酸钠溶液的物质的量浓度。

解析：Na2CO3   +   Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH

       1mol                 100g

 c(Na2CO3)×0.25L           10g

解得：c(Na2CO3)= 0.40mol·L-1

9．实验室使用的浓盐酸的溶质的质量分数一般为36.5%，密度为1.19g·cm-3。

（1）将多少升氯化氢（标准状况）通入1.00L水中可得到36.5%的浓盐酸？

（2）求该浓盐酸的物质的量浓度。

解析：（1）根据溶质的质量分数的定义：

得V(HCl)=352L

（2）

题组B  能力提升练

1．300 mL Al2(SO4)3溶液中，含Al3＋为1.62 g，在该溶液中加入0.1 mol/L Ba(OH)2溶液300 mL，反应后溶液中SO的物质的量浓度约为(　　)

A．0.4 mol/L      B．0.3 mol/L      C．0.2 mol/L     D．0.1 mol/L

答案：D

解析：n(Al3＋)＝＝0.06 mol，n(SO)＝0.09 mol。加入的Ba(OH)2溶液中含Ba2＋ 0.03 mol，剩余SO 0.06 mol，此时溶液的体积为600 mL，c(SO)＝＝0.1 mol/L。

2．等体积的硫酸铝、硫酸锌、硫酸钠溶液分别与足量氯化钡溶液反应，若生成硫酸钡沉淀的质量比为1∶2∶3，则三种硫酸盐的物质的量浓度之比为(　　)

A．1∶2∶3      B．1∶6∶9      C．1∶3∶3   D．1∶3∶6

答案：B

解析：设Al2(SO4)3、ZnSO4、Na2SO4生成BaSO4的物质的量分别为3 mol、6 mol、9 mol，则Al2(SO4)3为1 mol，ZnSO4为6 mol，Na2SO4为9 mol，所以三种硫酸盐的物质的量浓度之比为1∶6∶9。

3．在NaCl、MgCl2、MgSO4形成的混合溶液中，c(Na＋)＝0.10 mol·L－1，c(Mg2＋)＝0.25 mol·L－1，c(Cl－)＝0.20 mol·L－1，则c(SO)为(　　)

A．0.15 mol·L－1   B．0.10 mol·L－1

C．0.25 mol·L－1   D．0.20 mol·L－1

答案：D

解析：溶液为电中性，根据电荷守恒可得c(Na＋)＋2c(Mg2＋)＝c(Cl－)＋2c(SO)。

4．V L K2SO4溶液中含有K＋ m g，则溶液中SO的物质的量浓度为(　　)

A. mol·L－1      B. mol·L－1      C. mol·L－1   D. mol·L－1

答案：D

解析：由溶液中c(K＋)＝ mol·L－1可知，溶液中c(SO)＝c(K＋)＝× mol·L－1＝ mol·L－1。

5．将标准状况下的HCl气体4.48 L溶于水配成100 mL溶液，然后与足量的铁屑充分反应。计算：

(1)所得盐酸的物质的量浓度。

(2)参加反应的铁的质量。

(3)生成H2的体积(标准状况)。

(4)将生成的FeCl2配成400 mL溶液，此溶液中FeCl2的物质的量浓度是多少？

解析：(1)n(HCl)＝＝＝0.2 mol，c(HCl)＝＝2 mol·L－1。

m(Fe)＝5.6 g。

(3)V(H2)＝＝2.24 L。

(4)n(FeCl2)＝＝0.1 mol，

c(FeCl2)＝＝0.25 mol·L－1。

答案：(1)2 mol·L－1　(2)5.6 g　(3)2.24 L  (4)0.25 mol·L－1

题组C  培优拔尖练

1．由锌、铁、铝、镁四种金属的两种组成的混合物10克，与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2升，则混合物中一定含有的金属是（    ）

 A．锌　　　 　B．铁          C．铝 　D．镁

答案：C

解析：用极端假设法求解。根据方程式，分别用0.5mol氢气计算需要4种金属的质量。满足条件的两种金属中一种质量大于10g，另一种小于10g。

Zn  ~  H2       Fe  ~  H2       2Al  ~  3H2       Mg  ~  H2

65g    1mol     56g    1mol     54g     3mol      24g    1mol

32.5g   0.5mol   28g    0.5mol   9g      0.5mol    12g     0.5mol

其中只有Al小于10g，故一定有Al。

2．把1.0 mol·L－1 CuSO4溶液和0.50 mol·L－1 H2SO4溶液等体积混合(假设混合后的溶液的体积等于混合前两种溶液的体积之和)，计算：

(1)混合溶液中CuSO4和H2SO4的物质的量浓度c(CuSO4)＝____________；c(H2SO4)＝____________。

(2)混合液中H＋、SO的物质的量浓度：c(H＋)＝____________；c(SO)＝____________。

(3)向溶液中加入铁粉，经过足够长的时间，铁粉有剩余。此时溶液中Fe2＋的物质的量浓度c(Fe2＋)＝____________。

答案：(1)0.50 mol·L－1　0.25 mol·L－1　(2)0.50 mol·L－1　0.75 mol·L－1　(3)0.75 mol·L－1

解析：1.0 mol·L－1CuSO4溶液和0.50 mol·L－1 H2SO4溶液等体积混合，假设混合前溶液的体积都为V，则混合后溶液的体积为2V。

(1)在混合溶液中CuSO4的物质的量为(1.0 mol·L－1×V)，H2SO4的物质的量为(0.50 mol·L－1×V)，则溶

液中CuSO4的物质的量浓度c(CuSO4)＝＝0.5 mol·L－1，H2SO4的物质的量浓度 c(H2SO4)＝＝0.25  mol·L－1。

(2)由电解质的电离方程式H2SO4===2H＋＋SO可知，在混合溶液中H＋的物质的量浓度为c(H＋)＝2c(H2SO4)＝2×0.25 mol·L－1＝0.5 mol·L－1，SO的物质的量浓度为c(SO)＝＝0.75 mol·L－1。

(3)向溶液中加入铁粉后，Fe与混合溶液中的CuSO4和H2SO4发生如下反应：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。经过足够长的时间，铁粉有剩余，则CuSO4和H2SO4反应完全，生成的Fe2＋的物质的量浓度c(Fe2＋)＝c(SO)＝0.75 mol·L－1。

3．有一硫酸与硝酸的混合溶液，取出10.0mL加入足量BaCl2溶液，过滤、洗涤、烘干后得到9.32g的沉淀；滤液与4.00 mol·L－1 NaOH溶液反应，用去35.0mL碱液时恰好完全中和。试求混合液中H2SO4、HNO3的物质的量浓度各是多少？

解析：n(BaSO4)=9.32g/233g·mol-1=0.0400mol

由  H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl

1mol         1mol     2mol

n(H2SO4)    0.0400mol   n(HCl)

解得：n(H2SO4)=0.0400mol   n(HCl)=0.0800mol

n(NaOH)=4.00 mol·L－1×0.035L=0.0140mol

由NaOH+HCl=NaCl+H2O   HNO3+NaOH=NaNO3+H2O

n(NaOH)=n(HCl)+n(HNO3)=0.0800mol+ n(HNO3)=0.0140mol

得：n(HNO3)=0.0600mol

c(H2SO4)=0.0400mol/0.0100L=4.00mol·L-1  c(HNO3)=0.0600mol/0.0100L=6.00mol·L-1。

4．某化工厂分析人员从生产车间取过氧化氢样品1.00 mL于锥形瓶中，加25 mL水稀释，再用稀H2SO4酸化后，逐滴加入0.1 mol·L－1的KMnO4溶液。当反应完全时，消耗KMnO4溶液20.20 mL。化学方程式为2KMnO4＋5H2O2＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋5O2↑＋8H2O。试计算该过氧化氢样品的物质的量浓度。

答案：过氧化氢样品的物质的量浓度为5.05 mol·L－1。

解析：依据题意，有 2KMnO4　      ～      　5H2O2

                  2 mol                      5 mol

　            0.1 mol·L－1×20.20 mL         c×1.00 mL

2∶5＝(0.1 mol·L－1×20.20 mL)∶(c×1.00 mL)

解得c＝5.05 mol·L－1。