2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第一章第3课时　以物质的量为中心的计算

第3课时　以物质的量为中心的计算[课型标签:题型课　提能课]考点一　阿伏加德罗常数的判断阿伏加德罗常数的正误判断是近几年高考的常考题型,一直保持着较高的稳定性与连续性。在命题思路上主要以阿伏加德罗常数为载体,结合气体摩尔体积宏观辨识与微观探析物质的组成、物质的性质或微粒结构、氧化还原反应及电离、水解等基本概念、基本理论和化学计量的相关计算。陷阱一　忽视气体摩尔体积的使用条件及物质的状态——重“两看”,突破陷阱[对点精练1] 判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)常温常压下,22.4 L Cl2中含有的分子数为NA。(　　)(2)标准状况下,5.6 L CO2气体中含有的氧原子数为 0.5NA。(　　)(3)标准状况下,22.4 L N2和H2的混合气体中有NA个原子。(　　)(4)标准状况下,80 g SO3中含3NA个氧原子,体积约为22.4 L。(　　)答案:(1)×　(2)√　(3)×　(4)×陷阱二　忽视物质的组成与结构——记“组成”,突破陷阱(1)记特殊物质中所含微粒(分子、原子、电子、质子、中子等)的数目,如Ne、D2O、18O2、—OH、OH-等。(2)记最简式相同的物质,如NO2和N2O4、乙烯(C2H4)和丙烯(C3H6)等。(3)记摩尔质量相同的物质,如N2、CO、C2H4等。(4)记物质中所含化学键的数目,如一分子H2O2、CnH2n+2中化学键的数目分别为3、3n+1。[对点精练2] 判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)氢原子数为0.4NA的CH3OH分子中含共价键数为0.4NA。(　　)(2)18 g D2O和18 g H2O中含有的质子数均为10NA。(　　)(3)2.0 g H218O与D2O的混合物中所含中子数为NA。(　　)(4)常温常压下,92 g NO2和N2O4的混合气体中含有的原子数为6NA。(　　)(5)14 g CO与N2的混合气体中原子数为NA。(　　)答案:(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√陷阱三　忽视电解质溶液中的“弱粒子”——审“题目”,突破陷阱(1)是否指明了溶液的体积。(2)是否有弱电解质或可水解的盐,如1 L 0.1 mol·L-1的乙酸溶液和1 L 0.1 mol·L-1的乙酸钠溶液中含有CH3COO-的数目不相等且都小于0.1NA。(3)所给条件是否与电解质的组成有关,如pH=1的H2SO4溶液c(H+)=0.1 mol·L-1,与电解质的组成无关;0.05 mol·L-1的Ba(OH)2溶液,c(OH-)=0.1 mol·L-1,与电解质的组成有关。[对点精练3] 判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)0.1 L 0.5 mol·L-1CH3COOH溶液中含有H+数为0.05NA。(　　)(2)2 L 1 mol·L-1FeCl3溶液中含Fe3+2NA。(　　)(3)1 L 1.0 mol·L-1的NaAlO2水溶液中含有的氧原子数为2NA。(　　)(4)25 ℃时,pH=13的NaOH溶液中含有OH-的数目为0.1NA。(　　)答案:(1)×　(2)×　(3)×　(4)×陷阱四　忽视物质转化中的“隐含反应”——记“隐含”,突破陷阱(1)隐含“可逆反应”2SO2+O22SO3,2NO2N2O4,N2+3H22NH3,Cl2+H2OHCl+HClO。(2)隐含“浓度的变化”MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O,Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(3)隐含“钝化”常温下,铁、铝遇浓硫酸、浓硝酸发生“钝化”。[对点精练4] 判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)密闭容器中2 mol NO与1 mol O2充分反应后分子数为2NA。(　　)(2)50 mL 12 mol·L-1盐酸与足量MnO2共热,转移的电子数为0.3NA。(　　)(3)常温下,56 g铁片投入足量硫酸中生成NA个SO2分子。(　　)(4)1 mol CH4与4 mol Cl2混合光照生成22.4 L CCl4。(　　)答案:(1)×　(2)×　(3)×　(4)×陷阱五　忽视氧化还原反应中电子转移的数目——抓“反应”,突破陷阱(1)熟记常考氧化还原反应转移的电子数反应物质转移电子的物质的量或数目Na2O2+CO2(或H2O)1 mol Na2O21 mol或NA1 mol O22 mol或2NACl2+NaOH1 mol Cl21 mol或NACl2+Fe1 mol Cl22 mol或2NA1 mol Fe3 mol或3NA (2)明确三步确定电子转移数目[对点精练5] 判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)2.4 g Mg在足量的O2中燃烧,转移的电子数为0.1NA。(　　)(2)过氧化钠与水反应时,生成0.1 mol氧气转移的电子数为0.2NA。(　　)(3)标准状况下,5.6 L CO2与足量Na2O2反应转移的电子数为0.5NA。(　　)(4)3 mol单质Fe完全转变为Fe3O4,失去8NA个电子。(　　)(5)5NH4NO32HNO3+4N2↑+9H2O反应中,生成28 g N2时,转移的电子数目为3.75NA。(　　)答案:(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√考点二　化学计算中的常用方法借助方程式,以物质的量为中心的计算题每年必考,一般不单独命题,而是作为某道非选择题中的一个设问出现,而学生平时养成的重思维而轻结果的做题习惯,也使化学计算成为制约学生得高分的一个重要因素,因此加强化学计算能力也成为教学重点。方法一　答连续反应类型计算题的捷径——关系式法关系式法是一种巧妙利用已知物与未知量之间关系进行解题的一种方法,一般适用于多步进行的连续反应,因前一个反应的产物是后一个反应的反应物,可以根据中间物质的传递关系,找出原料和最终产物的相应关系式。利用关系式法可以将多步计算转化为一步计算,简化解题步骤,减少运算量,且计算结果不易出错,准确率高。[典例1] (2017·全国Ⅱ卷节选)水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下:Ⅰ.取样、氧的固定用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合,反应生成MnO(OH)2,实现氧的固定。Ⅱ.酸化、滴定将固氧后的水样酸化,MnO(OH)2被I-还原为Mn2+,在暗处静置5 min,然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2+I22I-+S4)。回答下列问题:取100.00 mL水样经固氧、酸化后,用 a mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定,以淀粉溶液作指示剂,若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL,则水样中溶解氧的含量为　　　　mg·L-1。 解析:由反应:2Mn(OH)2+O22MnO(OH)2,酸化时:MnO(OH)2+2I-+4H+Mn2++I2+3H2O,I2+2S22I-+S4,得关系式:4S2～2I2～2MnO(OH)2～O24                    1ab×10-3 mol           n(O2)所以n(O2)=×10-3 mol所以m(O2)=×10-3 mol×32 g·mol-1=8ab×10-3 g=8ab mg所以=80ab mg·L-1。答案:80ab[解题建模] 利用关系式法解题的思维模板写出各步反应的化学方程式　　　　　　⇩利用关键元素的原子守恒、关键物质的电子守恒或各步反应量转换找出中介物质与已知物质、所求物质之间物质的量的关系　　　　　　⇩确定已知物质和所求物质已知量、未知量的关系　　　　　　⇩根据已知条件设未知数列比例式进行计算[对点精练1] (经典全国卷节选)用如图装置可以测定混合气中ClO2的含量:Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾,用 50 mL 水溶解后,再加入3 mL稀硫酸;Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水,使液面没过玻璃液封管的管口;Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收;Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中;Ⅴ.用0.100 0 mol·L-1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2+2S22I-+S4),指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中:(1)锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为                                                                         　                   。(2)测得混合气中ClO2的质量为　　　 　 g。解析:(1)ClO2具有氧化性,I-具有还原性,两者在酸性溶液中发生氧化还原反应,离子方程式为2ClO2+10I-+8H+5I2+4H2O+2Cl-。(2)ClO2、I2和Na2S2O3间存在关系式:2ClO2～5I2～10Na2S2O3,则有n(ClO2)=n(Na2S2O3)=×0.100 0 mol·L-1×20.00×10-3 L=4×10-4 mol,m(ClO2)=4×10-4 mol×67.5 g·mol-1=0.027 00 g。答案:(1)2ClO2+10I-+8H+5I2+4H2O+2Cl-(2)0.027 00方法二　“简化大师”——守恒法所谓“守恒”就是物质在发生“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”。一切化学反应都遵循守恒定律,在化学变化中有各种各样的守恒,如:[典例2] 草酸钴是制备钴氧化物的重要原料。如图为二水合草酸钴(CoC2O4·2H2O)在空气中受热的质量变化曲线,曲线中300 ℃及以上所得固体均为钴氧化物。(1)通过计算确定C点剩余固体的成分为               (填化学式)。试写出B点对应的物质与O2在225～300 ℃条件下发生反应的化学方程式: 　                  。 (2)取一定质量的二水合草酸钴分解后的钴氧化物(其中Co的化合价为+2、+3价),用480 mL 5 mol·L-1盐酸恰好完全溶解固体,得到CoCl2溶液和4.48 L(标准状况)黄绿色气体。试确定该钴氧化物中Co、O的物质的量之比。(写出计算过程)解析:对CoC2O4·2H2O加热首先失去结晶水,设B点化学式为CoC2O4·xH2O,结合Co质量守恒知,=,求得x=0,即B点物质为CoC2O4,又知C点为钴的氧化物,则结合Co守恒知,n(Co)∶n(O)=0.1∶≈3∶4,即C点物质的化学式为Co3O4。答案:(1)Co3O4　3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2(2)由得失电子守恒有n(Co3+)=2n(Cl2)=2×=0.4 mol,由电荷守恒有n(Co)总=n(Co2+)溶液=0.5n(Cl-)=0.5×(0.480×5-0.2×2)mol=1 mol,所以固体中n(Co2+)=1 mol-0.4 mol=0.6 mol,n(O)= mol=1.2 mol,故n(Co)∶n(O)=1∶1.2=5∶6。[解题建模] 应用电子守恒解题的思维模板[对点精练2] (2016·全国Ⅰ卷节选)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为　　　　。(计算结果保留两位小数) 解析:氯气、亚氯酸钠的最终还原产物为氯离子。根据:NaClO2～Cl-～4e-,Cl2～2Cl-～2e-,得电子数相等时消毒能力相等,设1 g NaClO2与x g Cl2的消毒能力相当, ×4=×2,x=≈1.57。答案:1.57[对点精练3] (2019·陕西西安期中)现有CuO和Fe2O3组成的混合物a g,向其中加入2 mol·L-1的硫酸溶液50 mL,恰好完全反应。若将a g该混合物在足量H2中加热,使其充分反应,冷却后剩余固体质量是(　B　)A.1.6a g      B.(a-1.6)gC.(a-3.2)g   D.a g解析:混合物和稀硫酸反应时生成的水是2 mol·L-1×0.05 L=0.1 mol,则根据原子守恒可知,氧化物中氧元素的质量是0.1 mol×16 g·mol-1=1.6 g,所以氧化物中金属的质量是(a-1.6)g。方法三　差量法　差量法是依据化学反应前后的某些“差量”(固体质量差、溶液质量差、气体体积差、气体物质的量之差等)与任何反应物或生成物的变化量成正比而建立的一种解题方法。我们甚至把“差量”看成是化学方程式中的一种特殊产物。该差量的大小与参与反应的物质的有关量成正比。一般说来,化学反应前后凡有质量差、气体体积差、密度差、压强差等差量都可用差量法求解。[典例3] 16 mL由NO与NH3组成的混合气体在催化剂作用下于400 ℃左右可发生反应:6NO+4NH35N2+6H2O(g),达到平衡时在相同条件下气体体积变为17.5 mL,则原混合气体中NO与NH3的物质的量之比有四种情况:①5∶3　②3∶2　③4∶3　④9∶7其中正确的是(　　)A.①② B.①④ C.②③ D.③④解析:根据反应前后气体的总体积,可用差量法直接求解。6NO+4NH35N2+6H2O(g) ΔV(气体的体积差)6 mL 4 mL 5 mL 6 mL (5+6)mL-(4+6)mL                      =1 mL(理论差量)9 mL 6 mL 17.5 mL-16 mL          =1.5 mL(实际差量)由此可知共消耗15 mL气体,还剩余1 mL气体,假设剩余的气体全部是NO,则V(NO)∶V(NH3)=(9 mL+1 mL)∶6 mL=5∶3,假设剩余的气体全部是NH3,则V(NO)∶V(NH3)=9 mL∶(6 mL+1 mL)=9∶7,但因该反应是可逆反应,剩余气体实际上是NO、NH3的混合气体,故V(NO)∶V(NH3)介于9∶7与5∶3之间,对照所给的数据知3∶2与4∶3在此区间内。答案:C[解题建模] 应用差量法解题的思维程序(1)准确写出有关反应的化学方程式。(2)深入细致地分析:找出产生差量的“对象”及“理论差量”。“理论差量”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。[对点精练4] 将标准状况下的5 L CO2气体缓缓通过球形干燥管中的过氧化钠,气体体积变为3.88 L(标准状况下),则剩余气体中氧气的物质的量为　　　　。解析:2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2　　ΔV   2                1    1                  V(O2)   (5-3.88)LV(O2)=1.12 Ln(O2)==0.05 mol。答案:0.05 mol