《高中化学》2023年高考总复习第三章第二节第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用

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自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课堂小结课标定位1.会叙述化学计算中的常用方法2.掌握物质的量在化学方程式计算中的一般步骤和方法素养阐释1.能通过分析、推理等方法认识物质的量在化学方程式计算中的应用2.建立认知模型,并能运用模型解答化学计算问题

自主预习·新知导学1.物质的量与各物理量之间的关系。(1)图示关系。(2)计算公式。④已知溶液中的物质的量浓度:n(B)=c(B)·V[B(aq)]。

2.物质的量在化学方程式计算中的应用(NA表示阿伏加德罗常数的数值)。【自主思考】

物质的量能否应用到离子方程式的计算中?提示:离子方程式中各种粒子(包括离子、分子等)也是按照一定物质的量之比反应的,故物质的量同样适用于离子方程式的计算。【效果自测】

1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)物质在发生化学反应时,它们的质量不一定相等,但物质的量一定相等。(

)(2)物质在发生化学反应时,它们的质量之比等于化学方程式中化学计量数之比。(

)(3)物质在发生化学反应时,它们的物质的量之比等于化学方程式中化学计量数之比。(

)××√(4)化学方程式4Na+O2══2Na2O可表示4molNa与1molO2反应生成2molNa2O。(

)(5)根据离子方程式Mg+2H+══Mg2++H2↑可知1g镁与足量氢离子反应可生成1mol氢气。(

)(6)化学反应前后质量和物质的量均守恒。(

)√××2.1.15g钠与水反应,得到100mL溶液。(1)求生成的气体在标准状况下的体积。(2)求反应后所得溶液中溶质的物质的量浓度。(1)2Na+2H2O══2NaOH+H2↑

2

mol

22.4

L

0.05

mol

V(H2)(2)2Na+2H2O══2NaOH+H2↑

2

mol

2

mol

0.05

mol

n(NaOH)答:(1)生成的气体在标准状况下的体积为0.56

L;(2)反应后所得溶液中溶质的物质的量浓度为0.5

mol·L-1。3.将5.4gAl投入足量的NaOH溶液中,计算生成H2的体积(标准状况)和消耗NaOH的物质的量。(写出解题步骤)2Al

+2NaOH+2H2O══2NaAlO2+3H2↑2

mol

2

mol

3

mol0.2

mol

n(NaOH)

n(H2)解得n(NaOH)=0.2

mol,n(H2)=0.3

mol,V(H2)=0.3

mol×22.4

L·mol-1=6.72

L。答:生成H2的体积为6.72

L,消耗NaOH的物质的量为0.2

mol。

合作探究·释疑解惑探究任务1物质的量应用于化学方程式的计算问题引领1.“化学反应前后质量守恒,那么物质的量也一定守恒!”这种说法正确吗?提示:错误。化学方程式中各物质的物质的量之比等于各物质化学计量数之比,所以化学反应前后物质的量可能增大,可能减小,也可能不变。2.根据化学方程式计算,各物质对应的各物理量的单位左右、上下都必须相同吗?提示:不一定,由于同一物质的质量与其物质的量成正比关系,同种状况下,气体体积与物质的量成正比关系,因此根据化学方程式计算时,各物质对应的各物理量的单位上、下都必须一致,左、右相互对应即可。归纳提升1.化学计算的基本步骤。2.物质的量应用于化学计算的基本方法。(1)把已知物的物理量转化为物质的量;(2)根据化学方程式或关系式,根据已知物的物质的量求出未知物的物质的量;(3)把未知物的物质的量转化为未知物的所求物理量。(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,各种物质不一定要用物质的量表示,也可以用质量表示,气态物质还可以用体积表示,但要注意物质的量与其他各物理量之间的换算关系;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,同种物质的单位一定要相同,不同物质的单位可同可不同,但要对应。典型例题【例题1】

将2.3g钠投入97.8g水中,反应完毕后,得到100mL溶液。(1)产生的氢气在标准状况下的体积为

;

(2)所得氢氧化钠溶液的溶质质量分数为

;

(3)所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为

。

答案:(1)1.12L

(2)4%

(3)1mol·L-12Na+2H2O══2NaOH

+

H2↑

2

mol

2

mol

1

mol

0.1

mol

n(NaOH)

n(H2)n(NaOH)=0.1

mol,n(H2)=0.05

mol标准状况下,V(H2)=22.4

L·mol-1×0.05

mol=1.12

L。(2)m(H2)=2

g·mol-1×0.05

mol=0.1

g,m(NaOH)=40

g·mol-1×0.1

mol=4

g,所得溶液质量为2.3

g+97.8

g-0.1

g=100

g,有关物质的量的计算中的“三个规范”(1)书写规范:各种符号的书写要规范,大写字母与小写字母的意义各不相同。如“M”表示摩尔质量,而“m”表示质量,“N”表示粒子数,而“n”表示物质的量。(2)符号规范:各物理量及单位、物质的名称、公式等尽量用符号表示。如已知NaOH溶液的体积和物质的量浓度,求NaOH溶液的质量时就写成:m(NaOH)=c(NaOH)×V[NaOH(aq)]×M(NaOH)。(3)单位规范:把已知量代入计算式中计算时都要带单位且单位要统一。【变式训练1】

1.将3.1gNa2O与4.2gNaHCO3溶于水,向得到的溶液中加入100mL盐酸,正好完全反应,并放出气体。(1)Na2O的物质的量为

;

(2)放出气体的体积在标准状况下为

;

(3)盐酸中c(HCl)=

。

答案:(1)0.05mol(2)1.12L(3)1.5mol·L-1(2)根据NaHCO3~CO2可知n(CO2)=0.05

mol,标准状况下,V(CO2)=0.05

mol×22.4

L·mol-1=1.12

L。(3)根据Na2O~2HCl、NaHCO3~HCl,2.向500mLNaOH溶液中投入10.8gAl,两者恰好完全反应。(1)求Al的物质的量。(2)求参加反应的NaOH的物质的量和溶液中NaOH的物质的量浓度。(3)求生成的H2在标准状况下的体积。(3)2Al+2NaOH+2H2O══2NaAlO2+3H2↑2

mol

3×22.4

L0.4

mol

V(H2)答:(1)Al的物质的量为0.4

mol。(2)参加反应的NaOH的物质的量为0.4

mol,NaOH的物质的量浓度为0.8

mol·L-1。(3)生成的H2在标准状况下的体积为13.44

L。探究任务2化学计算中的常用方法问题引领提示:方法一:根据化学方程式得4FeS2~8SO2~8SO3~8H2SO4,即FeS2~2H2SO4。方法二:由硫元素守恒得,FeS2~2H2SO4。2.将质量为100g的铁棒插入1L0.5mol·L-1的CuSO4溶液中,足够长的时间后,铁棒的质量将变为多少?提示:可以采用差量法。设铁棒增大的质量为x,则Fe

+

CuSO4══FeSO4+Cu

Δm56

g

1

mol

64

g

8

g

0.5

mol

xx=4

g,故铁棒质量变为100

g+4

g=104

g。归纳提升1.关系式法。当已知物和未知物之间是靠多个反应来联系时,可直接确定已知量物质和未知量物质之间的“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。如:把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中,求生成沉淀的量。则关系式为3CO~3CO2~3CaCO3,即CO~CaCO3。(2)根据原子守恒确定关系式:上述例子中也可直接根据碳原子守恒得出CO~CaCO3。2.守恒法。化学反应的实质是原子的重新组合,依据质量守恒定律,在化学反应中存在一系列守恒关系,如质量守恒、电荷守恒、电子得失守恒等,利用这些守恒关系解题的方法叫做守恒法。(1)质量守恒:化学反应前后各物质的质量总和不变。(2)电荷守恒:电荷守恒即对任一电中性的体系,如化合物、混合物、溶液等,正电荷总数和负电荷总数相等。如K2SO4和NaCl的混合溶液中,n(K+)+n(Na+)=2n()+n(Cl-)。(3)电子得失守恒:电子得失守恒是指在发生氧化还原反应时,氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数。如反应2Al+6H+══2Al3++3H2↑中,2molAl失去6mol电子,H+得到6mol电子生成3molH2。3.差量法。根据反应前后物质有关物理量发生的变化,找出所谓“理论差量”,该差量的大小与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系解决问题的计算方法。如Fe+CuSO4══Cu+FeSO4固体质量增大56g 64g 64g-56g=8g

x

ag4.平均值法。(1)摩尔电子质量:某物质在反应中转移1mol电子消耗该物质的质量,如镁的摩尔电子质量为g·mol-1=12g·mol-1。(2)平均摩尔质量:两种或两种以上物质的混合物中,1mol该混合物的质量。组分中一定有物质的摩尔质量大于平均摩尔质量,一定有物质的摩尔质量小于平均摩尔质量。如25g镁、铁的混合物与足量盐酸反应产生1mol氢气,则该混合物的平均摩尔质量为=25g·mol-1。典型例题【例题2】

将某份铁铝合金样品均分为两份,一份加入足量盐酸,另一份加入足量NaOH溶液,同温同压下产生的气体体积之比为3∶2,则样品中铁、铝物质的量之比为(

)A.3∶2 B.2∶1 C.3∶4 D.4∶3答案:C解析:设每份铁铝合金样品中含铁、铝的物质的量分别为【变式训练2】

等物质的量的常见金属A、B、C分别与足量的稀盐酸反应,所得氢气的体积依次为V(A)、V(B)、V(C),已知V(B)=2V(C),且V(A)=V(B)+V(C),则在金属C的生成物中,该金属的化合价为(

)。A.+1价 B.+2价 C.+3价 D.+4价答案:A解析:V(B)=2V(C),V(A)=V(B)+V(C)=3V(C),根据得失电子守恒,等物质的量的A失去的电子数为C的3倍,金属最外层电子数一般<4,故A的化合价为C的3倍,C的化合价只能为+1价。【例题3】

把足量的铁粉加入硫酸和硫酸铜的混合溶液中,充分反应后,剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等,求原溶液中H+与

的物质的量浓度之比。解:设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别为x、y。Fe

+H2SO4══FeSO4+H2↑

Δm(固体质量减小)56

g

1

mol

56

gx

56xFe

+

CuSO4══FeSO4+Cu

Δm(固体质量增大)56

g

1

mol

64

g

8