9物质的量应用于化学方程式的计算

1物质的量应用于化学方程式的计算一．基本知识梳理1．物质的量应用于化学方程式计算的理论依据[推导]2H2＋O2======2H2O化学计量数v之比2：1：2（B的化学计量数的符号为Bv单位为一）×6.02×10232×6.02×1023：1×6.02×1023：2×6.02×1023物质的量之比2mol：1mol：2mol×Vm气体体积之比2L：1L：2L[结论]化学方程式中各物质的化学计量数之比＝粒子数之比＝物质的量之比。对于气体，化学计量数比＝物质的量比＝体积比。2．物质的量应用于化学方程式的计算。例1．完全中和0.1molNaOH需要H2SO4的物质的量是多少？所需H2SO4的质量是多少？[分析]此题是直接将物质的量应用于化学方程式的计算。根据方程式中各物质化学计量数比＝物质的量比，很容易求出n(H2SO4)，在此基础上再利用m(H2SO4)＝n(H2SO4)·M(H2SO4)，即可求得H2SO4质量。下面我们看一下规范的解题格式。解：设所需H2SO4的物质的量为n(H2SO4)2NaOH＋H2SO4＝Na2SO4＋2H2O210.1moln(H2SO4))()()()(4242SOHnNaOHnSOHvNaOHv＝)(1.01242SOHnmol＝n(H2SO4)＝molmol05.021.01＝m(H2SO4)＝n(H2SO4)·M(H2SO4)＝0.05mol×98gmol－1＝4.9g答：完全中和0.1molNaOH需要0.05molH2SO4，所需H2SO4的质量为4.9g。例2．将8.75g含杂质4％的铁粉与足量的2mol/L的稀盐酸完全反应（杂质不参加反应）计算点燃（粒子数之比）2（1）参加反应的稀盐酸的体积。（2）生成H2的体积（标准状况）[分析]在上一例题直接将物质的量应用于化学方程式计算的基础上，此题综合了物质的量、物质的量浓度、气体摩尔体积等概念，但依据方程式计算的原则不变，再清楚各物理量间的换算关系，便可顺利解答。解：设参加反应的稀盐酸的体积为V[HCl(aq)]，生成H2的体积为V(H2)n(Fe)＝molmolggFeMFem15.056%)41(75.8)()(1＝＝Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑1210.15mol2mol/L×V[HCl(aq)]mVHV)(2)]([)()()()(aqHClVHClcFenHClvFev＝)()()()()]([HClcFevFenHClvaqHClv＝＝Lmolmol/2115.02＝0.15L)()()()(22HvVFenHvFevm＝V(H2)＝)()()(2FevVFenHvm＝14.2215.011molLmol＝3.36L答：参加反应的稀盐酸的体积为0.15L，生成H2的体积在标准状况下为3.36L。例3．将一定量Na2O2溶于水配成100mL溶液，放出O2在标况下体积为672mL，求（1）Na2O2质量（2）生成溶液的溶质的物质的量浓度。解：设Na2O2的质量为m(Na2O2)，所得溶液中NaOH的物质的量浓度为C(NaOH)n(O2)＝molmolLLVOVm03.04.22672.0)(12＝＝2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑3241)()(2222ONaMONamc(NaOH)×0.1L0.03mol)()()()()(22222222OnONaMONamOvONav＝m(Na2O2)＝)()()()(222222OvOnONaMONav＝103.07821molmolg＝4.68g)()]([)()()(22OnaqNaOHVNaOHcOvNaOHv＝c(NaOH)＝)]([)()()(22aqNaOHVOvOnNaOHv＝Lmol1.0103.04＝1.2mol/L答：Na2O2的质量为4.68g。生成溶液中NaOH的物质的量浓度为1.2mol/L。[总结]例2、例3，类型相近，只是未知数的变换，从上面例题可以看出：物质的量应用于化学方程式的计算实际上是前面所学知识和技能的综合运用，涉及中学化学反应中许多有关的物理量及各物理量间的换算，应逐步培养自己综合运用知识和技能的能力。3．本章小结（1）相互转化关系V（标况下Vm＝22.4L/mol）×Vm÷VmmnN溶解m(溶质)×V(aq)÷V(aq)×m(aq)÷m(aq)cLMwmLc11000＝mLMcLw10001＝÷M×M×NA÷NA4（2）阿伏加德罗定律及其推论1．内容：同T同P下相同体积的任何气体含有相同数目的分子。（五同）2．推论推论一：同T同P2121VVnn＝推论二：同T同V2121PPnn＝推论三：同T同P2121MrMr＝21＝D2（相对密度）3．摩尔质量（或相对分子质量）的计算①已知标况下密度M＝·22.4L/mol②已知相对密度D2M1＝M2·D2③求混和气体平均摩尔质量M＝MA·nA％＋MB·nB％＋……＝MA·VA％＋MB·VB％＋……（3）方程式的计算同T同P下，任何一个化学方程式各物质化学计量数比＝物质的量比。对于气体，化学计量数比＝物质的量比＝体积比（4）配制一定物质的量浓度的溶液掌握方法，熟悉操作，正确分析实验误差。二．经典例题分析例1．将1.15gNa投入水中，要使溶液中水分子与钠离子个数比为100：1，需加水的质量为多少？[分析]钠投入水中形成NaOH溶液，1100)()(2＝NaNOHN即1100)()(2＝NanOHn，因Na与H2O反应要消耗H2O，所以需加水的质量应为溶液中水加上消耗的水。解：设生成NaOH的物质的量为n(NaOH)，消耗水的物质的量为n(H2O)，溶液中水的物质的量为n′(H2O)n(Na)＝12315.1)()(molggNaMNam＝＝0.05mol2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑2220.05moln(H2O)n(NaOH)n(H2O)＝2205.0)()()(2molNavOHvNan＝＝0.05moln(NaOH)＝2205.0)()()(molNavNaOHvNan＝＝0.05mol＝0.05mol5n(Na+)＝n(NaOH)1001)(')(2＝OHnNann’(H2O)＝n(Na)·100＝0.05mol×100＝5moln[H2O(总)]＝n(H2O)＋n’(H2O)＝5mol＋0.05mol＝5.05molm[H2O(总)]＝n[H2O(总)]·M(H2O)＝5.05mol×18gmol－1＝90.9g答：需加水的质量为90.9g。[总结]此题进一步加深了对物质的量概念的理解。勿忘此反应消耗水是正确解题的关键。例2．今有一种H2和CO（体积比为1：2）的混合气体VL，当其完全燃烧时，所需O2的体积应为多少？[分析]对于气体来说，化学计量数比＝体积比，仔细分析2个化学反应，会发现无论是H2还是CO，完全燃烧时所需O2的体积均为各自的21，因此无论H2、CO按何种体积比混合v[O2(总)]＝21v(混)解：2H2＋O2======2H2O2CO＋O2=======2CO22121对于气体，化学计量数比＝体积比即12)()()()(2222＝＝OVHVOvHv12)()()()(22＝＝OVCOVOvCOv因此，无论H2、CO以何种体积比混和，所需O2的体积都是混和气体总体积的一半。即V(O2)＝LV2。答：所需O2的体积应为LV2。[总结]当某混合物中各组分对某一物质具有相同的化学计量数比时，该混合物对这一物质也具有此比值。因此无需依据方程式逐个计算，再求总和。例3．将2.4mol某金属投入到1.8L2mol/L的强酸中，两者恰好完全反应，得标准状况下H280.64L，则该金属的化合价为，强酸为元酸。解：n(酸)＝C(酸)·V(酸)＝2mol/L×1.8L＝3.6moln(H2)＝molLLVHVm/4.2264.80)(2＝＝3.6mol∵n(酸)＝n(H2)＝3.6mol∴该强酸为二元酸设金属为R，化合价为n，则有点燃点燃62R＋nH2X＝R2Xn＋nH2↑2n2.4mol3.6mol34.26.32)(2＝＝molmolHnn＝3[总结]此题求化合价，求几元强酸实质是确定方程式中的化学计量数。例4．32.5gZn跟足量稀H2SO4反应，把制得的H2完全用来还原CuO，可制得Cu的质量为多少？[分析]此题涉及2个反应，可以以H2为桥梁，直接建立已知和未知的联系。解：设可制得Cu的质量为m(Cu)Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑H2＋CuO=====Cu＋H2On(Zn)＝1655.32)()(molggZnMZnm＝＝0.5molZnCu1mol64g0.5molm(Cu)gmolgmolCum321645.0)(答：可制得Cu的质量为32g。[总结]连续发生的多个反应，只要求计算最后的某个量时，可用关系式求解，中间量不需解出。使用这种方法时，特别要注意多个反应之间的关系是：前一个反应的生成物是后一反应的反应物。例5．将2.5molNaOH与98gH2SO4混和，生成Na2SO4的物质的量为多少？解：n(H2SO4)＝142429898)()(molggSOHMSOHm＝＝1mol设生成Na2SO4的物质的量为n(Na2SO4)2NaOH＋H2SO4＝Na2SO4＋2H2O2112.5mol1moln(Na2SO4)n(NaOH)＝112mol＝2mol2.5moln(NaOH)过量以n(H2SO4)计算n(Na2SO4)＝111mol＝1mol答：生成Na2SO4的物质的量为1mol。[总结]当参加反应的几种物质同时给出具体量时，需通过计算判断某物质是否过量，以不过量物质做为计算依据。这一点需特别引起注意。例6．将CO2通入含NaOH0.8g的烧碱溶液中，将产物在减压低温蒸干后可得固体1.37g，△7问：（1）产物是什么物质？（2）通入CO2的物质的量为多少？解：n(NaOH)＝1408.0)()(molggNaOHMNaOHm＝＝0.02mol假设全部是CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O（1）Na2CO32106g0.02molm(Na2CO3)m(Na2CO3)＝ggmolgmol37.106.1210602.011＝假设全部是CO2＋NaOH＝NaHCO3（2）NaHCO3184g0.02molm(NaHCO3)同理可计算出m(NaHCO3)＝1.68g1.37g可见同时发生了（1）（2）两个反应由此判断产物是Na2CO3、NaHCO3的混合物设用于第（1）个反应的CO2的物质的量为x用于第（2）个反应的CO2的物质的量为yCO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH＝NaHCO3121111x2xxyyy根据题意2x＋y＝0.02mol106gmol－1·x＋84gmol－1y＝13.7g解得x＝0.005moly＝0.01moln(CO2)＝x＋y＝0.005mol＋0.01mol＝0.015mol答：产物是Na2CO3、NaHCO3的混合物，通入CO2的物质的量为0.015mol。此题也可用另一种解法：[法二]设通入的CO2先生成正盐，生成Na2CO3的质量为m(Na2CO3)CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O1mol2mol106gn(CO2)0.02molm(Na2CO3)n(CO2)＝0.01molm(Na2CO3)＝molgmol210602.0＝1.06g1.37g接着发生反应Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3△m1mol62gn’(CO2)1.37g－1.06g8gggCOnmol06.137.162)('12＝n’(CO2)＝0.005moln[CO2(总)]＝n(CO2)＋n’(CO2)＝0.01mol＋0.005mol＝0.015mol答：产物是Na2CO3、NaHCO3的混合物，通入CO2的物质的量为0.015mol。[总结]此题是讨论题，CO2通入一定量