第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
第1课时 合金
基础过关练
题组一 合金的性质及用途
1.合金的应用极大地促进了人类社会的发展。下列不属于合金的是 ( )
甲 乙
丙 丁
A.图甲:滑雪杖(铝、镁等)
B.图乙:地铁阻燃橡胶地板
C.图丙:航母甲板(钢)
D.图丁:潜水器外壳(钛、铝等)
2.社会的进步与时代的发展充满了人类智慧的结晶。下列有关说法中错误的是 ( )
A.合金为纯净物,具有许多优良的物理、化学或机械性能
B.不锈钢是最常见的一种合金钢,不容易生锈
C.硬铝是一种铝合金,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料
D.近年来,人们又设计和合成了许多新型合金,如储氢合金、钛合金等
3.(教材习题改编)下列有关合金的说法中,正确的是( )
①合金材料中不可能含有非金属元素
②铝合金的熔点比纯铝的低
③我国最早使用的合金是钢
④改变原料的配比及生成合金的条件,可得到具有不同性能的合金
⑤合金中金属元素都以化合态存在
⑥碳素钢和生铁的主要成分相同,但二者性能不同
A.②③⑥ B.②④⑥
C.①②⑤ D.①③④
题组二 铁合金
4.金属材料的使用见证了人类文明发展过程,历史上人类冶炼部分金属的大致年代如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.由图可知最早冶炼的金属为Au
B.人类最早使用的合金为铁合金
C.铝是地壳中含量最高的金属元素,但铝的冶炼时间较晚
D.铁、铁合金、铁的氧化物都为金属材料
5.(经典题)《天工开物·五金》中记载:“若造熟铁,则生铁流出时,相连数尺内,低下数寸,筑一方塘,短墙抵之。其铁流入塘内……众人柳棍疾搅,即时炒成熟铁。”以下说法不正确的是 ( )
A.碳素钢与生铁的组成元素相同
B.生铁比熟铁质地更硬,延展性稍差
C.炒铁是为了提高铁水中碳的含量
D.该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工
题组三 铝和氧化铝的性质
6.取两块大小一样的铝片,进行如图实验:
根据该实验,下列说法不正确的是 ( )
A.氧化铝有保护作用,因此烧杯Ⅰ中没有反应发生
B.烧杯Ⅰ中开始没有气泡,一段时间后才产生气泡;烧杯Ⅱ中立即产生气泡
C.两个烧杯中均发生反应:2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
D.铝制餐具不宜长时间存放碱性食物
7.用铁、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在该反应中是 (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 。
题组四 铝合金
8.2025年3月30日，沈阳桃仙国际机场以象征民航领域最高礼遇“水门礼”，迎接C919国产大飞机的到来。C919使用了大量自主生产的高精尖铝合金材料,我国铝材工业水平处于世界领先行列。下列说法中,不正确的是 ( )
A.常温下,铝制品耐腐蚀是因为铝不活泼
B.铝制餐具不宜长时间盛放酸性食物
C.铝合金密度小、强度高,广泛应用于航空领域
D.工业上可以用NaOH溶液去除铝表面的氧化膜
9.镁铝合金(Mg17Al12)有储氢性能,它在一定条件下完全吸氢的反应为Mg17Al12+17H2 17MgH2+12Al,得到的混合物Y(MgH2、Al)能与酸反应释放出大量氢气。下列说法正确的是 ( )
A.在空气中,将一定比例的Mg、Al单质熔炼成镁、铝合金
B.Mg17Al12是化合物,其中铝元素呈正价
C.1 mol Mg17Al12完全吸氢后得到的Y与盐酸完全反应放出H2在标准状况下的体积为1 164.8 L
D.合金的熔点高于金属镁、金属铝的熔点
题组五 新型合金
10.下列关于新型合金材料说法不正确的是 ( )
A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料
B.钛合金生物相容性好,强度大,可作人造骨骼
C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状
D.利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金
11.金属材料对于促进生产发展、改善人类生活具有重要作用。下列说法中错误的是 ( )
A.通过增加合金内原子层之间的相对滑动难度,使合金的硬度大于纯金属
B.储氢合金属于新型合金,可用于制造以氢气为燃料的汽车
C.纯铝具有强度高、密度小、抗腐蚀能力强等优点,常用于制造飞机外壳
D.稀土元素被称为“冶金工业的维生素”,其加入钢中后可增加钢的韧性、抗氧化性
能力提升练
题组 铝和氧化铝性质的综合考查
1.在杠杆的两端分别挂着质量相等的铝球和铁球,此时杠杆平衡,将两球分别浸没在溶液质量相等的稀NaOH溶液和CuSO4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,盛有稀NaOH溶液的烧杯中溶液澄清
C.反应后去掉两烧杯,杠杆仍平衡
D.铁球表面有红色物质析出,盛有CuSO4溶液的烧杯中溶液蓝色变浅,杠杆右边上升
2.已知铝在空气中会生成一层致密的氧化膜(Al2O3),该氧化膜可与稀盐酸发生反应:Al2O3+6HCl 2AlCl3+3H2O。实验小组将未打磨的铝片和稀盐酸放入密闭容器中,用传感器探究反应过程中温度和压强的变化,结果如图。下列说法不正确的是 ( )
A.反应过程中有热量放出
B.0~50 s,发生稀盐酸与Al2O3的反应
C.50 s时,溶液中溶质只有AlCl3
D.100~140 s,压强减小是因为温度降低
3.一位同学在复习时遇到这样一道习题:某无色溶液中可能含有H+、OH-、Na+、N,加入铝粉后,产生的气体只有H2,问该无色溶液中能大量存在哪几种离子。已知:铝与稀硝酸反应时,生成的气体为NO,NO在空气中会进一步被氧化为红棕色气体NO2。
(1)未开始实验前, (填“能”或“不能”)确定溶液的酸碱性;加入铝粉产生H2,说明铝具有 (填“氧化性”或“还原性”)。
该同学分析:若H+大量存在,则N不能大量存在。设计实验如下:
装置 现象
ⅰ.实验初始,未见明显现象 ⅱ.过一会儿,出现气泡,液面上方呈浅棕色 ⅲ.试管变热,溶液沸腾
(2)盐酸溶解Al2O3薄膜的离子方程式是 。
(3)根据现象ⅱ,推测溶液中产生了NO,将生成NO的离子方程式补充完整: Al+ N+ Al3++ NO↑+ 。
再假设:若OH-大量存在,N也可能大量存在。重新设计实验如下:
装置 现象
ⅰ.实验初始,未见明显现象 ⅱ.过一会儿,出现气泡,有刺激性气味,经检验产生的气体中含NH3
(4)在NaOH溶液中加入铝粉,结果只检验出有H2生成,其化学方程式是 ,该反应的氧化剂为 。
(5)由上述实验得出:该溶液的溶质为 。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.B 2.A 3.B 4.C 5.C 6.A 8.A 9.C
10.D 11.C
1.B 地铁阻燃橡胶地板是有机合成材料,不属于合金。
2.A 合金是混合物,具有许多优良的物理、化学或机械性能。
3.B 合金材料中可以含有非金属元素,如生铁为铁、碳合金,①错误;铝合金的熔点比纯铝的低,②正确;我国最早使用的合金是青铜,不是钢,③错误;改变原料的配比和生成合金的条件等,可得到性能不同的合金,④正确;合金中金属元素不都以化合态存在,如生铁中铁以游离态存在,⑤错误;碳素钢和生铁含碳量不同,两者的性能也不同,⑥正确。
4.C 据题图可知最早冶炼的金属为Cu,A错误;人类最早使用的合金为铜合金,B错误;铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,是地壳中含量最高的金属元素,人类直到19世纪才掌握了冶炼铝的技术,C正确;金属材料包括纯金属和它们的合金,D错误。
5.C 碳素钢与生铁都是铁碳合金,组成元素相同,只是碳的含量不同,A正确;熟铁比生铁质地更软,且延展性好,B正确;炒铁过程中降低了铁水中碳的含量,从而将生铁转化成熟铁,C不正确;题中冶炼方法和近代往生铁水中吹空气炼钢,都是利用空气中的氧气氧化碳元素,其原理基本相同,D正确。
6.A NaOH溶液能和Al2O3反应,Al2O3不能起保护作用,A错误;NaOH溶液与Al2O3反应生成Na[Al(OH)4],Al和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2,故烧杯Ⅰ中开始没有气泡,一段时间后才产生气泡,而烧杯Ⅱ中立即产生气泡,B正确;结合B项分析可知两烧杯中均发生反应:2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑,C正确;Al、Al2O3都能和强碱反应,故铝制餐具不宜长时间存放碱性食物,D正确。
7.答案 (1)过滤 (2)H2(或氢气)
(3)HCl 还原剂 (4)[Al(OH)4]- Fe2+
解析 (1)加入足量NaOH溶液,Al溶解,Fe不溶解,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,在该反应中H2为还原剂。(4)溶液B中阴离子有OH-、[Al(OH)4]-,溶液D中金属离子为Fe2+。
8.A 铝是活泼金属,在空气中易与氧气反应生成致密的氧化物薄膜,保护金属铝不被腐蚀,铝制品耐腐蚀不是因为铝不活泼。
9.C Mg、Al能与空气中的O2等反应,熔炼Mg、Al合金时应隔绝空气,A错误;该合金是金属的混合物,B错误;1 mol Mg17Al12相当于
17 mol镁和12 mol铝,吸收17 mol氢气得到混合物Y,1 mol Mg17Al12和盐酸反应生成的氢气为17 mol+18 mol=35 mol,则总共产生的氢气为35 mol+17 mol=52 mol,其标准状况下的体积为52 mol×22.4 L·mol-1=1 164.8 L,C正确;合金的熔点低于各成分金属的熔点,D错误。
10.D 镧镍合金能大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物,金属氢化物稍稍加热又容易分解,故可用作储氢材料,A正确;钛合金有生物相容性好、强度大等优异性能,常用作人造骨骼,B正确;形状记忆合金具有记忆功能,可在使形状记忆合金发生形变的作用力消失后恢复原状,C正确;耐热合金的熔点很高,D错误。
11.C 合金的硬度大于纯金属的硬度,合金通过增加原子层之间的相对滑动难度,使合金的硬度变大,A正确;储氢合金属于新型合金,B正确;纯铝质软,不能用于制造飞机外壳,硬铝具有强度高、密度小、抗腐蚀能力强等优点,常用于制造飞机外壳,C错误;稀土元素被称为“冶金工业的维生素”,其加入钢中后可增加钢的韧性、耐磨性、耐热性、抗氧化性和耐腐蚀性等,D正确。
能力提升练
1.B 左侧烧杯中Al和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2,使铝球质量减小,右侧烧杯中Fe与CuSO4溶液反应,铁球表面析出铜,Fe+Cu2+ Cu+Fe2+,生成Cu的质量大于消耗Fe的质量,铁球质量增加,反应一段时间后杠杆左边上升,A、C、D项错误,B项正确。
2.C 据题图可知,反应过程中温度升高,即反应过程中放出热量,A正确;Al2O3覆盖在铝的表面,据题图可知,0~50 s压强未增大,即反应中没有产生气体,是Al2O3和稀盐酸发生反应,B正确;50 s时盐酸未反应完,溶液中溶质为AlCl3和HCl,C错误;100~140 s反应停止了,温度降低导致压强减小,D正确。
3.答案 (1)能 还原性 (2)Al2O3+6H+ 2Al3++3H2O (3)1 1 4H+ 1 1 2H2O (4)2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑ H2O (5)NaOH
解析 (1)无色溶液中可能含有H+、OH-、Na+、N,加入铝粉后,产生的气体只有H2,因Al与稀硝酸反应生成NO气体,则H+与N不能同时存在,又H+与OH-不能同时存在,所以无色溶液中不含H+,一定含有OH-,实验前能确定溶液呈碱性。(2)盐酸与氧化铝反应生成氯化铝和水,离子方程式为6H++Al2O3 2Al3++3H2O。(3)Al与H+、N发生氧化还原反应生成Al3+、NO和水,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平得到反应的离子方程式为Al+N+4H+ Al3++NO↑+2H2O。(4)NaOH溶液中加入铝粉,结果只检验出有H2生成,即反应生成四羟基合铝酸钠和氢气,反应为2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑;反应中H2O中H元素化合价降低,得电子,H2O为氧化剂。(5)若同时存在OH-和N,则会生成氨气,题述溶液中加入铝粉后,只产生H2,说明是铝和氢氧化钠溶液反应,则溶质为NaOH。
13(共24张PPT)
1.定义
由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2.性能
在纯金属内加入其他元素形成合金以后,结构发生了变化,使合金的性能与纯金属有很
大的差异。
第二节 金属材料
知识点 1 合金
必备知识 清单破
1.铁合金
知识点 2 几种重要的合金
分类 主要组成元素 主要特性 主要用途
硬铝 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、 Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小,强度高,具有
较强的抗腐蚀能力 用于汽车、飞机、火
箭、轮船等制造业
镁铝合金 Mg、Al 强度和硬度都比纯铝
和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮
船等制造业
2.铝合金
3.新型合金
1.铝与O2反应
在常温下Al能与空气中的O2发生反应:4Al+3O2 2Al2O3。
2.铝与酸、碱的反应
知识点 3 铝和氧化铝
知识拓展 ①Al与酸、碱反应生成H2都是:Al Al3+。
②Al和NaOH溶液的反应中,Al是还原剂,H2O是氧化剂,其电子转移可表示为:
3.氧化铝
(1)两性氧化物:既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物。
(2)Al2O3与酸、碱的反应
1.化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系
化学方程式中化学计量数之比等于粒子个数之比,也等于物质的量之比,对于有气体参
与的反应还等于气体体积之比。
2.利用化学方程式进行计算的步骤
知识点 4 物质的量与化学方程式的计算
知识辨析
1.合金属于混合物,任意两种金属都能形成合金。这种说法是否正确
2.足量的铝粉,分别加入含等物质的量的NaOH、H2SO4溶液中,产生等质量的H2。这种说法
是否正确
3.化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的质量之比,也等于各物质的物质的量
之比。这种说法是否正确
4.化学反应前后反应物和生成物既遵循质量守恒,也遵循物质的量守恒。这种说法是否正确
一语破的
1.不正确。根据合金的概念可知合金属于混合物。两种金属形成合金时,温度需达到成分金
属中熔点高的金属的熔点,但又不能超过成分金属中沸点低的金属的沸点。当一种金属的熔
点高于另一种金属的沸点时,二者不能形成合金。如Fe的熔点(1 535 ℃)高于Na的沸点(883 ℃),即Fe、Na不能形成合金。
2.不正确。铝粉足量,根据2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑和2Al+3H2SO4
Al2(SO4)3+3H2↑可知,当溶液中NaOH和H2SO4的物质的量相等时,生成H2的质量之比为3∶2。
但若Al的质量相等,分别加入足量的NaOH、H2SO4溶液中,产生等质量的H2。
3.不正确。化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比,与各物质的
质量没有直接关系。
4.不正确。化学反应前后反应物和生成物遵循质量守恒,但物质的量不一定守恒。如2Al+
6 HCl 2AlCl3+3H2↑,反应物和生成物的物质的量不相等。
1.反应原理
2Al+6H+ 2Al3++3H2↑
2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
2.量的关系
定量关系
(1)等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应,产生H2的量相等,此时消耗HCl与NaOH的
物质的量之比为3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应,产生H2的物质的量之比为1∶3,此时消耗
铝的物质的量之比也为1∶3。
关键能力 定点破
定点 1 铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH溶液反应,若 < <1,则必定有:①铝与盐
酸反应时,铝过量而盐酸不足;②铝与NaOH溶液反应时,铝不足而NaOH过量。
3.灵活利用数轴分析量的关系
1.物质的量应用于化学方程式计算
解答这类题目,需根据题目的已知信息,厘清发生的化学反应及反应的顺序,找准已知量
和未知量。结合化学方程式建立已知量和未知量的物质的量等数量关系,列出相应的比例式
并计算求解。计算时需注意以下原则:
(1)计算勿忘配平。用于计算的化学方程式一定是已配平的化学方程式。
(2)纯量代入计算。用于计算的量(物质的量、质量、体积、浓度等)一定是纯物质对应的量。
(3)上下单位一致。列出的比例式中,应结合摩尔质量、标准状况下的气体摩尔体积等常量,
使分式上下的量保持单位一致,这样才能建立等量关系。
(4)左右关系相当。列出的比例式中,应注意等式左右的关系,应符合对应化学方程式中各物
质的化学计量数关系。
定点 2 物质的量在化学方程式计算中的应用
2.化学计算中的常用方法
(1)关系式法
当已知量和未知量间靠多个反应联系时,需根据中间产物直接确定已知量和未知量间的
比例关系,即“关系式”。
①根据化学方程式确定关系式
写出发生反应的化学方程式,根据量的关系写出关系式。例如:把CO还原Fe2O3生成的
CO2通入澄清石灰水中,求生成沉淀的量。发生反应的化学方程式为3CO+Fe2O3 2Fe+3
CO2、CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O,则关系式为3CO~3CO2~3CaCO3,即CO~CaCO3。
②根据原子守恒确定关系式
上述例子中也可直接根据碳原子守恒得出CO~CaCO3。
(2)守恒法
守恒关系 特征
质量守恒 宏观:反应前后物质的质量守恒;
微观:反应前后元素的原子个数守恒
得失电子守恒 氧化还原反应中,得失电子守恒
电荷守恒 电解质溶液中,阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数;离子方程式中,反应物所带的电荷总数等于生成物所带的电荷总数,且电性相同
(3)差量法
根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化,找出“理论差量”,如反应前后的质
量差、物质的量差、气体体积差等。该差量的大小与反应物的有关量成正比。差量法就是
借助这种比例关系,解决一定量变的计算题的方法。
以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并
获得Fe3O4的部分工艺流程如下:
学科素养 情境破
素养 证据推理与模型认知——利用金属及其化合物的转化解决化工流程中的问题
情境探究
(情境选自2024天津四十七中模拟)
问题1 碱浸的目的是什么 写出发生反应的离子方程式。
提示 碱浸的目的是除去原料中的Al2O3,离子方程式为Al2O3+2OH-+3H2O 2[Al(OH)4]-。
问题2 “过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2(S为-1价)混合后在缺氧条件下焙
烧生成Fe3O4和SO2,写出该反应的化学方程式。
提示 Fe2O3与FeS2在隔绝O2的条件下反应生成Fe3O4和SO2,Fe2O3中Fe为+3价,FeS2中Fe为+2
价,S为-1价,Fe3O4中Fe可看作+ 价,Fe2O3中Fe共降低 价,FeS2中Fe和S一共升高( +5×2)价,根
据得失电子守恒可确定:Fe2O3前配16,FeS2前配1,进而写出反应的化学方程式为16Fe2O3+FeS2
11Fe3O4+2SO2↑。
问题3 利用FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O通过共沉淀法可以制取纳米Fe3O4,则FeSO4·7H2O和FeCl3·
6H2O物质的量之比是多少
提示 Fe3O4可写成FeO·Fe2O3,所以n(Fe2+)∶n(Fe3+)=n(FeSO4·7H2O)∶n(FeCl3·6H2O)=1∶2。
讲解分析
1.利用Al、Al2O3可溶于强碱的特性,可除去许多物质中的含铝杂质,如:
(1)Mg(Al):加足量NaOH溶液,过滤;
(2)Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液,过滤。
2.解答化工流程图题的方法
(1)答题步骤
(2)举例说明
①题目
某化工厂制备净水剂硫酸铁铵晶体[NH4Fe(SO4)2·6H2O]的一种方案如下:
请分析制备方案中除杂、氧化、系列操作步骤。
②剖析
典例呈现
例题 用赤铁矿石(含Fe2O3、FeO,也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制备α-Fe纳米粉的实验流程
如下(提示:MnO2不溶于稀H2SO4):
回答下列问题:
(1)固体A的成分是 (填写化学式),在滤液A中加H2O2的目的是
(用离子方程式进行说明)。
(2)步骤③中灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、 (填写三种仪器),发生反应的化学方程式为 。
MnO2
2Fe2++2H++H2O2 2Fe3++2H2O
泥三角、坩埚、坩埚钳
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
素养解读 本题以制备α-Fe的实验流程为情境素材,考查铁及其重要化合物等知识的综合应
用,培养学生证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
信息提取 根据题中信息,结合图示转化可知Fe2O3、FeO、Al2O3、CuO均能溶于稀硫酸,固
体A为MnO2;滤液A中加入H2O2能将Fe2+氧化为Fe3+,经调节pH过滤得到的固体B为Fe(OH)3,灼
烧后得到Fe2O3,用H2还原得到Fe粉并制得α-Fe。
解题思路 (1)根据题中信息MnO2不溶于稀H2SO4,则固体A为MnO2。滤液A中加入H2O2能将
Fe2+氧化成Fe3+,其离子方程式为2Fe2++2H++H2O2 2Fe3++2H2O。(2)步骤③灼烧Fe(OH)3,所
需仪器除酒精灯、三脚架外,还需泥三角、坩埚和坩埚钳。灼烧时反应的化学方程式为
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O。
思维升华
金属及其化合物已较多地应用于能源、信息和生物工程等领域,常利用金属及其化合物的转
化解决化工生产中的一些问题;所以在学习元素化合物知识时,要做到理论联系实际,能用学
到的理论知识解释某些具体的实际问题,以体现化学学科的社会价值。第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
第2课时 物质的量在化学方程式计算中的应用
基础过关练
题组一 根据化学方程式计算
1.高炉炼铁过程中存在反应:Fe3O4+CO 3FeO+CO2。下列选项中,可以说明0.3 mol Fe3O4与0.2 mol CO充分反应后物质的种类及其数量情况的是 ( )
A.0.1 mol CO+0.9 mol FeO+0.3 mol CO2
B.0.1 mol Fe3O4+0.6 mol FeO+0.2 mol CO2
C.0.6 mol FeO+0.2 mol CO2
D.0.1 mol Fe3O4+0.2 mol FeO+0.2 mol CO2
2.已知部分被氧化的镁条1.6 g,与足量的盐酸反应,在标准状况下生成H2 1.12 L,在跟盐酸反应前被氧化的镁是 ( )
A.1.2 g B.0.64 g C.0.4 g D.0.24 g
题组二 列方程组计算
3.(经典题)将8.0 g镁铁合金加入500 mL稀盐酸中恰好完全反应,得到标准状况下氢气4.48 L。下列有关说法正确的是 ( )
A.该合金中镁、铁的物质的量之比为2∶1
B.反应中转移电子0.5 mol
C.该盐酸中HCl的物质的量浓度为0.8 mol/L
D.将标准状况下8.96 L HCl气体溶于500 mL水中即可配制成该盐酸
4.将a g镁铝合金投入500 mL 2 mol·L-1的盐酸中,固体完全溶解,收集到气体11.2 L(标准状况)。向反应所得溶液中加入500 mL 2 mol·L-1的NaOH溶液,所得沉淀的质量最大为27.20 g,则a为 ( )
A.18.70 B.10.20 C.15.60 D.11.60
题组三 利用关系式法计算
5.将5.0 g碳酸钙加入到足量的盐酸中,并将生成的气体全部通入足量的红热的炭中充分反应,得到气体的体积(标准状况下)为 ( )
A.1.12 L B.2.24 L C.11.2 L D.22.4 L
6.(经典题)现有Al、CuO、Fe2O3组成的混合物共10.0 g,放入500 mL某浓度的盐酸中,混合物完全溶解,当再加入250 mL 2.0 mol/L的NaOH溶液时,金属离子正好全部转化为沉淀。则上述盐酸的浓度为( )
A.0.5 mol/L B.1.0 mol/L
C.2.0 mol/L D.3.0 mol/L
题组四 利用差量法、守恒法计算
7.取26 g某单质铜和单质锌的混合物样品放于烧杯中,向其中加入100 g硫酸铜溶液,搅拌,恰好完全反应,静置。一定温度下,在烧杯中得到不饱和溶液和25.9 g固体。下列有关说法中,不正确的是( )
A.反应后烧杯中溶液的质量比加入的硫酸铜溶液的质量大0.1 g
B.反应后烧杯底部所得固体呈红色
C.该混合物样品中单质铜的质量分数为75%
D.反应后不饱和溶液中溶质的质量分数大于16.1%
8.将几种铁的氧化物的混合物加入100 mL 7 mol L-1的盐酸中。氧化物恰好完全溶解,在所得的溶液中通入0.56 L(标准状况)氯气时,恰好使溶液中的Fe2+完全转化为Fe3+,则该混合物中铁元素的质量分数约为 ( )
A.79.0% B.75.4% C.71.4% D.63.6%
能力提升练
题组一 化学计算方法的综合应用
1.将等物质的量的Na2O2和Al同时放入足量的水中,充分反应后收集到混合气体4.48 L(标准状况下)。下列说法错误的是 ( )
A.标准状况下,混合气体中氢气与氧气的体积比为3∶1
B.加入的固体过氧化钠为7.8 g
C.反应后有固体剩余
D.反应后的溶液中含有的溶质是NaOH和Na[Al(OH)4]
2.现有Fe、FeO、Fe2O3的混合物粉末3.44 g,加入含0.05 mol H2SO4的稀硫酸恰好完全溶解,并收集到标准状况下气体22.4 mL。向反应后的溶液中滴加KSCN溶液,无明显变化。若将2.15 g该混合物在高温下与足量的CO充分反应,生成CO2的质量为 ( )
A.2.20 g B.1.40 g
C.1.30 g D.1.10 g
3.将22.1 g由Na2CO3和NaHCO3组成的混合物加热至质量不再变化,冷却后称得质量为15.9 g,将残余固体溶于100 mL盐酸中,收集到V L(标准状况下)CO2。下列说法错误的是 ( )
A.V=3.36
B.盐酸的浓度至少为3 mol·L-1
C.原固体混合物中,n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=4∶1
D.若将原固体与足量盐酸充分反应,生成的气体体积为5.6 L(标准状况下)
题组二 与图像相结合的化学计算
4.向100 mL Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中逐渐加入铁粉,充分反应后溶液中固体剩余物的质量与加入铁粉的质量关系如图所示。忽略溶液体积的变化,下列说法正确的是 ( )
A.a点时溶液中阳离子为Cu2+、Fe2+
B.b点时溶液中发生的反应为Fe+Cu2+ Cu+Fe2+
C.c点时溶液中溶质的物质的量浓度为0.05 mol·L-1
D.原溶液中Fe2(SO4)3和CuSO4的物质的量浓度之比为1∶1
5.过氧化钙(CaO2)可用于治理赤潮、应急供氧等。2.76 g CaO2·8H2O样品(含杂质)受热分解过程的热重曲线(样品质量随温度变化曲线,在140 ℃时恰好完全脱水,杂质受热不分解)如图所示。已知:过氧化钙常温下干燥品很稳定,在350 ℃时能迅速分解。下列说法不正确的是 ( )
A.CaO2能与水发生反应,反应的化学方程式为2CaO2+2H2O 2Ca(OH)2+O2↑
B.该样品杂质的含量约为21.7%
C.在350 ℃时,剩余固体(杂质除外)的化学式为Ca
D.在60 ℃时,CaO2·xH2O中x=2
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.B 2.D 3.C 4.B 5.B 6.B 7.D 8.C
1.B 由化学方程式可知,Fe3O4和CO等物质的量反应,当0.2 mol CO完全反应时剩余0.1 mol Fe3O4,同时生成0.6 mol FeO和0.2 mol CO2,故B正确。
2.D
Mg+2HCl MgCl2+H2↑
1 1
n(Mg) 0.05 mol
解得n(Mg)=0.05 mol,则m(Mg)=0.05 mol×24 g·mol-1=1.2 g,m(MgO)=1.6 g-1.2 g=0.4 g;根据n(Mg)被氧化=n(MgO)==0.01 mol,故m(Mg)被氧化=0.01 mol×24 g·mol-1=0.24 g。
3.C 将8.0 g镁铁合金加入500 mL稀盐酸中恰好完全反应,得到标准状况下氢气4.48 L,发生的反应为Mg+2HCl MgCl2+H2↑、Fe+2HCl FeCl2+H2↑,设镁、铁的物质的量分别为x mol和y mol,则,解得x=y=0.1。该合金中镁、铁的物质的量之比为0.1 mol∶0.1 mol=1∶1,A错误;反应中,生成0.2 mol氢气,转移电子为0.4 mol,B错误;n(HCl)=2n(H2)=2×0.2 mol=0.4 mol,则HCl的物质的量浓度为=0.8 mol/L,C正确;将标准状况下8.96 L HCl气体溶于500 mL水中,形成的盐酸的体积不是500 mL,D错误。
4.B 设合金中Mg、Al的物质的量分别为x mol和y mol,溶液中发生反应
Mg+2HCl MgCl2+H2↑
x mol x mol
2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑
y mol y mol
加入NaOH溶液,溶液中Mg2+、Al3+完全沉淀时沉淀质量最大,即x mol Mg(OH)2与y mol Al(OH)3的质量和为27.20 g,由此可列方程组
,
解得x=y=0.20,故a=24×0.20+27×0.20=10.20。
5.B 设最终生成的气体体积(标准状况下)为V,则根据化学方程式CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑、C+CO2 2CO可知:
CaCO3~CO2~2CO
100 g 2×22.4 L
5.0 g V
解得V=2.24 L。
6.B
方法点津 当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时,只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系,利用“关系式”即可进行简便计算。
7.D 向26 g混合物样品中加入100 g硫酸铜溶液,充分反应后得到25.9 g固体,反应后烧杯中溶液的质量比加入的硫酸铜溶液的质量大0.1 g,A正确;锌与硫酸铜反应生成硫酸锌和铜,反应后烧杯底部所得固体呈红色,B正确;设参加反应的锌的质量为x,根据差量法,固体减少量为26 g-25.9 g=0.1 g,则:
Zn+CuSO4 ZnSO4+Cu Δm
65 g 64 g 1 g
x 0.1 g
,x=6.5 g,该混合物样品中单质铜的质量分数为×100%=75%,C正确;反应后溶液的质量为100.1 g,溶质为ZnSO4,n(ZnSO4)=n(Zn)==0.1 mol,m(ZnSO4)=0.1 mol×161 g/mol=16.1 g,故反应后不饱和溶液中溶质的质量分数为16.1 g÷100.1 g×100%<16.1%,D错误。
8.C 铁的氧化物和盐酸恰好反应生成氯化物和水,则铁的氧化物中氧原子的物质的量==0.35 mol,氯气的物质的量为=0.025 mol,根据得失电子守恒,混合物中的Fe2+的物质的量为=0.05 mol,根据电荷守恒可知,混合物中Fe3+的物质的量为=0.2 mol,所以混合物中铁元素的质量分数=×100%≈71.4%,故选C。
能力提升练
1.C 2.D 3.C 4.B 5.C
1.C 假设Na2O2、Al的物质的量均为n mol,则:
2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2↑
2 mol 1 mol
n mol 0.5n mol
2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3 mol
n mol 1.5n mol
混合气体中氢气与氧气的体积之比为1.5n mol∶0.5n mol=3∶1,A正确;生成气体总物质的量为=0.2 mol,所以0.5n mol+1.5n mol=0.2 mol,解得n=0.1,故过氧化钠的质量为0.1 mol×78 g/mol=7.8 g,B正确;0.1 mol Na2O2与H2O反应生成0.2 mol NaOH,0.1 mol Al与0.1 mol NaOH和水反应生成0.1 mol Na[Al(OH)4],因此反应后没有固体剩余,溶液中的溶质是NaOH和Na[Al(OH)4],C错误、D正确。
2.D 利用守恒法解题(破题关键)。根据题意,反应后的溶液中滴加KSCN溶液无明显变化,说明反应后溶液中的溶质是FeSO4,即溶液中n(FeSO4)=n(S)=0.05 mol,故混合物中含Fe元素的物质的量为0.05 mol,即m(Fe)=0.05 mol×56 g/mol=2.8 g,则n(O)==0.04 mol,故该混合物的组成可表示为Fe5O4。则:
Fe5O4+4CO 5Fe+4CO2
344 4×44
2.15 g m(CO2)
,解得m(CO2)=1.10 g。
3.C 加热时发生反应:
2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑ Δm
168 g 106 g 62 g
m(NaHCO3) 6.2 g
解得m(NaHCO3)=16.8 g,则n(NaHCO3)=0.2 mol,原混合物中n(Na2CO3)==0.05 mol,反应后得到的15.9 g固体为Na2CO3,共有=0.15 mol,根据关系式Na2CO3~CO2知,15.9 g固体与盐酸完全反应生成CO2的物质的量也为0.15 mol,则标准状况下CO2的体积为0.15 mol×22.4 L·mol-1=3.36 L,A正确;加热后残留了0.15 mol的Na2CO3,根据关系式Na2CO3~2HCl知,完全反应需0.3 mol HCl,则c(HCl)≥=3 mol·L-1,B正确;由分析可知,原固体混合物中n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)=0.05 mol∶0.2 mol=1∶4,C错误;根据碳原子守恒可知,原固体混合物完全反应可生成0.25 mol CO2,标准状况下V(CO2)=0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L,D正确。
4.B 根据氧化性的强弱(Fe3+>Cu2+)及题图分析:
a点时溶液中阳离子为Cu2+、Fe2+和Fe3+,A错误;b点时发生反应:Fe+Cu2+ Cu+Fe2+,B正确;c点溶液中的溶质为FeSO4,n(FeSO4)=n(S)=n(Fe3+)+n(Cu2+)=×0.02 mol+0.02 mol=0.05 mol,溶液中FeSO4的物质的量浓度为0.05 mol÷0.1 L=0.5 mol·L-1,C错误;n[Fe2(SO4)3]=0.01 mol,n(CuSO4)=0.02 mol,原溶液中Fe2(SO4)3和CuSO4的物质的量浓度之比等于物质的量之比,为1∶2,D错误。
反思升华 结合图像考查元素化合物、化学计算的试题相对较多,解答这类试题,要能看清楚图像所表示的含义,能写出相关的化学方程式,结合图像中特殊点和有关数据能确定物质的成分等,在做题时可能要用到守恒法和讨论法等。
5.C CaO2与Na2O2性质类似,与水的反应为2CaO2+2H2O 2Ca(OH)2+O2↑,A正确;在140 ℃时恰好完全脱水,则结晶水的质量为2.76 g-1.32 g=1.44 g,根据CaO2·8H2O CaO2+8H2O
216 8×18
m(CaO2) 1.44 g
解得m(CaO2)=2.16 g,则样品中杂质为2.76 g-2.16 g=0.60 g,即样品中杂质的含量为×100%≈21.7%,B正确;350 ℃时剩余固体(杂质除外)质量为1.16 g-0.60 g=0.56 g,由Ca原子守恒可知含0.01 mol Ca,则含n(O)==0.01 mol,即n(Ca)∶n(O)=1∶1,故剩余固体(杂质除外)的化学式为CaO,C错误;根据样品中含0.01 mol CaO2·8H2O,60 ℃时失去结晶水为2.76 g-1.68 g=1.08 g,即失去0.06 mol H2O,则60 ℃时CaO2·xH2O中x==2,D正确。
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