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2026人教版高中化学必修第一册
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.(2025浙江杭州期中)现有51 g镁铝合金,分为质量相等的两份分别进行如下反应:
Ⅰ.将合金与足量盐酸反应,生成的H2在标准状况下体积为28 L
Ⅱ.将合金与足量氢氧化钠溶液反应,生成的H2在标准状况下体积为16.8 L
则此合金中铝的质量分数为 (　　)
A.24.40%　　　　B.26.47%　　　　C.52.94%　　　D.82.27%
2.(2024江苏镇江一中等五校期末)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.(2025山东济南段考)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.(2024黑龙江双鸭山一中月考)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.某废水处理站用甲醇处理氨废水,反应为NH3+2O2 N+H++H2O,6H++6N+5CH3OH 3N2↑+5CO2↑+13H2O。在处理过程中,NH3转化为N的转化率可达95%,而N转化为N2的转化率可达96%。若每天处理含NH3 0.034 g·L-1的废水500 m3,则理论上每天所需甲醇的质量为 (　　)
A.24.32 kg　 B.30 kg　 C.25.3 kg　 D.4.08 kg
6.(2024陕西西安阶段检测)工业上,利用黄铜矿(主要成分是CuFeS2)冶炼金属,产生的废气可以制备硫酸。某黄铜矿中铜元素的质量分数为a%(假设杂质不含铜、铁、硫元素),其煅烧过程转化率为75%,得到的SO2转化为SO3的转化率为80%,SO3的吸收率为96%。现有黄铜矿100 t,其废气能制备98%的硫酸 (　　)
A.1.8a t　　　　B.2.8a t　　　　C.3.2a t　　　　D.4.5a t
题组四　利用差量法、守恒法计算
7.(2025贵州部分学校期中联考)一定温度下,将Cl2通入适量Ca(OH)2溶液中,产物中可能有CaCl2、Ca(ClO)2、Ca(ClO3)2,与温度高低有关。则反应后溶液中n(Cl-)∶n(ClO-)∶n(Cl)可能为 (　　)
A.1∶1∶1　　　　　　　　　B.6∶1∶1
C.6∶3∶2　　　　　　　　　D.1∶2∶3
8.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.不饱和溶液中溶质的质量分数大于16.10%
能力提升练
题组一　化学计算方法的综合应用
1.(2025河北部分名校联考)某兴趣小组为了测定某铁铝合金中各成分的质量分数,进行了如下实验:取m g该固体,向其中加入一定量的盐酸,固体完全溶解,生成7.84 L(标准状况下测定)气体,再向反应后的溶液中加入过量NaOH溶液,过滤、洗涤、干燥、灼烧,最终得到16.0 g固体(不考虑过程中固体的损失)。已知Al(OH)3可溶解在NaOH溶液中,生成Na[Al(OH)4]。下列说法正确的是 (　　)
A.m=13.5
B.至少需要含0.7 mol HCl的盐酸
C.该合金中,Al的质量分数约为25.2%
D.若m g该合金与足量NaOH溶液反应,则产生氢气的体积为3.36 L
2.(2025天津红桥期末)下列有关金属的说法不正确的是 (　　)
A.相同质量的两份铝,分别放入足量的盐酸和氢氧化钠溶液中,放出的氢气在同温同压下的体积比为1∶1
B.将铁片放入CuSO4溶液中,有红色物质生成,溶液质量减小
C.把一定量的铁粉放入氯化铁溶液中,完全反应后,所得溶液中的Fe2+与Fe3+浓度恰好相等。则已反应的Fe3+与未反应的Fe3+物质的量之比为3∶2
D.把5.1 g镁铝合金的粉末放入过量的盐酸中,得到标准状况下5.6 L H2,该合金中铝和镁的物质的量之比为1∶1
3.(2024四川成都四校联考)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(足量)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.(2025江西宜春期中)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.(2025黑龙江哈尔滨阶段检测)某学习小组通过实验探究绿矾(FeSO4·7H2O,M=278 g/mol)热分解产物的成分。取27.8 g FeSO4·7H2O样品,其受热分解的热重曲线如图所示。
(1)温度为200 ℃时,固体N的化学式为　　　　　。
(2)取500 ℃时样品P,隔绝空气加热到650 ℃得到一种固体Q,同时有两种无色气体生成,且两种气体组成元素相同。写出该过程的化学方程式:　　　　　　　　　　　　。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C　本题有多种解法,如果利用信息Ⅰ进行计算,计算量较大,利用信息Ⅱ可以较快解答本题(破题关键)。将25.5 g镁铝合金与足量氢氧化钠溶液反应,只有铝发生反应,生成的H2在标准状况下体积为16.8 L,据此写出化学方程式进行计算:
2Al+2NaOH+6H2O 3H2↑+2Na[Al(OH)4]
54 g 3 mol×22.4 L·mol-1
m(Al) 16.8 L
,m(Al)=13.5 g,合金中Al的质量分数为×100%≈52.94%。
2.D　Mg+2HCl MgCl2+H2↑
24 g 22.4 L
m(Mg) 1.12 L
解得m(Mg)=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。
名师点睛　 利用化学方程式计算的解题关键
　　(1)书写格式要规范:在根据化学方程式计算的过程中,各物理量、物质名称、公式等尽量用符号表示,且数据的运算要公式化并带单位。
　　(2)单位运用要对应:根据化学方程式计算时,如果题目所给的两个量单位不一致,要注意两个量的单位要“上下一致,左右相当”。
　　(3)如果两种反应物的量都是已知的,求解某种产物的量时,必须先判断哪种物质过量,然后根据不足量的物质进行计算。
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.A　根据甲醇处理氨废水的反应原理,可得关系式NH3~NCH3OH,理论上每天所需甲醇的质量为×32 g·mol-1=2.432×104 g=24.32 kg。
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。
6.A　根据题中转化过程中物质变化及硫原子守恒可得关系式:CuFeS2~2SO2~2SO3~2H2SO4,根据黄铜矿中铜元素的质量分数为a%可得100 t黄铜矿中n(CuFeS2)=n(Cu)= mol,则根据关系式及各步的转化率可知n(H2SO4)=2n(CuFeS2)×75%×80%×96%=1.8a×104 mol,则能制备98%的硫酸的质量为=1.8a×106 g=1.8a t。
7.B　氧化还原反应过程中要满足得失电子守恒,Cl2每生成1 mol Cl-得1 mol电子,每生成1 mol ClO-失去1 mol电子,每生成1 mol Cl失去5 mol电子,则n(Cl-)=n(ClO-)+5n(Cl),只有B项符合。
8.D　向26 g混合物样品中加入100 g硫酸铜溶液,恰好完全反应得到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%<16.10%,D错误。
能力提升练
1.B　由题意可知,实验过程中铁铝合金与盐酸完全反应生成金属氯化物和氢气,向反应后的溶液中加入过量氢氧化钠溶液,将溶液中的Al3+转化为Na[Al(OH)4],Fe2+转化为Fe(OH)2沉淀,Fe(OH)2易被O2氧化,过滤、洗涤、干燥、灼烧得到Fe2O3;由铁原子守恒可知,合金中铁的质量为×2×56 g/mol=11.2 g,由反应生成标准状况下氢气的体积为7.84 L可知,合金中铝的质量为(-0.2 mol)××27 g/mol=2.7 g,则m=11.2+2.7=13.9。由分析可知,m=13.9,A错误;合金中铁、铝的物质的量分别为0.2 mol、0.1 mol,则至少需要盐酸中含HCl 0.2 mol×2+0.1 mol×3=0.7 mol,B正确;合金中铝的质量分数为×100%≈19.4%,C错误;未指明气体所处状况,m g合金与足量氢氧化钠溶液完全反应生成氢气的体积不一定为3.36 L,D错误。
2.C　铝分别放入足量的盐酸和氢氧化钠溶液中,分别发生反应:2Al+6H+ 2Al3++3H2↑、2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑,均可得关系式:2Al~3H2↑,则相同质量的两份铝,分别放入足量的盐酸和氢氧化钠溶液中,放出的氢气的物质的量相同,在同温同压下的体积比为1∶1,A正确;铁片放入CuSO4溶液中发生反应:Fe+Cu2+ Fe2++Cu,有红色物质生成,溶解的铁的质量小于析出的铜的质量,则溶液质量减小,B正确;一定量的铁粉放入氯化铁溶液中发生反应:Fe+2Fe3+ 3Fe2+,完全反应后,所得溶液中的Fe2+与Fe3+浓度恰好相等,若生成3 mol Fe2+,需消耗2 mol Fe3+,则已反应的Fe3+与未反应的Fe3+物质的量之比为2∶3,C错误;5.1 g镁铝合金的粉末放入过量的盐酸中,发生反应:Mg+2H+ Mg2++H2↑、2Al+6H+ 2Al3++3H2↑,得到标准状况下5.6 L H2,物质的量为0.25 mol,设合金中铝和镁的物质的量分别为a mol、b mol,则27a+24b=5.1,1.5a+b=0.25,解得a=0.1、b=0.1,所以该合金中铝和镁的物质的量之比为1∶1,D正确。
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;加热后的固体为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.答案　(1)FeSO4·H2O　(2)2FeSO4 Fe2O3+SO2↑+SO3↑
解析　(1)27.8 g FeSO4·7H2O样品的物质的量为0.1 mol,含有的n(H2O)=0.7 mol,n(FeSO4)=0.1 mol,m(FeSO4)=15.2 g,则P为FeSO4。受热分解过程中先失去的是结晶水,FeSO4·7H2O逐步失去结晶水生成P,设M的化学式为FeSO4·aH2O、N的化学式为FeSO4·bH2O;0.1×(152+18a)=22.4,a=4,0.1×(152+18b)=17.0,b=1,则M的化学式为FeSO4·4H2O、N的化学式为FeSO4·H2O。
(2)P为FeSO4,取500 ℃时样品P,隔绝空气加热到650 ℃得到一种固体Q,P→Q为FeSO4分解为铁的氧化物同时生成硫的两种氧化物,根据铁原子守恒,Q中含有0.1 mol Fe,则Q中n(O)==0.15 mol,所以Q的化学式为Fe2O3;根据原子守恒、得失电子守恒,配平反应的化学方程式为2FeSO4 Fe2O3+SO2↑+SO3↑。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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