高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料导学案，文件包含1课时1铁合金铝和铝合金新型合金doc、2课时2物质的量在化学方程式计算中的应用doc等2份学案配套教学资源，其中学案共28页， 欢迎下载使用。


【教材梳理】
1．物质的量与各物理量之间的关系
2．物质的量在化学方程式计算中的应用
化学方程式遵循质量守恒定律，即在反应前后质量守恒、原子种类和数目守恒。在化学方程式中，可反映出物质的质量关系、粒子数目关系、物质的量关系等。例如：
结论：(1)化学方程式中各物质的化学计量数之比＝各物质的物质的量之比＝各物质的微粒数目之比。
(2)在同温同压下，气态物质的分子数之比＝物质的量之比＝体积之比。
(3)化学方程式除可以表示反应物、生成物的粒子数目关系和质量关系外，还可以表示它们的物质的量关系，如H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2HCl可表示1__ml__H2与1__ml__Cl2在点燃条件下完全反应生成2__ml__HCl。
【辨析拓展】
甲、乙两位同学就物质的量应用于化学方程式的计算，进行了以下讨论：
你同意哪位同学的说法？为什么？
答案：甲。若题目所给物质的物理量单位不一致，换算成同一个单位，有时显得很烦琐，这时只要做到各个量的单位“上下一致，左右相当”即可。
学习任务 物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤
1．计算步骤
2．计算过程中的注意事项
(1)书写格式规范化：在根据化学方程式进行计算的过程中，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：根据化学方程式进行计算时，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。
镁铝合金具有很好的强度、刚性和尺寸稳定性，常用来制作又轻又薄的笔记本电脑、手机等的外壳。把 10.2 g 镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，在标准状况下生成6.72 L氢气。试计算：
(1)该合金中铝的质量分数是________。
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比是________。
(3)该合金溶于足量的盐酸中，标准状况下产生氢气的体积是________。
[解析] (1)把镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，镁不反应，只有铝能与氢氧化钠溶液反应。设铝的物质的量为n(Al)，则：
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 ml 3×22.4 L
n(Al) 6.72 L
解得n(Al)＝0.2 ml，
m(Al)＝0.2 ml×27 g·ml－1＝5.4 g，
铝的质量分数为eq \f(5.4 g,10.2 g)×100%≈52.9%。
(2)m(Mg)＝10.2 g－5.4 g＝4.8 g，n(Mg)＝eq \f(4.8 g,24 g·ml－1)＝0.2 ml，则n(Al)∶n(Mg)＝1∶1。
(3)设由铝生成的氢气体积为V1(H2)，由镁生成的氢气体积为V2(H2)，则：
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2 ml 3×22.4 L
0.2 ml V1(H2)
解得V1(H2)＝6.72 L，
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
1 ml 22.4 L
0.2 ml V2(H2)
解得V2(H2)＝4.48 L，V总(H2)＝V1(H2)＋V2(H2)＝6.72 L＋4.48 L＝11.2 L。
[答案] (1)52.9% (2)1∶1 (3)11.2 L
1．在500 mL氢氧化钠溶液中加入足量铝粉，反应完全后共收集到标准状况下的气体33.6 L，该氢氧化钠溶液的浓度为( )
A．1 ml·L－1B．2 ml·L－1
C．1.5 ml·L－1D．3 ml·L－1
解析：选B。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 ml 67.2 L
n(NaOH) 33.6 L
n(NaOH)＝eq \f(2 ml×33.6 L,67.2 L)＝1 ml，c(NaOH)＝eq \f(1 ml,0.5 L)＝2 ml·L－1。
2．0.56 g氧化钙恰好与20 mL盐酸反应，则此盐酸的物质的量浓度是( )
A．0.10 ml·L－1B．0.20 ml·L－1
C．0.50 ml·L－1D．1.00 ml·L－1
解析：选D。
CaO ＋ 2HCl ===CaCl2＋H2O
56 g 2 ml
0.56 g n(HCl)
则eq \f(56 g,0.56 g)＝eq \f(2 ml,n（HCl）)，解得n(HCl)＝0.02 ml，则c(HCl)＝eq \f(0.02 ml,20×10－3 L)＝1.00 ml·L－1。
3．将2.3 g钠投入97.8 g水中，反应完毕后，得到100 mL溶液，计算：
(1)产生的氢气在标准状况下的体积；
(2)所得氢氧化钠溶液的溶质质量分数；
(3)所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度。
解析：(1)2.3 g Na的物质的量为eq \f(2.3 g,23 g/ml)＝0.1 ml，则
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2 ml 22.4 L
0.1 ml V(H2)
生成的氢气在标准状况下的体积为V(H2)＝eq \f(22.4 L×0.1 ml,2 ml)＝1.12 L。
(2)0.1 ml Na完全反应生成0.1 ml NaOH和0.05 ml H2，氢氧化钠的质量为40 g/ml×0.1 ml＝4 g，所得溶液质量为2.3 g＋97.8 g－2 g/ml×0.05 ml＝100 g，则所得溶液中氢氧化钠的质量分数为eq \f(4 g,100 g)×100%＝4%。
(3)所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为eq \f(0.1 ml,0.1 L)＝1 ml/L。
答案：(1)1.12 L (2)4% (3)1 ml/L
1．物质在发生化学反应时( )
A．它们的质量一定相等
B．它们的物质的量一定相等
C．它们的质量之比等于化学方程式中化学计量数之比
D．它们的物质的量之比等于化学方程式中化学计量数之比
解析：选D。发生化学反应时各物质的物质的量之比等于化学方程式中化学计量数之比。
2．把一小块钠放入足量水中，会发生如下反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。下列有关该反应的说法正确的是( )
A．反应中Na与NaOH的质量相等
B．反应中H2O和H2的质量相等
C．反应中H2O和H2的质量之比为2∶1
D．反应中Na与NaOH的物质的量之比为1∶1
解析：选D。该反应中，Na与NaOH的物质的量之比为1∶1，质量之比为23∶40，所以A项错误，D项正确；H2O与H2的物质的量之比为2∶1，质量之比为(2×18)∶(1×2)＝18∶1，所以B项、C项均错误。
3．标准状况下，3.25 g锌与足量的盐酸反应生成x L H2，下列比例式正确的是( )
A．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
1 ml 1 ml
3.25 g x L
B．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
65 g 1 L
3.25 g x L
C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
1 ml 22.4 L
0.05 ml x L
D．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
65 g 2 g
3.25 g x L
解析：选C。比例式应注意单位要“上下一致，左右相当”。
4．将28 g铁粉放入100 mL 0.1 ml·L－1的CuSO4溶液中，充分反应后析出的铜的质量为( )
A．32 gB．6.4 g
C．0.64 gD．3.2 g
解析：选C。n(Fe)＝eq \f(28 g,56 g·ml－1)＝0.5 ml，n(CuSO4)＝0.1 L×0.1 ml·L－1＝0.01 ml，由CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu可知Fe过量，所以应按CuSO4的量计算：n(Cu)＝n(CuSO4)＝0.01 ml，m(Cu)＝0.01 ml×64 g·ml－1＝0.64 g。
5．高温下铁粉可与水蒸气反应，若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32 g，则参加反应的铁粉的物质的量是( )
A．0.5 mlB．1 ml
C．1.5 mlD．2 ml
解析：选C。
3Fe＋4H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2 Δm(固)
3 ml 64 g
n(Fe) 32 g
eq \f(3 ml,n（Fe）)＝eq \f(64 g,32 g)，解得n(Fe)＝1.5 ml。
6．向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，二者恰好完全反应后(假设溶液体积不变)，计算：
(1)参加反应的NaOH的物质的量和溶液的物质的量浓度。
(2)生成标准状况下H2的体积。
解析：设参加反应的NaOH的物质的量为n，生成标准状况下H2的体积为V，
2Al＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
54 g 2 ml 67.2 L
10.8 g n V
eq \f(54 g,10.8 g)＝eq \f(2 ml,n)，解得n＝0.4 ml，
c(NaOH)＝eq \f(0.4 ml,0.5 L)＝0.8 ml·L－1；
eq \f(54 g,10.8 g)＝eq \f(67.2 L,V)，解得V＝13.44 L。
答案：(1)0.4 ml 0.8 ml·L－1 (2)13.44 L
[核心素养水平]
[合格考检测]
1．对于反应aA＋bB===cC＋dD(A、B、C、D表示物质的化学式，a、b、c、d表示各物质的化学计量数)，下列说法不正确的是( )
A．如果质量为m1的A与质量为m2的B恰好完全反应，则生成的C、D的质量之和一定等于(m1＋m2)
B．参加反应的A和B中的原子总数一定等于生成的C和D的原子总数
C．(a＋b)不一定等于(c＋d)
D．A和B中的元素种类不一定等于C和D中的元素种类
解析：选D。从微观角度来说，化学反应中的质量守恒包括元素种类守恒和原子个数守恒，故D错误。
2．在500 mL NaOH溶液中加入足量铝粉，完全反应后共收集到6.72 L标准状况下的气体，生成物NaAlO2的物质的量浓度为(假定反应前后溶液体积不变)( )
A．1 ml·L－1B．0.4 ml·L－1
C．1.5 ml·L－1D．2 ml·L－1
解析：选B。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2 ＋ 3H2↑
2 ml 3×22.4 L
n(NaAlO2) 6.72 L
eq \f(2 ml,n（NaAlO2）)＝eq \f(3×22.4 L,6.72 L)，解得n(NaAlO2)＝
eq \f(2 ml×6.72 L,3×22.4 L)＝0.2 ml，则c(NaAlO2)＝
eq \f(0.2 ml,500 mL×10－3 L·mL－1)＝0.4 ml·L－1。
3．将铝、钠混合物投入足量的水中，充分反应后，得到澄清溶液，并收集到4.48 L H2(标准状况)，若钠的物质的量为0.1 ml，则铝的物质的量为( )
A．0.2 mlB．0.1 ml
C．0.05 mlD．0.025 ml
解析：选B。0.1 ml Na产生H2的物质的量为0.05 ml，生成0.1 ml NaOH，而反应共释放的H2的物质的量为eq \f(4.48 L,22.4 L·ml－1)＝0.2 ml，因此Al与NaOH反应放出0.15 ml H2，设Al的物质的量为x，根据化学方程式可得关系式：
2Al ～ 3H2
2 3
x 0.15 ml
则x＝0.1 ml。
4．Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下的氢气4.48 L。下列推断中不正确的是( )
A．参加反应的Mg、Al共0.2 ml
B．参加反应的HCl为0.4 ml
C．Mg、Al在反应中共失去0.4 ml电子
D．若与足量的稀硫酸反应能产生0.2 ml H2
解析：选A。反应的实质为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。n(H2)＝eq \f(4.48 L,22.4 L/ml)＝0.2 ml，则参加反应的n(HCl)＝0.4 ml。若换成稀H2SO4，同样产生0.2 ml H2，故B、D正确。由2H＋～H2～2e－可知，得电子的物质的量为0.2 ml×2＝0.4 ml，依据得失电子守恒，故C正确。0.2 ml Mg提供0.4 ml电子，0.2 ml Al提供0.6 ml电子，则0.2 ml Mg、Al混合物提供的电子数大于0.4 ml、小于0.6 ml，故A不正确。
5．0.3 ml氯气和足量的金属M反应，生成0.2 ml MCln，则n等于( )
A．1B．2
C．3D．4
解析：选C。根据氯原子守恒可知，0.3 ml Cl2和0.2 ml MCln均含0.6 ml Cl，则n＝3。
6．用1 L 1.0 ml·L－1的氢氧化钠溶液吸收0.8 ml二氧化碳，所得溶液中碳酸根离子与碳酸氢根离子的物质的量浓度之比是( )
A．1∶3B．1∶2
C．2∶3D．3∶2
解析：选A。设生成碳酸钠、碳酸氢钠的物质的量分别为x、y，由钠离子守恒可得①2x＋y＝1 L×1.0 ml·L－1，由碳原子守恒可得②x＋y＝0.8 ml，解得x＝0.2 ml，y＝0.6 ml，则c(COeq \\al(2－,3))∶c(HCOeq \\al(－,3))＝n(COeq \\al(2－,3))∶n(HCOeq \\al(－,3))＝1∶3。
7．将5.0 g某金属合金放入足量的稀盐酸中，共收集到氢气的体积为2.24 L(标准状况)，则该金属合金可能是( )
A．Mg­Al合金B．Fe­Al合金
C．Fe­Zn合金D．Cu­Zn合金
解析：选B。由题意可知，n(H2)＝eq \f(2.24 L,22.4 L·ml－1)＝0.1 ml，即产生0.1 ml H2消耗金属合金5.0 g，则产生1 ml H2消耗金属合金50 g，满足此条件的要求是产生1 ml H2时，消耗一种金属的质量大于50 g，另一种金属的质量小于50 g。对于给出的金属，产生1 ml H2时消耗金属的质量分别为m(Mg)＝24 g，m(Al)＝18 g，m(Fe)＝56 g，m(Zn)＝65 g，Cu与稀盐酸不反应，只有Fe－Al合金符合题意。
8．将23 g钠投入m1 g足量水中得到a g溶液，将24 g镁投入m2 g足量盐酸中得到b g溶液。若m1＝m2，则a与b的关系是( )
A．a>bB．aC．a＝bD．无法确定
解析：选C。由于m1＝m2，所以只需比较反应后溶液增加的质量即可。根据差量法可知，23 g钠投入水中放出1 g氢气，溶液增重22 g，24 g镁投入盐酸中放出2 g氢气，溶液增重22 g，所以a＝b。
9．把1.1 g铝、铁混合物溶于200 mL 5 ml·L－1盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6 ml·L－1(溶液体积变化可忽略不计)。计算：
(1)反应中消耗HCl的物质的量；
(2)该混合物中铝、铁的物质的量。
解析：(1)消耗HCl的物质的量为0.2 L×5 ml·L－1－0.2 L×4.6 ml·L－1＝0.08 ml。
(2)设Al、Fe的物质的量分别为x、y。
2Al ＋ 6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2 ml 6 ml
x 3x
Fe ＋ 2HCl===FeCl2＋H2↑
1 ml 2 ml
y 2y
列方程组得：
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(27 g·ml－1×x＋56 g·ml－1×y＝1.1 g,3x＋2y＝0.08 ml))
解得x＝0.02 ml，y＝0.01 ml。
答案：(1)消耗HCl的物质的量为0.08 ml。
(2)铝、铁的物质的量分别为0.02 ml、0.01 ml。
10．取1.43 g Na2CO3·xH2O溶于水配成5 mL溶液，然后逐滴滴入稀盐酸直至没有气体放出，用去盐酸10 mL，并收集到112 mL CO2(标准状况)。计算：
(1)稀盐酸的物质的量浓度；
(2)Na2CO3·xH2O的摩尔质量；
(3)x值。
答案：(1)n(CO2)＝eq \f(0.112 L,22.4 L/ml)＝0.005 ml，
Na2CO3 ＋ 2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O
1 2 1
n(Na2CO3) n(HCl) 0.005 ml
n(HCl)＝2×0.005 ml＝0.01 ml，
c(HCl)＝eq \f(0.01 ml,0.01 L)＝1.0 ml/L。
(2)n(Na2CO3·xH2O)＝n(Na2CO3)＝n(CO2)＝0.005 ml，M(Na2CO3·xH2O)＝eq \f(1.43 g,0.005 ml)＝286 g/ml。
(3)由Na2CO3·xH2O的摩尔质量可知，106＋18x＝286，解得x＝10。
[等级考检测])
11．向各100 mL 2 ml·L－1的盐酸和硫酸中，分别加入等质量的铁粉，反应后生成的气体质量之比为2∶3，则向盐酸中加入的铁粉的物质的量为( )
A．0.05 mlB．0.075 ml
C．0.15 mlD．0.2 ml
解析：选C。n(HCl)＝0.2 ml，n(H2SO4)＝0.2 ml。若酸均不足，即酸均完全反应，则生成H2的质量之比为1∶2；若酸均过量，即金属不足，则生成H2的质量之比为1∶1。现生成H2的质量之比为2∶3，则对金属来说，盐酸不足，硫酸过量；根据盐酸中HCl的物质的量可求出生成0.1 ml H2，则Fe与H2SO4反应生成0.15 ml H2，则铁粉的物质的量为 0.15 ml。
12．将铁加入100 mL某浓度的盐酸中恰好完全反应，生成的气体体积为V L(标准状况下，下同)，将铝加入100 mL 2 ml·L－1 NaOH溶液中恰好完全反应，生成的气体体积为3V L。下列说法正确的是( )
A．加入的铁和铝的物质的量相等
B．盐酸的浓度为2 ml·L－1
C．铁加入盐酸中发生反应的离子方程式为2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
D．盐酸与NaOH溶液的物质的量浓度之比为1∶3
解析：选B。Al与NaOH溶液反应：
2Al ＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 ml 2 ml 3 ml
n(Al) 0.1 L×2 ml·L－1 n(H2)
eq \f(2 ml,0.1 L×2 ml·L－1)＝eq \f(3 ml,n（H2）)，解得n(H2)＝0.3 ml，
eq \f(2 ml,0.1 L×2 ml·L－1)＝eq \f(2 ml,n（Al）)，解得n(Al)＝0.2 ml，
由Al与NaOH溶液反应生成的气体体积为3V L，得eq \f(3V L,22.4 L·ml－1)＝0.3 ml，解得V＝2.24。再根据Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，生成的气体体积为V L(即2.24 L)，可求出Fe的物质的量为0.1 ml，HCl的物质的量为0.2 ml，则c(HCl)＝eq \f(0.2 ml,0.1 L)＝2 ml·L－1，B正确；由上述数据分析可知，铁、铝的物质的量不相等，A错误；Fe与盐酸反应生成Fe2＋，C错误；盐酸与NaOH溶液的物质的量浓度之比为1∶1，D错误。
13．将a ml钠和a ml铝一同投入m g足量水中，所得溶液中溶质的质量分数为( )
A.eq \f(82a,46a＋m)% B.eq \f(8 200a,46a＋2m)%
C.eq \f(8 200a,46a＋m)% D.eq \f(8 200a,69a＋m)%
解析：选C。本题既考查了Na与H2O的反应，又考查了Al与NaOH溶液的反应，应注意用关系式法来进行计算。
2Na ～ 2NaOH ～ H2↑
a ml a ml eq \f(a,2) ml
2Al ～ 2NaOH～2NaAlO2～3H2↑
a ml a ml a ml eq \f(3a,2) ml
所得溶液的质量为23a g＋27a g＋m g－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,2) ml＋\f(3,2)a ml))×2 g·ml－1＝(46a＋m) g，溶液中的溶质为NaAlO2，质量为a ml×82 g·ml－1＝82a g，所以w(NaAlO2)＝eq \f(82a g,（46a＋m） g)×100%＝eq \f(8 200a,46a＋m)%。
14．等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，反应终止后生成的氢气的体积比为5∶6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )
A．甲、乙中都是铝过量
B．甲中酸过量，乙中碱过量
C．甲中酸过量，乙中铝过量
D．甲中铝过量，乙中碱过量
解析：选D。设甲、乙两烧杯中产生的H2分别为5 ml、6 ml，则
甲：2Al ＋ 3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑
eq \f(10,3) ml 5 ml 5 ml
乙：2Al ＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
4 ml 4 ml 6 ml
分析可知：甲中铝过量4 ml－eq \f(10,3) ml＝eq \f(2,3) ml，
乙中氢氧化钠过量5 ml－4 ml＝1 ml。
15．在隔绝空气的条件下，某同学将一块部分被氧化的钠块用一张已除去氧化膜、并用针刺一些小孔的铝箔包好，然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器内。待钠块反应完全后，在容器中仅收集到1.12 L氢气(标准状况)，此时测得铝箔的质量比反应前减少了0.27 g，水槽和容器内溶液的总体积为2.0 L，溶液中NaOH的浓度为 0.050 ml·L－1。
(1)写出该实验中发生反应的化学方程式：_____________________________________
________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
(2)求消耗的Al的物质的量。
(3)求未被氧化的金属钠的物质的量。
(4)求Na2O的物质的量。
解析：(1)该实验中发生的反应为①Na2O＋H2O===2NaOH；②2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；③2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
(2)消耗的Al的物质的量为n(Al)＝eq \f(0.27 g,27 g·ml－1)＝0.010 ml。
(3)根据反应③可得由铝消耗NaOH的物质的量为n(NaOH)＝0.010 ml，生成的氢气的物质的量为n(H2)＝0.015 ml，则由未被氧化的金属钠与水反应生成的氢气的物质的量为n(H2)＝eq \f(1.12 L,22.4 L·ml－1)－0.015 ml＝0.035 ml，根据反应②可得未被氧化的金属钠的物质的量为n(Na)＝2×0.035 ml＝0.070 ml。
(4)因为反应后溶液中NaOH的物质的量为n(NaOH)＝2.0 L×0.050 ml·L－1＝0.10 ml，所以溶液中Na＋的总物质的量为n(Na＋)＝n(NaOH)＋n(NaAlO2)＝0.10 ml＋0.010 ml＝0.110 ml，则由钠原子守恒得n(Na2O)＝eq \f(0.110 ml－0.070 ml,2)＝0.020 ml。
答案：(1)Na2O＋H2O===2NaOH 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ (2)0.010 ml (3)0.070 ml
(4)0.020 ml
课程标准
教材脉络
1.了解物质的量及其相关量的含义和应用，体会定量研究对化学科学的重要作用。
2．能运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度之间的相互关系进行简单计算。
化学方程式
2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2
化学计量数之比
2∶1∶2
分子数之比
2∶1∶2
扩大NA倍
2NA∶NA∶2NA
物质的量之比
2 ml∶1 ml∶2 ml
标准状况下体积之比
44.8 L∶22.4 L∶44.8 L
相同状况下体积之比
2∶1∶2