人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料导学案及答案

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素养要求
1.学会根据化学方程式计算的一般步骤和方法。
2．能运用物质的量与其他物理量之间的换算关系进行有关计算。
3．结合物质的量在化学方程式计算中的应用，进一步体会守恒思想，强化宏观辨识与微观探析能力。
分点突破一 物质的量在化学方程式计算中的应用
1．物质的量与各物理量之间的关系
n＝________＝________＝________＝________
2．化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系
2Na ＋2H2O===2NaOH＋H2↑
化学计量
数之比 2 ∶ ______ ∶ ______ ∶ ______
扩大
NA倍 2NA ∶ ______ ∶ ______ ∶ ______
物质的
量之比 2 ml ∶ ______ ∶ ______ ∶ ______
结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比等于粒子数之比，也等于各物质的________之比，对于有气体参与的反应还等于气体体积(相同条件下)之比。
3．物质的量应用于化学方程式计算步骤
特别提醒 物质的量应用于化学方程式计算时的注意事项
(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。
[即学即练]
1．已知实验室在加热条件下制取Cl2的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)≜MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，将8.7 g MnO2与足量浓盐酸混合加热，反应生成氯气的体积(标准状况)是________；被氧化的HCl的质量是________。
2．向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，两者恰好完全反应，计算：
(1)Al的物质的量；
(2)参加反应的NaOH的物质的量和NaOH溶液中溶质的物质的量浓度；
(3)生成的H2在标准状况下的体积。
分点突破二 化学反应中常用计算方法
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”。关系式法适用于多步反应或连续反应的计算。
(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。
例如：把一定体积(标准状况)的CO还原Fe2O3生成的CO2通入足量澄清石灰水中，求生成沉淀的量。有关化学方程式：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，则关系式为3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3。
(2)根据原子守恒确定关系式
上述反应中也可以直接根据碳原子定恒得出关系式为CO～CaCO3。
2．差量法
差量法是根据化学反应前后物质的量发生的变化，找出“理论差量”，这个差量可以是质量、物质的量、气体的体积等。这种差量跟化学方程式中的物质的相应量成比例关系。用差量法解题时，先把化学方程式中的对应差量(理论差量)跟已知差量(实际差量)列成比例，然后求解。
(1)计算依据：化学反应中反应物或生成物的量与差量成正比。
(2)解题关键：一是明确产生差量的原因，并能根据方程式求出理论上的差量，二是结合题中的条件，求出或表示出实际差量。
3．守恒法
化学反应中的守恒关系有质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒等。
[即学即练]
1．已知Fe＋S≜FeS，FeS＋2HCl===FeCl2＋H2S↑，2H2S＋3O22SO2＋2H2O。将一定量的铁粉和9 g硫粉混合加热，待其充分反应后再加入过量盐酸，将生成的气体完全燃烧，共收集到9 g水，则加入铁粉的质量为( )
A．14 g B．42 g
C．56 g D．28 g
2．CuCO3和Cu2(OH)2CO3的混合物34.6 g，可恰好完全溶解于300 mL 2 ml·L－1的盐酸中，若加热分解等量的这种混合物可得CuO固体的质量为( )
A．16.0 g B．19.2 g
C．24.0 g D．30.6 g
3．在KCl、CaCl2、Ca(NO3)2形成的混合溶液中，c(K＋)＝0.2 ml/L，c(Ca2＋)＝0.5 ml/L，c(Cl－)＝0.4 ml/L，则c(NO3-)为( )
A．0.3 ml/L B．0.8 ml/L
C．0.4 ml/L D．0.5 ml/L
4．某强氧化剂XOOH2+可被Na2SO3还原，氧化产物为SO42-。如果还原1.2×10-3 ml XOOH2+ 需用30 mL 0.1 ml·L－1的Na2SO3溶液，那么X元素被还原后的物质可能是( )
A．XO B．X2O3
C．X2O D．X
5．将少量金属钠加入100.0 g水中，充分反应后溶液的质量为102.2 g，则加入金属钠的物质的量为________ ml，生成氢气在标准状况下的体积为________ L。

1．称取两份铝粉，第一份加入足量的浓NaOH溶液，第二份加入足量的盐酸，如果放出等体积的气体(在同温、同压下)，则两份铝粉的质量之比为( )
A．1∶2 B．1∶3
C．3∶2 D．1∶1
2．铁粉可在高温下与水蒸气反应，若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32 g，则参加反应的铁粉的物质的量是( )
A．0.5 ml B．1 ml
C．1.5 ml D．2 ml
3．为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度，现将w1 g样品加热，其质量变为w2 g，则该样品的纯度(质量分数)是( )
A．84w2-53w131w1×100%
B．84w1-w231w1×100%
C．73w2-42w131w1×100%
D．115w2-84w131w1×100%
4．某废水处理站用甲醇(CH3OH)处理氨废水，反应为13H2O。在处理过程中，NH3转化为NO3-的转化率可达95%，而NO3-转化为N2的转化率可达96%。若每天处理含NH3 0.034 g·L－1的废水500 m3，则理论上每天所需甲醇的质量为( )
A．24.32 kg B．30.00 kg
C．25.30 kg D．4.08 kg
5．10.8 g铝可与100 mL某浓度的稀硫酸恰好反应完全，将生成的气体与V L(标准状况)O2混合点燃，反应结束时剩余2 L氧气。
(1)求该稀硫酸的物质的量浓度、生成气体的体积(标准状况)。
(2)求V的值。
6．某课外活动小组，收集了一种合金进行研究。
(1)外观暗灰色，表面光滑；
(2)在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落；
(3)取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量H2SO4中，收集到标准状况下的H2 9.96 L；
(4)另取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量NaOH溶液中，也收集到标准状况下的H2 9.96 L。试据此判断，合金中一定含有的元素是______(写元素符号)；下列元素可能含有的是______(填选项编号)。
a．Ag b．Mg
c．Na d．Fe
如果该合金中，只含两种元素，它们的质量比是________。
第2课时 物质的量在化学方程式计算中的应用
分点突破一 物质的量在化学方程式计算中的应用
1.NNA mM V（气体）Vm c·V(溶液)
2．2 2 1 2NA 2NA NA 2 ml 2 ml 1 ml 物质的量
即学即练
1．解析：浓盐酸足量，产生Cl2的体积和被氧化的HCl的质量都是由8.7 g MnO2决定的。根据反应MnO2＋4HCl(浓)≜△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中氯元素化合价的变化可知，4 ml HCl中只有2 ml HCl被氧化为Cl2；8.7 g MnO2的物质的量＝8.7 g87 g·ml-1＝0.1 ml，设反应生成Cl2的体积为V，被氧化的HCl的质量为x，则有：
MnO2＋4HCl(浓) ≜MnCl2＋Cl2↑＋2H2O～2HCl(被氧化)
1 ml 22.4 L 2×36.5 g
0．1 ml V x
列比例式：1 ml0.1 ml＝22.4 LV，1 ml0.1 ml＝2×36.5 gx
解得：V＝2.24 L，x＝7.3 g。
反应生成的Cl2在标准状况下的体积为2.24 L，被氧化的HCl的质量为7.3 g。
答案：2.24 L 7.3 g
2．解析：(1)Al的摩尔质量是27 g·ml－1，n(Al)＝10.8 g27 g·ml-1＝0.4 ml。
(2)2Al ＋ 2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
2 ml 2 ml
0.4 ml n(NaOH)
2 ml0.4 ml＝2 mlnNaOH，n(NaOH)＝0.4 ml，
c(NaOH)＝0.4 ml0.5 L＝0.8 ml·L－1。
(3)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
2 ml 3×22.4 L
0.4 ml V(H2)
V(H2)＝0.4 ml×3×22.4 L2 ml＝13.44 L。
答案：(1)0.4 ml
(2)0.4 ml 0.8 ml·L－1
(3)13.44 L
分点突破二 化学反应中常用计算方法
即学即练
1．解析：根据各步反应的定量关系，可列出关系式：Fe→FeS(铁原子守恒)→H2S(硫原子守恒)→H2O(氢原子守恒)；Fe→H2(化学方程式)→H2O(氢原子守恒)
推出：Fe ～ H2O
56 g 18 g
x g 9 g
56 gx g＝18 g9 g，解得x＝28，即加入铁粉的质量为28 g。
答案：D
2．解析：由质量守恒可得关系式：CuO～Cu～CuCl2～2HCl，则m(CuO)＝(0.3 L×2 ml·L－1)×12×80 g·ml－1＝24.0 g。
答案：C
3．解析：由电荷守恒可知，0.2 ml/L×1＋0.5 ml/L×2＝0.4 ml/L×1+c(NO3-)×1，则c(NO3-)＝0.8 ml/L，B正确。
答案：B
4．解析：由题意知，S元素由＋4价→＋6价，假设反应后X元素的化合价为x价，根据氧化还原反应中得失电子数目相等可得，1.2×10－3 ml×(5－x)＝0.03 L×0.1 ml·L－1×(6－4)，解得x＝0，所以X元素被还原后的物质是X，D项正确。
答案：D
5．解析：由题意可知反应前后液体质量差Δm＝102.2 g－100.0 g＝2.2 g，依题意可设钠的物质的量为x，生成氢气的物质的量为y。
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ Δm
2 ml 1 ml 44 g
x y 2.2 g
2 mlx＝44 g2.2 g，解题x＝0.1 ml；1 mly＝44 g2.2 g，解得y＝0.05 ml。故标准状况下生成氢气的体积V(H2)＝0.05 ml×22.4 L·ml－1＝1.12 L。
答案：0.1 1.12
随堂演练全通关
1．解析：不论是与NaOH溶液反应，还是与盐酸反应，均是Al失去电子，还原产物都是H2，且都有如下关系：2Al～6e－～3H2，由化学方程式可知，2 ml Al生成3 ml H2，只要有酸碱足量的情况下，生成H2的多少取决于参加反应的铝的多少。生成相同质量的H2，消耗铝的质量相同。
答案：D
2．解析：3Fe＋4H2O(g)高温Fe3O4＋4H2 Δm(固)
3 ml 64 g
n(Fe) 32 g
3 mlnFe＝64 g32 g，解得n(Fe)＝1.5 ml。
答案：C
3．解析：由题意知(w1－w2)g应为NaHCO3分解生成的CO2和H2O的质量，设样品中NaHCO3的质量为x g，由此可得如下关系：
2NaHCO3≜Na2CO3＋CO2↑＋H2O Δm(固)
2×84 g 62 g
x g (w1－w2)g
则x＝84w1-w231，故该样品的纯度(质量分数)为mNa2CO3m样品×100%＝w1 g-x gw1g×100%＝84w2-53w131w1×100%。
答案：A
4．解析：根据甲醇处理氨废水的反应原理可得关系式：NH3～NO3-～56CH3OH，理论上每天所需甲醇的质量为0.034 g·L-1×500×103L17 g·ml-1×95%×96%×56×32 g·ml－1＝2.432×104g＝24.32 kg。
答案：A
5．解析：(1)设反应中消耗硫酸的物质的量为x ml，生成的H2在标准状况下的体积为V1 L。则可列式如下：
2Al ＋ 3H2SO4 === Al2(SO4)3 ＋ 3H2↑
54 g 3 ml 3×22.4 L
10.8 g x ml V1 L
54 g10.8 g＝3 mlx ml＝3×22.4 LV1 L
解得x＝0.6、V1＝13.44，c(H2SO4)＝0.6 ml0.1 L＝6 ml·L-1。
(2)由题意可知，反应中消耗的O2为(V－2) L，则可列式如下：
2H2 ＋ O2 2H2O
2 L 1 L
13.44 L (V－2) L
2 L13.44 L＝1 LV-2L
解得V＝8.72。
答案：(1)该稀硫酸的物质的量浓度为6 ml·L－1，生成气体的体积为13.44 L。
(2)V的值为8.72。
6．解析：焰色试验呈绿色，表明此合金中含有铜。相等质量的合金分别与H2SO4溶液、NaOH溶液反应，放出等体积的H2，表明该合金中含有铝，且不含其他比铜活泼的金属，否则与酸反应放出H2多。
2Al ～ 3H2
54 g 67.2 L
m(Al) 9.96 L
m(Al)≈8.0 g，则m(Cu)＝10.0 g－8.0 g＝2.0 g
m(Cu)∶m(Al)＝1∶4
答案：Cu、Al a m(Cu)∶m(Al)＝1∶4
守恒关系
特征
质量守恒
宏观：反应前后物质的质量守恒，m(反应物)＝m(生成物)；
微观：反应前后原子种类和个数守恒
得失电
子守恒
氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数
电荷守恒
化合物中元素正负化合价的代数和等于0；电解质溶液中，阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数；
离子方程式中，反应物所带的电荷总数等于生成物所带的电荷总数，且电性相同