高中化学人教版必修1学案3-1第2课时铝与氢氧化钠溶液的反应物质的量在化学方程式计算中的应用

第2课时铝与氢氧化钠溶液的反应物质的量在化学方程式计算中的应用一、铝与氢氧化钠溶液的反应铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的对比实验二、物质的量在化学方程式计算中的应用化学方程式2H2＋O2eq\o(=,\s\up15(点燃))2H2O(g)计量数之比：212物质微粒数之比：212扩大NA：2NANA2NA物质的量之比：2mol1mol2mol标准状况下体积之比：44.8L22.4L44.8L相同状况下体积之比：212从以上例子可以看出：(1)任意物质的微粒数目之比等于物质的量之比。(2)在同温同压下，气态物质的微粒数目之比等于物质的量之比，等于体积之比。(3)同一种任意状态的物质的微粒数目之比等于物质的量之比，等于各物质的化学计量数之比。(4)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。(5)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\o(=,\s\up15(点燃))2HCl可表示1_mol_H2与1_mol_Cl2完全反应生成2_mol_HCl。知识点一铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的量的关系1．反应原理及其本质铝和盐酸反应，直接与盐酸电离出的H＋发生电子转移，而铝和碱溶液反应，先和水作用生成Al(OH)3，然后Al(OH)3被OH－中和生成偏铝酸盐。(1)2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2．“量”的关系规律(1)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为31。(2)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的物质的量之比为11。(3)足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的物质的量之比为13。若产生H2的体积比：eq\f(1,3)<eq\f(VHClH2,VNaOHH2)<1，则必定是铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；铝与NaOH溶液反应时，铝不足而NaOH过量。1.将两小块质量相等的金属钠，一块直接投入水中，另一块用铝箔包住，在铝箔上刺些小孔，然后放入水中，两者放出的氢气是否相等？提示：不相等。因为用铝箔(刺有小孔)包住的金属钠放入水中时，钠先与水反应，产生的氢气与直接把钠投入水中所产生的氢气的量相同，但生成的氢氧化钠溶液要继续与铝箔反应产生氢气，因此后者产生的氢气总量比前者多。2．铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放显酸性、碱性的食物，你知道为什么吗？提示：酸、碱均可直接侵蚀铝的保护膜Al2O3以及铝制品本身。3．如何除去铁粉中混有的铝粉？写出反应的化学方程式。提示：将混合物加入足量NaOH溶液中，充分反应后过滤，将固体洗净干燥即为纯铁粉。2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑。[例1]甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L－1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积之比为12，则加入铝粉的质量为()A．5.4g B．3.6gC．2.7g D．1.8g[思路分析]解答此题时要明确两点：(1)无论是铝与酸反应还是铝与碱反应，Al和H2的关系都是2Al～3H2；(2)综合分析题中相关条件判断是否存在过量以及谁过量，然后计算得出数值。[解析]由2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑可知，两份等质量的Al都完全反应时，生成H2的物质的量相等，消耗HCl与NaOH的物质的量不相等。实际上HCl、NaOH的物质的量均为0.3mol，且已知生成H2的体积之比为12，所以发生反应时分别为HCl不足Al过量，NaOH过量Al不足。与0.3mol盐酸完全反应的Al的质量为2.7g；由生成H2的体积之比为12可知，反应的Al的量之比也为12，即与NaOH溶液反应的Al的质量为5.4g。[答案]A(1)分别取Wg钠、铁、铝与足量的盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是eq\f(1,23)eq\f(1,28)eq\f(1,9)。(2)分别取0.1mol钠、铁、铝与足量的盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是123。(3)若产生相同物质的量的氢气，所需钠、铁、铝的质量比是23289。(4)若产生相同体积(同温同压)的氢气，所需钠、铁、铝3种金属的物质的量之比是632。(5)分别取0.2mol金属钠、铁、铝投入10mL1mol·L－1盐酸中，在标准状况下产生氢气体积大小的顺序是Na>Fe＝Al。解析：(1)Wg钠、铁、铝的物质的量分别为eq\f(W,23)mol、eq\f(W,56)mol、eq\f(W,27)mol，由钠、铁、铝分别与足量的盐酸反应的化学方程式：2Na＋2HCl=2NaCl＋H2↑；Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑；2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑，得到关系式：2Na～H2，Fe～H2,2Al～3H2，所以Wg钠、铁、铝生成氢气的体积比为eq\f(W,46)eq\f(W,56)eq\f(W,18)＝eq\f(1,23)eq\f(1,28)eq\f(1,9)；同理可得到(2)、(3)、(4)的结果；(5)中的钠、铁、铝相对于盐酸来说是过量的，根据盐酸计算生成的氢气，铁、铝反应放出的氢气相等，但由于过量的钠会与水反应生成氢气，所以钠放出的氢气最多。知识点二物质的量用于化学方程式的计算1．基本步骤2．实例现有1L1mol/L的盐酸与50gNaOH样品恰好完全反应(杂质不与盐酸反应)，则该样品中NaOH的含量为多少？(1)设：设样品中NaOH的质量为x(2)写：HCl＋NaOH=NaCl＋H2O(3)标：1mol40g1L×1mol/Lx(4)列：eq\f(1mol,1L×1mol/L)＝eq\f(40g,x)(5)解：x＝eq\f(40g×1L×1mol/L,1mol)＝40gNaOH的含量为eq\f(40g,50g)×100%＝80%(6)答：该样品中NaOH的含量为80%。3．物质的量应用于化学方程式的计算过程中需注意的问题(1)书写格式的规范化在计算过程中应注意表达格式的规范化：各物理量、物质的名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。各物理量的符号要注明物质(或粒子)的种类。如已知NaOH的物质的量浓度和体积，求NaOH的质量，可表示为m(NaOH)＝n(NaOH)×M(NaOH)＝c(NaOH)×V[NaOH(aq)]×M(NaOH)。常用的物理量符号：M——摩尔质量，m——质量，n——物质的量，N——粒子数，V——体积，ρ——溶液密度，w——质量分数，c——物质的量浓度，Vm——气体摩尔体积，NA——阿伏加德罗常数，v——化学计量数。若表示水溶液的物理量应注明aq，如NaOH溶液的体积表示为V[NaOH(aq)]，密度为ρ[NaOH(aq)]。(2)单位运用的对应性单位问题：一般来说，在一个题目里如果都用统一的单位，不会出现错误，但如果题内所给的两个量单位不一致，若要换算成同一个单位，有时显得很烦琐，这时只要做到两个量的单位“上下一致，左右对应”即可。例如：①Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑65g1molm(Zn)amol②Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑1mol22.4Ln(H2SO4)bL③Zn＋H2SO4=H2SO4＋H2↑65g22.4LcgV(H2)上述三种表示方法均正确，解题时具体选用哪种格式，要根据题目所给的量，具体问题具体分析。(3)方程式运用的灵活性除一般的化学方程式外，如果是离子反应，可以根据离子方程式进行计算；如果是氧化还原反应，也可以利用电子转移关系进行有关计算。1.根据化学方程式计算时，如果反应物不是纯净物该如何处理？提示：化学方程式所表示的是纯净物之间量的关系，所以不纯物质的质量只有换算成纯净物的质量，才能按化学方程式列出比例式进行计算。可根据题干提供的信息，进行相应的转化。2．工业制备硫酸的反应是4FeS2＋11O2eq\o(=,\s\up15(高温))2Fe2O3＋8SO2、2SO2＋O2eq\o(,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))2SO3、SO3＋H2O＝H2SO4，找出FeS2与H2SO4的关系式。提示：方法一：根据方程式4FeS2～8SO2～8SO3～8H2SO4，即FeS2～2H2SO4。方法二：由硫元素守恒得，FeS2～2H2SO4。[例2]把10.2g镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，得到6.72L标准状况下的H2。试计算：(1)该合金中铝的质量分数为________。(2)该合金中镁与铝的物质的量之比为________。(3)该合金溶于足量的盐酸溶液中，产生H2的体积(标准状况下)为________。[解析](1)把镁铝合金的粉末放入过量的烧碱中，镁不反应，只有Al能与NaOH反应。设Al的物质的量为n(Al)，则：2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑2mol3×22.4Ln(Al)6.72L解得：n(Al)＝eq\f(2mol×6.72L,3×22.4L)＝0.2molm(Al)＝0.2mol×27g·mol－1＝5.4g铝的质量分数为eq\f(5.4g,10.2g)×100%≈52.9%。(2)m(Mg)＝10.2g－5.4g＝4.8gn(Mg)＝eq\f(4.8g,24g·mol－1)＝0.2mol所以n(Mg)n(Al)＝0.2mol0.2mol＝11。(3)设由铝生成的氢气为V1，由镁生成的氢气为V2，由镁和铝与盐酸的反应可知：2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2mol3×22.4L0．2molV1解得V1＝6.72LMg＋2HCl=MgCl2＋H2↑1mol22.4L0．2molV2解得V2＝4.48LV(H2)总＝V1＋V2＝6.72L＋4.48L＝11.2L。[答案](1)52.9%(2)11(3)11.2L已知Fe＋Seq\o(=,\s\up15(△),\s\do15())FeS，FeS＋2HCl=FeCl2＋H2S↑，2H2S＋3O2=2SO2＋2H2O，一定量的铁粉和9g硫粉混合加热，待其反应后再加入过量盐酸，将生成的气体完全燃烧，共收集得9g水，则加入的铁粉质量为(D)A．14g B．42gC．56g D．28g解析：根据各步反应的定量关系，可列出关系式：Fe→FeS(铁守恒)→H2S(硫守恒)→H2O(氢守恒)Fe→H2(化学方程式)→H2O(氢守恒)推出：Fe～H2O5618xg9g56xg＝189gx＝28g即加入的铁粉为28g。1．下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是(B)A．盛放食醋 B．烧开水C．用金属丝擦洗表面的污垢 D．用碱水洗涤解析：酸(食醋)、碱(碱水)会与Al2O3反应，金属丝擦洗会损坏氧化膜。2．下列反应的离子方程式书写正确的是(C)A．钠和冷水反应：Na＋2H2O=Na＋＋2OH－＋H2↑B．金属铝溶于氢氧化钠溶液：Al＋2OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋H2↑C．金属铝溶于盐酸中：2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑D．铁跟稀硫酸反应：2Fe＋6H＋=2Fe3＋＋3H2↑解析：A中，电荷不守恒，正确的离子方程式为：2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑；B中，不符合反应实际，正确的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑；D中，稀硫酸与Fe反应只会生成Fe2＋，正确的离子方程式为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。3．用铝箔包住0.1mol金属钠，用针扎一些小孔，放入水中，完全反应后，用排水集气法收集产生的气体，则收集到的气体体积(标准状况)为(C)A．2.24L B．1.12LC．大于1.12L D．小于1.12L解析：Na与H2O反应生成NaOH和H2，Al与NaOH溶液反应也产生H2。0.1molNa产生的H2在标准状况下体积为1.12L，故总共产生的H2体积大于1.12L。4．将1.1g铁、铝混合物溶于200mL5mol·L－1的盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6mol·L－1(溶液体积变化忽略不计)，则下列表述不正确的是(D)A．反应中消耗HCl为0.08molB．混合物中含有0.02molAlC．混合物中含有0.01molFeD．混合物中Al与Fe的物质的量之比为11解析：n(消耗HCl)＝0.2L×5mol·L－1－0.2L×4.6mol·L－1＝0.08mol，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＝0.08mol①，27g·mol－1×x＋56g·mol－1×y＝1.1g②，①②联立可得x＝0.02mol、y＝0.01