高中化学人教版 (新课标)必修1第一节 金属的化学性质第3课时学案设计

这是一份高中化学人教版 (新课标)必修1第一节 金属的化学性质第3课时学案设计，共9页。学案主要包含了常用计量之间换算关系等内容，欢迎下载使用。

一、常用计量之间换算关系
1．图示关系
2．计算关系式
(1)基本关系式：n＝ eq \f(V,Vm) ＝ eq \f(m,M) ＝ eq \f(N,NA) ＝cV
(2)推导公式：c＝ eq \f(1000ρw,M)
3．常用等比关系
(1)任意物质的微粒(构成微粒，下同)数目之比等于物质的量之比。
(2)在同温同压下，气态物质的分子数目之比等于物质的量之比，等于气体体积之比。
(1)将250 g CuSO4·5H2O晶体溶于750 g水中所得溶液的物质的量浓度为1.0 ml·L－1吗？
提示：不是。250 g CuSO4·5H2O晶体的物质的量是1 ml，但溶液体积不是1 L，故物质的量浓度不是1.0 ml·L－1。
(2)(情境思考)瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。瓦斯中甲烷(CH4)与氧气的质量比为1∶4时极易爆炸，此时甲烷与空气的体积比约为多少？
提示：1∶10。瓦斯中甲烷(CH4)与氧气的质量比为1∶4时极易爆炸，此时CH4与O2的物质的量之比为 eq \f(1,16) ∶ eq \f(4,32) ＝1∶2，根据阿伏加德罗定律推知，CH4与O2的体积之比为1∶2，又知空气中N2、O2的体积比约为4∶1，故此时甲烷与空气的体积比约为1∶10。
二、物质的量在化学方程式计算中的应用
1．化学计量数与化学方程式的关系
【特别提示】化学方程式除可以表示反应物、生成物的粒子数目关系和质量关系外，还可以表示它们的物质的量关系。
2．常见的计算量
(1)所求物质的物质的量为n(B)[或质量m(B)]；
(2)气体标准状况下体积V(B)或溶液体积V(aq)。
(1)氢气与氯气反应可制取工业盐酸，从物质的量的角度认识H2＋Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2HCl表示什么意义？
提示：表示1 ml H2与1 ml Cl2完全反应生成 2 ml HCl。
(2)(教材二次开发)教材中描述“冶炼钛要在高温下进行”，已知冶炼钛可运用反应4Na＋TiCl4 eq \(=====,\s\up7(熔融)) 4NaCl＋Ti。则冶炼2 ml Ti同时生成的NaCl的质量是多少？
提示：468 g。由化学反应方程式可知，冶炼2 ml Ti同时生成8 ml NaCl，其质量是58.5 g·ml－1×8 ml＝468 g。
知识点 物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤和常见类型
1．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤
【特别提示】(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，具体选用什么物理量，应该根据题中的实际情况而定。
(3)在化学方程式下面列出的各量，同种物质的单位应当相同，不同物质的单位可同可不同，但要对应。
2．常见类型
(1)基本计算
已知一种反应物(或生成物)的量求解其他物质的有关量，此时，只要按照化学方程式中量的关系，列出已知物质和待求物质的比例式计算便可。
(2)混合物的计算
设出混合物中各物质的物质的量为x、y、z，按照化学方程式的量的关系，并用x、y、z表示，列出方程组解答。
(3)过量计算
按照化学方程式的量的关系进行判断，哪一种物质过量，然后根据不足的物质的量进行求解。
(1)(思维升华)根据化学方程式计算时，已知物理量与被求物理量是否必须一致？(宏观辨识与微观探析)
提示：不一定。只要满足“上下单位相同，左右相对应”即可。
(2)(情境应用)甲、乙两位同学就物质的量应用于化学方程式计算，产生了以下讨论：
你同意哪位同学的说法？举例说明。(科学探究与创新意识)
提示：甲、乙两位同学的观点均不全面。若题目所给物质的物理量单位不一致，换算成同一个单位，有时显得很烦琐，这时只要做到各个量的单位“上下一致，左右相当”即可。如：
(3)(教材二次开发)等质量的两份铝分别与足量稀硫酸和足量NaOH溶液反应，若消耗的两溶液的体积相等，则两溶液的物质的量浓度之比是多少？
提示：3∶2。依题意，两份铝的物质的量相等，设n(Al)＝1 ml。
2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑
2 ml 3 ml
1 ml n(H2SO4)
得n(H2SO4)＝1.5 ml
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 ml 2 ml
1 ml n(NaOH)
得n(NaOH)＝1 ml，两溶液体积相等，故c(H2SO4)∶c(NaOH)＝n(H2SO4)∶n(NaOH)＝1.5∶1＝3∶2。
【典例1】(2020·郑州高一检测)Fe和CuSO4溶液反应，若反应后溶液的体积为1 L，生成的铜的质量为32 g。求：
(1)反应消耗的Fe的质量为________。
(2)反应后溶液中FeSO4的物质的量浓度为________。
【思维建模】解答有关物质的量应用于化学方程式计算的思维流程如下：
【解析】设消耗的Fe的质量为x，生成FeSO4的物质的量为y，则
Fe＋CuSO4===FeSO4 ＋ Cu
56 g 1 ml 64 g
x y 32 g
(1)x＝ eq \f(32 g×56 g,64 g) ＝28 g。
(2)y＝ eq \f(32 g×1 ml,64 g) ＝0.5 ml; c(FeSO4)＝ eq \f(0.5 ml,1 L) ＝0.5 ml·L－1。
答案：(1)28 g (2)0.5 ml·L－1
【母题追问】(1)若题目中“铁”改为“铁和镁的混合物”，则混合物的物质的量是多少？
提示：0.5 ml。因为铁、镁与硫酸铜溶液反应的化学方程式分别为Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，Mg＋CuSO4===MgSO4 ＋Cu，故混合物的总物质的量就是生成的铜的物质的量，即0.5 ml。
(2)若将“铁”改为“金属锌”，则溶液的质量________(填“增重”或“减轻”)。
提示：增重。因为锌的相对原子质量是65，而铜的相对原子质量是64，故溶液中溶质由硫酸铜变为硫酸锌，溶液增重。
【典例2】(2019·常州高一检测)将Mg、Al、Zn组成的混合物与足量盐酸作用，放出H2的体积为2.8 L(标准状况下)，则三种金属的物质的量之和可能为( )
A．0.25 ml B．0.125 ml
C．0.100 ml D．0.080 ml
【解析】选C。假设金属为＋2价，则金属的物质的量为0.125 ml，假设金属为＋3价，则金属的物质的量为0.125 ml× eq \f(2,3) ≈0.083 ml，所以三种金属的物质的量之和介于二者之间。
极值法在化学方程式计算中的应用
(1)极值法的含义
极值法是采用极限思维方式解决一些模糊问题的解题技巧。它是将题设构造为问题的两个极端，然后依据有关化学知识确定所需反应物或生成物的量值，进行判断分析，求得结果。
(2)极值法解题有两个基本思路
①把混合物假设成纯净物。如上题先将金属假设为＋2价金属，求得一个值；再将金属假设为＋3价金属，求得一个值，则结果一定介于两者之间。
②把平行反应分别假设成单一反应。
氢氧化钠在水处理中可作为碱性清洗剂，为常见的化工品之一。如图是某学校实验室从化学试剂商店买回来的氢氧化钠试剂标签上的部分内容。某同学从该试剂瓶中取出24.0 g固体，配成1 L溶液，请计算：
氢氧化钠 化学纯(CP)
500 g
品名：氢氧化钠
化学式：NaOH
相对分子质量：40
(1)所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度是______ml·L－1。
(2)从所得氢氧化钠溶液中取出200 mL于一烧杯中，投入足量的金属铝，完全反应后，产生的气体在标准状况下的体积为________________L。
【解析】(1)n(NaOH)＝ eq \f(m（NaOH）,M（NaOH）) ＝ eq \f(24.0 g,40 g·ml－1) ＝0.6 ml，
c(NaOH)＝ eq \f(n（NaOH）,V[NaOH（aq）]) ＝ eq \f(0.6 ml,1L) ＝0.6 ml·L－1。
(2)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 ml 22.4 L×3
0.6 ml·L－1×0.2 L V
V＝ eq \f(0.6 ml·L－1×0.2 L×22.4 L×3,2 ml) ＝4.032 L。
答案：(1)0.6 (2)4.032
三言两语话重点
1．五个环节突破化学计算：写、标、列、解、答。
2．一个注意事项：根据化学方程式计算时，已知物理量和待求物理量的单位“上下相同，左右对应”。
1．(教材二次开发·教材习题改编)相同质量的Mg和Al分别与足量的盐酸反应，所生成的氢气在标准状况下的体积之比为( )
A．2∶3 B．1∶1
C．3∶4 D．24∶27
【解析】选C。设Mg、Al的质量均为m g，可由化学方程式计算：
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
24 g 1 ml
m g n1(H2)
则n1(H2)＝ eq \f(m,24) ml
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
54 g 3 ml
m g n2(H2)
则n2(H2)＝ eq \f(3m,54) ml＝ eq \f(m,18) ml，则生成的H2在标准状况下的体积之比＝物质的量之比＝ eq \f(m,24) ∶ eq \f(m,18) ＝3∶4。
2．等物质的量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是( )
A．1∶1 B．3∶4
C．2∶3 D．4∶3
【解析】选B。由化学方程式得如下关系：
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑①
1 ml V L
3Fe＋4H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Fe3O4＋4H2②
3 ml 4V L
①式中3 ml Fe产生3 V L H2，②式中3 ml Fe产生4V L H2，故氢气的体积比为3∶4。
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．6.4 g C．0.64 g D．3.2 g
【解析】选C。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．用铝箔包着2.3 g金属钠，放入50 mL水中，放出的H2体积(标准状况)是( )
A．小于1.12 L B．等于1.12 L
C．大于1.12 L D．不能确定
【解析】选C。2.3 g Na即0.1 ml Na和水反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，生成0.05 ml H2，同时还生成氢氧化钠，铝会和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，所以氢气的体积大于1.12 L，选C。
5．1.15 g金属钠跟水反应，得到100 mL溶液，试计算：
(1)生成的气体在标准状况下的体积为____________。
(2)反应后所得溶液的物质的量浓度为____________。
【解析】设生成标准状况下气体的体积为V，物质的量浓度为c。
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2×23 g 2 ml 22.4 L
1.15 g 0.1 L×c V
V＝ eq \f(22.4 L×1.15 g,2×23 g) ＝0.56 L，
c＝ eq \f(2 ml×1.15 g,2×23 g×0.1 L) ＝0.5 ml·L－1。
答案：(1)0.56 L (2)0.5 ml·L－1
素养新思维
6．某化学兴趣小组拟用如图装置测定某粗锌样品中锌的质量分数。他们查阅资料后获知该粗锌样品中的其他成分不能与稀盐酸反应。该实验的实验步骤：称取10.0 g粗锌置于铜网中，按图示装置组装后，称得仪器和药品总质量为120.0 g。将铜网插入足量的稀盐酸中进行反应，反应完全后，称得装置总质量为119.8 g。(已知碱石灰是NaOH和CaO的混合物，常用于干燥、吸收气体)
(1)则粗锌中锌的质量分数为多少？
提示：65%。由于粗锌中Zn与稀盐酸反应，化学方程式为Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑；根据题意产生的氢气的质量是120.0 g－119.8 g＝0.2 g，其物质的量是0.1 ml，则参加反应的Zn的物质的量是0.1 ml，质量是0.1 ml×65 g·ml－1＝6.5 g，所以粗锌中锌的质量分数是 eq \f(6.5g,10.0g) ×100%＝65%。
(2)该实验若不用碱石灰，则所测得的粗锌中锌的质量分数将如何改变？
提示：偏大。若该实验中不用碱石灰，则放出的氢气会带走部分的水蒸气，造成反应完全后整个装置的质量减少，即反应前后装置的质量差偏大，所以所测得的粗锌中锌的质量分数将偏大。
(3)若将粗锌换成某含有杂质的石灰石样品(杂质也不与稀盐酸反应)，判断该实验方案能不能用于石灰石样品中CaCO3质量分数的测定？理由是什么？
提示：不能，碱石灰能吸收反应生成的CO2。若将粗锌换成某含有杂质的石灰石样品，由于石灰石与盐酸反应产生二氧化碳气体，碱石灰也能吸收二氧化碳，不能确定二氧化碳的质量，因此不能将粗锌换成某含有杂质的石灰石样品。具体实例
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
化学计量数之比
2∶2∶2∶1
扩大NA倍之比
2NA∶2NA∶2NA∶NA
物质的量之比
2∶2∶2∶ 1
结论
化学方程式中化学计量数之比＝各物质的物质的量之比＝各物质微粒数目之比。