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第三章 鐵 金屬材料
第二節(jié) 金屬材料
課時(shí)3 物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用
學(xué)習(xí)目標(biāo)
通過(guò)聯(lián)系舊知、討論交流，從物質(zhì)的量的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成及化學(xué)變化，能運(yùn)用物質(zhì)的量與其他物理量之間的換算關(guān)系進(jìn)行有關(guān)計(jì)算
01
通過(guò)對(duì)化學(xué)方程式本質(zhì)的分析，能結(jié)合物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，了解常見(jiàn)的化學(xué)計(jì)算中常用的方法
02
物質(zhì)是由原子、分子、離子等粒子構(gòu)成的，物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)也是這些粒子按一定的數(shù)目關(guān)系進(jìn)行的。
那么，化學(xué)方程式中的計(jì)量數(shù)表示的是什么量的關(guān)系？
01
物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用
解題思路
弄清楚化學(xué)反應(yīng)的原理，正確書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式
根據(jù)化學(xué)方程式找出反應(yīng)物與生成物之間的定量關(guān)系，并據(jù)此確定已知量與未知量之間的關(guān)系；
將上述關(guān)系列成比例式，求解
檢查確保計(jì)算過(guò)程和結(jié)果無(wú)誤后，簡(jiǎn)明地寫(xiě)出答案
2Na　 ＋　 2H2O === 2NaOH ＋ H2↑
化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)與相關(guān)物理量的關(guān)系
2
∶
∶
∶
2
2
1
化學(xué)計(jì)量數(shù)之比：
2 mol
物質(zhì)的量之比：
∶
∶
∶
2 mol
2 mol
1 mol
2 NA
擴(kuò)大NA倍：
∶
∶
∶
2 NA
2 NA
1 NA
∶
∶
∶
擴(kuò)大6.02×1023倍：
2×6.02×1023
2×6.02×1023
2×6.02×1023
1×6.02×1023
2 mol
STP氣體體積之比：
∶
∶
∶
2 mol
2 mol
1 mol
化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于其_________之比，等于其__________之比。
粒子數(shù)目
物質(zhì)的量
對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，在同溫同壓下各氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于其_____之比。
結(jié)論
體積
物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計(jì)算的基本步驟
NO.1
NO.2
NO.3
NO.4
設(shè)未知量，統(tǒng)一規(guī)定符號(hào)，如物質(zhì)的量(n)
寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式，注意配平
找出已知量與未知量的關(guān)系，并寫(xiě)在對(duì)應(yīng)物質(zhì)的正下方
列比例式，求解
NO.5
檢查無(wú)誤后，寫(xiě)出簡(jiǎn)明答案
【例1】5.4 g鋁與足量NaOH溶液反應(yīng)生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積是多少？
設(shè)：生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的物質(zhì)的量為n(H2)
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2　　　　　　　　　　　　　　　3
0.2 mol　　　　　　　　　　　 n(H2)
n(H2)＝0.3 mol
答：生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的體積是6.72 L。
V(H2)＝n(H2)·Vm
＝0.3 mol×22.4 L·mol－1
＝6.72 L
題型一 已知量、未知量均以物質(zhì)的量計(jì)算
【例2】醫(yī)療上頗為流行的“理療特效熱”，就是利用鐵緩慢氧化放出均勻、穩(wěn)定的熱，使患處保持溫?zé)釥顟B(tài)。若56 g鐵粉完全氧化成氧化鐵，則需要消耗標(biāo)況下氧氣的體積為多少？
設(shè)：需要消耗標(biāo)況下氧氣的體積為V(O2)
由反應(yīng)方程式
4Fe　＋　3O2===2Fe2O3
4×56 g　 3×22.4 L
56 g　 V(O2)
答：需要消耗標(biāo)況下氧氣的體積為16.8 L。
題型二 已知量、未知量單位不一致的計(jì)算
設(shè)未知量時(shí)不帶單位，已知量和未知量單位統(tǒng)一；
化學(xué)方程式要書(shū)寫(xiě)正確。要注意配平、化學(xué)方程式的完整(注明反應(yīng)條件、氣體和沉淀的符號(hào))；
相對(duì)分子質(zhì)量要計(jì)算正確，且需乘化學(xué)式前面的系數(shù)；
已知量和未知量的位置要寫(xiě)對(duì)。
解題步驟規(guī)范，過(guò)程完整。
注意事項(xiàng)
02
化學(xué)計(jì)算中的常用方法
方法一：關(guān)系式法——解答連續(xù)反應(yīng)類(lèi)型計(jì)算題的捷徑
當(dāng)已知量和未知量之間是靠多個(gè)反應(yīng)來(lái)聯(lián)系時(shí)，只需直接確定已知量和未知量之間的比例關(guān)系，即“關(guān)系式”。
根據(jù)化學(xué)方程式確定關(guān)系式
根據(jù)原子守恒確定關(guān)系式
【例3】把一定量的CO還原Fe2O3生成的CO2通入到澄清石灰水中，得10 g沉淀，那么參加反應(yīng)的CO的質(zhì)量是 g。
2.8
解析　(1)根據(jù)化學(xué)方程式確定關(guān)系：
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
則關(guān)系式為3CO～3CO2～3CaCO3
即CO～CaCO3
(2)利用關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算
CO　～　CaCO3
28 100
m(CO) 10 g
m(CO)＝2.8 g
常用方法一 關(guān)系式法
方法二：守恒法——質(zhì)量守恒、電荷守恒、電子守恒
反應(yīng)前后元素種類(lèi)、質(zhì)量、原子個(gè)數(shù)不變
還原劑失電子總數(shù)＝氧化劑得電子總數(shù)
【例4】 4.6 g鈉在空氣中久置，最終得到Na2CO3的質(zhì)量是 g。
10.6
解析　鈉在空氣中最終轉(zhuǎn)化為Na2CO3的過(guò)程中鈉的原子個(gè)數(shù)不變，可得關(guān)系式：
2Na　　～　　Na2CO3
2×23 106
4.6 g m(Na2CO3)
常用方法二 守恒法
【例5】用1 mol·L－1的Na2SO3溶液30 mL恰好將2×10－2 mol的XO4-還原，已知氧化產(chǎn)物為SO42-，則元素X在還原產(chǎn)物中的化合價(jià)為 ___。
＋4
解析　氧化還原反應(yīng)中得失電子總數(shù)相等，設(shè)元素X在還原產(chǎn)物中的化合價(jià)為x，則有：
1 mol·L－1×0.03 L×(6－4)＝2×10－2 mol×(7－x)，
解得x＝＋4。
常用方法二 守恒法
方法三：差量法——質(zhì)量差值法、體積差值法
根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的有關(guān)物理量發(fā)生的變化，找出所謂的“理論差量”，如反應(yīng)前后的質(zhì)量差、物質(zhì)的量差、氣體體積差等，該差量與反應(yīng)物的有關(guān)量成正比。差量法就是借助這種比例關(guān)系求解的方法。
【例6】把鐵棒插入CuSO4溶液，一段時(shí)間后取出，鐵棒質(zhì)量增加了4 g，參加反應(yīng)的Fe的質(zhì)量為 。
28 g
解析　Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　　　　Δm
　 56 g　　　　　　　 64 g　　64 g－56 g＝8 g
　 m(Fe)　　　　　　 　 　　　　　4 g
常用方法三 差量法
方法四：方程組法——兩個(gè)已知量求解混合物中兩種物質(zhì)的未知量
一般方程組法用于解決兩種物質(zhì)的混合物計(jì)算，一般讀題時(shí)能找到兩個(gè)已知量時(shí)，均可以利用二元一次方程組進(jìn)行求算未知量。
【例7】把1.1 g鐵、鋁混合物溶于200 mL 5 mol·L－1鹽酸中，反應(yīng)后鹽酸的濃度變?yōu)?.6 mol·L－1(溶液體積變化忽略不計(jì))。求：(1)反應(yīng)中消耗HCl的物質(zhì)的量。
消耗HCl的物質(zhì)的量：0.2 L×5 mol·L－1－0.2 L×4.6 mol·L－1＝0.08 mol
(2)該混合物中鋁、鐵的物質(zhì)的量。
設(shè)Al、Fe的物質(zhì)的量分別為x、y。
2Al　　＋　6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2　　　　　6
x　　 　　 3x
解得：x＝0.02 mol，y＝0.01 mol
即n(Al)＝0.02 mol；n(Fe)＝0.01 mol
Fe　　＋　2HCl===FeCl2＋H2↑
1　　　　　2
y　　　　　2y
常用方法三 方程組法
【典例1】Mg、Al組成的混合物與足量鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下
的氫氣為4.48 L。下列推斷中不正確的是( )
A．參加反應(yīng)的Mg、Al共0.2 mol
B．參加反應(yīng)的HCl為0.4 mol
C．Mg、Al在反應(yīng)中共失去0.4 mol電子
D．若與足量的稀硫酸反應(yīng)能產(chǎn)生0.2 mol H2
【解析】反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為Mg+2H+=Mg2++H2↑，2Al+6H+=2Al3++3H2↑，n(H2)=
4.48L/（22.4L/mol)=0.2 mol，則參加反應(yīng)的n(H+)=0.4 mol。若換成稀H2SO4，同樣產(chǎn)生0.2 mol H2。依據(jù)得失電子守恒，由2H+→H2得電子總數(shù)為0.2 mol×2
=0.4 mol，故C正確。0.2 mol Mg提供0.4 mol電子，0.2 mol Al則提供0.6 mol電子，0.2 mol Mg、Al混合物提供的電子數(shù)大于0.4 mol、小于0.6 mol，A不正確。
A
【典例2】在一定條件下，RO3n－和F2可發(fā)生如下反應(yīng)：RO3n－＋F2
＋ 2OH－==RO4－＋2F－＋H2O，從而可知在RO3n－中，元素R的化
價(jià)是 (　　)
A．＋4 B．＋5 C．＋6 D．＋7
【解析】方法1：根據(jù)電荷守恒有n＋1×2＝1＋1×2，n＝1。設(shè)元素R在RO3n－中的化合價(jià)為x，則x－2×3＝－1，x＝＋5。
方法2：設(shè)元素R在RO3n－中的化合價(jià)為x。根據(jù)氧化還原反應(yīng)中，得失電子守恒有(7－x)×1＝[0－(－1)]×2，x＝＋5。
B
03
課堂總結(jié)
物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用
化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)與相關(guān)物理量的關(guān)系
物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計(jì)算的基本步驟
化學(xué)計(jì)算中的常用方法
化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于其物質(zhì)的量之比，等于其粒子數(shù)目之比
關(guān)系式法——解答連續(xù)反應(yīng)類(lèi)型計(jì)算題的捷徑
守恒法——質(zhì)量守恒、電荷守恒、電子守恒
差量法——質(zhì)量差值法、體積差值法
對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，在同溫同壓下各氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于其體積之比。
04
課堂檢測(cè)
1．兩份鋁片，一份與足量鹽酸反應(yīng)，另一份與足量燒堿溶液反應(yīng)，同溫、同壓下，放出的氣體體積比為1：2，則兩份鋁片的質(zhì)量之比為
A．1：2
B．2：3
C．3：2
D．1：6
【答案】A
【詳解】鋁不管和鹽酸或氫氧化鈉反應(yīng)，都生成氫氣，根據(jù)電子守恒關(guān)系分析，等量的鋁產(chǎn)生等量的氫氣，故放出的氣體體積比為1:2，則鋁的質(zhì)量比為1:2。
故選A。
2．將足量鐵粉放入100 mL 0.1 mol·L－1的CuSO4溶液中，充分反應(yīng)后析出的銅的質(zhì)量為
A．32 g
B．6.4 g
C．0.64 g
D．3.2 g
【答案】C
【詳解】根據(jù)反應(yīng)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu關(guān)系可知：鐵過(guò)量，硫酸銅完全反應(yīng)，1mol CuSO4—1molCu，所以n（Cu）=n（CuSO4）=0.1×100×10－3mol，m（Cu）＝0.64 g；
故選C。
3．分別將0.2 mol的Na、Mg、Al投入足量的鹽酸中，生成氫氣的質(zhì)量比為
A．1:2:3 B．1:1:1
C．3:2:1 D．2:1:1
【答案】A
【解析】鈉與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉和氫氣，反應(yīng)方程式為：2Na+2HCl=2NaCl+H2↑；鎂與鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂和氫氣，反應(yīng)方程式為：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑；鋁與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁和氫氣，反應(yīng)方程式為：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑；
【詳解】0.2mol鈉與鹽酸反應(yīng)生成0.1mol氫氣，0.2mol鎂與鹽酸反應(yīng)生成0.2mol氫氣，0.2mol鋁與鹽酸反應(yīng)生成0.3mol氫氣，三種金屬生成氫氣的質(zhì)量之比為0.1mol×2g/mol: 0.2mol×2g/mol: 0.3mol×2g/mol=1:2:3;
答案選A。
4．在FeCl3與CuCl2的混合溶液中加入過(guò)量的鐵粉，反應(yīng)完畢后，剩余固體的質(zhì)量恰好與所加鐵粉的質(zhì)量相等，則原混合液中FeCl3與CuCl2的物質(zhì)的量之比為
A．5∶2 B．4∶3
C．2∶7 D．7∶4
【答案】C
【詳解】本題考查鐵銅及其化合物。思路分析： 根據(jù)鐵粉與氯化鐵以及與氯化銅反應(yīng)的化學(xué)方程式考慮用差量法計(jì)算 。由題意可知：
　　Fe+2FeCl3==3FeCl2　　　△m　　　　 ⑴
　　 56g 　　　　　　　　　-56g
　　Fe+CuCl2==FeCl2+Cu　　　△m 　　　　⑵
　　56g　　　　　 64g 　　+8g
　　由⑴⑵兩個(gè)反應(yīng)可知，⑴是使固體質(zhì)量減少的反應(yīng)，⑵是使固體質(zhì)量增加的反應(yīng)，要使反應(yīng)前后固體質(zhì)量不變，將⑵式×7即可，故選C。
5．鋁分別與足量的稀硫酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)放出的氣體在相同狀況下體積相等時(shí)，反應(yīng)中消耗的H2SO4和NaOH物質(zhì)的量之比為
A．1∶1 B．2∶1 C．3∶2 D．1∶3
【答案】C
【詳解】由反應(yīng)方程式：2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑，2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑可知，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)放出的氣體在相同狀況下體積相等時(shí)，反應(yīng)中消耗的H2SO4和NaOH物質(zhì)的量之比為3:2，故答案為：C。
6．6 g Fe和Fe2O3的混合物，加入150 mL足量的稀硫酸，在標(biāo)準(zhǔn)狀況
下收集到1.12 L H2，向反應(yīng)后的溶液中滴加KSCN溶液不變紅。為中
和過(guò)量的稀硫酸，并使Fe元素全部轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2沉淀，恰好消耗了
200 mL 3 mol·L－1的NaOH溶液，則該稀H2SO4的物質(zhì)的量濃度為（ ）
A．2.25 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．0.6 mol·L－1
B
【解析】根據(jù)題干信息可知，涉及反應(yīng)有：Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑、Fe2O3＋3H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe＋Fe2(SO4)3＝3FeSO4、FeSO4＋2NaOH＝Fe(OH)2↓＋Na2SO4、2NaOH＋H2SO4＝Na2SO4＋2H2O，即反應(yīng)最后鐵元素完全沉淀后，溶液中的溶質(zhì)只剩下Na2SO4，根據(jù)Na＋和SO42－守恒可得：n(Na＋)×1＝n(SO42－)×2，n(Na＋)＝n(NaOH)＝2n(SO42－)＝2n(H2SO4)，即n(NaOH)＝2n(H2SO4)，則0.2 L×3 mol·L－1＝2×0.15 L×c(H2SO4)，解得c(H2SO4)＝2 mol·L－1，故答案為B。
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