2025版高一化學(xué)必修第一冊 第三章 第二節(jié) 第2課時 物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用

第2課時物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用課標定向目標定位1.能從物質(zhì)的量的角度認識物質(zhì)的組成及化學(xué)變化,能運用物質(zhì)的量與其他物理量之間的換算關(guān)系進行相關(guān)計算。(證據(jù)推理與模型認知)2.能結(jié)合物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用,進一步體會守恒思想。(宏觀辨識與微觀探析)3.初步了解定量解決生產(chǎn)生活中的化學(xué)問題的途徑。(科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任)厘清重點掌握化學(xué)計算中的常見類型,學(xué)會常用的解題方法,進一步體會守恒思想突破難點靈活運用常見的解題方法學(xué)習(xí)任務(wù)一:物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計算【必備知識·導(dǎo)學(xué)】[引入]當我們做電解水的實驗時,如圖:我們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中,產(chǎn)生V(H2)∶V(O2)=2∶1,那么氣體體積和電解水方程式2H2O2H2↑+O2↑之間存在怎樣的關(guān)系呢?在工業(yè)生產(chǎn)中,我們又怎樣運用化學(xué)方程式求算產(chǎn)物的量呢?一、以物質(zhì)的量為中心的計算[知識回顧]n=NNA=mM=V(氣體二、物質(zhì)的量在化學(xué)方程式中的應(yīng)用1.化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)與粒子數(shù)目之間的關(guān)系。2Na+2H2O===2NaOH+H2↑化學(xué)計量數(shù)之比 2∶ 2∶ 2∶ 1擴大NA倍 2×NA∶2×NA∶2×NA∶1×NA物質(zhì)的量之比 2mol∶2mol∶2mol∶ 1mol結(jié)論:化學(xué)方程式各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比。2.化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)與相關(guān)物理量的關(guān)系試根據(jù)反應(yīng)2CO+O22CO2中的化學(xué)計量數(shù)之比推導(dǎo)出各物質(zhì)的分子個數(shù)之比、物質(zhì)的量之比、體積之比和質(zhì)量之比。2CO+O22CO2化學(xué)計量數(shù) 2 1 2擴大NA倍 2NA NA 2NA物質(zhì)的量 2mol 1mol 2mol質(zhì)量 56g 32g 88g標準狀況下氣體體積 44.8L 22.4L 44.8L結(jié)論:(1)化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比等于其粒子數(shù)目之比,等于其物質(zhì)的量之比。(2)對于有氣體參加的反應(yīng),在同溫同壓下各氣體的化學(xué)計量數(shù)之比等于其體積之比。三、物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)計算中的步驟250mL2mol·L-1的硫酸與足量的鐵屑完全反應(yīng)。請計算生成H2的體積(標準狀況)。參加反應(yīng)的H2SO4的物質(zhì)的量:n(H2SO4)=cV液=2mol·L-1×0.25L=0.5mol解法一:設(shè)生成標準狀況下H2的物質(zhì)的量是n(H2)Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑——①寫出化學(xué)方程式110.5moln(H2)——②標化學(xué)計量數(shù)和物質(zhì)的量 11= 0.5mol例式n(H2)=0.5mol——④求解V(H2)=n(H2)×Vm=0.5mol×22.4L·mol-1=11.2L答:生成H2的體積在標準狀況下是11.2L?！荽鸾夥ǘ?若我們直接設(shè)生成標準狀況下H2的體積是V(H2)1mol0.V(H2)=22.答:生成H2的體積在標準狀況下是11.2L。我們發(fā)現(xiàn):同一物質(zhì)的物理量及單位必須相同,不同物質(zhì)之間物理量及單位可以不同,各物理量之間均能通過物質(zhì)的量來相互轉(zhuǎn)換,比如化學(xué)方程式中1molH2SO4反應(yīng),產(chǎn)生1molH2,對應(yīng)體積(標準狀況)相當于1×22.4L。結(jié)論:在一個題目中我們可以用統(tǒng)一單位進行計算,若換算成同一個單位,有時顯得很煩瑣,這時只要做到兩個量的單位“上下一致,左右相當”即可?！九袑﹀e·通教材】判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)根據(jù)化學(xué)方程式計算時,已知物理量與被求物理量的單位必須一致。 (×)提示:不一定,只要滿足“上下一致,左右相當”即可。(2)化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量是守恒的,那么物質(zhì)的量也肯定守恒。 (×)提示:化學(xué)反應(yīng)前后元素質(zhì)量守恒,但因化學(xué)方程式前后系數(shù)的關(guān)系,物質(zhì)的量不存在守恒關(guān)系。(3)化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比一定等于同溫同壓下各物質(zhì)的體積之比。 (×)提示:化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比等于同溫同壓下各氣體的體積之比。(4)鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng),每轉(zhuǎn)移3mole-,生成1.5mol氫氣。 (√)提示:2Al+6H2O+2NaOH===2Na[Al(OH)4]+3H2↑,H2為還原產(chǎn)物,每轉(zhuǎn)移3mole-生成1.5mol氫氣。(5)兩份鋁片分別與足量鹽酸和足量燒堿溶液反應(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1∶2。 (√)提示:由2Al~3H2,則鋁片質(zhì)量相同,產(chǎn)生氫氣的體積和物質(zhì)的量均相同,由同溫、同壓下放出氣體體積比為1∶2,可知兩份鋁片的物質(zhì)的量之比為1∶2。【核心要點·歸納】1.物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的基本步驟2.計算過程中的注意事項(1)單位運用對應(yīng)化:根據(jù)化學(xué)方程式計算時,如果題目所給的兩個量單位不一致,要注意兩個量的單位要“上下一致,左右相當”,且單位要注明。(2)如果兩種反應(yīng)物的量都是已知的,求解某種產(chǎn)物的量時,必須先判斷哪種物質(zhì)過量,然后根據(jù)不足量的物質(zhì)進行計算?！緦W(xué)力診斷·測評】1.實驗室利用反應(yīng)2KClO32KCl+3O2↑制取氧氣,若有24.5gKClO3參加反應(yīng),則得到標準狀況下的氧氣的體積是()A.2.24LB.4.48LC.44.8LD.6.72L【解析】選D。24.5gKClO3的物質(zhì)的量是24.2KClO32KCl+3O2↑2mol 3mol0.2mol n(O2)則n(O2)=0.3mol,故產(chǎn)生的氧氣在標準狀況下的體積是0.3mol×22.4L·mol-1=6.72L。2.在500mLNaOH溶液中加入足量鋁粉,反應(yīng)完全后共收集到標準狀況下的氣體33.6L,該NaOH溶液的濃度為()A.1.0mol·L-1B.2.0mol·L-1C.1.5mol·L-1 D.3.0mol·L-1【解析】選B。氫氣物質(zhì)的量為33.6L22.42Al+6H2O+2NaOH===2Na[Al(OH)4]+3H2↑ 2 3 x 1.5molx=1.5mol×23=1mol,故c(NaOH)=1mol學(xué)習(xí)任務(wù)二:化學(xué)計算中常用的解題方法【必備知識·探究】1.關(guān)系式法[情境]工業(yè)上煉鐵的反應(yīng)原理如圖所示,用CO還原Fe2O3,并將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體CO2通入足量澄清石灰水中,若裝置B中得到白色沉淀的質(zhì)量為10g,你能快速計算出反應(yīng)的CO的質(zhì)量嗎?[探究](1)寫出裝置A、B中反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示:裝置A中:3CO+Fe2O32Fe+3CO2,裝置B中:CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O。(2)利用(1)中反應(yīng)的化學(xué)方程式,請找出參加反應(yīng)的CO與生成白色沉淀的物質(zhì)的量之間的關(guān)系,并計算參加反應(yīng)的CO的質(zhì)量。提示:由裝置A、B反應(yīng)的化學(xué)方程式可知,3CO~3CO2~3CaCO3↓即CO~CaCO3↓利用關(guān)系式進行計算CO~CaCO3 28 100 m(CO) 10g則28m(CO)=2.差量法[情境]鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)生成銅樹的過程如圖所示:已知實驗前鐵絲的質(zhì)量為56g,待鐵絲上生成銅樹,小心取出鐵絲并干燥后,稱量其質(zhì)量為60g,你能快速計算出生成的銅的質(zhì)量嗎?[探究](1)請找出Fe與CuSO4反應(yīng)時,固體質(zhì)量增加與生成的銅之間的數(shù)量關(guān)系。提示:Fe+CuSO4===Cu+FeSO4(Δm) 64g 64g-56g=8g m(Cu) 4g(2)請計算出生成的銅的質(zhì)量。提示:64gm(Cu)3.守恒法①質(zhì)量守恒。[探究]4.6g鈉在空氣中久置,最終得到Na2CO3的質(zhì)量是10.6g。提示:鈉在空氣中最終轉(zhuǎn)化為Na2CO3的過程中鈉的原子個數(shù)不變,可得關(guān)系式:2Na~Na2CO3 2×23 106 4.6g m(Na2CO3)則2×23106=4.6gm(Na2②得失電子守恒。[探究]用1mol·L-1的Na2SO3溶液30mL恰好將2×10-2mol的XO4-還原,已知氧化產(chǎn)物為SO42-提示:設(shè)元素X在還原產(chǎn)物中的化合價為x,1mol·L-1×0.03L×(6-4)=2×10-2mol×(7-x),x=+4。③電荷守恒。[探究]某溶液中只含有Na+、Al3+、Cl-、SO42-四種離子,已知前三種離子的個數(shù)比為3∶2∶1,則溶液中Al3+和SO42-提示:由(3×1+2×3-1×1)÷2=4得N(Al3+)∶N(SO42-)=14.方程組法(兩個已知量求解混合物中兩種物質(zhì)的未知量)[探究]將6.5gFe、Al合金加入足量稀硫酸中,充分反應(yīng)后收集到的H2在標準狀況下體積為3.36L,則混合物中Al的質(zhì)量為0.9g。提示:生成的H2的物質(zhì)的量為3.36設(shè)Fe、Al的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol,56x+27y=6.52x+3y混合物中Al的質(zhì)量為130mol×27g·mol-1=0.9g【核心要點·歸納】1.關(guān)系式法原理:當已知量和未知量之間是靠多個反應(yīng)來聯(lián)系時,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”。方法:①利用化學(xué)方程式建立關(guān)系式②利用元素守恒建立關(guān)系式③利用得失電子守恒建立關(guān)系式2.差量法原理: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“理論差量”,如反應(yīng)前后的質(zhì)量、物質(zhì)的量、氣體體積等。結(jié)合題目實際差量列出比例式。3.守恒法①質(zhì)量守恒反應(yīng)前后元素種類、質(zhì)量、原子個數(shù)不變。②得失電子守恒還原劑失電子總數(shù)=氧化劑得電子總數(shù)。③電荷守恒電解質(zhì)溶液中,陰離子所帶的電荷總數(shù)=陽離子所帶的電荷總數(shù)。4.方程組法由兩個已知量求解混合物中兩種物質(zhì)的未知量,列二元一次方程組。【學(xué)力診斷·測評】1.現(xiàn)有鋁、鐵組成的混合物,分為等質(zhì)量的兩份,分別投入足量的稀鹽酸和稀氫氧化鈉溶液中,放出氫氣的體積比為2∶1(相同條件下)。則該混合物中鋁和鐵的關(guān)系正確的是()A.物質(zhì)的量之比為1∶1B.物質(zhì)的量之比為2∶3C.質(zhì)量之比為56∶27D.條件不足無法計算【解析】選B。Al與NaOH、HCl反應(yīng),均為2Al~3H2,Al與足量NaOH、HCl反應(yīng)產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量相同。設(shè)Al產(chǎn)生H23xmol,n(Al)=2xmol,Fe產(chǎn)生H22×3x-3x=3x(mol),由關(guān)系式Fe~H2可知n(Fe)=3xmol,則n(Al)∶n(Fe)=2∶3,m(Al)∶m(Fe)=(27×2)∶(56×3)=9∶28。2.現(xiàn)有FeO和Fe2O3組成的混合物ag,向其中加入2mol·L-1的硫酸溶液100mL,恰好完全反應(yīng);若將ag該混合物與足量的碳發(fā)生反應(yīng),冷卻后最終可得鐵的質(zhì)量為()A.3.2ag B.(3.2+a)gC.(a-3.2)g D.(a-6.4)g【解析】選C。n(H2SO4)=0.1L×2mol·L-1=0.2mol,生成H2O為0.2mol,由O守恒知FeO和Fe2O3組成的混合物中n(O)=0.2mol,m(O)=0.2mol×16g·mol-1=3.2g,ag該混合物與足量的碳反應(yīng),生成Fe單質(zhì),使其充分反應(yīng),由質(zhì)量守恒可知,m(Fe)=ag-3.2g=(a-3.2)g。學(xué)情檢測·素養(yǎng)達標1.標準狀況下,把4.48LCO2通過一定量的過氧化鈉固體后收集到3.36L氣體,則這3.36L氣體的質(zhì)量是()A.4.8gB.5.4gC.6.0gD.6.6g【解析】選C。設(shè)參加反應(yīng)的CO2體積為aL,生成的O2體積為bL,則:2CO2+2Na2O2===Na2CO3+O2ΔV 2 1 1 a b 4.48L-3.36L=1.12L解得:a=2.24L,b=1.12L生成氧氣的體積為1.12L,小于3.36L,故二氧化碳有剩余,3.36L氣體中CO2體積為4.48L-2.24L=2.24L,所以3.36L氣體的質(zhì)量為2.24L22.42.同溫同壓下,0.1molAl分別與100mL濃度均為2mol·L-1的鹽酸和氫氧化鈉溶液充分反應(yīng),生成H2的體積分別為V1L和V2L。下列說法錯誤的是()A.V1∶V2=2∶3B.轉(zhuǎn)移的電子數(shù)之比為V1∶V2C.消耗酸和堿的物質(zhì)的量之比為3V1∶V2D.反應(yīng)前后兩溶液的質(zhì)量變化相等【解析】選D。根據(jù)題意,n(HCl)=n(NaOH)=0.1L×2mol·L-1=0.2mol,由2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑可知,鹽酸不足,則生成H2的物質(zhì)的量為0.2mol×12=0.1mol;由2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,0.1molAl完全反應(yīng)需消耗NaOH的物質(zhì)的量為0.1mol<0.2mol,故Al完全反應(yīng),則生成H2的物質(zhì)的量為0.1mol×32=0.15mol,所以同溫同壓下氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比,即V1∶V2=0.1∶0.15=2∶3,A正確;轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目之比等于生成氫氣體積之比,即轉(zhuǎn)移的電子數(shù)之比為V1∶V2,B正確;消耗酸和堿的物質(zhì)的量之比為2V1∶23V2=3V1∶V2,C正確;Al分別與HCl和NaOH反應(yīng)生成的氫氣不相等,則溶液質(zhì)量變化不相等,Al與NaOH反應(yīng)生成氫氣質(zhì)量多,則Al3.向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100mL1mol·L-1鹽酸,恰好使混合物完全溶解,放出224mL(標準狀況)的氣體,所得溶液加入KSCN無明顯變化。若用足量的CO在高溫下還原相同質(zhì)量的此混合物,能得到鐵的質(zhì)量是()A.11.2gB.5.6gC.2.8gD.無法計算【解析】選C。Fe、FeO、Fe2O3的混合物與鹽酸反應(yīng),恰好使混合物完全溶解,說明鹽酸也剛好反應(yīng)完,由題意知溶液僅含F(xiàn)e2+,故生成FeCl2,根據(jù)守恒關(guān)系,n(HCl)=c×V(aq)=0.1mol,n(FeCl2)=12n(HCl)=0.05mol,因此混合物中含鐵的物質(zhì)的量為0.05mol,用足量CO在高溫下最終得到鐵單質(zhì),鐵的質(zhì)量為m=n·M=0.05mol×56g·mol-1=2.8g,故C[方法引導(dǎo)]根據(jù)題干信息判斷得出產(chǎn)物為氯化亞鐵,利用守恒關(guān)系解決這類問題?！旧钔诰颉そ滩募せ睢?.(情境源于教材第三章第二節(jié)實驗3-5)在隔絕空氣的條件下,某同學(xué)將一塊部分被氧化的鈉塊用一張已除去氧化