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第三章 金属及其化合物
第一节 金属的化学性质
第2课时 铝和氢氧化钠溶液的反应
及物质的量在化学计算中的应用
四、铝与氢氧化钠溶液的反应
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
五、物质的量在化学计算中的应用
1.化学计量数与物质的量的关系
化学计量数之比=物质的量之比
2.物质的量应用于化学方程式计算的基本关系
3.物质的量应用于化学方程式计算的解题步骤
(1)设未知数
(2)写方程式
(3)建立已知数与未知数之间的定量关系
(4)解答
1.把一质量为2.3 g的钠用一铝箔(上面用针刺有许多小孔)包好,放入到足量水中,理论上可收集到氢气(标准状况下)( )
A.1.12 L B.2.24 L
C.略大于1.12 LD.略小于1.12 L
答案 C
解析 本题中钠与水反应,生成氢气的物质的量为0.05 mol,产生0.1 mol的氢氧化钠,铝箔又与产生的氢氧化钠溶液反应生成氢气,故收集到的氢气应大于0.05 mol。
知识点二 物质的量在化学方程式计算中的应用
2.1.15 g金属钠与水反应后,得到100 mL溶液,试计算:
(1)生成的气体在标准状况下是多少毫升?
(2)反应后所得溶液的物质的量浓度是多少?
答案 (1)560 mL (2)0.5 mol·L-1
解析 根据物质的量、质量和摩尔质量的关系,先计算出1.15 g钠的物质的量,然后根据化学反应中各物质之间的化学计量数之比,计算出所得溶液的浓度和生成H2的体积。
(1)Na的摩尔质量是23 g·mol-1
n(Na)==0.05 mol
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
2 mol2 mol22.4 L
0.05 moln(NaOH) V(H2)
==
n(NaOH)==0.05 mol
V(H2)==0.56 L=560mL
(2)c(NaOH)===0.5 mol·L-1
总结 由此可以看出,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。因此,物质的量(n)、摩尔质量(M)、浓度(c)和气体摩尔体积(Vm)应用于化学方程式进行
计算时,对于定量研究化学反应中各物质之间的关系会更加方便。
1.除去镁粉中的少量铝粉时,可选用的溶液是( )
A.盐酸 B.硫酸镁 C.稀硫酸 D.氢氧化钾溶液
答案 D
解析 镁和铝都是较活泼的金属,都可与盐酸、稀硫酸反应放出氢气,所以不能除去其中的铝,而硫酸镁不与铝反应,同样也不能除去铝,只有氢氧化钾能与铝反应生成氢气而不与镁反应。
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
答案 B
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。
3.等质量的两份铝粉分别与足量的氢氧化钠溶液和稀硫酸反应,若消耗两溶液的体积相等,则两溶液的物质的量浓度之比是( )
A.1∶2B.2∶3C.3∶2D.1∶1
答案 B
解析 依题意两份铝粉的物质的量相等,设
n(l)=1 mol2Al + 3H2SO4 === Al2(SO4)3 + 3H2↑
2 mol 3 mol
1 mol n(H2SO4)
得n(H2SO4)=1.5 mol
2Al + 2NaOH+2H2O === 2NaAlO2+ 3H2↑
2 mol 2 mol
1 mol n(NaOH)
得n(NaOH)=1 mol
两溶液体积相等,
故c(H2SO4)∶c(NaOH)=n(H2SO4)∶n(NaOH)=1.5∶1=3∶2
4.将a mol钠和a mol铝一同投入m g足量水中,所得溶液密度为d g·mL-1,则该溶液的溶质质量分数为( )
A.% B.%
C.% D.%
答案 C
解析 由反应2Na+2H2O===2NaOH+H2↑和反应2A
l+2NaOH+2H2O===2NaA
lO2+3H2↑,得到在反应过程中生成的H2合计为2a mol,生成的NaA
lO2为a mol,所以得到溶质质量为82a g,溶液质量为23a g+27a g+m g-4a g=(46a+m)g,所以得到溶质的质量分数为82a g/(46a+m)g×100%
5.b g某金属与足量的稀硫酸反应,生成该金属的三价正盐和a g氢气。该金属的相对原子质量为( )
A. B. C. D.
答案 C
解析 本题考查的知识点是氧化还原反应的计算。依据在氧化还原反应中氧化剂得电子数与还原剂失电子数相等,可得:×3=×2,得M=。
备课资源 质量比为2∶3的金属铝分别跟足量稀H2SO4和NaOH溶液反应,则产生H2的体积比是(同条件下)( )
A.1∶2 B.1∶3 C.2∶3 D.3∶2
答案 C
解析 方法Ⅰ:设Al的质量分别为2 g和3 g
2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑
54 g 3×2 g
2 g g
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
54g 3×2 g
3 g g
则∶=2∶3
方法Ⅱ: (电子守恒法)质量比为2∶3的Al在反应中失电子数也为2∶3,则H+得电子数为2∶3,产生H2的物质的量之比也为2∶3。
6.两种金属混合物粉末15 g,与足量的盐酸反应时生成标准状况下11.2 L氢气,符合上述情况的金属混合物是( )
A.Mg、Fe B.Zn、Ag
C.Al、Zn D.Mg、A
l
答案 AC
解析 (1)极限法
标准状况下11.2 L H2是1 g,与足量盐酸反应生成1 g H2需上述金属:Mg—12 g,Ag不反应可视为无穷大,Al—9 g、Zn—32.5 g、Fe—28 g,该题中两种金属混合生成1 g H2时所需质量为15 g,应介于两金属分别与HCl反应生成1 g H2时消耗金属量的中间。
(2)平均摩尔电子质量法
生成11.2 L H2,需转移1 mol电子。即金属的平均摩尔电子质量为15 g/mol。其中Mg、Fe、Zn、Al的摩尔电子质量分别为12 g/mol,28 g/mol,32.5 g/mol和9 g/mol,而Ag不反应,其值可认为无限大,故A、C符合情况。
7.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,生成氢气的体积比为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.甲中铝过量,乙中碱过量
C.甲中酸过量,乙中铝过量
D.甲中酸过量,乙中碱过量
答案 B
解析 根据2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑和2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,把等体积、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,生成氢气的体积比为5∶6,可推断得出甲中铝过量、乙中碱过量的结论。
8.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 mol,则铝的物质的量为( )
A.0.2 mol B.0.1 mol
C.0.05 mol D.0.025 mol
答案 B
解析 0.1 mol Na产生H2为0.05 mol,生成0.1 mol NaOH,而反应共释放H2为4.48/22.4=0.2 mol,因此Al与NaOH反应放出0.15 mol H2,
2Al~3H2
2 3
x 0.15 mol
x=0.1 mol
9.向一个铝制易拉罐中充满CO2,然后往罐内注入足量的浓NaOH溶液,立即用胶布密封罐口,不多会儿听到易拉罐“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______________________________________________。
答案 (1)CO2被吸收而被外界大气压压瘪 2OH-+CO2===CO+H2O
(2)由于铝与碱反应生成H2,压强增大而重新鼓起 2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
解析 在易拉罐内充入CO2后加入NaOH溶液,会发生反应2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O,而使罐内气体压强减小,所以在外界大气压的作用下而变瘪;而后过量的NaOH会与易拉罐的成分铝发生反应而生成H2,发生的反应是2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,所以罐内压强会变大,易拉罐又会重新鼓起来。
备用资源 下图是测定镁粉(含铝粉)的纯度的实验装置。所用的NaOH浓度为4.5 mol·L-1。
不同时间电子天平的读数如下表所示:
(1)试计算样品中镁的质量分数。
(2)反应后溶液(溶液的体积变化忽略)的c(OH-)。
答案 (1)30.77% (2)0.5 mol·L-1
解析 (1)设镁、铝混合物中铝的物质的量为x
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
2 mol 3 mol
x =0.6 mol
x=0.4 mol
由题意知:所加镁、铝混合物质量为
135.6 g-120 g=15.6 g
w(Mg)=×100%
=30.77%
(2)c(OH-)=
=0.5 mol·L-1
10.Fe和A
l是两种常见的金属,将它们按一定的质量比组成混合物。
(1)取一定质量的该混合物,向其中加入足量的NaOH溶液,生成气体的体积在标准状况下为a L,则反应的离子方程式为;混合物中的A
l的物质的量为(用含字母的数学式表示)。
(2)另取相同质量的该混合物,向其中加入足量的稀硫酸,固体全部溶解,生成气体的体积在标准状况下为b L,则反应中转移电子的物质的量为;混合物中Fe的质量为(用含字母的数学式表示)。
答案 (1)2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
mol (2) mol g
解析 (1)标准状况下的a L H2是Al与NaOH溶液反应生成的。
由2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑
可知:n(Al)=mol。(2)在反应中金属失去的电子与H+得到的电子是相等的;
n(H2)=mol,则反应中转移电子的物质的量为 mol。
等质量的Al与酸反应生成的H2和与碱反应生成的H2是相等的,即铝与酸反应生成的H2,标准状况下也为a L。Fe与硫酸反应生成标准状况下的H2为 mol,混合物中Fe的质量为 g。
11.将一定质量的铝分为两等份,一份投入到100 mL的盐酸中恰好完全反应后得到氯化铝溶液和氢气;另一份加入到100 mL 2mol/L的NaOH溶液恰好完全反应,则
(1)两份铝充分反应后共得到H2多少L(标况下)
(2)盐酸的物质的量浓度为多少?
答案 (1)13.44 L (2)6 mol/L
解析 因为铝与NaOH溶液恰好完全反应,根据反应方程式2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,可得到0.2 mol的NaOH能产生氢气0.3 mol,而再根据铝与盐酸的反应式2Al+6HCl===2lCl3+3H2↑,可得只要铝完全反应两溶液中产生的氢气相等,所以共产生氢气0.6 mol,即在标况下的体积为13.44 L;根据反应方程式可得,盐酸的物质的量浓度为0.6 mol/0.1 L=6 mol/L。
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