人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料优质第2课时2课时教案

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1．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)＝eq \f(m（B）,M)。


(2)已知标准状况时的气体体积V[B(g)]，n(B)＝eq \f(V[B（g）],Vm)。


(3)已知物质的粒子数N(B)，n(B)＝eq \f(N（B）,NA)。


(4)已知溶液中溶质的物质的量浓度c(B)，n(B)＝c(B)·V。


2．物质的量在化学方程式计算中的应用





续 表





结论：(1)化学方程式中化学计量数之比＝各物质微粒数目之比＝各物质的物质的量之比。


(2)在同温同压下，气态物质的分子数之比＝物质的量之比＝体积之比。


(3)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，如H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2HCl可表示1__ml__H2与1__ml__Cl2在点燃的条件下完全反应生成2__ml__HCl。





物质的量应用于化学方程式计算的步骤和类型


1．基本步骤





2．计算类型


(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)混合物反应的计算


设混合物中各物质的物质的量为x、y，按照化学方程式中量的关系，并用x、y表示，列出方程组解答。


(3)过量计算


给出了两种反应物的量，求解某产物的量。


方法：按照化学方程式中量的关系进行判断，哪一种物质过量，然后根据不足的物质的量进行求解。


(1)计算时，各物质不一定都用物质的量表示，也可以用物质的质量、气体的体积，但要注意各物质的物质的量与各物理量的换算关系。


(2)在化学方程式中列出的各量，同种物质的单位必须相同，不同物质的单位可以相同，也可以不同，但单位必须“上下统一”。


(3)列式求解时要注意所有的数值要带单位，同时注意有效数字的处理。


【素养升华】 证据推理：以实例明确根据化学方程式计算的基本步骤


实例：计算0.1 ml金属钠与水反应，在标准状况下生成氢气多少升？


①根据题意写出配平的化学方程式。


2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑


②根据方程式中各物质的化学计量数，将反应中已知物质和待求物质的物质的量，写在相应的物质下面。


2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑


2 ml 1 ml


0．1 ml n(H2)


③将这四个量列出比例式。


2 ml∶0.1 ml＝1 ml∶n(H2)


④根据比例式进行计算，简明写出计算结果。


n(H2)＝0.1 ml×1 ml÷2 ml＝0.05 ml


⑤再将计算得出的生成H2的物质的量按题中要求换算成标准状况下的体积。


V(H2)＝0.05 ml×22.4 L·ml－1＝1.12 L





1．2.3 g钠与足量水发生反应，得到100 mL溶液，则所得到溶液的物质的量浓度是( )


A．2 ml·L－1B．1 ml·L－1


C．0.2 ml·L－1D．0.1 ml·L－1


解析：选B。2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑


2 ml 2 ml


0.1 ml 0.1 ml


所得到溶液的物质的量浓度是0.1 ml÷0.1 L＝1 ml·L－1。


2．实验室利用反应2KClO3eq \(=====,\s\up7(△))2KCl＋3O2↑制取氧气，现有24.5 g KClO3参加反应，则得到标准状况下的氧气的体积是( )


A．2.24 LB．4.48 L


C．44.8 LD．6.72 L


解析：选D。24.5 g KClO3的物质的量是


eq \f(24.5 g,122.5 g·ml－1)＝0.2 ml，


2KClO3eq \(=====,\s\up7(△))2KCl＋3O2↑


2 ml 3 ml


0.2 ml n(O2)


2 ml∶0.2 ml＝3 ml∶n(O2)，则n(O2)＝0.3 ml。


故产生的氧气在标准状况下的体积是0.3 ml×22.4 L·ml－1＝6.72 L。


3．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。


(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________。


解析：32 g铜的物质的量为eq \f(32 g,64 g·ml－1)＝0.5 ml，则


Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu


1 ml 1 ml 1 ml


0．5 ml 0.5 ml 0.5 ml


(1)反应消耗的Fe的质量为m(Fe)＝0.5 ml×56 g·ml－1＝28 g；


(2)反应后溶液中FeSO4的物质的量浓度为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


合格考训练


1．工业制造SiC(其中硅的化合价是＋4价)的化学方程式如下：SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑。在这个氧化还原反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比是( )


A．1∶2 B．2∶1


C．1∶1D．3∶5


解析：选A。该反应中每有3 ml C反应时，有1 ml C做氧化剂得到还原产物SiC，有2 ml C做还原剂得到氧化产物CO。SiO2既不是氧化剂也不是还原剂。


2．用28 g铁跟足量的稀硫酸反应，可制得氢气x ml，现需用20 g氢气填充气球，需要消耗y ml铁，则x、y分别为( )


A．0.5、0.5B．1、10


C．1、1D．0.5、10


解析：选D。反应的化学方程式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，则有x＝eq \f(28,56)＝0.5，y＝eq \f(20,2)＝10。


3．一定浓度的NaOH溶液20 mL可恰好中和18 mL x ml·L－1的H2SO4溶液或24 mL y ml·L －1的盐酸，则x∶y为( )


A．1∶2B．2∶1


C．2∶3D．3∶2


解析：选C。中和20 mL一定浓度的NaOH溶液需要的HCl的量是H2SO4的2倍，即24y＝2×18x或理解为两者电离出的n(H＋)相同，可得出x∶y＝2∶3。


4．等量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定的条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是( )


A．1∶1B．3∶4


C．2∶3D．4∶3


解析：选B。根据反应的化学方程式Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2可知，1 ml Fe与盐酸反应生成1 ml H2，与水蒸气反应生成eq \f(4,3) ml H2，故相同条件下，产生H2的体积比是3∶4。


5．把CO还原Fe2O3所生成的CO2通入澄清石灰水中生成沉淀，若将沉淀过滤、烘干后称得质量为m g。


(1)找出CO制取沉淀的关系式。


(2)需要通入CO的物质的量最少是多少？


解析：反应过程中碳原子守恒，根据反应的化学方程式3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O找出关系式：


CO～CO2～CaCO3


1 ml 100 g


n(CO) m g


1 ml∶100 g＝n(CO)∶m g


n(CO)＝eq \f(m,100) ml。


答案：(1)CO～CaCO3 (2)eq \f(m,100) ml





等级性测试


1．完全沉淀等物质的量浓度的NaCl、MgCl2、AlCl3溶液中的Cl－，消耗等物质的量浓度的AgNO3溶液的体积比为3∶2∶1，则上述溶液的体积比为( )


A．1∶1∶1B．3∶2∶1


C．6∶3∶2D．9∶3∶1


解析：选D。消耗等物质的量浓度的AgNO3溶液的体积比为3∶2∶1，则消耗Ag＋的物质的量之比为3∶2∶1，故NaCl、MgCl2、AlCl3的物质的量之比为3∶1∶eq \f(1,3)，即为9∶3∶1，则体积比为9∶3∶1。


2．有3.92 g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的全部CO2通入足量的澄清石灰水中得到7.0 g固体沉淀物，这种铁的氧化物为( )


A．Fe3O4B．FeO


C．Fe2O3D．Fe5O7


解析：选D。由题意知，生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中得到7.0 g沉淀，则n(CaCO3)＝eq \f(7.0 g,100 g·ml－1)＝0.07 ml，由CO～CO2可知，铁的氧化物中的n(O)＝0.07 ml，n(Fe)＝eq \f(3.92 g－0.07 ml×16 g·ml－1,56 g·ml－1)＝0.05 ml，n(Fe)∶n(O)＝0.05 ml∶0.07 ml＝5∶7，则铁的氧化物为Fe5O7。


3．(2019·原创题)设NA代表阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )


A．1 ml Na在空气中完全燃烧，转移的电子数为2NA


B．常温下，2.3 g钠投入水中，产生0.05NA个氢分子


C．0.1 ml Fe与足量水蒸气反应生成H2的分子数为0.1NA


D．0.1 ml Fe与足量盐酸反应，转移0.3 ml电子


解析：选B。1 ml Na在空气中完全燃烧生成0.5 ml Na2O2，转移1 ml电子，A错误；钠与水发生反应2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑，2.3 g钠(0.1 ml)生成0.05 ml H2，B正确；根据反应3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2，0.1 ml Fe完全反应生成eq \f(0.4,3) ml H2，C错误；Fe与盐酸反应生成FeCl2，0.1 ml Fe与足量盐酸反应，转移0.2 ml电子，D错误。


4．甲、乙两个烧杯中分别盛有100 mL 4.0 ml·L－1盐酸和100 mL 4.0 ml·L－1 NaOH溶液，向两个烧杯中均加入5.4 g铝粉，在相同状况下甲、乙两个烧杯中产生气体的体积之比为( )


A．1∶1B．2∶3


C．3∶2D．3∶1


解析：选B。铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式分别是2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。n(HCl)＝0.4 ml，n(NaOH)＝0.4 ml，n(Al)＝0.2 ml，因此，甲烧杯中盐酸不足、铝过量，乙烧杯中铝不足、氢氧化钠过量，甲烧杯中产生氢气0.2 ml，乙烧杯中产生氢气0.3 ml，B项正确。


5．铁、镁、锌三种金属分别和等体积、等浓度的盐酸反应，同温同压下，产生相同体积的氢气，则下列说法不正确的是( )


A．金属失去的电子数相等


B．参加反应的金属质量相等


C．参加反应的金属物质的量相等


D．铁、镁、锌的质量比为56∶24∶65


解析：选B。铁、镁、锌三种金属分别和等体积、等浓度的盐酸反应，反应的本质都是金属失去电子，溶液中氢离子得到电子生成氢气，故同温同压下，产生相同体积的氢气时，氢离子得到电子的数目必然相等，而这些电子均由金属提供，则参加反应的金属失去的电子数相等，故A正确；同温同压下，铁、镁、锌三种金属分别与同体积、同浓度的盐酸反应后，产生相同体积的氢气，设所需要的金属质量分别是x、y、z，则有eq \f(x,56)×2＝eq \f(y,24)×2＝eq \f(z,65)×2，所以可得参加反应的金属质量比是56∶24∶65，故B错误，D正确；若相同条件下产生相同体积的氢气，设产生氢气的物质的量为1 ml，则根据反应的关系式可知，所需Fe、Mg、Zn三种金属的物质的量之比为1 ml∶1 ml∶1 ml＝1∶1∶1，故C正确。


6．将1.1 g铁、铝混合物溶于200 mL 5 ml·L－1的盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6 ml·L－1(溶液体积变化忽略不计)，则下列表述不正确的是( )


A．反应中消耗HCl为0.08 ml


B．混合物中含有0.02 ml Al


C．混合物中含有0.01 ml Fe


D．混合物中Al与Fe的物质的量之比为1∶1


解析：选D。n(消耗HCl)＝0.2 L×5 ml·L－1－0.2 L×4.6 ml·L－1＝0.08 ml，A正确；可设混合物中Al、Fe物质的量分别为x、y，则根据Al～3HCl、Fe～2HCl，可得3x＋2y＝0.08 ml ①，27 g·ml－1×x＋56 g·ml－1×y＝1.1 g ②，联立①②可得x＝0.02 ml、y＝0.01 ml，可知B、C正确，D错误。


7．Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下的氢气4.48 L。下列推断中不正确的是( )


A．参加反应的Mg、Al共0.2 ml


B．参加反应的HCl为0.4 ml


C．Mg、Al在反应中共失去0.4 ml电子


D．若与足量的稀硫酸反应能产生0.2 ml H2


解析：选A。反应的实质为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。n(H2)＝eq \f(4.48 L,22.4 L/ml)＝0.2 ml，则参加反应的n(H＋)＝0.4 ml。若换成稀H2SO4，同样产生0.2 ml H2，故B、D正确。由2H＋～H2～2e－可知，得电子总数为0.2 ml×2＝0.4 ml，依据得失电子守恒，故C正确。0.2 ml Mg提供0.4 ml电子，0.2 ml Al提供0.6 ml电子，则0.2 ml Mg、Al混合物提供的电子数大于0.4 ml、小于0.6 ml，故A不正确。


8．将铁加入100 mL某浓度的盐酸中恰好完全反应，反应后生成的气体体积为V L(标准状况下，下同)，将铝加入100 mL 2 ml·L－1 NaOH溶液中恰好完全反应，充分反应后生成的气体体积为3V L。下列说法正确的是( )


A．原铁和铝的物质的量相等


B．原盐酸的浓度为2 ml·L－1


C．铁加入盐酸中发生反应的离子方程式为2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑


D．盐酸与NaOH溶液的物质的量浓度之比为1∶3


解析：选B。Al与NaOH溶液的反应：


2Al ＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑


2 ml 2 ml 3 ml


n(Al) 0.1 L×2 ml·L－1 n(H2)


eq \f(2 ml,0.1 L×2 ml·L－1)＝eq \f(3 ml,n（H2）)，解得n(H2)＝0.3 ml，


eq \f(2 ml,0.1 L×2 ml·L－1)＝eq \f(2 ml,n（Al）)，解得n(Al)＝0.2 ml，


由Al与NaOH溶液反应生成的气体体积为3V L，得eq \f(3V L,22.4 L·ml－1)＝0.3 ml，解得V＝2.24。再根据Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，生成的气体体积为V L，可求出Fe的物质的量为0.1 ml，HCl的物质的量为0.2 ml，则c(HCl)＝eq \f(0.2 ml,0.1 L)＝2 ml·L－1，B正确；由上述数据分析知铁、铝的物质的量不相等，A错误；Fe与盐酸反应生成Fe2＋，C错误；盐酸与NaOH溶液的物质的量浓度之比为1∶1，D错误。


9．将19.5 g锌粒投入250 mL 2 ml·L－1的稀硫酸中，试计算：(写出计算过程)


(1)产生的氢气在标准状况下的体积。


(2)忽略溶液体积变化，反应后溶液中氢离子浓度。


(3)要配制250 mL 2 ml·L－1的稀硫酸，需取用质量分数为98%、密度为1.84 g·cm－3的浓硫酸的体积为多少毫升？(保留三位有效数字)


解析：(1)设反应产生氢气的物质的量为x ml，19.5 g锌粒的物质的量为0.3 ml，250 mL 2 ml·L－1的稀硫酸中溶质的物质的量为0.25 L×2 ml·L－1＝0.5 ml。


Zn ＋ H2SO4===ZnSO4＋H2↑


1 ml 1 ml 1 ml


0．3 ml 0.5 ml x ml


硫酸过量，按锌进行计算，得x＝0.3，体积为0.3 ml×22.4 L·ml－1＝6.72 L。


(2)硫酸反应了0.3 ml，剩余(0.5－0.3) ml＝0.2 ml，反应后溶液中氢离子浓度为eq \f(0.2×2,0.25) ml·L－1＝1.6 ml·L－1。


(3)质量分数为98%、密度为1.84 g·cm－3浓硫酸的浓度为eq \f(1 000×98%×1.84,98) ml·L－1＝18.4 ml·L－1，设需要浓硫酸的体积为V，浓硫酸在稀释前后溶质的物质的量保持不变，0.25 L×2 ml·L－1＝18.4 ml·L－1×V，V＝0.027 2 L＝27.2 mL。


答案：(1)6.72 L (2)1.6 ml·L－1 (3)27.2 mL


10．将19.2 g Cu和Fe2O3的混合物完全溶解在400 mL稀硫酸中，然后向溶液中加入铁粉，剩余固体质量与加入铁粉质量的关系如图所示。





(1)计算混合物中n(Cu)∶n(Fe2O3)。


(2)计算稀硫酸的物质的量浓度。


解析：(1)由图像可知，生成3.2 g固体为金属铜，说明19.2 g Cu和Fe2O3的混合物中含有3.2 g Cu，则含有Fe2O3的质量为19.2 g－3.2 g＝16.0 g，则n(Cu)∶ n(Fe2O3)＝eq \f(3.2 g,64 g·ml－1)∶eq \f(16.0 g,160 g·ml－1)＝1∶2。(2)图像中加入11.2 g Fe时，铜离子完全被置换成Cu，此时溶质为FeSO4，根据铁元素守恒可知n(FeSO4)＝n(Fe)＋2n(Fe2O3)＝eq \f(11.2 g,56 g·ml－1)＋eq \f(16.0 g,160 g·ml－1)×2＝0.4 ml，则400 mL稀硫酸中含有硫酸的物质的量为n(H2SO4)＝n(FeSO4)＝0.4 ml，该稀硫酸的物质的量浓度为c(H2SO4)＝eq \f(0.4 ml,0.4 L)＝1 ml·L－1。


答案：(1)1∶2 (2)1 ml·L－1


课程标准
核心素养
1.结合化学方程式了解物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度等概念之间的有关计算。


2．了解化学计算中的常用方法。
1.变化观念：知道物质发生化学变化过程中各种物理量之间的关系。


2．证据推理：具有证据意识，能基于证据对物质变化提出可能的假设，通过分析推理进行计算和论证。


3．社会责任：具有严谨求实的科学态度，了解化学方程式中的有关计算。
化学方程式
2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2
化学计量数之比
2∶1∶2
化学方程式
2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2
物质微粒数之比
2∶1∶2
扩大NA倍之后
(2NA)∶NA∶(2NA)
物质的量之比
2∶1∶2
标准状况下体积之比
44.8 L∶22.4 L∶44.8 L
相同状况下体积之比
2∶1∶2
课堂小结
1.化学方程式中各物质的化学计量数之比等于参加反应的各物质的物质的量之比。
2.化学反应中常见的是某物质的物质的量、物质的量浓度或气体的体积的计算，特别是守恒法、关系式法的应用等。