人教版 (2019)必修 第一册第二章 海水中的重要元素——钠和氯第三节 物质的量学案

2022-2023学年高一化学同步学习高效学与练（自主学案）

第三章  铁  金属材料

第二节  金属材料

第2课时  物质的量在化学方程式计算中的应用

课程学习目标

1.基于物质的量认识化学变化；

2.掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。

学科核心素养

1.知道物质发生化学变化过程中各物理量的关系，并能够进行相关计算，培养“变化观念与平衡思想”。

2.通过对化学反应进行定量的计算，能够培养学生的“科学态度和社会责任”。

【知识回顾】

以物质的量为中心的计算

【知识归纳总结】 物质的量与其他物理量之间的计算公式

(1)已知物质的质量m(B)，n(B)＝ 。

(2)已知标准状况时的气体体积V[B(g)]，n(B)＝ 。

(3)已知物质的粒子数N(B)，n(B)＝。

(4)已知溶液中溶质的物质的量浓度c(B)，n(B)＝c(B)·V。

【新知学习】

一．物质的量在化学方程式中的应用

物质是由原子、分子、离子等粒子构成的，物质之间的化学反应也是粒子按照一定的数目关系进行的。

化学方程式中的化学计量系数可以明确表示出化学反应中粒子之间的数目关系。

2Na　  ＋　  2H2O　 ===    2NaOH　＋　　H2↑

     2  　 ∶      2    ∶        2      ∶    1

  2×6.02×1023∶2×6.02×1023∶2×6.02×1023∶1×6.02×1023

       2 mol  ∶    2 mol  ∶       2 mol   ∶   1 mol

结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比等于粒子个数之比，也等于各物质的物质的量之比，对于有气体参与的反应还等于体积之比。

【例题1】将0.46g金属钠加入足量水中充分反应，测得反应后溶液的体积为200mL。试计算：

（1）反应生成的氢气在标准状况下的体积为多少毫升？ ____________

（2）反应所得NaOH溶液的物质的量浓度是多少？______________

【答案】224mL    0.1mol/L   

【解析】

（1）根据2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，0.46g金属钠即0.02mol，与足量的水可生成0.01mol氢气，标况下，V（H2）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L，即224mL；

（2）0.02molNa与水反应可生成0.02molNaOH，c（NaOH）==0.1mol/L。

二．化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系

　　　   　2CO　＋　O2  2CO2

化学计量数   2       1          2

扩大NA倍    2NA     NA       2NA

物质的量   2 mol   1 mol      2 mol

质量       56 g     32 g      88 g

   44.8 L   22.4 L   44.8 L

1．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤

转：将已知物理量转化为物质的量

设：设所求物质的物质的量为n（B）

写：写出相关的化学方程式

标：在相关物质化学式下面标出已知量和未知量

列：列出比例式

解：根据比例式求解

答：简明的写出答案

2．计算过程中的注意事项

(1)书写格式规范化：在根据化学方程式计算的过程中，各物理量、物质名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。

(2)单位运用对应化：根据化学方程式计算时，如果题目所给的两个量单位不一致，要注意两个量的单位要“上下一致，左右相当”，且单位要注明。

(3)如果两种反应物的量都是已知的，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。

【例题2】　向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，二者恰好完全反应后，

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。则：

(1)Al的物质的量为________。

(2)参加反应的NaOH的物质的量为________，NaOH溶液的物质的量浓度为________。

(3)生成标准状况下H2的体积为________。

【答案】(1)0.4 mol　(2)0.4 mol　0.8 mol/L   (3)13.44 L

【解析】(1)n(Al)＝＝0.4 mol。

(2)设参加反应的NaOH物质的量是n。

则2Al　＋　2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

2　　　　　2

0．4 mol　 　n

则＝，n＝0.4 mol，

c(NaOH)＝＝0.8 mol/L。

(3)设生成标准状况下H2的体积是V。

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

2 mol　　　　　　　　　　　　　3×22.4 L

0．4 mol　　　　　　　　　　　　　V

V＝＝13.44 L。

【点睛】在解决此类定量分析题目时，首先明确化学方程式中化学计量数体现的定量关系，然后整合题干中的定量信息判断是否存在物质过量，最后按少量的物质进行定量计算，得出结果。

【知识进阶】

化学计算中常用的解题方法

 (1)关系式法

当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。

①根据化学方程式确定关系式。

写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。

②根据原子守恒确定关系式。

示例：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的质量。

分析：a.写出反应方程式：

3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，

CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O

b．列关系式

3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3。

(2)守恒法

①电子守恒：氧化还原反应中得电子总数等于失电子总数。

②电荷守恒：电解质溶液中，阳离子所带正电荷总数＝阴离子所带负电荷总数；离子方程式中，反应物所带电荷总数＝生成物所带电荷总数。

(3)差量法

原理：根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出“理论差量”，如反应前后的质量、物质的量、气体体积等。结合题目实际差量列出比例式进行解答。

示例：2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3 ＋ O2　　固体差值

     2 mol　      2×106 g    1 mol　    2×28 g

     n(Na2O2)      m(Na2CO3)　  n(O2)    5.6 g

则：＝＝＝

【例题3】将2.3 g钠投入97.8 g水中，反应完毕后，得到100 mL溶液，计算：

(1)产生的氢气在标准状况下的体积。

(2)所得氢氧化钠溶液的溶质质量分数。

(3)所得氢氧化钠溶液中溶质的物质的量浓度。

【答案】(1)1.12 L　(2)4%　(3)1 mol·L－1

【解析】(1)2.3 g Na的物质的量为＝0.1 mol，则

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

2 mol       22.4 L

 0.1 mol      V(H2)

产生的氢气在标准状况下的体积V(H2)＝＝1.12 L。

(2)0.1 mol Na完全反应生成0.1 mol NaOH，氢氧化钠的质量为40 g·mol－1×0.1 mol＝4 g，所得溶液质量为100 g，则所得溶液中氢氧化钠的质量分数为×100%＝4%。

(3)所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为＝1 mol·L－1。

【点拨】解答本题要注意以下两点：

(1)明确题目中涉及的化学反应。

(2)明确相关的物理量和计算方法，利用相关的化学方程式计算。

【效果检测】

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中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中的元素种类，不—定等于C和D中的元素种类

【答案】D　

2．（2020·宁夏吴忠中学高一期末）两份铝屑，第一份与足量盐酸反应，第二份与足量氢氧化钠溶液反应，产生的氢气的体积比为1∶2(同温同压下)，则第一份与第二份铝屑的质量比为(　　)

A．1∶3 B．1∶2 C．1∶1 D．2∶1

【答案】B

【解析】

铝屑与盐酸和氢氧化钠反应的化学方程式分别为2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑，2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑；两个化学方程式中铝与氢气的物质的量之比皆为2∶3，题目中说二者产生氢气的体积比为1∶2，故两份铝屑的物质的量之比为1∶2，二者质量之比亦为1∶2，故选项B正确。

3．（2020·江西上饶高一期末）标准状况下有22.4L氯气和氢气的混合气体，在一密闭容器中使其反应，冷却后将此气体通入足量的NaOH溶液中，共消耗1.5molNaOH，则原混合气体中氯气和氢气的体积比为

A．3：1 B．1：1 C．1：2 D．3：2

【答案】A

【解析】

【分析】

氯气与氢气反应后气体，再与足量NaOH溶液，溶液中溶质为NaCl，若氯气有剩余，还含有NaClO，但Na原子与Cl原子数目为1：1，由原子守恒可知：2n（Cl2）＝n（NaOH），进而计算氢气的物质的量，相同条件下气体体积之比等于其物质的量之比。

【详解】

氯气与氢气反应后气体，再与足量NaOH溶液，溶液中溶质为NaCl，若氯气有剩余，还含有NaClO，但Na原子与Cl原子数目为1：1，由原子守恒可知：2n（Cl2）＝n（NaOH），故n（Cl2）＝1.5mol÷2＝0.75mol，则n（H2）＝22.4L÷22.4L/mol﹣0.75mol＝0.25mol，故V（Cl2）：V（H2）＝0.75mol：0.25mol＝3：1，故选A。

【点睛】

本题考查混合物的计算，关键是明确可能发生的反应，题目利用守恒思想进行解答，避免复杂计算、化繁为简。

4．将同体积同物质的量浓度的NaCl、MgCl2、AlCl3三种溶液中的Cl-完全沉淀，则需同物质的量浓度的AgNO3溶液的体积比为 (   )

A．1∶2∶3 B．3∶2∶1 C．1∶1∶1 D．6∶3∶2

【答案】A

【解析】

同体积同物质的量浓度的NaCl、MgCl2、AlCl3三种溶液中的Cl-的物质的量之比为1：2：3，根据Cl-+Ag+=AgCl↓，可知n（AgNO3）=n（Cl-），则需同物质的量浓度的AgNO3溶液的体积比为1：2：3，故选A。

5．（2020·河津市第二中学高一月考）用铝箔包着2.3g金属钠，放入50ml水中，放出的H2体积（标准状况）是

A．等于2.24L B．等于1.12L C．大于1.12L D．小于1.12L

【答案】C

【解析】

2.3克钠即0.1molNa和水反应：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，生成0.05molH2，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1.12L，选C。

6．（2020·营口市第二高级中学高一月考）将4.6 g钠投入到95.4g水中，所得溶液中溶质的质量分数(　　)

A．等于4.6% B．等于8%

C．大于8% D．小于8%

【答案】C

【解析】

4.6gNa的物质的量为0.2mol，Na溶于水，和水反应生成NaOH和H2，根据Na守恒，生成的NaOH的物质的量也为0.2mol，即为0.2mol×40g/mol=8g。反应后溶液的质量等于4.6g+95.4g-m(H2)＜100g，所以所得NaOH溶液中溶液的质量分数大于8%，故选C。

7．把VL含有MgSO4、K2SO4的混合溶液分为两等份，一份加入amolNaOH的溶液，恰好使镁离子完全沉淀为氢氧化镁；另一份加入含有bmolBaCl2的溶液，恰好使硫酸根离子完全沉淀为硫酸钡，则原混合溶液中钾离子的浓度为（    ）

A．mol/L B．mol/L C．mol/L D．mol/L

【答案】B

【解析】

【分析】

溶液中发生反应：Ba2++SO42-═BaSO4↓和Mg2++2OH-═Mg(OH)2↓，根据对应关系n(SO42-)=n(Ba2+)=n(BaCl2)和n(Mg2+)=n(OH-)和电荷守恒计算。

【详解】

混合溶液分成两等份，每份溶液浓度与原溶液浓度相同，一份加BaCl2的溶液发生Ba2++SO42-═BaSO4↓，由方程式可知n(SO42-)=n(Ba2+)=n(BaCl2)=bmol，另一份加氢氧化钠溶液时发生Mg2++2OH-═Mg(OH)2↓，由方程式可知每份溶液中n(Mg2+)=n(OH-)=amol，由电荷守恒可知每份中2n(Mg2+)+n(K+)=2n(SO42-)，故每份中溶液n(K+)=2bmol-2×amol=(2b-a)mol，故原溶液中钾离子浓度= mol·L-1=mol·L-1；

故选B。

8．(1)某混合物由、、组成，已知、、三元素的质量之比为23∶16∶9，则、和物质的量之比为____，含的该混合物的质量为____。

(2)含，则的摩尔质量为______，R的相对原子质量为_____。含R的质量为的，其物质的量为_____。

(3)已知能与恰好完全反应，生成和一定量D，现将与的混合物充分反应后，生成和一定量的C，则D的摩尔质量为_______。

【答案】3：2：1    49.9    62g/mol    16    0.1mol    18g/mol   

【解析】

（1）依据n=计算各物质的物质的量之比，根据题给氯离子的物质的量计算得到各物质的物质的量，再根据公式m=nM计算混合物总质量；

（2）由Na2R~2Na2+~R2+，结合公式n=计算可得；

（3）依据质量守恒定律和公式n=计算可得。

【详解】

（1）、和的物质的量之比等于、、三元素的物质的量之比，由、、三元素的质量之比为23∶16∶9可知，、和物质的量之比为：：=3:2:1；设AlCl3的物质的量为x，由氯离子的物质的量为1.00mol可得：1.00mol=3x+2x×2+3x，解得x=0.100mol，则混合物的总质量为0.100mol×3×58.5g/mol+0.100mol×2×95g/mol+0.100mol×133.5g/mol=49.9g，故答案为：3：2：1；49.9；

（2）由Na2R~2Na2+可知，Na2R的物质的量为0.4mol×=0.2mol，则Na2R的摩尔质量为=62g/mol；当摩尔质量以g/mol作单位，数值上等于其相对分子质量，即Na2R的相对分子质量为62，则R的相对原子质量为(62—2×23)=16；1.6gR2—的物质的量为=0.1mol，由Na2R~R2+可知，Na2R的物质的量等于R2—的物质的量，则Na2R的物质的量为0.1mol，故答案为：62g/mol；16；0.1mol；

（3）由8gA能与32gB恰好完全反应，生成22gC和一定量D，结合质量守恒定律可知，D的质量为8g+32g-22g=18g，则A、B、C、D按质量比8g：32g：22g：18g=4：16：11：9进行反应，16gA完全反应需要B的质量为16g×=64g＜70g，由此可知B过量，则生成的D的质量为16g×=36g，D的摩尔质量为18g/mol，故答案为：18g/mol。

【点睛】

8gA能与32gB恰好完全反应，生成22gC和一定量D，根据质量守恒，生成D的质量为8g+32g-22g=18g，故A、B、C、D按质量比8g：32g：22g：18g=4：16：11：9进行反应，据此进行16gA与70gB反应的过量计算，再根据质量比计算生成的D的质量，利用M=计算是解答关键。