高中化学新教材同步必修第一册 第3章 第二节 第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用教案讲义

第2课时物质的量在化学方程式计算中的应用[核心素养发展目标]1.能从物质的量的角度认识物质的组成及化学变化，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。2.能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。一、物质的量在化学方程式计算中的应用1．化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2化学计量数212扩大NA倍2NANA2NA物质的量2mol1_mol2_mol质量56g32_g88_g标况下气体体积44.8L22.4_L44.8_L结论：(1)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于其粒子数目之比，等于其物质的量之比。(2)对于有气体参加的反应，在同温同压下各气体的化学计量数之比等于其体积之比。2．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤例如：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑2×23g2mol2mol22.4Lm(Na)n(H2O)n(NaOH)V(H2)则有eq\f(2×23g,mNa)＝eq\f(2mol,nH2O)＝eq\f(2mol,nNaOH)＝eq\f(22.4L,VH2)3．医疗上颇为流行的“理疗特效热”，就是利用铁缓慢氧化放出均匀、稳定的热，使患处保持温热状态。若56g铁粉完全氧化成氧化铁，则需要消耗标况下氧气的体积为________。答案16.8L解析由反应方程式4Fe＋3O2=2Fe2O34×56g3×22.4L56gV(O2)则eq\f(56×4g,56g)＝eq\f(3×22.4L,VO2L)V(O2)＝eq\f(3×22.4L×56g,4×56g)＝16.8L。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”。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。二、化学计算中的常用方法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，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。如：把一定量的CO还原Fe2O3生成的CO2通入到澄清石灰水中，得10g沉淀，那么参加反应的CO的质量是________g。答案2.8解析(1)根据化学方程式确定关系：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(△))2Fe＋3CO2CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2O则关系式为3CO～3CO2～3CaCO3即CO～CaCO3(2)利用关系式进行计算CO～CaCO328100m(CO)10g则eq\f(28,mCO)＝eq\f(100,10g)m(CO)＝2.8g。2．守恒法(1)反应前后元素、质量、原子个数不变。如：4.6g钠在空气中久置，最终得到Na2CO3的质量是多少克？答案10.6g解析钠在空气中最终转化为Na2CO3的过程中钠的原子个数不变，可得关系式：2Na～Na2CO32×231064.6gm(Na2CO3)则eq\f(2×23,4.6g)＝eq\f(106,mNa2CO3)m(Na2CO3)＝eq\f(106×4.6g,2×23)＝10.6g。(2)还原剂失电子总数＝氧化剂得电子总数如：用1mol·L－1的Na2SO3溶液30mL恰好将2×10－2mol的XOeq\o\al(－,4)还原，已知氧化产物为SOeq\o\al(2－,4)，则元素X在还原产物中的化合价为________。答案＋4解析氧化还原反应中得失电子总数相等，设元素X在还原产物中的化合价为x，则有：1mol·L－1×0.03L×(6－4)＝2×10－2mol×(7－x)，解得x＝＋4。(3)溶液中阳离子所带正电荷总数＝阴离子所带负电荷总数如：某溶液中含Fe3＋、Cl－和SOeq\o\al(2－,4)，经测定c(Fe3＋)＝0.4mol·L－1，c(Cl－)＝0.2mol·L－1，则c(SOeq\o\al(2－,4))＝__________。答案0.5mol·L－1解析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，则3c(Fe3＋)＝c(Cl－)＋2c(SOeq\o\al(2－,4))c(SOeq\o\al(2－,4))＝eq\f(3cFe3＋－cCl－,2)＝eq\f(0.4mol·L－1×3－0.2mol·L－1,2)＝0.5mol·L－1。3．差量法(1)根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓“理论差量”，如反应前后的质量、物质的量、气体体积等。该差量的大小与反应物质的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系，解决一定量变的计算题。(2)将agCO、H2的混合气体在足量O2中充分燃烧，把产生的气体(>100℃)通入足量的Na2O2固体中，完全反应后，过氧化钠的质量增加________g。答案a解析由下列反应方程式：eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(2CO＋O2\o(=,\s\up7(点燃))2CO2,2CO2＋2Na2O2=2Na2CO3＋O2))→CO＋Na2O2=Na2CO3eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(2H2＋O2\o(=,\s\up7(点燃))2H2O,2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑))→H2＋Na2O2=2NaOH所以Na2O2与CO2、H2O反应后增加的质量与原混合气体CO、H2的质量相同。(1)有关化学方程计算的三个等式关系各物质的化学计量数之比＝各物质的物质的量之比＝各物质构成粒子的粒子数之比＝相同条件下的体积之比。(2)化学计算中常用方法①守恒法(质量守恒、电荷守恒、电子守恒)②差量法(质量差值法、体积差值法)③关系式法(利用元素守恒建立关系式、利用方程式建立关系式、利用电子守恒建立关系式)1．标准状况下，3.25g锌与足量的盐酸反应生成xL氢气，下列比例式正确的是()A．Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑1mol1mol3.25gxLB．Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑65g1L3.25gxLC．Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑1mol22.4L0.05molxLD．Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑65g1mol3.25gxL答案C解析比例式应注意单位要“上下一致，左右对应”。2．(2019·合肥高一检测)0.56g氧化钙恰好与20mL盐酸反应，则此盐酸的物质的量浓度是()A．0.10mol·L－1 B．0.20mol·L－1C．0.50mol·L－1 D．1.00mol·L－1答案D解析CaO＋2HCl=CaCl2＋H2O56g2mol0.56gc(HCl)×20×10－3L则：eq\f(56g,0.56g)＝eq\f(2mol,cHCl×20×10－3L)解得c(HCl)＝1.00mol·L－1。3．(2019·云南省宜良一中月考)由Na、Mg、Al三种金属中的两种组成的混合物共10g，跟足量的盐酸反应，产生0.5g标准状况下的氢气，则此混合物中必定含有()A．Al B．MgC．Na D．都不可能含有答案C解析本题运用“极限”的思维方法，先求出Na、Mg、Al分别与足量盐酸反应，产生0.5gH2所需的质量：2Na～Mg～eq\f(2,3)Al～H24624182m(Na)m(Mg)m(Al)0.5g得m(Na)＝eq\f(46×0.5g,2)＝11.5g，m(Mg)＝eq\f(24×0.5g,2)＝6g，m(Al)＝eq\f(18×0.5g,2)＝4.5g；再根据“平均值”的思维方法，比10g大的只有钠，而推知一定含钠，C正确。4．(2018·黑龙江大庆第一中学期中)由CuO、Fe2O3组成的混合物共10.0g，加入500mL某浓度盐酸中，混合物完全溶解，当再加入250mL2.0mol·L－1的NaOH溶液时，得到的沉淀最多。该盐酸的物质的量浓度为()A．0.5mol·L－1 B．1.0mol·L－1C．2.0mol·L－1 D．3.0mol·L－1答案B解析CuO、Fe2O3组成的混合物与盐酸反应生成氯化铜、氯化铁，盐酸可能有剩余，向反应后溶液中加入NaOH溶液，Cu2＋、Fe3＋完全沉淀时，沉淀的量最大，此时溶液中溶质为NaCl，根据钠元素守恒有n(NaCl)＝n(NaOH)＝0.25L×2.0mol·L－1＝0.5mol，根据氯元素守恒有n(HCl)＝n(NaCl)＝0.5mol，故该盐酸的物质的量浓度为eq\f(0.5mol,0.5L)＝1.0mol·L－1。5．某废水处理站用甲醇处理氨废水，反应为NH3＋2O2eq\o(=,\s\up7(酶))NOeq\o\al(－,3)＋H＋＋H2O,6H＋＋6NOeq\o\al(－,3)＋5CH3OHeq\o(=,\s\up7(酶))3N2↑＋5CO2↑＋13H2O。在处理过程中，NH3转化为NOeq\o\al(－,3)的转化率可达95%，而NOeq\o\al(－,3)转化为N2的转化率可达96%。若每天处理含NH30.034g·L－1的废水500m3，则理论上每天所需甲醇的质量为()A．24.32kg B．30kgC．25.3kg D．4.08kg答案A解析根据甲醇处理氨废水的反应原理，可得关系式NH3～NOeq\o\al(－,3)～eq\f(5,6)CH3OH，理论上每天所需甲醇的质量为eq\f(0.034g·L－1×500×103L,17g·mol－1)×95%×96%×eq\f(5,6)×32g·mol－1＝2.432×104g。6．现加热5g碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，使碳酸氢钠完全分解，混合物质量减少了0.31g，则原混合物中碳酸钠的质量为()A．3.38gB．4.58gC．4.16gD．4.41g答案C解析碳酸钠较稳定，加热不分解，只有碳酸氢钠分解，设混合物中含有xgNaHCO3，则2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2OΔm2×84g106g62gxg0.31g解得：x＝0.84，所以m(Na2CO3)＝5g－m(NaHCO3)＝5g－0.84g＝4.16g。7．向500mL氢氧化钠溶液中投入10.8g铝，二者恰好完全反应，计算回答：(1)铝的物质的量是________。(2)氢氧化钠溶液的物质的量浓度是________。(3)在标准状况下生成氢气的体积是________。答案(1)0.4mol(2)0.8mol·L－1(3)13.44L解析(1)铝的摩尔质量是27g·mol－1，n(Al)＝eq\f(10.8g,27g·mol－1)＝0.4mol。(2)设参加反应的氢氧化钠的物质的量是n，则2Al＋2H2O＋2NaOH=2NaAlO2＋3H2↑2mol2mol0.4moln则eq\f(2mol,0.4mol)＝eq\f(2mol,n)，n＝0.4mol，c(NaOH)＝eq\f(0.4mol,0.5L)＝0.8mol·L－1。(3)设生成标准状况下的氢气的体积是V，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑2mol3×22.4L0．4molV所以V＝eq\f(0.4mol×3×22.4L,2mol)＝13.44L。8．(2018·湖北麻城一中高一月考)将2.5g碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的固体混合物完全溶于水制成稀溶液，然后向该溶液中逐滴加入1mol·L－1盐酸，所加入盐酸的体积与产生二氧化碳的体积(标准状况)关系如图所示。(1)写出OA段所发生反应的离子方程式：____________________________________________________________________________________________________________________________。(2)当加入35mL盐酸时，所产生的二氧化碳的体积(标准状况)是________。(3)计算原混合物中Na2CO3的质量分数为________。答案(1)H＋＋OH－=H2O、COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)(2)0.224L(3)42.4%解析(1)设碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的物质的量分别为xmol、ymol、zmol，则xmol＋ymol＝1mol·L－1×0.02L、2xmol＋ymol＋zmol＝1mol·L－1×0.045L、106g·mol－1×xmolg碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠的固体混合物完全溶于水制成稀溶液，溶质为碳酸钠和氢氧化钠。AB段发生反应NaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2↑＋H2O，消耗盐酸体积为(45－25)mL＝20mL，那么之前Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl消耗盐酸体积也应该是20mL，而OA段＋＋OH－=H2O，再发生反应COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)。(2)结合图像可知，当加入35mL盐酸时，V(盐酸)为25～35mL时发生碳酸氢钠与盐酸的反应生成二氧化碳气体，消耗盐酸的物质的量为0.01L×1mol·L－1＝0.01mol，根据方程式HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O可知产生二氧化碳的物质的量是0.01mol，标准状况下其体积为0.01mol×22.4L·mol－1＝0.224L。(3)由(1)中分析知，碳酸钠的质量是0.01mol×106g·mol－1＝1.06g，则固体混合物中碳酸钠的质量分数是eq\f(1.06g,2.5g)×100%＝42.4%。题组一物质的量在化学方程式中的应用1．(2018·银川高一检测)实验室利用反应2KClO3eq\o(=,\s\up7(△))2KCl＋3O2↑制取氧气，今24.5gKClO3参加反应，则得到标准状况下的氧气的体积是()A．2.24LB．4.48LC．44.8LD．6.72L答案D解析24.5gKClO3的物质的量是eq\f(24.5g,122.5g·mol－1)＝0.2mol，2KClO3eq\o(=,\s\up7(△))2KCl＋3O2↑2mol3mol0．2moln(O2)mol×22.4L·mol－1＝6.72L。2．一块表面被氧化的钠的质量是10.8g，投入水中，完全反应得到标准状况下的氢气0.2g，则原钠块中被氧化的钠的质量是()A．4.6g B．6.2gC．7.8g D．9.2g答案A解析设产生0.2g氢气需钠的质量为x。2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑46g2gx0.2geq\f(46g,x)＝eq\f(2g,0.2g)解得x＝4.6g，则氧化钠的质量是10.8g－4.6g＝6.2g，n(Na2O)＝eq\f(6.2g,62g·mol－1)＝0.1mol。根据反应：4Na＋O2=2Na2O可知，被氧化的钠的物质的量为0.1mol×2＝0.2mol，被氧化的钠的质量为0.2mol×23g·mol－1＝4.6g。3．把11.2g铁加入到500mL盐酸中，在标准状况下放出氢气的体积是3.36L，盐酸的物质的量浓度是()A．0.2mol·L－1 B．0.3mol·L－1C．0.4mol·L－1 D．0.6mol·L－1答案D解析铁与盐酸反应的化学方程式为Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，铁的物质的量为0.2mol，完全反应时在标准状况下生成氢气0.2mol，实际反应生成氢气的物质的量为eq\f(3.36L,22.4L·mol－1)＝0.15mol<0.2mol，铁过量，按氢气的物质的量计算盐酸的物质的量浓度：eq\f(0.15mol×2,0.5L)＝0.6mol·L－1。4．1.6g部分被氧化的镁跟足量的盐酸反应，在标准状况下生成氢气1.12L，在与盐酸反应前，被氧化的镁的质量是()A．1.2gB．0.64gC．0.4gD．0.24g答案D解析标况下n(H2)＝0.05mol，m(H2)＝0.1g设参加反应的Mg为xg，Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑24g2gxg0.1gx＝1.2m(Mg)＝1.2g,m(MgO)＝1.6g－1.2g＝0.4g设被氧化的Mg为yg，2Mg＋O2=2MgO48g80gyg0.4gy＝0.24。5．在一定条件下，7g炭粉与14g氧气完全反应生成21g氧化物，则生成物中CO与CO2的物质的量之比是()A．1∶1B．2∶1C．2∶3D．3∶2答案A题组二化学计算中的常用方法6．21g铁粉与8g硫粉混合加热，若不考虑其他损失，可生成硫化亚铁的质量为()A．33gB．24gC．29gD．22g答案D解析根据题意n(Fe)＝0.375mol，n(S)＝0.25mol。由S＋Feeq\o(=,\s\up7(△))FeS可知Fe过量，按S的量计算，反应生成的n(FeS)＝n(S)＝0.25mol，所以m(FeS)＝22g。7．有一铁的氧化物样品，用140mL5mol·L－1的盐酸恰好完全溶解，所得溶液还能与通入的0.56L氯气(标准状况)反应，使Fe2＋全部转化为Fe3＋，则此氧化物为()A．Fe2O3B．Fe3O4C．Fe4O5D．Fe5O7答案D＋，则溶液中溶质最终只有FeCl3，可由n(Cl)求n(Fe)。氧化物中的氧与盐酸中的H＋结合生成H2O，可由盐酸中的n(H＋)求n(O)；再由eq\f(nFe,nO)求得铁的氧化物的化学式。n(Cl)＝5mol·L－1×0.14L＋2×eq\f(0.56L,22.4L·mol－1)＝0.75mol；n(H＋)＝5mol·L－1×0.14L＝0.7mol，所以eq\f(nFe,nO)＝eq\f(\f(1,3)nCl－,\f(1,2)nH＋)＝eq\f(\f(1,3)×0.75mol,\f(1,2)×0.7mol)＝eq\f(5,7)，即该氧化物的化学式为Fe5O7。8．某铁的氧化物(FexO)1.52g溶于足量盐酸中，向所得溶液中通入标准状况下112mLCl2，恰好将Fe2＋完全氧化。x值为()A．0.80B．0.85C．0.90D．0.93答案A解析根据得失电子守恒可知，FexO被氧化为Fe3＋转移的电子数和Cl2被还原为Cl－转移的电子数相等。标准状况下112mLCl2转移电子数为0.01mol。则有eq\f(1.52,56x＋16)×(3－eq\f(2,x))×x＝0.01，解之，得x＝0.80。故选A。9．工业纯碱中常含有少量的NaCl杂质，某化学兴趣小组取ag工业纯碱样品与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得bg固体。则该样品中纯碱的质量分数是()A.eq\f(b－a,a)×100% B.eq\f(168a－b,51a)×100%C.eq\f(84b－a,11a)×100% D.eq\f(106b－a,11a)×100%答案D解析根据反应的化学方程式，采用差量法可求出该样品中Na2CO3的质量为eq\f(b－a,11)×106g，其质量分数为eq\f(\f(b－a,11)×106,a)×100%＝eq\f(106b－a,11a)×100%。10．(2018·哈尔滨六中高一3月月考)一定条件下，24mL的CO2和N2的混合气体通过足量的过氧化钠粉末，充分反应后得到相同状况下的气体20mL，则原混合气体中CO2的体积分数为()A．56% B．44%C．33.3% D．66.7%答案C解析设CO2的体积为xmL，则N2的体积为(24－x)mL，将混合气体通过足量的过氧化钠粉末充分反应，由反应的化学方程式2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2可知，生成O2的体积为0.5xmL，则0.5xmL＋(24－x)mL＝20mL，解得x＝8，所以原混合气体中CO2的体积分数为eq\f(8mL,24mL)×100%≈33.3%。11．(2018·河北唐山一中期末考试)将amol钠和amol铝同时投入mg足量水中，所得溶液的密度为dg·cm－3，则该溶液中溶质的质量分数为()A.eq\f(82a,46a＋m)% B.eq\f(8200a,46a＋2m)%C.eq\f(8200a,46a＋m)% D.eq\f(8200