高中化學(xué)第三章金屬及其他化合物第一節(jié)第3課時(shí)物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用學(xué)案新人教版必修1

第3課時(shí)物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用一、常用計(jì)量之間換算關(guān)系1．圖示關(guān)系2．計(jì)算關(guān)系式(1)基本關(guān)系式：n＝eq\f(V,Vm)＝eq\f(m,M)＝eq\f(N,NA)＝cV(2)推導(dǎo)公式：c＝eq\f(1000ρw,M)3．常用等比關(guān)系(1)任意物質(zhì)的微粒(構(gòu)成微粒，下同)數(shù)目之比等于物質(zhì)的量之比。(2)在同溫同壓下，氣態(tài)物質(zhì)的分子數(shù)目之比等于物質(zhì)的量之比，等于氣體體積之比。(1)將250gCuSO4·5H2O晶體溶于750g水中所得溶液的物質(zhì)的量濃度為1.0mol·L－1嗎？提示：不是。250gCuSO4·5H2O晶體的物質(zhì)的量是1mol，但溶液體積不是1L，故物質(zhì)的量濃度不是1.0mol·L－1。(2)(情境思考)瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機(jī)質(zhì)經(jīng)厭氧菌的作用分解而成。瓦斯中甲烷(CH4)與氧氣的質(zhì)量比為1∶4時(shí)極易爆炸，此時(shí)甲烷與空氣的體積比約為多少？提示：1∶10。瓦斯中甲烷(CH4)與氧氣的質(zhì)量比為1∶4時(shí)極易爆炸，此時(shí)CH4與O2的物質(zhì)的量之比為eq\f(1,16)∶eq\f(4,32)＝1∶2，根據(jù)阿伏加德羅定律推知，CH4與O2的體積之比為1∶2，又知空氣中N2、O2的體積比約為4∶1，故此時(shí)甲烷與空氣的體積比約為1∶10。二、物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用1．化學(xué)計(jì)量數(shù)與化學(xué)方程式的關(guān)系具體實(shí)例2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑化學(xué)計(jì)量數(shù)之比2∶2∶2∶1擴(kuò)大NA倍之比2NA∶2NA∶2NA∶NA物質(zhì)的量之比2∶2∶2∶1結(jié)論化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)之比＝各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比＝各物質(zhì)微粒數(shù)目之比?！咎貏e提示】化學(xué)方程式除可以表示反應(yīng)物、生成物的粒子數(shù)目關(guān)系和質(zhì)量關(guān)系外，還可以表示它們的物質(zhì)的量關(guān)系。2．常見(jiàn)的計(jì)算量(1)所求物質(zhì)的物質(zhì)的量為n(B)[或質(zhì)量m(B)]；(2)氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積V(B)或溶液體積V(aq)。(1)氫氣與氯氣反應(yīng)可制取工業(yè)鹽酸，從物質(zhì)的量的角度認(rèn)識(shí)H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2HCl表示什么意義？提示：表示1molH2與1molCl2完全反應(yīng)生成2molHCl。(2)(教材二次開(kāi)發(fā))教材中描述“冶煉鈦要在高溫下進(jìn)行”，已知冶煉鈦可運(yùn)用反應(yīng)4Na＋TiCl4eq\o(=,\s\up7(熔融))4NaCl＋Ti。則冶煉2molTi同時(shí)生成的NaCl的質(zhì)量是多少？提示：468g。由化學(xué)反應(yīng)方程式可知，冶煉2molTi同時(shí)生成8molNaCl，其質(zhì)量是58.5g·mol－1×8mol＝468g。知識(shí)點(diǎn)物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計(jì)算的基本步驟和常見(jiàn)類型1．物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計(jì)算的基本步驟【特別提示】(1)化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比，而非質(zhì)量之比。(2)計(jì)算時(shí)，各種物質(zhì)不一定都用物質(zhì)的量表示，具體選用什么物理量，應(yīng)該根據(jù)題中的實(shí)際情況而定。(3)在化學(xué)方程式下面列出的各量，同種物質(zhì)的單位應(yīng)當(dāng)相同，不同物質(zhì)的單位可同可不同，但要對(duì)應(yīng)。2．常見(jiàn)類型(1)基本計(jì)算已知一種反應(yīng)物(或生成物)的量求解其他物質(zhì)的有關(guān)量，此時(shí)，只要按照化學(xué)方程式中量的關(guān)系，列出已知物質(zhì)和待求物質(zhì)的比例式計(jì)算便可。(2)混合物的計(jì)算設(shè)出混合物中各物質(zhì)的物質(zhì)的量為x、y、z，按照化學(xué)方程式的量的關(guān)系，并用x、y、z表示，列出方程組解答。(3)過(guò)量計(jì)算按照化學(xué)方程式的量的關(guān)系進(jìn)行判斷，哪一種物質(zhì)過(guò)量，然后根據(jù)不足的物質(zhì)的量進(jìn)行求解。(1)(思維升華)根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算時(shí)，已知物理量與被求物理量是否必須一致？(宏觀辨識(shí)與微觀探析)提示：不一定。只要滿足“上下單位相同，左右相對(duì)應(yīng)”即可。(2)(情境應(yīng)用)甲、乙兩位同學(xué)就物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計(jì)算，產(chǎn)生了以下討論：你同意哪位同學(xué)的說(shuō)法？舉例說(shuō)明。(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí))提示：甲、乙兩位同學(xué)的觀點(diǎn)均不全面。若題目所給物質(zhì)的物理量單位不一致，換算成同一個(gè)單位，有時(shí)顯得很煩瑣，這時(shí)只要做到各個(gè)量的單位“上下一致，左右相當(dāng)”即可。如：(3)(教材二次開(kāi)發(fā))等質(zhì)量的兩份鋁分別與足量稀硫酸和足量NaOH溶液反應(yīng)，若消耗的兩溶液的體積相等，則兩溶液的物質(zhì)的量濃度之比是多少？提示：3∶2。依題意，兩份鋁的物質(zhì)的量相等，設(shè)n(Al)＝1mol。2Al＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2↑2mol3mol1moln(H2SO4)得n(H2SO4)＝1.5mol2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑2mol2mol1moln(NaOH)得n(NaOH)＝1mol，兩溶液體積相等，故c(H2SO4)∶c(NaOH)＝n(H2SO4)∶n(NaOH)＝1.5∶1＝3∶2。【典例1】(2020·鄭州高一檢測(cè))Fe和CuSO4溶液反應(yīng)，若反應(yīng)后溶液的體積為1L，生成的銅的質(zhì)量為32g。求：(1)反應(yīng)消耗的Fe的質(zhì)量為_(kāi)_______。(2)反應(yīng)后溶液中FeSO4的物質(zhì)的量濃度為_(kāi)_______?！舅季S建?！拷獯鹩嘘P(guān)物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計(jì)算的思維流程如下：【解析】設(shè)消耗的Fe的質(zhì)量為x，生成FeSO4的物質(zhì)的量為y，則Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu56g 1mol 64gx y 32g(1)x＝eq\f(32g×56g,64g)＝28g。(2)y＝eq\f(32g×1mol,64g)＝0.5mol;c(FeSO4)＝eq\f(0.5mol,1L)＝0.5mol·L－1。答案：(1)28g(2)0.5mol·L－1【母題追問(wèn)】(1)若題目中“鐵”改為“鐵和鎂的混合物”，則混合物的物質(zhì)的量是多少？提示：0.5mol。因?yàn)殍F、鎂與硫酸銅溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，Mg＋CuSO4=MgSO4＋Cu，故混合物的總物質(zhì)的量就是生成的銅的物質(zhì)的量，即0.5mol。(2)若將“鐵”改為“金屬鋅”，則溶液的質(zhì)量________(填“增重”或“減輕”)。提示：增重。因?yàn)殇\的相對(duì)原子質(zhì)量是65，而銅的相對(duì)原子質(zhì)量是64，故溶液中溶質(zhì)由硫酸銅變?yōu)榱蛩徜\，溶液增重?！镜淅?】(2019·常州高一檢測(cè))將Mg、Al、Zn組成的混合物與足量鹽酸作用，放出H2的體積為2.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則三種金屬的物質(zhì)的量之和可能為()A．0.25mol B．0.125molC．0.100mol D．0.080mol【解析】選C。假設(shè)金屬為＋2價(jià)，則金屬的物質(zhì)的量為0.125mol，假設(shè)金屬為＋3價(jià)，則金屬的物質(zhì)的量為0.125mol×eq\f(2,3)≈0.083mol，所以三種金屬的物質(zhì)的量之和介于二者之間。極值法在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用(1)極值法的含義極值法是采用極限思維方式解決一些模糊問(wèn)題的解題技巧。它是將題設(shè)構(gòu)造為問(wèn)題的兩個(gè)極端，然后依據(jù)有關(guān)化學(xué)知識(shí)確定所需反應(yīng)物或生成物的量值，進(jìn)行判斷分析，求得結(jié)果。(2)極值法解題有兩個(gè)基本思路①把混合物假設(shè)成純凈物。如上題先將金屬假設(shè)為＋2價(jià)金屬，求得一個(gè)值；再將金屬假設(shè)為＋3價(jià)金屬，求得一個(gè)值，則結(jié)果一定介于兩者之間。②把平行反應(yīng)分別假設(shè)成單一反應(yīng)。氫氧化鈉在水處理中可作為堿性清洗劑，為常見(jiàn)的化工品之一。如圖是某學(xué)校實(shí)驗(yàn)室從化學(xué)試劑商店買回來(lái)的氫氧化鈉試劑標(biāo)簽上的部分內(nèi)容。某同學(xué)從該試劑瓶中取出24.0g固體，配成1L溶液，請(qǐng)計(jì)算：氫氧化鈉化學(xué)純(CP)500g品名：氫氧化鈉化學(xué)式：NaOH相對(duì)分子質(zhì)量：40(1)所得氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度是______mol·L－1。(2)從所得氫氧化鈉溶液中取出200mL于一燒杯中，投入足量的金屬鋁，完全反應(yīng)后，產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_(kāi)_______________L?！窘馕觥?1)n(NaOH)＝eq\f(m（NaOH）,M（NaOH）)＝eq\f(24.0g,40g·mol－1)＝0.6mol，c(NaOH)＝eq\f(n（NaOH）,V[NaOH（aq）])＝eq\f(0.6mol,1L)＝0.6mol·L－1。(2)2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑2mol 22.4L×30.6mol·L－1×0.2L VV＝eq\f(0.6mol·L－1×0.2L×22.4L×3,2mol)＝4.032L。答案：(1)0.6(2)4.032三言兩語(yǔ)話重點(diǎn)1．五個(gè)環(huán)節(jié)突破化學(xué)計(jì)算：寫、標(biāo)、列、解、答。2．一個(gè)注意事項(xiàng)：根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算時(shí)，已知物理量和待求物理量的單位“上下相同，左右對(duì)應(yīng)”。1．(教材二次開(kāi)發(fā)·教材習(xí)題改編)相同質(zhì)量的Mg和Al分別與足量的鹽酸反應(yīng)，所生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積之比為()A．2∶3 B．1∶1C．3∶4 D．24∶27【解析】選C。設(shè)Mg、Al的質(zhì)量均為mg，可由化學(xué)方程式計(jì)算：Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑24g 1molmg n1(H2)則n1(H2)＝eq\f(m,24)mol2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑54g 3molmg n2(H2)則n2(H2)＝eq\f(3m,54)mol＝eq\f(m,18)mol，則生成的H2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積之比＝物質(zhì)的量之比＝eq\f(m,24)∶eq\f(m,18)＝3∶4。2．等物質(zhì)的量的鐵分別與足量的鹽酸、水蒸氣在一定條件下充分反應(yīng)，則在相同的條件下，產(chǎn)生氫氣的體積比是()A．1∶1 B．3∶4C．2∶3 D．4∶3【解析】選B。由化學(xué)方程式得如下關(guān)系：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑①1mol VL3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2②3mol 4VL①式中3molFe產(chǎn)生3VLH2，②式中3molFe產(chǎn)生4VLH2，故氫氣的體積比為3∶4。3．將28g鐵粉放入100mL0.1mol·L－1的CuSO4溶液中，充分反應(yīng)后析出的銅的質(zhì)量為()A．32gB．6.4gC．0.64gD．3.2g【解析】選C。n(Fe)＝eq\f(28g,56g·mol－1)＝0.5mol，n(CuSO4)＝0.100L×0.1mol·L－1＝0.01mol，由CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu，可知Fe過(guò)量，所以應(yīng)該按照CuSO4的量進(jìn)行計(jì)算。n(Cu)＝n(CuSO4)＝0.01mol，m(Cu)＝0.01mol×64g·mol－1＝0.64g。4．用鋁箔包著2.3g金屬鈉，放入50mL水中，放出的H2體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)是()A．小于1.12L B．等于1.12LC．大于1.12L D．不能確定【解析】選C。2.3gNa即0.1molNa和水反應(yīng)：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，生成0.05molH2，同時(shí)還生成氫氧化鈉，鋁會(huì)和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，所以氫氣的體積大于1.12L，選C。5．1.15g金屬鈉跟水反應(yīng)，得到100mL溶液，試計(jì)算：(1)生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_(kāi)___________。(2)反應(yīng)后所得溶液的物質(zhì)的量濃度為_(kāi)___________?！窘馕觥吭O(shè)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積為V，物質(zhì)的量濃度為c。2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑2×23g 2mol22.4L1.15g 0.1L×cVV＝eq\f(22.4L×1.15g,2×23g)＝0.56L，c＝eq\f(2mol×1.15g,2×23g×0.1L)＝0.5mol·L－1。答案：(1)0.56L(2)0.5mol·L－1素養(yǎng)新思維6．某化學(xué)興趣小組擬用如圖裝置測(cè)定某粗鋅樣品中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。他們查閱資料后獲知該粗鋅樣品中的其他成分不能與稀鹽酸反應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟：稱取10.0g粗鋅置于銅網(wǎng)中，按圖示裝置組裝后，稱得儀器和藥品總質(zhì)量為120.0g。將銅網(wǎng)插入足量的稀鹽酸中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完全后，稱得裝置總質(zhì)量為119.8g。(已知堿石灰是NaOH和CaO的混合物，常用于干燥、吸收氣體)(1)則粗鋅中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？提示：65%。由于粗鋅中Zn與稀鹽酸反應(yīng)，化學(xué)方程式為Zn＋2HCl=ZnCl2＋H2↑；根據(jù)題意產(chǎn)生的氫氣的質(zhì)量是120.0g－119.8g＝0.2g，其物質(zhì)的量是0.1mol，則參加反應(yīng)的Zn的物質(zhì)的量是0.1mol，質(zhì)量是0.1mol×65g·mol－1＝6.5g，所以粗鋅中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是eq\f(6.5g,10.0g)×100%＝65%。(