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第2課時　物質的量在化學方程式計算
中的應用
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1.在化學變化前后,原子的種類和個數都保持不變,所以任何化學反應都遵循質量守恒定律。
2.在標準狀況下,46 g鈉和足量的水反應生成H2的質量為2 g,即2 mol鈉和足量的水反應,生成H2的物質的量為1 mol,其體積為22.4 L。
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一、物質的量在化學方程式計算中的應用
以鈉和水的反應為例:
結論:化學方程式中各物質的化學計量數之比=參加反應的物質的微粒個數之比=參加反應的物質的物質的量之比=參加反應的物質的氣體體積(相同狀況)之比。
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二、根據化學方程式進行計算的基本步驟
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1.對于反應:2A(g)+2B(g)=3C(g)+D(g),化學計量數之比與下列各項不等的是(　　)
A.分子數之比 B.物質的量之比
C.質量之比 D.體積之比(同溫同壓)
答案C
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2.標準狀況下,2.8 g鐵與足量的稀硫酸反應生成a L氫氣,下列關系正確的是(　　)
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答案C
解析根據化學方程式計算時,計量單位必須滿足“上下一致,左右相當”。
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3.向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al,二者恰好完全反應,試計算:
(1)Al的物質的量;
(2)參加反應的NaOH的物質的量和溶液中NaOH的物質的量濃度;
(3)在標準狀況下生成H2的體積。
解(1)Al的摩爾質量是27 g·mol-1,
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(2)設參加反應的NaOH物質的量是n。
2Al　+　2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
2 2
0.4 mol n
(3)設在標準狀況下生成H2的體積是V。
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答:(1)鋁的物質的量為0.4 mol。
(2)參加反應的NaOH的物質的量是0.4 mol,溶液中NaOH的物質的量濃度是0.8 mol·L-1。
(3)標準狀況下生成H2的體積為13.44 L。
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物質的量應用于化學方程式計算的步驟
問題探究
1.將5.6 g鐵放入足量的稀硫酸中充分反應,生成標準狀況下氫氣的體積是多少
提示2.24 L
2.將5.6 g鐵放入含有0.05 mol H2SO4的稀硫酸中,充分反應,生成標準狀況下氫氣的體積是多少
提示1.12 L(若已知兩種或以上反應物的量,計算時首先要判斷哪種物質過量,以完全反應的物質的量為標準進行計算)。
3.將一定量的鐵放入稀硫酸中,完全反應后,溶液質量增加5.4 g,計算參加反應的鐵的物質的量。
提示0.1 mol(本題可以用差量法計算,1 mol鐵完全反應生成1 mol H2,溶液質量增加54 g,現在溶液質量增加5.4 g,則反應的鐵的物質的量為0.1 mol)。
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4.將一定量的鐵放入100 mL 2 mol·L-1稀硫酸中,完全反應后鐵有剩余,再向溶液中加入50 mL 4 mol·L-1 FeCl3溶液,恰好完全反應。則起始時加入鐵的質量是多少
提示16.8 g(該題可用電子得失守恒法解題。
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深化拓展
1.有關物質的量的計算中的“三個規范”
(1)書寫規范:各種符號的書寫要規范,大寫字母與小寫字母的意義各不相同。如“M”表示摩爾質量,而“m”表示質量;“N”表示微粒數,而“n”表示物質的量。
(2)符號規范
①設未知數直接用各物理量的符號表示,且要注明物質(或粒子)的符號。如設參加反應HCl溶液的體積為V[HCl(aq)]。
②各物理量及單位、物質的名稱、公式等盡量用符號表示。如已知NaOH溶液的體積和物質的量濃度,求NaOH的質量時就寫成:m(NaOH)=c(NaOH)·V[NaOH(aq)]·M(NaOH)。
(3)單位規范:把已知量代入計算式中計算時都要帶單位且單位要統一。
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2.物質的量應用于化學方程式計算時的注意事項
(1)化學方程式中各物質的化學計量數之比等于各物質的物質的量之比,而非質量之比。
(2)計算時,各種物質不一定都用物質的量表示,也可以用質量表示,氣態物質還可以用體積(標準狀況)表示。但要注意物質的量與其他各物理量之間的換算關系,只要做到計量單位“上下一致,左右相當”即可。
3.化學計算中常用的三種方法
(1)關系式法
當已知物和未知物之間是靠多個反應來聯系時,只需直接確定已知量和未知量之間的比例關系,即“關系式”。如把CO還原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中,求生成沉淀的量,根據化學方程式知3CO~3CO2~3CaCO3,即CO~CaCO3。
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(2)守恒法
①質量守恒
宏觀特征:反應前后元素的質量守恒。
微觀守恒:反應前后各元素的原子個數守恒。
②得失電子守恒
氧化還原反應中,氧化劑得電子總數等于還原劑失電子總數。
③電荷守恒
ⅰ.電解質溶液中,陰離子所帶負電荷總數等于陽離子所帶正電荷總數。
ⅱ.離子方程式中,反應物所帶電荷總數與生成物所帶電荷總數相等且電性相同。
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(3)差量法
根據化學反應前后物質的有關物理量發生的變化,找出所謂“理論差量”,如反應前后的質量差、物質的量差、氣體體積差等。該差量的大小與反應物的有關量成正比。差量法就是借助這種比例關系,解決一定量變的計算題。
例如,把一鐵棒插入CuSO4溶液中,過一段時間取出,鐵棒質量增加了4 g,據此可求出參加反應的Fe的質量。
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu　Δm(質量增加)
56 64 64-56=8
m(Fe)=28 g 4 g
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素能應用
典例把1.1 g鐵、鋁混合物溶于200 mL 5 mol·L-1鹽酸中,反應后溶液中c(HCl)變為4.6 mol·L-1(溶液體積變化忽略不計)。求:
(1)反應中消耗HCl的物質的量。
(2)該混合物中鋁、鐵的物質的量。
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解(1)消耗HCl的物質的量:
0.2 L×5 mol·L-1-0.2 L×4.6 mol·L-1=0.08 mol。
(2)設Al、Fe的物質的量分別為x、y。
2Al　+　6HCl=2AlCl3+3H2↑
2 mol 6 mol
x 3x
Fe　+　2HCl=FeCl2+H2↑
1 mol 2 mol
y 2y
得x=0.02 mol,y=0.01 mol。
答:(1)反應中消耗HCl的物質的量為0.08 mol。
(2)Al的物質的量為0.02 mol;Fe的物質的量為0.01 mol。
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變式訓練在500 mL NaOH溶液中加入足量鋁粉,反應完全后共收集到標準狀況下的氣體33.6 L,該NaOH溶液中NaOH的物質的量濃度為(　　)
A.1 mol·L-1 B.2 mol·L-1
C.1.5 mol·L-1 D.3 mol·L-1
答案B
解析設NaOH的物質的量濃度為c,則
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
2 mol 67.2 L
0.5 L·c 33.6 L
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1.Mg、Al組成的混合物與足量鹽酸反應,產生標準狀況下的氫氣4.48 L。下列推斷中錯誤的是(　　)
A.參加反應的Mg、Al共0.2 mol
B.參加反應的HCl為0.4 mol
C.Mg、Al在反應中共失去0.4 mol電子
D.若與足量的稀硫酸反應能產生0.2 mol H2
答案A
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2.鋁分別與足量的稀鹽酸和氫氧化鈉溶液反應,當兩個反應放出的氣體在相同狀況下體積相同時,反應中消耗的HCl和NaOH的物質的量之比為(　　)
A.1∶1 B.2∶1
C.3∶1 D.1∶3
答案C
解析設反應放出的氣體均為3 mol,
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
6 mol 3 mol
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
2 mol 3 mol
所以n(HCl)∶n(NaOH)=6 mol∶2 mol=3∶1。
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3.將質量為100 g的鐵棒插入1 L 0.5 mol·L-1 CuSO4溶液中,足夠長時間后,鐵棒的質量將變為(　　)
A.102 g B.106 g C.104 g D.110 g
答案C
解析根據題目中的數據可知,鐵過量,而CuSO4不足,完全反應,當生成0.5 mol Cu時,固體的質量增加4 g,所以鐵棒的質量變為104 g。
4.1 L混合溶液中含有S 0.25 mol,Cl- 0.75 mol,Na+ 0.25 mol,其余為H+,則H+的物質的量濃度為(　　)
A.2.5 mol·L-1 B.5 mol·L-1
C.0.1 mol·L-1 D.1 mol·L-1
答案D
解析根據電荷守恒:2×c(S )+c(Cl-)=c(Na+)+c(H+),2×0.25 mol·L-1+0.75 mol·L-1=0.25 mol·L-1+c(H+),得c(H+)=1 mol·L-1。
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5.將某份鐵鋁合金樣品均分為兩份,一份加入足量鹽酸,另一份加入足量NaOH溶液,同溫同壓下產生的氣體體積比為3∶2,則樣品中鐵、鋁物質的量之比為(　　)
A.3∶2 B.2∶1 C.3∶4 D.4∶3
答案C

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