第2课时铝与氢氧化钠溶液的反应物质的量在化学方程式计算中的应用经典导学案.docx
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第2课时铝与氢氧化钠溶液的反应物质的量在化学方程式计算中的应用经典导学案
第2课时 铝与氢氧化钠溶液的反应 物质的量在化学方程式计算中的应用
学习目标
核心素养建构
1.掌握铝与酸及氢氧化钠溶液的反应。
2．掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
『知识梳理』
一、铝与强酸和强碱的反应
铝与盐酸反应
铝与氢氧化钠溶液反应
实验
操作
实验
现象
铝片逐渐溶解，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声
化学
方程式
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2H2O＋2NaOH
===2NaAlO2＋3H2↑
离子
方程式
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O
===2AlO
＋3H2↑
结论
铝既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，都产生氢气
[微自测]
1．下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是（ ）
A．盛放食醋 B．烧煮开水
C．用金属丝擦洗表面的污垢 D．用碱水洗涤
解析 食醋中含有的醋酸呈酸性，能与铝发生反应而被腐蚀；C中用金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝层，使铝裸露在外继续被腐蚀；而用碱水洗涤也同样不行，因为铝能跟碱反应而被腐蚀。
答案 B
2．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）Mg、Al为活泼金属，均与稀H2SO4反应。
（ ）
（2）Mg、Al为活泼金属，均与NaOH溶液反应。
（ ）
（3）Al与NaOH溶液反应时参加反应的Al与NaOH物质的量比为1∶1。
（ ）
（4）等质量的Al与足量盐酸、NaOH溶液反应生成的H2的质量相同。
（ ）
（5）等体积等浓度的盐酸和NaOH溶液与足量Al反应生成H2的质量相同。
（ ）
答案
（1）√
（2）× （3）√ （4）√ （5）×
二、物质的量在化学方程式计算中的应用
1．物质的量与各物理量之间的关系
（1）图示关系
（2）计算公式
①已知物质的质量：
n（B）＝
；
②已知标准状况时的气体体积：
n（B）＝
；
③已知物质的粒子数：
n（B）＝
；
④已知溶液中的物质的量浓度：
n（B）＝c（B）·V[B（aq）]。
2．物质的量在化学方程式计算中的应用
化学方程式
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
化学计量数之比
2∶2∶2∶1
扩大NA倍之后
2NA∶2NA∶2NA∶NA
物质的量之比
2__mol∶2__mol∶2__mol∶1__mol
结论
化学方程式中各物质的化学计量数之比＝各物质的粒子数之比＝各物质的物质的量之比
[微自测]
3．铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为（ ）
A．1∶1B．2∶1
C．3∶1D．1∶3
解析 金属铝无论是与酸还是与碱反应，铝与氢气的关系式均为2Al～3H2，利用此特点可以很方便地进行有关的计算。
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
根据以上两个化学方程式可知，放出等量气体时消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。
答案 C
4．金属钠1.15g与水反应，得到100mL溶液，试计算：
（1）生成的气体在标准状况为________L。
（2）反应后所得溶液的物质的量浓度为________（若溶液体积变化忽略不计）。
解析 n（Na）＝
＝0.05mol
设标准状况下生成气体体积为V，生成NaOH的物质的量为n（NaOH）。
2Na＋2H2O===2NaOH ＋ H2↑
2mol2mol22.4L
0．05moln（NaOH）V
（1）V＝
＝0.56L。
（2）c（NaOH）＝
＝0.5mol·L－1。
答案
（1）0.56
（2）0.5mol·L－1
探究一 铝与盐酸、氢氧化钠溶液的反应
实质
[探究素材]
铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al（OH）3，然后Al（OH）3再与NaOH反应生成H2O和NaAlO2，反应中铝作还原剂，水作氧化剂，NaOH无电子得失。
用双线桥法和单线桥法分别表示为
[探究题目]
1．在铝与NaOH溶液的反应中，作为氧化剂的是（ ）
A．水B．铝
C．氢氧化钠D．氢氧化钠和水
解析 在铝和NaOH溶液的反应中，铝先和水反应，生成氢氧化铝和氢气，水作氧化剂，铝作还原剂，然后生成的氢氧化铝在和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，是非氧化还原反应，故铝和NaOH溶液反应氧化剂是水，选A。
答案 A
应中四种“量”的关系
[探究素材]
1．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗盐酸和氢氧化钠的物质的量之比为3∶1。
2．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶1。
3．足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶3。
4．特殊情况分析：
若产生的氢气的体积比：
＜
＜1，则必定是铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。
[探究题目]
2．取两份铝片，第一份与足量盐酸反应，第二份与足量烧碱溶液反应，标准状况下均产生5.6L气体，则两份铝片的质量之比为（ ）
A．一定为1∶1B．可能为2∶3
C．一定为3∶2D．可能为1∶6
解析 酸、碱均足量，则Al完全反应，且生成氢气的量相同，则H得到的电子数相同，可知Al失去的电子数也相同，即参加反应的Al的量相同，两份铝片的质量之比为1∶1，A项正确。
答案 A
[探究素材]
铝与NaOH溶液反应，而镁、铁等其它金属与NaOH溶液不反应，通过反应对比，可利用铝与NaOH溶液反应除去金属混合物中铝杂质。
[探究题目]
3．下列除杂试剂正确的是（ ）
A．Fe粉中含有杂质Al粉——NaOH溶液
B．Mg（OH）2中含有杂质Cu（OH）2——稀盐酸
C．BaCO3中含有杂质BaSO4——稀盐酸
D．Zn粉中含有杂质Al粉——稀H2SO4
解析 A项，Fe不与NaOH溶液反应而杂质Al与NaOH溶液反应；B项，Mg（OH）2、Cu（OH）2均溶于稀盐酸；C项，BaCO3与盐酸反应；D项，Zn、Al均与稀H2SO4反应。
答案 A
探究二 物质的量应用于化学方程式的计算
计算模型
[探究素材]
1．化学计算的基本步骤
写——写出相关的化学方程式
标——在方程式中有关物质的化学式下面标出已知物质和所求物质有关物理量的关系，并代入已知量和未知量
列——列出比例式
解——根据比例式求解
答——简明地写出答案
2．物质的量应用于化学计算的基本方法
（1）把已知物的物理量转化为物质的量；
（2）根据化学方程式或关系式，根据已知物的物质的量求出未知物的物质的量；
（3）把未知物的物质的量转化为未知物的所求物理量。
[探究题目]
4．将2.3g钠投入到97.8g水中，反应完毕后，得到100mL溶液，求：
（1）产生的氢气在标准状况下的体积为________。
（2）所得氢氧化钠溶液的溶质质量分数为________。
（3）所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为________。
（4）在K2Cr2O7＋14HCl（浓）===2KCl＋3Cl2↑＋7H2O＋2CrCl3的反应中，有0.3mol电子转移时生成Cl2的体积为________（标准状况），被氧化的HCl的物质的量为________。
解析
（1）2.3gNa的物质的量为：
＝0.1mol，则
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2mol22.4L
0．1molV（H2）
生成的氢气在标准状况下的体积为：
V（H2）＝
＝1.12L。
（2）0.1molNa完全反应生成0.1molNaOH，氢氧化钠的质量为：
40g/mol×0.1mol＝4g，所得溶液质量为：
2.3g＋97.8g－2g/mol×0.05mol＝100g，则所得溶液中氢氧化钠的质量分数为：
×100%＝4%。
（3）所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为：
＝1mol/L。
（4）反应中Cl元素化合价由－1价升高到0价，若转移了0.3mol的电子，则生成氯气的物质的量为：
＝0.15mol，在标准状况下的体积为：
0.15mol×22.4L/mol＝3.36L；反应中HCl被氧化，生成氯气，被氧化的HCl的物质的量为：
0.15mol×2＝0.3mol。
答案
（1）1.12L
（2）4% （3）1mol/L （4）3.36L 0.3mol
[探究题目]
5．由Zn、Fe、Al、Mg四种金属中的两种组成的混合物10g，与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下的体积为11.2L，则混合物中一定含有的金属是（ ）
A．ZnB．Fe
C．AlD．Mg
解析 11.2LH2的物质的量是0.5mol，生成0.5molH2转移电子1mol，生成0.5molH2需要：
0.5mol即32.5gZn，0.5mol即28gFe，
mol即9gAl，0.5mol即12gMg，小于10g的只有Al，所以混合物中一定有Al，C项正确。
答案 C
6．镁和铝分别与等浓度、等体积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积（V）与时间（t）关系如图所示。
反应中镁和铝的（ ）
A．物质的量之比为3∶2
B．质量之比为3∶2
C．摩尔质量之比为2∶3
D．反应速率之比为2∶3
解析 由关系式：
Mg～H2，2Al～3H2，可知产生等量H2时，消耗Mg、Al的物质的量之比为3∶2，二者质量之比为（3×24）∶（2×27）＝4∶3，摩尔质量之比为24∶27＝8∶9，反应速率之比为
∶
＝3∶2，A项正确。
答案 A
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为化学方程式中的化学计量数），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 化学反应中的守恒既包括质量守恒，也包括元素种类守恒、原子个数守恒，故D错误。
答案 D
2．等量镁铝合金粉末分别与下列四种过量物质充分反应，放出氢气最多的是（ ）
A．NaOH溶液B．稀H2SO4
C．蔗糖溶液D．NaCl溶液
解析 镁、铝均反应生成氢气时，产生的氢气最多。
A项，NaOH溶液只能与铝反应；B项，稀H2SO4能与镁、铝反应产生氢气；C、D项，蔗糖溶液、NaCl溶液与镁、铝都不反应。
答案 B
3．将铝投入到一定量的NaOH溶液中，充分反应后，有2mol的电子发生转移，则参加反应的铝的物质的量为（ ）
A.
molB．1mol
C．2molD.
mol
解析 铝在参加反应时1molAl可失去3mol电子，因此有2mol电子转移时需Al的物质的量为
mol。
答案 D
4．有一镁铝合金，根据某同学的操作，回答下列问题：
（1）将合金与过量NaOH溶液反应，所得溶液中不存在的离子是________。
A．Na＋B．Mg2＋
C．OH－D．AlO
（2）将合金溶于过量的盐酸中，充分反应后，溶液中新生成的离子是________。
解析
（1）将镁铝合金加入NaOH溶液中，只有Al发生反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，镁不反应，溶液中不存在Mg2＋。
（2）将镁铝合金加入过量盐酸中，Mg与盐酸反应Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，Al与盐酸反应2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，则溶液中新生成的离子为Mg2＋、Al3＋。
答案
（1）B
（2）Mg2＋、Al3＋
5．如图是某学校实验室从化学试剂商店买回来的氢氧化钠试剂标签上的部分内容。
某同学从该试剂瓶中取出24.0g固体，配成1L溶液，请计算：
（1）所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为________。
（2）从所得氢氧化钠溶液中取出200mL于一烧杯中，投入足量的金属铝，完全反应后，产生的气体在标准状况下的体积为________。
解析
（1）n（NaOH）＝
＝
＝0.6mol，
c（NaOH）＝
＝
＝0.6mol·L－1。
（2）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2mol22.4L×3
0.6mol·L－1×0.2LV
V＝
＝4.032L。
答案
（1）0.6mol·L－1
（2）4.032L
课时作业
基础巩固
1．将等体积的HnRO3和Hn＋1RO4两种酸溶液与一定量的NaOH中和都生成正盐，则这两种酸的物质的量浓度之比是（ ）
A．n∶（n＋1）B．1∶1
C．1∶（n＋1）D．（n＋1）∶n
解析 酸碱中和的本质是：
H＋＋OH－===H2O，由此可以得到如下关系式：
HnRO3～nNaOH、Hn＋1RO4～（n＋1）NaOH，因为NaOH的量一定，将上述关系式变形得：
HnRO3～NaOH、
Hn＋1RO4～NaOH，所以两种酸的物质的量浓度比是
∶
＝（n＋1）∶n。
答案 D
2．室温时，向四份各1L0.01mol·L－1的HCl溶液中分别加入0.02mol下表中的金属，反应完成后再加入0.01mol的另一种金属，在全过程中，放出气体最多的是（ ）
选项
A
B
C
D
第一次加入
Al
Na
Zn
Mg
第二次加入
K
Mg
Al
Cu
解析 A项中，首先Al与0.01molH＋反应生成H20.01g，Al过量
mol，0.01molK再与水反应生成H20.01g，KOH0.01mol。
反应2Al＋2KOH＋2H2O===2KAlO2＋3H2↑中，据0.01molKOH计算，又生成H20.03g，总共生成H20.05g。
B项中，0.02molNa与盐酸和水反应生成H20.02g，Mg与NaOH溶液不反应，故H2总质量最多0.02g。
C项中，只有Zn与酸反应，生成H20.01g，Al与水不反应。
D项中，只有Mg与酸反应，生成H20.01g，Cu与水不反应。
答案 A
3．等质量的两份铝分别与适量的稀H2SO4和NaOH溶液完全反应，若消耗两溶液的体积相同，则稀H2SO4与NaOH溶液的物质的量浓度之比为（ ）
A．3∶2B．2∶3
C．2∶1D．1∶2
解析
2Al～3H2SO4 2Al～2NaOH
2322
等量的Al消耗H2SO4和NaOH的物质的量之比是3∶2。
又因它们体积相同，则物质的量浓度之比等于物质的量之比。
答案 A
4．铁粉可与高温水蒸气反应，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32g，则参加反应的铁粉的物质的量是（ ）
A．0.5molB．1mol
C．1.5molD．2mol
则
＝
，n（Fe）＝1.5mol。
答案 C
5．在杠杆的两端分别挂着质量相同的铝球和铁球，此时杠杆平衡。
然后将两球分别浸没在溶液质量相等的稀烧碱溶液和硫酸铜溶液中一段时间，如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．铝球表面有气泡产生，且有白色沉淀生成，杠杆不平衡
B．铝球表面有气泡产生，溶液澄清；铁球表面有红色物质析出，溶液蓝色变浅，杠杆右边下沉
C．反应后去掉两烧杯，杠杆仍平衡
D．右边球上出现红色，左边溶液的碱性增强
解析 左边烧杯中，发生2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，右边烧杯中发生Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，所以出现B项中的现象。
答案 B
6．在500mLNaOH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33.6L，该NaOH溶液的浓度为（ ）
A．1mol·L－1B．2mol·L－1
C．1.5mol·L－1D．3mol·L－1
解析 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2mol67.2L
n（NaOH）33.6L
n（NaOH）＝
＝1mol，c（NaOH）＝
＝2mol·L－1。
答案 B
7．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4.48LH2（标准状况），若钠的物质的量为0.1mol，则铝的物质的量为（ ）
A．0.2molB．0.1mol
C．0.05molD．0.025mol
解析 0.1molNa产生H2的物质的量为0.05mol，生成0.1molNaOH，而反应共释放H2为4.48L/22.4L·mol－1＝0.2mol，因此Al与NaOH反应放出0.15molH2，
2Al ～ 3H2
23
X0.15mol
x＝0.1mol。
答案 B
8．把VL含MgSO4和K2SO4的混合溶液分成两等份，一份加入含amolNaOH的溶液，恰好使镁离子完全沉淀为氢氧化镁；另一份加入含bmolBaCl2的溶液，恰好使硫酸根离子完全沉淀为硫酸钡。
则原混合溶液中钾离子的浓度为（ ）
A.
mol·L－1B.
mol·L－1
C.
mol·L－1D.
mol·L－1
解析 一份溶液中加入amolNaOH
原溶液中n（Mg2＋）＝
mol×2＝amol
另一份溶液中加入bmolBaCl2，
原溶液中n（SO
）＝2bmol
则原溶液中n（K＋）＝（2b－a）×2mol＝（4b－2a）mol
则c（K＋）＝
＝
mol·L－1。
答案 D
9．向一个铝制易拉罐中充满CO2，然后往罐中注入足量的NaOH溶液，立即用胶布严封罐口，不多会儿听到罐内“咔、咔”作响，发现易拉罐变瘪，再过一会儿易拉罐又鼓起来。
（1）易拉罐变瘪的原因是___________________________________________，
反应的离子方程式为___________________________________________。
（2）易拉罐又鼓起来的原因是______________________________，
反应的离子方程式为______________________________________。
解析 开始CO2溶于NaOH溶液，罐内气压减小，外界气压将易拉罐压瘪。
之后铝制的易拉罐与NaOH溶液反应，产生H2，罐内压强又增大，易拉罐又重新鼓起。
答案
（1）NaOH溶液吸收CO2，罐内压强减小，外界气压将易拉罐压瘪 CO2＋2OH－===CO
＋H2O
（2）Al表面氧化膜溶解后，Al与NaOH溶液反应产生H2
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑
10．某无色透明溶液能与金属铝反应放出H2。
试判断下列离子：
Mg2＋、Cu2＋、Ba2＋、H＋、Ag＋、SO
、SO
、HCO
、OH－、NO
，哪些能大量存在于此溶液中？
（1）当生成Al3＋时，能大量存在的离子是________。
（2）当生成AlO
时，能大量存在的离子是________。
解析 无色溶液中一定不含Cu2＋。
（1）当生成Al3＋时，溶液中含有大量H＋，大量存在的阴离子只能是SO
，则一定无SO
、HCO
、NO
、OH－、Ba2＋、Ag＋。
（2）当生成AlO
时，溶液中含有大量OH－，大量存在的阳离子只能是Ba2＋，则一定无Mg2＋、Ag＋、HCO
、H＋、SO
、SO
。
答案
（1）H＋、Mg2＋、SO
（2）OH－、Ba2＋、NO
能力提升
11．铁、铝的混合物进行如下实验：
（1）操作X的名称是________。
（2）气体A是________。
（3）A与Cl2混合光照可能发生爆炸，生成________（填化学式），A在该反应中作________（填“氧化剂”或“还原剂”）。
（4）溶液B中阴离子除OH－外还有________，溶液D中存在的金属离子为________。
解析
（1）加入足量NaOH溶液，Al溶解，操作X为过滤。
（2）Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气，气体A为H2。
（3）H2与Cl2反应生成HCl。
（4）溶液B中阴离子有OH－、AlO
，溶液D中金属离子为Fe2＋。
答案
（1）过滤
（2）H2（或氢气） （3）HCl 还原剂 （4）AlO
Fe2＋
12．完成下面有关钠、镁、铝的计算及判断。
（1）取wg钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积之比是________。
（2）取0.1mol钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积之比是________。
（3）若产生相同体积（同温同压）的氢气，所需钠、镁、铝三种金属的物质的量之比是________________________________________；
质量之比是__________。
（4）若将0.2mol钠、镁、铝分别投入10mL1mol·L－1盐酸中，在标准状况下产生氢气体积的大小顺序是______________________。
解析
（1）利用电子守恒，产生氢气的体积之比即为金属转移的电子数之比：
∶
∶
。
（2）0.1mol钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，金属转移的电子物质的量之比为（0.1mol×1）∶（0.1mol×2）∶（0.1mol×3），所以相同条件下产生氢气的体积之比为1∶2∶3。
（3）与前两问恰好反过来，氢气的体积相等，转移的电子数相等，即金属失去的电子数相等。
（4）Mg、Al过量应以HCl的量计算生成的气体的体积（转移电子为0.01mol），Na也过量但过量的钠可以与水反应（共转移电子0.2mol）。
答案
（1）
∶
∶
（2）1∶2∶3
（3）1∶
∶
（或6∶3∶2） 23∶12∶9
（4）V（Na）>V（Al）＝V（Mg）
13．已知红热的铁能与水蒸气反应生成氢气。
现用如图所示装置进行铁在高温下与水蒸气反应的实验，并用简单的方法收集、检验生成的氢气。
请回答下列问题。
（1）写出铁在高温下与水蒸气反应的化学方程式：
____________________________________。
（2）干燥管C中盛放的药品是________；干燥管的________（填“m”或“n”）端与g导管相连接。
（3）在D处画出用试管收集氢气的装置图（所需其他仪器自行选择）。
（4）怎样用简单的方法检验收集到的气体是氢气？
简述实验操作步骤和现象：
__________________________________________。
（5）若收集到标准状况下的H222.4L，则参加反应的铁粉的质量为________g。
（6）当固体质量增加32g时，生成H2的质量为___
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