学案312 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.docx

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学案312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

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

【自主思考】

1．铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放显酸性、碱性的食物，你知道为什么呢？

提示　酸碱能侵蚀铝的保护膜，铝能与酸或碱反应，如果用铝锅长期存放酸性或碱性食物，会造成铝锅腐蚀，更不利于健康。

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

【自主思考】

2．“化学反应前后质量是守恒的，那么物质的量也肯定守恒。

”这种说法对吗？

提示　不对。

化学方程式中各物质的物质的量之比＝各物质的化学计量数之比，所以，化学反应后物质的量可能增加，可能减少，也可能不变。

[效果自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）等质量的Al与足量的盐酸、NaOH溶液充分反应，生成的H2的物质的量相同。

（　　）

（2）同浓度同体积的盐酸、NaOH溶液与足量Al充分反应，生成的H2的物质的量相同。

（　　）

（3）化学方程式4Na＋O2===2Na2O可表示4mol钠原子和1mol氧气分子生成2mol氧化钠。

（　　）

（4）根据离子方程式Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑可知1g镁与足量氢离子反应可生成1mol氢气。

（　　）

（5）化学反应前后质量和物质的量均守恒。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×

2．对于铝和烧碱溶液的反应，下列说法错误的是（　　）

A．铝是还原剂

B．该反应是氧化还原反应

C．该反应说明所有金属都能与碱反应

D．H2为还原产物

解析　铝与烧碱溶液反应的化学方程式为：

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，分析元素化合价变化可知反应为氧化还原反应，铝是还原剂，H2为还原产物，A、B、D正确。

铝能与烧碱溶液反应，并不能说明所有金属都能与碱反应，如镁、铁、铜等均不与碱溶液反应。

答案　C

3．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　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的化学计量数之比。

答案　D

4．足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是（　　）

A．氢氧化钠溶液B．稀硫酸

C．盐酸D．氢氧化钡溶液

解析　铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式分别为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑，即Al～3H＋，Al～OH－，可知1molAl需NaOH：

1mol，稀H2SO4：

mol，HCl：

3mol，Ba（OH）2：

0.5mol。

故应选D。

答案　D

5．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

【探究讨论】

1．等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量有什么关系？

提示　等量铝与足量盐酸、NaOH溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。

2．等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应，生成H2的量有什么关系？

提示　二者产生氢气体积比为1∶1。

3．足量的铝与等物质的量浓度、等体积的盐酸和NaOH反应，生成H2的量又有什么关系？

提示　足量铝与等物质的量盐酸和NaOH反应，产生H2体积比为1∶3。

【点拨提升】

1．铝与氢氧化钠溶液反应的实质

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

2．铝与盐酸或氢氧化钠溶液反应中四种“量”的关系

（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。

【典题例证1】　甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L－1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为1∶2，则加入的铝粉质量为（　　）

A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g

解析　由6HCl＋2Al===2AlCl3＋3H2↑和2NaOH＋2Al＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，两份等质量的Al都完全反应时，生成的H2也等量，消耗的HCl与NaOH不等量。

实际上HCl、NaOH都为0.3mol，且生成H2的体积比为1∶2，则甲中HCl不足，Al过量；乙中NaOH过量，Al不足。

生成H2的物质的量之比为1∶2，反应的Al的物质的量之比也为1∶2。

与0.3molHCl反应的Al为2.7g，则与NaOH溶液反应的Al为5.4g。

答案　A

【学以致用1】　称取两份铝粉，第一份加入足量的浓NaOH溶液，第二份加入足量的盐酸，如果放出等体积的气体（在同温、同压下），则两份铝粉的质量之比为（　　）

A．1∶2B．1∶3C．3∶2D．1∶1

解析　不论是与NaOH溶液反应，还是与盐酸反应，均是Al失去电子，还原产物都是H2，且都有如下关系：

2Al～6e－～3H2，由化学方程式可知，2molAl生成3molH2，只要在酸碱足量的情况下，生成H2的多少决定于参加反应的铝的多少。

生成相同质量的H2，消耗铝的质量相同。

答案　D

探究二、物质的量应用于化学方程式的计算

【探究讨论】

1．“化学反应前后质量守恒，那么物质的量也一定守恒！

”这种说法正确吗？

提示　错误。

化学方程式中各物质的物质的量之比＝各物质化学计量数之比，所以化学反应前后物质的量可能增大，可能减小，也可能不变。

2．根据化学方程式计算，各物质对应的各物理量的单位左右、上下都必须相同吗？

提示　不一定，由于同一物质的质量与其物质的量成正比关系，同种状况下，气体体积与物质的量成正比关系，因此根据化学方程式计算时，各物质对应的各物理量的单位上、下都必须一致，左、右相互对应（成比例）即可。

【点拨提升】

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。

3．有关物质的量的计算中的“三个规范”

（1）书写规范：

各种符号的书写要规范，大写字母与小写字母的意义各不相同。

如“M”表示摩尔质量，而“m”表示质量，“N”表示微粒数，而“n”表示物质的量。

（2）符号规范：

①设未知数直接用各物理量的符号表示，且要注明物质（或粒子）的符号。

如设参加反应HCl溶液的体积为V[HCl（aq）]。

②各物理量及单位、物质的名称、公式等尽量用符号表示。

如已知NaOH溶液的体积和物质的量浓度，求NaOH溶液的质量时就写成：

m（NaOH）＝c（NaOH）×V[NaOH（aq）]×M（NaOH）。

（3）单位规范：

把已知量代入计算式中计算时都要带单位且单位要统一。

【典题例证2】　向500mLNaOH溶液中投入10.8gAl，二者恰好完全反应，试计算：

（1）Al的物质的量。

（2）参加反应的NaOH的物质的量和溶液的物质的量浓度。

（3）在标准状况下生成H2的体积。

解析　

（1）Al的摩尔质量是27g·mol－1，

n（Al）＝

＝0.4mol。

（2）设参加反应的NaOH物质的量是n。

则2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑

　2mol　　　　2mol

　0.4mol　　　　n

则

＝

，n＝0.4mol，

c（NaOH）＝

＝0.8mol·L－1。

（3）设生成标准状况下的H2的体积是V。

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

2mol3×22.4L

0．4molV

所以V＝

＝13.44L。

答案　

（1）Al的物质的量为0.4mol

（2）参加反应的NaOH的物质的量是0.4mol

NaOH溶液物质的量浓度是0.8mol·L－1

（3）在标准状况下生成H2的体积为13.44L

【学以致用2】　把足量的铁粉投入到硫酸和硫酸铜的混合溶液中，充分反应后，剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等，则原溶液中H＋与SO

的物质的量浓度之比为（　　）

A．1∶4B．2∶7C．1∶2D．3∶8

解析　设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别为x、y。

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑　Δm（固体质量减少）

56g1mol56g

x56x

Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　　Δm（固体质量增加）

56g1mol64g8g

y8y

因为固体在反应前后质量相等，所以Δm（减）＝Δm（增）

56x＝8y，

＝

＝

＝

，

则

＝

＝

。

答案　A

【学以致用3】　把1.1g铁、铝混合物溶于200mL5mol·L－1盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6mol·L－1（溶液体积变化忽略不计）。

求：

（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：

0.2L×5mol·L－1－0.2L×4.6mol·L－1＝0.08mol。

（2）设Al、Fe的物质的量分别为x、y。

2Al　　＋　6HCl===2AlCl3＋3H2↑

2mol6mol

x3x

Fe　　＋　　2HCl===FeCl2＋H2↑

1mol2mol

y2y

解得：

x＝0.02mol，y＝0.01mol。

答案　

（1）0.08mol

（2）Al：

0.02mol；Fe：

0.01mol

1．除去镁粉中的少量铝粉，可选用（　　）

A．硫酸B．氨水

C．盐酸D．氢氧化钠溶液

解析　镁、铝都与硫酸、盐酸反应，都不与氨水反应；铝与NaOH溶液反应，而镁不反应。

答案　D

2．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

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．标准状况下，3.25g锌与足量的盐酸反应生成xL氢气，下列比例式正确的是（　　）

A．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

1mol1mol

3．25gxL

B．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

65g22.4L

3．25gxL

C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

1mol2g

0．05molxL

D．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

65g2g

3．25gxL

解析　比例式应注意单位要“上下一致，左右相当”。

答案　B

5．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＋

6．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：

氢氧化钠　化学纯（CP）

500g

品名：

氢氧化钠

化学式：

NaOH

相对分子质量：

40

（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　n（NaOH）＝

＝

＝0.6mol，

c（NaOH）＝

＝

＝0.6mol·L－1。

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