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第二节　金属材料
第1课时　常见的合金及应用
[学习目标]　1.从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能,了解合金的概念及特性。2.通过列举常见合金的组成和性能,能科学、合理地选择和使用金属材料, 认识常见合金的重要应用。
学习任务1　认识合金和铁合金
1.合金的概念和特性
(1)合金概念。
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。
注意:合金属于混合物,而不是化合物。
(2)合金性能。
①硬度:合金的硬度一般大于它的各成分金属。
②熔点:合金的熔点一般低于它的各成分金属。
③与纯金属材料相比,合金具有优良的物理、化学或机械性能。
2.铁合金
(1)生铁。
①生铁的含碳量一般为2%～4.3%。
②性能及用途:生铁硬度大、抗压,性脆、可以铸造成型,是制机座、管道的重要材料。
(2)钢。
①钢的含碳量为0.03%～2%。
②钢有良好的延展性,机械性能好,可以锻轧和铸造,广泛用于制造机械和交通工具等。
③钢是用量最大、用途最广的合金,钢的分类如下。
合金钢具有:强度、硬度大,可塑性、韧性好,耐磨,耐腐蚀的特殊性能。
(3)不锈钢。
①合金元素:不锈钢是最常见的一种合金钢,它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)。
②性能:大气中比较稳定,不容易生锈,具有很强的抗腐蚀能力。
③用途:医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材料等。
(4)超级钢。
①合金元素:Mn、C、Al、V。
②性能:强度很大,在应用时能够实现钢板的轻薄化。
③用途:应用于汽车、航空和航天等领域。
　　生铁和钢是两种重要的铁碳合金,在生活中有广泛的用途。纯金属和合金的内部结构比较如图丙所示。
探究　合金的特性及其原因
问题1:生铁和钢是两种重要的铁碳合金,两者的分类依据是什么
问题2:合金一定是由金属组成的混合物吗 铁的熔点是1 538 ℃,钠的沸点是882.9 ℃,两者能形成合金吗
问题3:合金的性质是各成分金属的性质之和吗 结合图丙解释合金比其各成分金属的硬度大的原因。
问题4:根据图丙解释合金的熔点为什么一般比它的各成分金属的熔点低(原子之间存在吸引力)。
问题5:在碳素钢中,由于含碳量不同,高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异;向碳素钢中加入不同的合金元素,可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示
调节。
合金性质的理解
(1)并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点,则两者不能形成合金。
(2)物理性质:合金是由不同金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质,与其各成分金属的物理性质不同。一般说来,合金的熔点比组分金属低,硬度比组分金属大。
(3)化学性质:合金中各物质保持其原有的化学性质。
1.下列有关钢铁的说法正确的是(　　)
[A] 钢是纯净物,生铁是合金
[B] 含Ni、Cr的不锈钢,具有较强的耐腐蚀能力
[C] 生铁的熔点比纯铁的高
[D] 生锈的钢铁制品没有回收价值
2.(2024·河南开封期末)合金的应用促进了人类社会的发展。下列关于合金的说法正确的是(　　)
[A] 稀土金属可以用于生产合金
[B] 在我国,使用最早的合金是钢
[C] 目前用量最大、用途最广的合金是铝合金
[D] 不锈钢和碳素钢都是铁合金,二者性质完全相同
3.某合金与铁的物理性质比较如下:
物质 熔点/℃ 密度/ (g/cm3) 莫氏硬 度(金刚 石为10) 导电性 (银为 100) 其他 性质
某合金 2 500 3.00 7.4 2.3 耐腐蚀
铁 1 538 7.87 4.5 17 纯铁耐 腐蚀
从以上性能看,该合金不适合制成(　　)
[A] 导线 [B] 门窗
[C] 炉具 [D] 飞机外壳
学习任务2　探究铝和铝合金
1.铝的存在和性质
(1)存在:铝是地壳中含量最多的金属元素,铝在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。
(2)化学性质。
①铝是一种活泼金属,常温下就可以与空气中的氧气反应,表面生成一层致密的氧化铝薄膜,对内部金属起着保护作用,其反应的化学方程式为4Al+3O22Al2O3。
②铝、氧化铝与盐酸反应[实验3-4]。
实验 操作
实验 现象 一开始铝片与盐酸无明显变化,一段时间后有无色气泡冒出且逐渐加快,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声
化学 方程式 Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O、 2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
离子 方程式 Al2O3+6H+2Al3++3H2O、 2Al+6H+2Al3++3H2↑
实验 结论 氧化铝和铝均能和盐酸反应
③铝、氧化铝与NaOH溶液反应[实验3-5]。
实验 操作
实验 现象 一开始无气泡产生,一段时间后,有无色气泡冒出且逐渐加快,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口,有爆鸣声 打磨过的铝片放入NaOH溶液立即产生无色气泡,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口,有爆鸣声
化学 方程式 Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]、2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑ 2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
离子 方程式 Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-、 2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑ 2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
实验 结论 铝表面的Al2O3可溶于NaOH溶液;Al可与强碱溶液反应生成氢气,均生成Na[Al(OH)4]
④两性氧化物。
Al2O3是两性氧化物,既能与酸反应,又能与碱反应。
2.铝合金和新型合金
(1)铝合金。
铝合金是目前用途广泛的合金之一。
组成:铝中加入少量的合金元素,如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。
硬铝:密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
(2)新型合金。
①储氢合金:一类能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率大,如Ti-Fe合金、La-Ni合金。
②其他新型合金:钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
题点一　铝和铝合金的性质、用途
1.(2024·江苏苏州昆山中学月考)C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识,正确的是(　　)
[A] 铝锂合金密度较大,强度较小,硬度小于纯铝
[B] 改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金
[C] 铝锂合金不可导电、导热
[D] 铝锂合金的性质与其各成分金属的性质都相同
2.神舟十六号载人飞船的成功发射及与我国空间站天和核心舱的顺利对接再次证明我国的航空铝材处于世界领先的行列。下列关于铝合金的说法错误的是(　　)
[A] 铝合金是一种混合物,它比纯铝的硬度大
[B] 高温铝液易被氧化,铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼
[C] 镁铝合金耐腐蚀,但能被烧碱(NaOH)腐蚀
[D] 镁铝合金在盐酸中无法溶解
题点二　铝与碱的反应的分析、应用
3.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
4.取两份铝片,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量烧碱溶液反应,标准状况下均产生5.6 L气体,则两份铝片的质量之比(　　)
[A] 一定为1∶1 [B] 可能为2∶3
[C] 一定为3∶2 [D] 可能为1∶6
题点三　新型合金的性质、用途
5.下列关于新型合金材料的说法不正确的是(　　)
[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] 生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量高
[D] 利用合金的熔点低于其各成分金属的这一特点可制得耐热合金
6.(2024·甘肃兰州期末)新型合金性能独特,可以满足某些尖端技术的需要。下列关于新型合金材料的说法不正确的是(　　)
[A] 钛合金生物相容性好,强度大,可作人造骨骼
[B] 某品牌钢笔尖采用含有铱元素的合金钢制作,因为其极其耐磨损
[C] 合金中各组分不变,添加比例改变,合金的性能不变
[D] 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
[footnoteRef:0]　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 [0:
命题解密与解题指导
情境解读:本题以具有优异性能的一种新型材料——泡沫铝为素材,考查铝及其化合物的性质、材料的合理选择等内容。
素养立意:通过理解和解释金属及合金的特殊性能,培养宏观辨识与微观探析的能力;通过科学、合理地选择和使用金属材料,促进科学态度与社会责任核心素养的发展。
思路点拨:根据性质决定用途,用途反映性质的基本思路,解读并分解出题目中的化学要素,即明确考查方向,回顾铝及其化合物的物理、化学性质,结合题目中的问题进行解答。要特别注意铝和氧化铝与强碱反应的性质,这是铝及其化合物性质考查的重点方向。]
科研人员向铝合金中加入添加剂后,经过发泡工艺得到一种新型材料——泡沫铝,兼有金属和气泡特征。泡沫铝密度小(为0.16～0.5 g/cm3)、硬度大、吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成型精度高、可进行表面涂装,是一种良好的建筑材料和轻质材料。
(1)下列关于泡沫铝的说法错误的是　　　(填字母,下同)。
A.泡沫铝是铝单质泡沫
B.泡沫铝是一种合金
C.泡沫铝是一种良好的建筑材料和轻质材料
D.泡沫铝可用于飞机制造
(2)铝制成铝箔用于食品包装,是利用它的　　　。
A.金属光泽 　　　 B.延展性 　　　
C.导电性 　　　 D.导热性
(3)铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜而对铝起保护作用,但这层氧化膜遇到强酸或强碱溶液都会溶解。请回答下列问题。
①氧化膜与盐酸反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②氧化膜与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)铝制成铝箔用于食品包装,利用的是铝的延展性,故选B。
(3)Al2O3与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式分别为Al2O3+6H+2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-。
(时间:30分钟　分值:60分)
(选择题1～12题,每小题3分,共36分)
(一)合金和铁合金
1.(2024·江苏扬州期中)科学技术的迅猛发展促进了社会的进步。下列科技成果涉及的材料中,主要成分不属于金属材料的是(　　)
C919飞机外壳 “蛟龙”号耐压球壳
[A] 铝锂合金 [B] 钛合金
航天服 地铁列车车体
[C] 聚酯纤维 [D] 不锈钢
2.合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,合金与纯金属制成的金属材料相比,优点是(　　)
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大　②一般情况下,合金的熔点比它的各成分金属的低　③改变原料的配比、改变生成合金的条件,可以得到具有不同性能的合金　④合金比纯金属的导电性更强　⑤合金比纯金属的应用范围更广
[A] ①②③⑤ [B] ②③④
[C] ①②④ [D] ①③④⑤
3.(2024·广东深圳期末)我国《本草经集注》条目的“灌钢法”中,记载我国古代冶炼钢铁的方法,将生铁(含碳量约2%)和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁中,再锻打成钢。下列说法正确的是(　　)
[A] 生铁的熔点比纯铁的高
[B] 在我国使用最早的合金是生铁
[C] “灌钢法”冶炼制得钢的过程中提高了生铁中的含碳量
[D] 钢的硬度比铁大的原因是钢含碳原子,使铁原子层之间的相对滑动变得困难
(二)铝和铝合金
4.(2025·四川绵阳月考)关于铝及其合金的说法正确的是(　　)
[A] 常温下铝具有较强的抗腐蚀性,主要原因是铝不活泼
[B] 镁铝合金的密度大、强度高,是制造飞机和航天器的理想材料
[C] 铝单质在化学反应中容易失去电子,表现出还原性
[D] 向装有氢氧化钠溶液的试管中放入未打磨的铝片,一直观察不到气泡
5.下列反应的离子方程式书写正确的是(　　)
[A] 氧化铝溶于盐酸:Al2O3+6H+2Al3++3H2O
[B] 铝溶于NaOH溶液:Al+2OH-+6H2O[Al(OH)4]-+3H2↑
[C] 铝溶于盐酸:Al+2H+Al3++H2↑
[D] 氧化铝溶于NaOH溶液:Al2O3+OH-+3H2O[Al(OH)4]-
6.(2024·山西太原期末)下列材料中所涉及的合金不属于新型合金的是(　　)
[A] “深海一号”能源站使用的钢架
[B] “蛟龙号”载人舱是用钛合金制造的
[C] “飞机涡扇”使用的耐高温合金材料
[D] 新能源汽车使用的储氢合金
综合应用
7.短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀采用合金材料——不锈钢制成。下列关于合金的叙述错误的是(　　)
[A] 通过增加原子层之间的相对滑动难度,使合金的硬度变大
[B] 不锈钢中添加镍(Ni)和铬(Cr)等元素,因此不含非金属元素
[C] 储氢合金属于新型合金,可用于以氢气为燃料的汽车
[D] 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
8.(2024·广东汕头期末)化学在生产和日常生活中有重要的应用。下列说法不正确的是(　　)
[A] 目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
[B] 生铁、普通钢和不锈钢中的含碳量依次增加
[C] 在钢中加入稀土元素,可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和
抗氧化性
[D] 铝比铁活泼,但在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀
9.镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述不正确的是(　　)
[A] 此合金的熔点比镁和铝的熔点都低
[B] 此合金能全部溶解于足量稀盐酸中
[C] 此合金能全部溶解于足量氢氧化钠溶液中
[D] 此合金的硬度比镁和铝的硬度都大
10.(2024·江苏连云港期末)钠、镁、铝及其化合物具有重要用途,如钠在700～800 ℃时可将Ti从其氯化物中置换出来,MgO、Al2O3熔点很高,可作耐高温材料。将MgCl2·6H2O直接加热得MgO。工业上可从铝土矿(主要成分是Al2O3)中提取Al,主要步骤是将铝土矿溶于NaOH溶液,过滤得Na[Al(OH)4]溶液,通入足量CO2得Al(OH)3沉淀,Al(OH)3热分解得Al2O3,电解熔融Al2O3得金属Al。下列说法错误的是(　　)
[A] Na可以将Ti从其氯化物中置换出来,是利用了Na的强还原性
[B] Na2O2能与H2O、CO2反应放出O2,可用作呼吸面具中的供氧剂
[C] 可用NaOH溶液除去Mg粉中混有的少量Al粉
[D] 可在Al2O3坩埚中熔化NaOH固体做导电性实验以验证NaOH为离子化合物
11.某溶液与Al反应能放出H2,下列离子在该溶液中一定能大量共存的是(　　)
[A] 、Fe2+、Cl-、
[B] Na+、K+、Cl-、
[C] Mg2+、H+、Cl-、
[D] K+、Ca2+、、Cl-
12.利用废铝箔(主要成分为Al,含少量Mg、Fe等)制明矾[KAl(SO4)2·12H2O]的一种工艺流程如下。
铝箔甲溶液Al(OH)3乙溶液
明矾
已知:[Al(OH)4]-+H+Al(OH)3↓+H2O[若酸过量,Al(OH)3会溶解]。
下列说法不正确的是(　　)
[A] 操作a是过滤
[B] 步骤②中用CO2代替稀硫酸也可以得到Al(OH)3
[C] 步骤③所得溶液中含有的离子只有Al3+、S
[D] 由④可推测,室温下明矾的溶解度小于Al2(SO4)3和K2SO4的溶解度
13.(12分)(2024·云南曲靖月考)金属材料在日常生活、工农业生产和科学研究中有着广泛的用途。
(1)(1分)钢铁是使用最多的金属材料。生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金,其中生铁属于　　　　(填“混合物”或“纯净物”)。
(2)在钢中加入不同的合金元素可以提高其性能,例如,加入钨可以增强合金钢的耐磨性等。用黑钨矿制备钨的过程如图所示。
(注:钨酸是难溶于水的黄色固体)
①(1分)钨酸钠中钨元素的化合价为　　　　。
②填写下表:
步骤 化学方程式 基本反应类型
Ⅱ
Ⅲ 分解反应
Ⅳ
(2)①+6价　②2HCl+Na2WO42NaCl+H2WO4↓　复分解反应　H2WO4WO3+H2O
WO3+3H2W+3H2O　置换反应
14.(12分)某学习小组用图示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。
(1)A仪器名称为　　　　　　　。
(2)实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,其目的是　　　　　　　。
(3)检查气密性,将试剂和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作还有①记录C的液面位置;②将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥、称重;③待B 中不再有气体产生并恢复至室温后,记录C的液面位置;④由A向B滴加足量试剂。上述操作的正确顺序是　　　 　　(填序号)。
(4)B中发生反应的化学方程式为 　 。
(5)若实验用的铝镁合金的质量为a g,测得氢气体积为b mL(已换算为标准状况),B中剩余固体的质量为c g,则铝的相对原子质量为　　　　　　　　。
(6)实验过程中,若未洗涤过滤所得的不溶物,则测得铝的质量分数将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
(3)①④③②
(4)2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
(5)　(6)偏小
(1)由仪器的结构可知,A为分液漏斗。
(2)铝、镁的表面都容易形成一层氧化膜,在实验前必须除去,因此实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。
(3)实验时,记下量气管C的液面位置,再加入NaOH溶液开始反应,待反应完毕并冷却至室温后,记录量气管C的液面位置,最后将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥、称重,因此题述操作的正确顺序是①④③②。
(4)B中发生的反应为铝与NaOH溶液的反应,化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑。
(5)铝镁合金的质量为a g,B中剩余固体镁的质量为c g,则参加反应的铝的质量为(a-c) g,生成的氢气为 mol,根据方程式可知消耗的Al为× mol,所以铝的相对原子质量为。
(6)不溶物为镁单质,若未洗涤过滤所得的不溶物,导致镁的质量偏大,则铝的质量分数偏小。(共86张PPT)
第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用
1.通过探究物质的量在化学方程式计算中的应用,逐步构建以物质的量为中心的各物理量之间关系的知识网络,并体会守恒思想在计算中的应用。2.通过解题格式及思维过程的规范训练, 能掌握物质的量在化学方程式中的应用。
探究物质的量在化学方程式计算中的应用
学习任务1
物质的量在化学方程式计算中的应用
以钠和水反应的化学方程式为例:
化学计量数之比 2 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 1
扩大NA倍 2×NA∶ 2×NA ∶ 2×NA∶ 1×NA
物质的量之比 mol ∶ mol ∶ mol ∶ mol
注:NA表示阿伏加德罗常数的值。
2
2
2
1
结论:①化学方程式中各物质的化学计量数之比= 之比=
之比。
②对于有气体参与的反应,在同温、同压下,各气体的体积之比=
之比。
粒子个数
物质的量
化学计量数
探究　物质的量应用于化学方程式的计算过程中需注意的问题
向500 mL 1 mol/L的NaOH溶液中投入10.8 g Al,计算生成标准状况下H2的体积。
问题1:Al的物质的量是多少 NaOH的物质的量是多少
问题2:两者恰好反应吗 哪种物质完全反应
问题3:生成的H2在标准状况下的体积是多少
归纳拓展
(1)基本计算:已知一种反应物(或生成物)的量求解其他物质的有关量,此时,只要按照化学方程式中量的关系,列出已知物质和待求物质的比例式计算即可。
(2)过量计算: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,然后根据完全反应的物质进行计算。
归纳拓展
(3)书写格式规范、符号规范、单位规范: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;同时注意有效数字的处理。
(4)单位运用对应化: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”。
1.6.2 g氧化钠恰好与200 mL盐酸反应,则此盐酸的物质的量浓度是(　　)
[A] 0.10 mol/L [B] 0.20 mol/L
[C] 0.50 mol/L [D] 1.00 mol/L
D
2.(2025·辽宁七校月考)将12.6 g镁铝合金的粉末加入过量盐酸中,得到标准状况下13.44 L H2。下列说法正确的是(　　)
[A] 合金中铝的质量分数为40%
[B] 将该合金投入过量的氢氧化钠溶液中,产生标准状况下10.08 L H2
[C] 合金中镁的物质的量为0.3 mol
[D] 合金中镁与铝的物质的量之比为1∶1
C
思维建模
根据化学方程式进行计算的基本步骤
探究化学计算中的常用方法
学习任务2
1.关系式法
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,即“关系式”。
应用关系式法的思维模型
[示例1] 一定量的CO在高温下还原足量Fe2O3,生成的CO2全部通入足量的澄清石灰水中,得到10 g沉淀,则参加反应的CO的质量为　　　　g。
2.8
2.守恒法
(1)元素守恒:反应前后元素种类、质量、原子个数不变。
[示例2] 28 g铁粉溶于稀盐酸中,然后加入足量的Na2O2固体,充分反应后过滤,将滤渣加强热,列式计算最终得到的固体质量。
(2)得失电子守恒:氧化还原反应中,元素原子化合价升高的总价数=元素原子化合价降低的总价数,即还原剂失电子的总数=氧化剂得电子的总数。
[A] C [B] CO
[C] CO2 [D] CH4
C
[A] 0.6 mol/L [B] 0.3 mol/L
[C] 0.2 mol/L [D] 0.15 mol/L
B
3.差量法
原理: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、物质的量、气体体积等。结合题目实际差量列出比例式进行解答。
[示例5] 标准状况下,将20 L CO2和CO的混合气体全部通过足量的Na2O2粉末,在相同状况下,气体体积减少到16 L,则原混合气体中CO的体积为(　　)
[A] 4 L [B] 8 L
[C] 12 L [D] 16 L
C
题点一　单一体系的计算(杂质不反应)
1.将12.8 g铜粉加到400 mL 2 mol/L的FeCl3溶液中,充分反应后,下列说法正确的是(假设溶液总体积不变)(　　)
[A] 溶液中产生了黑色固体
[B] 溶液中金属阳离子总物质的量为1 mol
[C] 溶液中Fe2+的物质的量浓度为2 mol/L
[D] 溶液中Fe3+和Fe2+的物质的量之比为1∶2
B
2.用FeSO4将酸性KMnO4还原为MnSO4,消耗3 mL 2 mol·L-1FeSO4溶液时,还原的KMnO4的物质的量为(　　)
[A] 1.0×10-3 mol [B] 1.2×10-3 mol
[C] 2.4×10-3 mol [D] 3.6×10-3 mol
B
3.(2025·西安交大苏州附中月考)将19.5 g锌投入100 mL某浓度的稀盐酸中,锌和稀盐酸恰好完全反应。求:
(1)反应中生成的H2在标准状况下的体积为　　　　 L。
6.72
(2)若用36.5%的浓盐酸(ρ=1.2 g/mL)来配制上述稀盐酸,需要浓盐酸的体积为　　　　mL。
50
题点二　混合体系的计算
4.(2025·四川绵阳中学期末)向6.68 g Fe3O4、Fe2O3、Cu的混合物中加入
0.5 mol/L的硫酸溶液180 mL时,固体恰好完全溶解,所得溶液中不含Fe3+;若用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物,所得固体的质量为(　　)
[A] 5.24 g [B] 5.20 g
[C] 5.28 g [D] 5.76 g
A
【解析】 由题意可知,混合物与稀硫酸反应得到的溶液为FeSO4和CuSO4的混合溶液,设Fe3O4、Fe2O3、Cu的物质的量分别为a mol、b mol、c mol,由混合物的质量可得232a+160b+64c=6.68,由得失电子数目守恒可得a+b=c,由原子个数守恒和电荷守恒可得3a+2b+c=0.09,联立方程可得a=0.015、b=0.01、c=0.025,则由原子个数守恒可知,用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物,所得固体的质量为(0.015 mol×3+0.01 mol×2)×56 g/mol+0.025 mol×
64 g/mol=5.24 g,A正确。
5.把1.1 g铁、铝混合物溶于200 mL 5 mol/L 盐酸中,反应后溶液中HCl的浓度变为4.6 mol/L(溶液体积变化忽略不计)。回答下列问题。
(1)反应中消耗HCl的物质的量为　　 　　。
0.08 mol
【解析】 (1)消耗HCl的物质的量为0.2 L×5 mol/L-0.2 L×4.6 mol/L=
0.08 mol。
(2)该混合物中铝、铁的物质的量分别为　　　　 　　　　。
0.02 mol、0.01 mol
知识整合
某课外活动小组收集了一种合金进行以下探究(已知铜元素的焰色呈绿色):
①合金外观呈暗灰色,表皮光滑;
②在酒精灯上灼烧,火焰呈绿色,合金片熔化,但不滴落;
③取刮去表皮的合金10 g,放入足量的稀硫酸中,收集到标准状况下的H2 8.96 L;
④另取刮去表皮的合金10 g,放入足量的NaOH溶液中,也收集到标准状况下的H2 8.96 L。
(1)试据此判断,该合金中一定含有的元素是　　　 　(写元素符号);可能含有的下列元素是　　　(填字母)。
a.Ag b.Mg c.Na d.Fe
Cu、Al
【解析】 (1)火焰呈绿色,说明有铜元素。等质量的合金与足量的稀硫酸或NaOH溶液反应放出H2的体积相同,说明一定含有铝,而不能再含有其他的活泼金属如Na、Mg、Fe等,且Na的熔、沸点太低,不能与Cu熔合形成合金,则还可能含有不与稀硫酸和NaOH溶液反应的Ag。
a
(2)如果该合金中只含2种元素,则两者的质量之比是　　　　　　 　　。
m(Al)∶m(Cu)=18∶7
命题解密与解题指导
情境解读:本题以探究合金成分为背景,考查物质的量在化学方程式计算中的应用。
素养立意:通过合金成分的确定,熟悉物质的量在化学方程式计算中的应用,强化证据意识、推理能力,同时促进宏观辨识与微观探析核心素养的发展。
思路点拨:借助合金成分的性质,考查其含量,解决这类问题要明确金属的性质,如与酸、碱反应放出氢气等。根据放出H2的量与金属的对应比例,可迅速作出解答。特别是铝合金溶于NaOH溶液中这类问题,首先根据Al与NaOH的反应关系式得出Al的量,然后再确定其他金属的量。
(时间:30分钟　分值:57分)
(选择题1～15题,每小题3分,共45分)
(一)物质的量在化学方程式计算中的应用
1.标准状况下,3.25 g锌与足量的盐酸反应生成x L 氢气,下列比例式正确的是(　 　)
C
【解析】 比例式应注意单位要“上下一致,左右相当”。
[A] 2.24 L [B] 4.48 L
[C] 44.8 L [D] 6.72 L
D
3.(2024·江苏南京模拟)两份铝屑,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量氢氧化钠溶液反应,产生的氢气的体积之比为1∶2(同温、同压下),则第一份铝屑与第二份铝屑的质量之比为(　　)
[A] 1∶3 [B] 1∶2
[C] 1∶1 [D] 2∶1
B
4.用质量为2.7 g的铝箔包住2.3 g金属钠,用针在铝箔上扎一些小孔,放入水中,用排水集气法收集产生的气体,反应完全后,收集到的气体是(　　)
[A] 0.2 mol H2 [B] 0.05 mol H2
[C] 0.075 mol H2 [D] 0.15 mol H2
A
(二)化学计算中的常用方法
5.(2024·陕西西安期中)在氧气中燃烧0.22 g硫和铁组成的混合物,使其中的硫全部转化为二氧化硫,把这些二氧化硫全部氧化成三氧化硫并转变为硫酸,这些硫酸可用10 mL 0.5 mol/L 氢氧化钠溶液完全中和,则原混合物中硫的百分含量约为(　　)
[A] 72% [B] 40%
[C] 36% [D] 18%
C
C
7.(2024·湖北武汉三中月考)为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度,现将w1 g样品加热,其质量变为w2 g,则该样品的纯度(质量分数)是(　　)
A
8.工业纯碱中常含有少量的NaCl杂质,某化学兴趣小组取a g工业纯碱样品与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得b g固体。则该样品中纯碱的质量分数是(　　)
D
9.有Al、Al2O3、Mg、MgO组成的混合物共20.0 g,放入500 mL某浓度的盐酸中,混合物完全溶解,当再加入750 mL 2.00 mol/L 的NaOH溶液时,得到沉淀最多。上述盐酸的浓度为(　　)
[A] 1.00 mol/L [B] 2.00 mol/L
[C] 3.00 mol/L [D] 4.00 mol/L
C
【解析】 生成沉淀最多时,溶液中溶质为NaCl,根据原子守恒有n(NaOH)=
n(NaCl)=n(HCl),有750 mL×10-3 L/mL×2.00 mol/L=500 mL×10-3 L/mL×
c(HCl),解得c(HCl)=3.00 mol/L,故选C。
10.在100 mL 3 mol/L HCl溶液中加入2.8 g Fe,Fe完全溶解。NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(　　)
[A] 反应转移电子0.15 mol
[B] HCl溶液中Cl-的个数为3NA
[C] 溶液中Fe2+的物质的量为0.05 mol
[D] 反应生成标准状况下气体3.36 L
C
综合应用
【解析】 2.8 g Fe的物质的量为0.05 mol,100 mL 3 mol/L HCl溶液中H+和Cl-的物质的量均为 0.3 mol,两者发生反应后,Fe完全溶解,而盐酸过量。Fe完全溶解生成Fe2+,该反应转移电子 0.1 mol,A不正确;HCl溶液中Cl-的物质的量为0.3 mol,因此Cl-的个数为0.3NA,B不正确;2.8 g Fe的物质的量为0.05 mol,反应前后元素质量不变,则溶液中Fe2+的物质的量为0.05 mol,C正确;反应生成H2的物质的量为0.05 mol,在标准状况下的体积为1.12 L,D不正确。
11.标准状况下,把4.48 L CO2通过一定量的过氧化钠固体后收集到3.36 L气体,则这3.36 L气体的质量是(　　)
[A] 4.8 g [B] 5.4 g [C] 6.0 g [D] 6.6 g
C
12.(2025·湖南五市联考)等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝,生成氢气的体积之比为5∶6(相同状况)。则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是(　　)
[A] 甲、乙中反应方程式相同
[B] 甲中酸过量,乙中碱过量
[C] 甲中酸过量,乙中铝过量
[D] 甲中铝过量,乙中碱过量
D
13.(2025·河北部分学校月考联考)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)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 会溶解在NaOH溶液中,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
B
14.将a g CuO和铜粉的混合物样品加入体积为1 L的H2SO4和 Fe2(SO4)3的混合溶液中,样品完全溶解,溶液中只有Fe2+、Cu2+、H+三种阳离子,且三种阳离子的物质的量之比为5∶3∶1(不考虑盐的水解及溶液体积的变化)。若测得反应后溶液中的c(H+)=0.1 mol/L,下列说法正确的是(　　)
[A] 原溶液中c(H2SO4)为0.05 mol/L
[B] 向反应前的溶液中加入足量铁粉,产生的气体体积为4.48 L
[C] 混合物中铜的质量分数为60%
[D] 将足量的H2通入灼热的混合物中,反应结束后,混合物的质量减少了0.8 g
D
15.(2025·湖北云学联盟月考)向200 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的关系如图所示,忽略溶液体积的变化。下列说法正确的是(　　)
[A] A点到B点,溶液中的溶质没有变化
[B] C点溶质的物质的量浓度为0.5 mol/L
[C] D点时溶液中的金属阳离子只有Fe2+
[D] 原溶液中CuSO4和Fe2(SO4)3的物质的量浓度之比为1∶2
C
16.(4分)已知某加碘盐(含KIO3的食盐)中含碘量为 25.4～50.0 mg/kg。现有1 000 kg该加碘盐,计算:
(1)该加碘食盐中至少含碘　　　　 mol。
0.2
(2)若用KI与Cl2反应制KIO3,标准状况下至少需要消耗Cl2的体积为
　(写出计算过程)。
17.(8分)为确定某铝热剂(含氧化铁和铝)的组成,分别进行下列实验:
(1)若取a g样品,向其中加入足量的NaOH溶液,测得生成的气体(标准状况,下同)体积为b L。反应的化学方程式是 　 ;
样品中铝的质量为　　　　g。
【解析】 (1)铝热剂中的铝与NaOH溶液反应,铝与氢气的关系式为
2Al　　～　　3H2
2×27 g 3×22.4 L
m(Al) b L
80∶27
(3)待(2)中反应产物冷却后,加入足量盐酸,测得生成的气体体积为c L,该气体与(1)中所得气体的体积之比 c∶b=　　　　。
2∶3
2Al～Fe2O3～2Fe
3H2 2H2
b c
故c∶b=2∶3。第二节　金属材料
第1课时　常见的合金及应用
[学习目标]　1.从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能,了解合金的概念及特性。2.通过列举常见合金的组成和性能,能科学、合理地选择和使用金属材料, 认识常见合金的重要应用。
学习任务1　认识合金和铁合金
1.合金的概念和特性
(1)合金概念。
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。
注意:合金属于混合物,而不是化合物。
(2)合金性能。
①硬度:合金的硬度一般大于它的各成分金属。
②熔点:合金的熔点一般低于它的各成分金属。
③与纯金属材料相比,合金具有优良的物理、化学或机械性能。
2.铁合金
(1)生铁。
①生铁的含碳量一般为2%～4.3%。
②性能及用途:生铁硬度大、抗压,性脆、可以铸造成型,是制机座、管道的重要材料。
(2)钢。
①钢的含碳量为0.03%～2%。
②钢有良好的延展性,机械性能好,可以锻轧和铸造,广泛用于制造机械和交通工具等。
③钢是用量最大、用途最广的合金,钢的分类如下。
合金钢具有:强度、硬度大,可塑性、韧性好,耐磨,耐腐蚀的特殊性能。
(3)不锈钢。
①合金元素:不锈钢是最常见的一种合金钢,它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)。
②性能:大气中比较稳定,不容易生锈,具有很强的抗腐蚀能力。
③用途:医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材料等。
(4)超级钢。
①合金元素:Mn、C、Al、V。
②性能:强度很大,在应用时能够实现钢板的轻薄化。
③用途:应用于汽车、航空和航天等领域。
　　生铁和钢是两种重要的铁碳合金,在生活中有广泛的用途。纯金属和合金的内部结构比较如图丙所示。
探究　合金的特性及其原因
问题1:生铁和钢是两种重要的铁碳合金,两者的分类依据是什么
提示:按含碳量的不同把铁碳合金分为生铁和钢,其中含碳量一般2%～4.3%的为生铁,含碳量0.03%～2%的为钢。
问题2:合金一定是由金属组成的混合物吗 铁的熔点是1 538 ℃,钠的沸点是882.9 ℃,两者能形成合金吗
提示:不一定;合金中一定含有金属元素,也可能含有非金属元素,如生铁是由铁、碳组成的合金。铁、钠不能形成合金,原因是铁开始熔化时,钠已经汽化,故两者不能形成合金。
问题3:合金的性质是各成分金属的性质之和吗 结合图丙解释合金比其各成分金属的硬度大的原因。
提示:不是;合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在物理性质和机械性能方面优于各成分金属,不是简单的加和,一般认为在化学性质上,合金体现的是各成分金属的化学性质。纯金属内所有原子的大小和形状相同,原子的排列十分规整,形成合金后,改变了原有规则的层状排列,使原子层之间的相对滑动变得困难,导致合金的硬度变大。
问题4:根据图丙解释合金的熔点为什么一般比它的各成分金属的熔点低(原子之间存在吸引力)。
提示:原子的大小不同,原子排列不规则,使原子之间吸引力减弱。
问题5:在碳素钢中,由于含碳量不同,高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异;向碳素钢中加入不同的合金元素,可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示
提示:合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量及生成合金的条件等来加以
调节。
合金性质的理解
(1)并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点,则两者不能形成合金。
(2)物理性质:合金是由不同金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质,与其各成分金属的物理性质不同。一般说来,合金的熔点比组分金属低,硬度比组分金属大。
(3)化学性质:合金中各物质保持其原有的化学性质。
1.下列有关钢铁的说法正确的是(　　)
[A] 钢是纯净物,生铁是合金
[B] 含Ni、Cr的不锈钢,具有较强的耐腐蚀能力
[C] 生铁的熔点比纯铁的高
[D] 生锈的钢铁制品没有回收价值
【答案】 B
【解析】 钢和生铁都是铁的合金,都属于混合物,A错误;不锈钢的合金元素有Ni、Cr,不锈钢具有较强的耐腐蚀能力,B正确;生铁是铁的合金,合金比组成它的纯金属的熔点低,即生铁的熔点比纯铁的低,C错误;生锈的钢铁可以回收利用,D错误。
2.(2024·河南开封期末)合金的应用促进了人类社会的发展。下列关于合金的说法正确的是(　　)
[A] 稀土金属可以用于生产合金
[B] 在我国,使用最早的合金是钢
[C] 目前用量最大、用途最广的合金是铝合金
[D] 不锈钢和碳素钢都是铁合金,二者性质完全相同
【答案】 A
【解析】 在青铜和黄铜的冶炼中添加少量的稀土金属能提高合金的强度、延展性、耐热性和导电性,稀土金属可以用于生产合金,A正确;我国使用最早的合金是青铜,B错误;目前用量最大、用途最广的合金是铁合金,C错误;不锈钢和碳素钢都是铁合金,由于添加的合金元素不同,故二者性质不完全相同,D错误。
3.某合金与铁的物理性质比较如下:
物质 熔点/℃ 密度/ (g/cm3) 莫氏硬 度(金刚 石为10) 导电性 (银为 100) 其他 性质
某合金 2 500 3.00 7.4 2.3 耐腐蚀
铁 1 538 7.87 4.5 17 纯铁耐 腐蚀
从以上性能看,该合金不适合制成(　　)
[A] 导线 [B] 门窗
[C] 炉具 [D] 飞机外壳
【答案】 A
【解析】 从表格中总结,该合金熔点较高,所以适合制成炉具;具有密度小、硬度大、耐腐蚀的特点,所以适合制成飞机外壳、门窗;但是导电性不好,所以不适合制成导线。
学习任务2　探究铝和铝合金
1.铝的存在和性质
(1)存在:铝是地壳中含量最多的金属元素,铝在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。
(2)化学性质。
①铝是一种活泼金属,常温下就可以与空气中的氧气反应,表面生成一层致密的氧化铝薄膜,对内部金属起着保护作用,其反应的化学方程式为4Al+3O22Al2O3。
②铝、氧化铝与盐酸反应[实验3-4]。
实验 操作
实验 现象 一开始铝片与盐酸无明显变化,一段时间后有无色气泡冒出且逐渐加快,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声
化学 方程式 Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O、 2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
离子 方程式 Al2O3+6H+2Al3++3H2O、 2Al+6H+2Al3++3H2↑
实验 结论 氧化铝和铝均能和盐酸反应
③铝、氧化铝与NaOH溶液反应[实验3-5]。
实验 操作
实验 现象 一开始无气泡产生,一段时间后,有无色气泡冒出且逐渐加快,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口,有爆鸣声 打磨过的铝片放入NaOH溶液立即产生无色气泡,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口,有爆鸣声
化学 方程式 Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]、2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑ 2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
离子 方程式 Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-、 2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑ 2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
实验 结论 铝表面的Al2O3可溶于NaOH溶液;Al可与强碱溶液反应生成氢气,均生成Na[Al(OH)4]
④两性氧化物。
Al2O3是两性氧化物,既能与酸反应,又能与碱反应。
2.铝合金和新型合金
(1)铝合金。
铝合金是目前用途广泛的合金之一。
组成:铝中加入少量的合金元素,如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。
硬铝:密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
(2)新型合金。
①储氢合金:一类能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率大,如Ti-Fe合金、La-Ni合金。
②其他新型合金:钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
题点一　铝和铝合金的性质、用途
1.(2024·江苏苏州昆山中学月考)C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识,正确的是(　　)
[A] 铝锂合金密度较大,强度较小,硬度小于纯铝
[B] 改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金
[C] 铝锂合金不可导电、导热
[D] 铝锂合金的性质与其各成分金属的性质都相同
【答案】 B
【解析】 铝锂合金密度较小,强度大,硬度比其各成分金属的大,A错误;合金的性质与成分含量有关,则改变原料配比,可制得性能不同的铝锂合金,B正确;铝锂合金具有金属材料的一些通性,有金属光泽,可导电、导热,C错误;合金的熔点比其各成分金属的低,硬度比其各成分金属的大,性质与各成分金属的性质不完全相同,D错误。
2.神舟十六号载人飞船的成功发射及与我国空间站天和核心舱的顺利对接再次证明我国的航空铝材处于世界领先的行列。下列关于铝合金的说法错误的是(　　)
[A] 铝合金是一种混合物,它比纯铝的硬度大
[B] 高温铝液易被氧化,铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼
[C] 镁铝合金耐腐蚀,但能被烧碱(NaOH)腐蚀
[D] 镁铝合金在盐酸中无法溶解
【答案】 D
【解析】 合金是混合物,合金要比其成分金属的熔点低、硬度大,铝合金是一种混合物,它比纯铝的硬度大,A正确;铝易被氧化,铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼,可隔绝空气,防止高温铝液被氧气氧化,B正确;镁铝合金中的铝能与氢氧化钠溶液反应,C正确;镁、铝都能与盐酸反应,镁铝合金在盐酸中能溶解,D错误。
题点二　铝与碱的反应的分析、应用
3.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
【答案】 C
【解析】 铝与烧碱溶液反应的化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,分析元素化合价变化可知,该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,C错误。
4.取两份铝片,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量烧碱溶液反应,标准状况下均产生5.6 L气体,则两份铝片的质量之比(　　)
[A] 一定为1∶1 [B] 可能为2∶3
[C] 一定为3∶2 [D] 可能为1∶6
【答案】 A
【解析】 酸、碱均足量,则Al完全反应,且生成氢气的量相同,可知Al失去的电子数也相同,即参加反应的Al的量相同,两份铝片的质量之比为1∶1,A正确。
题点三　新型合金的性质、用途
5.下列关于新型合金材料的说法不正确的是(　　)
[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] 生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量高
[D] 利用合金的熔点低于其各成分金属的这一特点可制得耐热合金
【答案】 D
【解析】 耐热合金的熔点很高,与合金的熔点低于其成分金属的熔点相悖,故D不正确。
6.(2024·甘肃兰州期末)新型合金性能独特,可以满足某些尖端技术的需要。下列关于新型合金材料的说法不正确的是(　　)
[A] 钛合金生物相容性好,强度大,可作人造骨骼
[B] 某品牌钢笔尖采用含有铱元素的合金钢制作,因为其极其耐磨损
[C] 合金中各组分不变,添加比例改变,合金的性能不变
[D] 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
【答案】 C
【解析】 合金的性能不仅取决于成分,还与成分比例有关,C不正确。
[footnoteRef:2]　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 [2:
命题解密与解题指导
情境解读:本题以具有优异性能的一种新型材料——泡沫铝为素材,考查铝及其化合物的性质、材料的合理选择等内容。
素养立意:通过理解和解释金属及合金的特殊性能,培养宏观辨识与微观探析的能力;通过科学、合理地选择和使用金属材料,促进科学态度与社会责任核心素养的发展。
思路点拨:根据性质决定用途,用途反映性质的基本思路,解读并分解出题目中的化学要素,即明确考查方向,回顾铝及其化合物的物理、化学性质,结合题目中的问题进行解答。要特别注意铝和氧化铝与强碱反应的性质,这是铝及其化合物性质考查的重点方向。]
科研人员向铝合金中加入添加剂后,经过发泡工艺得到一种新型材料——泡沫铝,兼有金属和气泡特征。泡沫铝密度小(为0.16～0.5 g/cm3)、硬度大、吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成型精度高、可进行表面涂装,是一种良好的建筑材料和轻质材料。
(1)下列关于泡沫铝的说法错误的是　　　(填字母,下同)。
A.泡沫铝是铝单质泡沫
B.泡沫铝是一种合金
C.泡沫铝是一种良好的建筑材料和轻质材料
D.泡沫铝可用于飞机制造
(2)铝制成铝箔用于食品包装,是利用它的　　　。
A.金属光泽 　　　 B.延展性 　　　
C.导电性 　　　 D.导热性
(3)铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜而对铝起保护作用,但这层氧化膜遇到强酸或强碱溶液都会溶解。请回答下列问题。
①氧化膜与盐酸反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②氧化膜与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】 (1)A　(2)B　(3)①Al2O3+6H+2Al3++3H2O　②Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-
【解析】 (1)根据题给信息可知,泡沫铝是一种合金,是混合物;泡沫铝是一种良好的建筑材料和轻质材料;由于泡沫铝硬度大,密度小,且隔音、耐高温等,故泡沫铝可用于飞机制造,故选A。
(2)铝制成铝箔用于食品包装,利用的是铝的延展性,故选B。
(3)Al2O3与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式分别为Al2O3+6H+2Al3++3H2O、Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-。
(时间:30分钟　分值:60分)
(选择题1～12题,每小题3分,共36分)
(一)合金和铁合金
1.(2024·江苏扬州期中)科学技术的迅猛发展促进了社会的进步。下列科技成果涉及的材料中,主要成分不属于金属材料的是(　　)
C919飞机外壳 “蛟龙”号耐压球壳
[A] 铝锂合金 [B] 钛合金
航天服 地铁列车车体
[C] 聚酯纤维 [D] 不锈钢
【答案】 C
【解析】 聚酯纤维中不含金属元素,不属于金属材料,C符合题意。
2.合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,合金与纯金属制成的金属材料相比,优点是(　　)
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大　②一般情况下,合金的熔点比它的各成分金属的低　③改变原料的配比、改变生成合金的条件,可以得到具有不同性能的合金　④合金比纯金属的导电性更强　⑤合金比纯金属的应用范围更广
[A] ①②③⑤ [B] ②③④
[C] ①②④ [D] ①③④⑤
【答案】 A
【解析】 合金一般比它的各成分金属的熔点低、硬度大,具有更好的机械加工性能,故应用范围更广,但合金的导电性却不一定比纯金属的更强,比如铝合金的导电性比纯铝的要差,故选A。
3.(2024·广东深圳期末)我国《本草经集注》条目的“灌钢法”中,记载我国古代冶炼钢铁的方法,将生铁(含碳量约2%)和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁中,再锻打成钢。下列说法正确的是(　　)
[A] 生铁的熔点比纯铁的高
[B] 在我国使用最早的合金是生铁
[C] “灌钢法”冶炼制得钢的过程中提高了生铁中的含碳量
[D] 钢的硬度比铁大的原因是钢含碳原子,使铁原子层之间的相对滑动变得困难
【答案】 D
【解析】 合金的熔点低于其成分金属的,生铁的熔点比纯铁的低,A错误;在我国使用最早的合金是青铜,B错误;钢的含碳量比生铁中的含碳量低,C错误;钢的硬度比铁大的原因是钢含碳原子,使铁原子层之间的相对滑动变得困难,D正确。
(二)铝和铝合金
4.(2025·四川绵阳月考)关于铝及其合金的说法正确的是(　　)
[A] 常温下铝具有较强的抗腐蚀性,主要原因是铝不活泼
[B] 镁铝合金的密度大、强度高,是制造飞机和航天器的理想材料
[C] 铝单质在化学反应中容易失去电子,表现出还原性
[D] 向装有氢氧化钠溶液的试管中放入未打磨的铝片,一直观察不到气泡
【答案】 C
【解析】 铝的化学性质很活泼,极易被空气中的O2氧化生成致密的氧化物保护膜,阻止内部金属继续反应,A错误;镁铝合金密度小、强度高,是制造飞机和航天器的理想材料,B错误;铝原子最外层上只有3个电子,铝单质在化学反应中易失去电子而表现出还原性,C正确;由Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,向NaOH溶液中放入未打磨的铝片,一段时间后可观察到气泡,D错误。
5.下列反应的离子方程式书写正确的是(　　)
[A] 氧化铝溶于盐酸:Al2O3+6H+2Al3++3H2O
[B] 铝溶于NaOH溶液:Al+2OH-+6H2O[Al(OH)4]-+3H2↑
[C] 铝溶于盐酸:Al+2H+Al3++H2↑
[D] 氧化铝溶于NaOH溶液:Al2O3+OH-+3H2O[Al(OH)4]-
【答案】 A
【解析】 B、C两项电荷均不守恒,正确的离子方程式分别为2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑、2Al+6H+2Al3++3H2↑;D项原子数不守恒,正确的离子方程式为Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-。
6.(2024·山西太原期末)下列材料中所涉及的合金不属于新型合金的是(　　)
[A] “深海一号”能源站使用的钢架
[B] “蛟龙号”载人舱是用钛合金制造的
[C] “飞机涡扇”使用的耐高温合金材料
[D] 新能源汽车使用的储氢合金
【答案】 A
【解析】 钢是一种由铁元素和碳元素形成的传统合金,还添加了少量的铬、镍等金属,不属于新型合金。
综合应用
7.短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀采用合金材料——不锈钢制成。下列关于合金的叙述错误的是(　　)
[A] 通过增加原子层之间的相对滑动难度,使合金的硬度变大
[B] 不锈钢中添加镍(Ni)和铬(Cr)等元素,因此不含非金属元素
[C] 储氢合金属于新型合金,可用于以氢气为燃料的汽车
[D] 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
【答案】 B
【解析】 钢是铁和碳的合金,不锈钢中不仅含有金属元素,还含有非金属元素碳,故B错误。
8.(2024·广东汕头期末)化学在生产和日常生活中有重要的应用。下列说法不正确的是(　　)
[A] 目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
[B] 生铁、普通钢和不锈钢中的含碳量依次增加
[C] 在钢中加入稀土元素,可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和
抗氧化性
[D] 铝比铁活泼,但在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀
【答案】 B
【解析】 金属的主要用途是用来制造合金,目前我国流通的硬币是由合金材料制造的,A正确;生铁含碳量最高,普通钢次之,不锈钢最少,B不正确;在钢中加入稀土元素,能增强钢的抗氧化能力,提高钢的强度和塑性,增强耐腐蚀及抗裂等能力,C正确;铝表面容易被空气氧化为致密的氧化物薄膜,从而使其更耐腐蚀,D正确。
9.镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述不正确的是(　　)
[A] 此合金的熔点比镁和铝的熔点都低
[B] 此合金能全部溶解于足量稀盐酸中
[C] 此合金能全部溶解于足量氢氧化钠溶液中
[D] 此合金的硬度比镁和铝的硬度都大
【答案】 C
【解析】 合金的熔点一般比其各成分金属的低,A正确;此合金的主要成分是镁和铝,均能与稀盐酸反应,能全部溶解于足量稀盐酸中,B正确;铝能与氢氧化钠溶液反应,但镁不能与氢氧化钠溶液反应,此合金不能全部溶解于足量氢氧化钠溶液中,C错误;合金的硬度比组成它的纯金属的硬度大,故此合金的硬度比镁和铝的硬度都大,D正确。
10.(2024·江苏连云港期末)钠、镁、铝及其化合物具有重要用途,如钠在700～800 ℃时可将Ti从其氯化物中置换出来,MgO、Al2O3熔点很高,可作耐高温材料。将MgCl2·6H2O直接加热得MgO。工业上可从铝土矿(主要成分是Al2O3)中提取Al,主要步骤是将铝土矿溶于NaOH溶液,过滤得Na[Al(OH)4]溶液,通入足量CO2得Al(OH)3沉淀,Al(OH)3热分解得Al2O3,电解熔融Al2O3得金属Al。下列说法错误的是(　　)
[A] Na可以将Ti从其氯化物中置换出来,是利用了Na的强还原性
[B] Na2O2能与H2O、CO2反应放出O2,可用作呼吸面具中的供氧剂
[C] 可用NaOH溶液除去Mg粉中混有的少量Al粉
[D] 可在Al2O3坩埚中熔化NaOH固体做导电性实验以验证NaOH为离子化合物
【答案】 D
【解析】 利用金属钠的强还原性,可把Ti从其氯化物中置换出来,A正确;Na2O2与H2O、CO2反应均能放出O2,即Na2O2常作为呼吸面具中的供氧剂,B正确;Al可以和NaOH溶液反应,而Mg不能,可用NaOH溶液除去Mg粉中混有的少量Al粉,C正确;Al2O3能和NaOH反应,不能在Al2O3坩埚中熔化NaOH固体,D错误。
11.某溶液与Al反应能放出H2,下列离子在该溶液中一定能大量共存的是(　　)
[A] 、Fe2+、Cl-、
[B] Na+、K+、Cl-、
[C] Mg2+、H+、Cl-、
[D] K+、Ca2+、、Cl-
【答案】 B
【解析】 某溶液与Al反应能放出H2,说明该溶液中含大量氢离子或氢氧根离子。、Fe2+在碱性条件下会与氢氧根离子发生反应,不能大量共存,A不符合题意;酸性或碱性条件下该组离子之间均不反应,能大量共存,B符合题意;Mg2+、H+在碱性条件下会与氢氧根离子发生反应,不能大量共存,C不符合题意;在酸性或碱性条件下与H+或OH-均能发生反应,不能大量共存,D不符合题意。
12.利用废铝箔(主要成分为Al,含少量Mg、Fe等)制明矾[KAl(SO4)2·12H2O]的一种工艺流程如下。
铝箔甲溶液Al(OH)3乙溶液
明矾
已知:[Al(OH)4]-+H+Al(OH)3↓+H2O[若酸过量,Al(OH)3会溶解]。
下列说法不正确的是(　　)
[A] 操作a是过滤
[B] 步骤②中用CO2代替稀硫酸也可以得到Al(OH)3
[C] 步骤③所得溶液中含有的离子只有Al3+、S
[D] 由④可推测,室温下明矾的溶解度小于Al2(SO4)3和K2SO4的溶解度
【答案】 C
【解析】 废铝箔与过量NaOH溶液反应产生能溶于水的Na[Al(OH)4],而Mg、Fe与其不反应,可通过过滤分离,即操作a为过滤,A正确;步骤②中用CO2代替稀硫酸也可以得到Al(OH)3,离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2Al(OH)3↓+HC,B正确;步骤③用过量稀硫酸溶解Al(OH)3,所得溶液中含有H+、Al3+、S,C不正确;Al2(SO4)3溶液和K2SO4饱和溶液经结晶后得到明矾,说明室温下明矾的溶解度小于Al2(SO4)3和K2SO4的溶解度,D正确。
13.(12分)(2024·云南曲靖月考)金属材料在日常生活、工农业生产和科学研究中有着广泛的用途。
(1)(1分)钢铁是使用最多的金属材料。生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金,其中生铁属于　　　　(填“混合物”或“纯净物”)。
(2)在钢中加入不同的合金元素可以提高其性能,例如,加入钨可以增强合金钢的耐磨性等。用黑钨矿制备钨的过程如图所示。
(注:钨酸是难溶于水的黄色固体)
①(1分)钨酸钠中钨元素的化合价为　　　　。
②填写下表:
步骤 化学方程式 基本反应类型
Ⅱ
Ⅲ 分解反应
Ⅳ
【答案】 (1)混合物
(2)①+6价　②2HCl+Na2WO42NaCl+H2WO4↓　复分解反应　H2WO4WO3+H2O
WO3+3H2W+3H2O　置换反应
14.(12分)某学习小组用图示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。
(1)A仪器名称为　　　　　　　。
(2)实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,其目的是　　　　　　　。
(3)检查气密性,将试剂和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作还有①记录C的液面位置;②将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥、称重;③待B 中不再有气体产生并恢复至室温后,记录C的液面位置;④由A向B滴加足量试剂。上述操作的正确顺序是　　　 　　(填序号)。
(4)B中发生反应的化学方程式为 　 。
(5)若实验用的铝镁合金的质量为a g,测得氢气体积为b mL(已换算为标准状况),B中剩余固体的质量为c g,则铝的相对原子质量为　　　　　　　　。
(6)实验过程中,若未洗涤过滤所得的不溶物,则测得铝的质量分数将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
【答案】 (1)分液漏斗　(2)去除氧化膜
(3)①④③②
(4)2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
(5)　(6)偏小
【解析】 由于Mg、Al均可以和酸反应,因此不可以用酸来实验,由于Al可以和碱反应而Mg不反应,则可以用NaOH溶液与Al反应制得H2,然后用量气法测得H2体积,以计算Al的量。
(1)由仪器的结构可知,A为分液漏斗。
(2)铝、镁的表面都容易形成一层氧化膜,在实验前必须除去,因此实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。
(3)实验时,记下量气管C的液面位置,再加入NaOH溶液开始反应,待反应完毕并冷却至室温后,记录量气管C的液面位置,最后将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥、称重,因此题述操作的正确顺序是①④③②。
(4)B中发生的反应为铝与NaOH溶液的反应,化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑。
(5)铝镁合金的质量为a g,B中剩余固体镁的质量为c g,则参加反应的铝的质量为(a-c) g,生成的氢气为 mol,根据方程式可知消耗的Al为× mol,所以铝的相对原子质量为。
(6)不溶物为镁单质,若未洗涤过滤所得的不溶物,导致镁的质量偏大,则铝的质量分数偏小。第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用
[学习目标]　1.通过探究物质的量在化学方程式计算中的应用,逐步构建以物质的量为中心的各物理量之间关系的知识网络,并体会守恒思想在计算中的应用。2.通过解题格式及思维过程的规范训练, 能掌握物质的量在化学方程式中的应用。
学习任务1　探究物质的量在化学方程式计算中的应用
　物质的量在化学方程式计算中的应用
　以钠和水反应的化学方程式为例:
　　　　　　　　2Na　+　2H2O2NaOH+H2↑
化学计量数之比 2 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 1
扩大NA倍 2×NA∶ 2×NA∶ 2×NA∶ 1×NA
物质的量之比 2 mol∶ 2 mol∶ 2 mol∶ 1 mol
注:NA表示阿伏加德罗常数的值。
结论:①化学方程式中各物质的化学计量数之比=粒子个数之比=物质的量之比。
②对于有气体参与的反应,在同温、同压下,各气体的体积之比=化学计量数之比。
探究　物质的量应用于化学方程式的计算过程中需注意的问题
向500 mL 1 mol/L的NaOH溶液中投入10.8 g Al,计算生成标准状况下H2的体积。
问题1:Al的物质的量是多少 NaOH的物质的量是多少
提示:Al的摩尔质量是27 g/mol,n(Al)==0.4 mol;溶液中NaOH的物质的量为
1 mol/L×500 mL×10-3 L/mL=0.5 mol。
问题2:两者恰好反应吗 哪种物质完全反应
提示:
2Al　+　2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 2 mol
0.4 mol n(NaOH)
=,n(NaOH)=0.4 mol;
参加反应的NaOH的物质的量为0.4 mol<0.5 mol,两者不能恰好反应,NaOH过量,Al完全反应。
问题3:生成的H2在标准状况下的体积是多少
提示:因NaOH过量,Al完全反应,根据Al的量进行计算。
2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3×22.4 L
0.4 mol V(H2)
=,V(H2)==13.44 L,即生成的H2在标准状况下的体积是13.44 L。
(1)基本计算:已知一种反应物(或生成物)的量求解其他物质的有关量,此时,只要按照化学方程式中量的关系,列出已知物质和待求物质的比例式计算即可。
(2)过量计算: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,然后根据完全反应的物质进行计算。
(3)书写格式规范、符号规范、单位规范: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;同时注意有效数字的处理。
(4)单位运用对应化: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”。
1.6.2 g氧化钠恰好与200 mL盐酸反应,则此盐酸的物质的量浓度是(　　)
[A] 0.10 mol/L [B] 0.20 mol/L
[C] 0.50 mol/L [D] 1.00 mol/L
【答案】 D
【解析】 Na2O+2HCl2NaCl+H2O
62 g 2 mol
6.2 g c(HCl)×200×10-3 L
则=,
解得c(HCl)=1.00 mol/L。
2.(2025·辽宁七校月考)将12.6 g镁铝合金的粉末加入过量盐酸中,得到标准状况下13.44 L H2。下列说法正确的是(　　)
[A] 合金中铝的质量分数为40%
[B] 将该合金投入过量的氢氧化钠溶液中,产生标准状况下10.08 L H2
[C] 合金中镁的物质的量为0.3 mol
[D] 合金中镁与铝的物质的量之比为1∶1
【答案】 C
【解析】 把12.6 g镁铝合金的粉末放入过量的盐酸中,设Mg和Al物质的量分别为x mol、y mol,溶液中分别发生反应:
Mg+2H+Mg2++H2↑、2Al+6H+2Al3++3H2↑,
x x y y
根据题意得(x+y)×22.4=13.44,24x+27y=12.6,联立两式,解得x=0.3、y=0.2。合金中Al的质量为0.2 mol×27 g/mol=5.4 g,其质量分数为×100%≈42.9%,A错误;合金中的Al能和NaOH溶液反应,由2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,0.2 mol Al与NaOH在标准状况下反应生成V(H2)=0.2× mol×22.4 L/mol=6.72 L,B错误;合金中镁的物质的量为0.3 mol,C正确;合金中镁与铝的物质的量之比为3∶2,D错误。
根据化学方程式进行计算的基本步骤
学习任务2　探究化学计算中的常用方法
1.关系式法
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,即“关系式”。
应用关系式法的思维模型
[示例1] 一定量的CO在高温下还原足量Fe2O3,生成的CO2全部通入足量的澄清石灰水中,得到10 g沉淀,则参加反应的CO的质量为　　　　g。
【答案】 2.8
【解析】 根据化学方程式确定关系式
3CO+Fe2O32Fe+3CO2
CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
则关系式为3CO～3CO2～3CaCO3,即CO～CaCO3。
利用关系式进行计算
CO　～　CaCO3
28 g　　 100 g
m(CO) 10 g
则=
m(CO)=2.8 g。
2.守恒法
(1)元素守恒:反应前后元素种类、质量、原子个数不变。
[示例2] 28 g铁粉溶于稀盐酸中,然后加入足量的Na2O2固体,充分反应后过滤,将滤渣加强热,列式计算最终得到的固体质量。
提示:经过一系列反应后,最终得到的固体为Fe2O3,根据铁原子守恒:n(Fe2O3)=n(Fe)=
×=0.25 mol,所得Fe2O3固体的质量为0.25 mol×160 g/mol=40 g。
(2)得失电子守恒:氧化还原反应中,元素原子化合价升高的总价数=元素原子化合价降低的总价数,即还原剂失电子的总数=氧化剂得电子的总数。
[示例3] 已知在硫酸溶液中0.1 mol Cr2可与0.3 mol C2恰好完全反应,Cr2反应后全部转化为Cr3+,则C2可能转化为(　　)
[A] C [B] CO
[C] CO2 [D] CH4
【答案】 C
【解析】 在硫酸溶液中0.1 mol Cr2可与0.3 mol C2恰好完全反应,Cr2反应后全部转化为Cr3+,设C2的氧化产物中碳元素化合价为x,根据得失电子守恒,0.1 mol×
2×(6-3)=0.3 mol×2×(x-3),x=+4,C项符合题意。
(3)电荷守恒:电解质溶液中,阳离子所带正电荷总数=阴离子所带负电荷总数。例如,在
0.1 mol/L 的K2SO4溶液中,c(K+)+c(H+)=2c(S)+c(OH-)。
[示例4] 在某K2SO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中,Fe3+的物质的量浓度为0.1 mol/L,S的物质的量浓度为0.3 mol/L,则K+的物质的量浓度为　(　　)
[A] 0.6 mol/L [B] 0.3 mol/L
[C] 0.2 mol/L [D] 0.15 mol/L
【答案】 B
【解析】 该混合溶液中,忽略水的电离,根据电荷守恒有3c(Fe3+)+c(K+)=2c(S),即3×
0.1 mol/L+c(K+)=2×0.3 mol/L,解得c(K+)=0.3 mol/L,B正确。
3.差量法
原理: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、物质的量、气体体积等。结合题目实际差量列出比例式进行解答。
[示例5] 标准状况下,将20 L CO2和CO的混合气体全部通过足量的Na2O2粉末,在相同状况下,气体体积减少到16 L,则原混合气体中CO的体积为(　　)
[A] 4 L [B] 8 L
[C] 12 L [D] 16 L
【答案】 C
【解析】 混合气体中只有CO2和Na2O2反应,设二氧化碳的体积为V(CO2),则
2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2　ΔV
44.8 L 22.4 L
V(CO2) (20-16)L
44.8 L∶22.4 L=V(CO2)∶(20-16) L,解得V(CO2)=8 L,则V(CO)=(20-8) L=12 L,C正确。
题点一　单一体系的计算(杂质不反应)
1.将12.8 g铜粉加到400 mL 2 mol/L的FeCl3溶液中,充分反应后,下列说法正确的是(假设溶液总体积不变)(　　)
[A] 溶液中产生了黑色固体
[B] 溶液中金属阳离子总物质的量为1 mol
[C] 溶液中Fe2+的物质的量浓度为2 mol/L
[D] 溶液中Fe3+和Fe2+的物质的量之比为1∶2
【答案】 B
【解析】 铜与FeCl3溶液发生反应的离子方程式为Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+,12.8 g铜粉的物质的量为0.2 mol,FeCl3的物质的量为2 mol/L×0.4 L=0.8 mol,显然溶液中FeCl3过量。铜粉全部溶解,铁离子部分转化为亚铁离子,不会出现黑色固体,A错误;溶液中金属阳离子总物质的量为铁元素和铜元素对应的离子的物质的量之和,即0.2 mol+0.8 mol=1 mol,B正确;溶液中Fe2+的物质的量浓度等于参加反应的Fe3+的物质的量浓度,为=1 mol/L,
C错误;溶液中剩余的Fe3+的物质的量为0.8 mol-0.2 mol×2=0.4 mol,生成的Fe2+的物质的量为0.2 mol×2=0.4 mol,所以两者的物质的量之比为1∶1,D错误。
2.用FeSO4将酸性KMnO4还原为MnSO4,消耗3 mL 2 mol·L-1FeSO4溶液时,还原的KMnO4的物质的量为(　　)
[A] 1.0×10-3 mol [B] 1.2×10-3 mol
[C] 2.4×10-3 mol [D] 3.6×10-3 mol
【答案】 B
【解析】 1 mol Mn被还原为Mn2+得到 5 mol e-,1 mol Fe2+被氧化为Fe3+失去1 mol e-。根据得失电子守恒可知,氧化剂得到的电子数等于还原剂失去的电子数,则5n(Mn)=
c(Fe2+)·V(FeSO4溶液)=2 mol·L-1×3×10-3 L,n(Mn)=1.2×10-3 mol,即还原的KMnO4的物质的量为 1.2×10-3 mol,故选B。
3.(2025·西安交大苏州附中月考)将19.5 g锌投入100 mL某浓度的稀盐酸中,锌和稀盐酸恰好完全反应。求:
(1)反应中生成的H2在标准状况下的体积为　　　　 L。
(2)若用36.5%的浓盐酸(ρ=1.2 g/mL)来配制上述稀盐酸,需要浓盐酸的体积为　　　　mL。
【答案】 (1)6.72　(2)50
【解析】 (1)19.5 g锌的物质的量为=0.3 mol;由Zn+2HClZnCl2+H2↑可知,n(H2)=n(Zn)=0.3 mol,即V(H2)=0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L。
(2)设与锌反应的HCl的物质的量为n,根据第(1)问可知:
Zn　+　2HClZnCl2+H2↑
1 mol 2 mol
0.3 mol n
所以=,解得n=0.6 mol,设浓盐酸的体积为V,根据稀释前后物质的量保持不变
可知,
0.6 mol=×V,
解得V=0.05 L=50 mL。
题点二　混合体系的计算
4.(2025·四川绵阳中学期末)向6.68 g Fe3O4、Fe2O3、Cu的混合物中加入0.5 mol/L的硫酸溶液180 mL时,固体恰好完全溶解,所得溶液中不含Fe3+;若用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物,所得固体的质量为(　　)
[A] 5.24 g [B] 5.20 g
[C] 5.28 g [D] 5.76 g
【答案】 A
【解析】 由题意可知,混合物与稀硫酸反应得到的溶液为FeSO4和CuSO4的混合溶液,设Fe3O4、Fe2O3、Cu的物质的量分别为a mol、b mol、c mol,由混合物的质量可得232a+160b+64c=6.68,由得失电子数目守恒可得a+b=c,由原子个数守恒和电荷守恒可得3a+2b+c=0.09,联立方程可得a=0.015、b=0.01、c=0.025,则由原子个数守恒可知,用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物,所得固体的质量为(0.015 mol×3+0.01 mol×2)×
56 g/mol+0.025 mol×64 g/mol=5.24 g,A正确。
5.把1.1 g铁、铝混合物溶于200 mL 5 mol/L 盐酸中,反应后溶液中HCl的浓度变为
4.6 mol/L
(溶液体积变化忽略不计)。回答下列问题。
(1)反应中消耗HCl的物质的量为　　　　。
(2)该混合物中铝、铁的物质的量分别为　　　　　　　　。
【答案】 (1)0.08 mol　(2)0.02 mol、0.01 mol
【解析】 (1)消耗HCl的物质的量为0.2 L×5 mol/L-0.2 L×4.6 mol/L=0.08 mol。
(2)设Al、Fe的物质的量分别为x、y。
2Al　+　6HCl2AlCl3+3H2↑
2 mol 6 mol
x 3x
Fe　+　2HClFeCl2+H2↑
1 mol 2 mol
y 2y
解得x=0.02 mol,y=0.01 mol,即n(Al)=0.02 mol,n(Fe)=0.01 mol。
[footnoteRef:2]　某课外活动小组收集了一种合金进行以下探究(已知铜元素的焰色呈绿色): [2:
命题解密与解题指导
情境解读:本题以探究合金成分为背景,考查物质的量在化学方程式计算中的应用。
素养立意:通过合金成分的确定,熟悉物质的量在化学方程式计算中的应用,强化证据意识、推理能力,同时促进宏观辨识与微观探析核心素养的发展。
思路点拨:借助合金成分的性质,考查其含量,解决这类问题要明确金属的性质,如与酸、碱反应放出氢气等。根据放出H2的量与金属的对应比例,可迅速作出解答。特别是铝合金溶于NaOH溶液中这类问题,首先根据Al与NaOH的反应关系式得出Al的量,然后再确定其他金属的量。]
①合金外观呈暗灰色,表皮光滑;
②在酒精灯上灼烧,火焰呈绿色,合金片熔化,但不滴落;
③取刮去表皮的合金10 g,放入足量的稀硫酸中,收集到标准状况下的H2 8.96 L;
④另取刮去表皮的合金10 g,放入足量的NaOH溶液中,也收集到标准状况下的H2 8.96 L。
(1)试据此判断,该合金中一定含有的元素是　　　　(写元素符号);可能含有的下列元素是　　　(填字母)。
a.Ag b.Mg c.Na d.Fe
(2)如果该合金中只含2种元素,则两者的质量之比是　　　　　　　　　　　　。
【答案】 (1)Cu、Al　a　(2)m(Al)∶m(Cu)=18∶7
【解析】 (1)火焰呈绿色,说明有铜元素。等质量的合金与足量的稀硫酸或NaOH溶液反应放出H2的体积相同,说明一定含有铝,而不能再含有其他的活泼金属如Na、Mg、Fe等,且Na的熔、沸点太低,不能与Cu熔合形成合金,则还可能含有不与稀硫酸和NaOH溶液反应的Ag。
(2)该合金如果只含2种元素,则为Cu、Al。
2Al　　～　　3H2
2 mol 3 mol
=0.4 mol
m(Al)= mol×27 g/mol=7.2 g,m(Cu)=10 g-7.2 g=2.8 g,m(Al)∶m(Cu)=7.2 g∶2.8 g=
18∶7。
(时间:30分钟　分值:57分)
(选择题1～15题,每小题3分,共45分)
(一)物质的量在化学方程式计算中的应用
1.标准状况下,3.25 g锌与足量的盐酸反应生成x L 氢气,下列比例式正确的是(　　)
[A] Zn+2HClZnCl2+H2↑
1 mol 1 mol
3.25 g x L
[B] Zn+2HClZnCl2+H2↑
65 g 1 L
3.25 g x L
[C] Zn+2HClZnCl2+H2↑
1 mol 22.4 L
0.05 mol x L
[D] Zn+2HClZnCl2+H2↑
65 g 1 mol
3.25 g x L
【答案】 C
【解析】 比例式应注意单位要“上下一致,左右相当”。
2.实验室利用反应2KClO32KCl+3O2↑制取氧气,现有24.5 g KClO3参加反应,则得到标准状况下的氧气的体积是(　　)
[A] 2.24 L [B] 4.48 L
[C] 44.8 L [D] 6.72 L
【答案】 D
【解析】 24.5 g KClO3的物质的量是
=0.2 mol,根据化学方程式得
2KClO32KCl+3O2↑
2 mol 3 mol
0.2 mol n(O2)
=,则n(O2)=0.3 mol,故产生的氧气在标准状况下的体积是0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L,故选D。
3.(2024·江苏南京模拟)两份铝屑,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量氢氧化钠溶液反应,产生的氢气的体积之比为1∶2(同温、同压下),则第一份铝屑与第二份铝屑的质量之比为(　　)
[A] 1∶3 [B] 1∶2
[C] 1∶1 [D] 2∶1
【答案】 B
【解析】 铝屑与盐酸和NaOH溶液反应的化学方程式分别为2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑;两个化学方程式中Al与H2的物质的量之比皆为 2∶3,由题干可知二者产生H2的体积之比为1∶2,故两份铝屑的物质的量之比为1∶2,其质量之比亦为1∶2,B正确。
4.用质量为2.7 g的铝箔包住2.3 g金属钠,用针在铝箔上扎一些小孔,放入水中,用排水集气法收集产生的气体,反应完全后,收集到的气体是(　　)
[A] 0.2 mol H2 [B] 0.05 mol H2
[C] 0.075 mol H2 [D] 0.15 mol H2
【答案】 A
【解析】 n(Na)=n(Al)=0.1 mol,根据化学方程式得
2Na+2H2O2NaOH+H2↑
0.1 mol 0.1 mol 0.05 mol
2Al + 2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
0.1 mol 0.1 mol 0.15 mol
故n(H2)=0.05 mol+0.15 mol=0.2 mol。
(二)化学计算中的常用方法
5.(2024·陕西西安期中)在氧气中燃烧0.22 g硫和铁组成的混合物,使其中的硫全部转化为二氧化硫,把这些二氧化硫全部氧化成三氧化硫并转变为硫酸,这些硫酸可用10 mL
0.5 mol/L 氢氧化钠溶液完全中和,则原混合物中硫的百分含量约为(　　)
[A] 72% [B] 40%
[C] 36% [D] 18%
【答案】 C
【解析】 经分析,硫元素最终全部转化为硫酸,并和NaOH反应,则由硫原子守恒和有关反应可得出:
S～H2SO4～2NaOH
32 g 2 mol
m(S) 0.5×10×10-3 mol
则=,得m(S)=0.08 g,原混合物中w(S)=×100%≈36%,C正确。
6.(2025·河北石家庄月考)在酸性条件下,可发生反应:Cl+2Cr3++4H2OCr2+Cl-+8H+,Cr2中Cr的化合价是(　　)
[A] +4 [B] +5 [C] +6 [D] +7
【答案】 C
【解析】 根据电荷守恒可知,Cr2中n=2,设Cr2中Cr的化合价为+x,根据化合价规律可知,(+x)×2+(-2)×7=-2,解得x=6,C正确。
7.(2024·湖北武汉三中月考)为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度,现将w1 g样品加热,其质量变为w2 g,则该样品的纯度(质量分数)是(　　)
[A] ×100%
[B] ×100%
[C] ×100%
[D] ×100%
【答案】 A
【解析】 根据方程式可知:
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑　Δm
2×84 g 106 g 62 g
m(NaHCO3) (w1-w2)g
得m(NaHCO3)= g,则该样品的纯度是×100%=×100%,A正确。
8.工业纯碱中常含有少量的NaCl杂质,某化学兴趣小组取a g工业纯碱样品与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得b g固体。则该样品中纯碱的质量分数是(　　)
[A] ×100%
[B] ×100%
[C] ×100%
[D] ×100%
【答案】 D
【解析】 根据反应的化学方程式可得,
Na2CO3+2HCl2NaCl+CO2↑+H2O　Δm
106 g 117 g 11 g
m(Na2CO3) (b-a)g
采用差量法可求出该样品中Na2CO3的质量为×106 g,其质量分数为×100%=
×100%,故选D。
9.有Al、Al2O3、Mg、MgO组成的混合物共20.0 g,放入500 mL某浓度的盐酸中,混合物完全溶解,当再加入750 mL 2.00 mol/L 的NaOH溶液时,得到沉淀最多。上述盐酸的浓度为(　　)
[A] 1.00 mol/L [B] 2.00 mol/L
[C] 3.00 mol/L [D] 4.00 mol/L
【答案】 C
【解析】 生成沉淀最多时,溶液中溶质为NaCl,根据原子守恒有n(NaOH)=n(NaCl)=n(HCl),有750 mL×10-3 L/mL×2.00 mol/L=500 mL×10-3 L/mL×c(HCl),解得c(HCl)=3.00 mol/L,故选C。
综合应用
10.在100 mL 3 mol/L HCl溶液中加入2.8 g Fe,Fe完全溶解。NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(　　)
[A] 反应转移电子0.15 mol
[B] HCl溶液中Cl-的个数为3NA
[C] 溶液中Fe2+的物质的量为0.05 mol
[D] 反应生成标准状况下气体3.36 L
【答案】 C
【解析】 2.8 g Fe的物质的量为0.05 mol,100 mL 3 mol/L HCl溶液中H+和Cl-的物质的量均为 0.3 mol,两者发生反应后,Fe完全溶解,而盐酸过量。Fe完全溶解生成Fe2+,该反应转移电子 0.1 mol,A不正确;HCl溶液中Cl-的物质的量为0.3 mol,因此Cl-的个数为0.3NA,B不正确;2.8 g Fe的物质的量为0.05 mol,反应前后元素质量不变,则溶液中Fe2+的物质的量为0.05 mol,C正确;反应生成H2的物质的量为0.05 mol,在标准状况下的体积为1.12 L,D不正确。
11.标准状况下,把4.48 L CO2通过一定量的过氧化钠固体后收集到3.36 L气体,则这3.36 L气体的质量是(　　)
[A] 4.8 g [B] 5.4 g [C] 6.0 g [D] 6.6 g
【答案】 C
【解析】 设参加反应的CO2气体的体积为a,生成的O2的体积为b,
2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2　 　 ΔV
44.8 L 22.4 L 22.4 L
a b 4.48 L-3.36 L
解得a=2.24 L,b=1.12 L,所以3.36 L气体中CO2的体积为4.48 L-2.24 L=2.24 L,O2的体积为1.12 L,则3.36 L气体的质量为×44 g/mol+×32 g/mol=6.0 g,故选C。
12.(2025·湖南五市联考)等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝,生成氢气的体积之比为5∶6(相同状况)。则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是(　　)
[A] 甲、乙中反应方程式相同
[B] 甲中酸过量,乙中碱过量
[C] 甲中酸过量,乙中铝过量
[D] 甲中铝过量,乙中碱过量
【答案】 D
【解析】 若酸、碱均过量时,生成的H2的量相同,与生成H2的体积之比为5∶6相矛盾,根据方程式 2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,酸、碱的量相同时,碱消耗的Al多,则Al与盐酸反应时,盐酸消耗完毕,Al与碱反应时,Al消耗完毕。综上所述,D正确。
13.(2025·河北部分学校月考联考)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)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 会溶解在NaOH溶液中,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
【答案】 B
【解析】 设铁铝合金中Fe的物质的量为x mol,Al的物质的量为y mol,与盐酸反应后得到n(H2)==0.35 mol,根据得失电子守恒:2x+3y=0.35×2;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 Fe2O3,则m(Fe)=×
56 g/mol×2=11.2 g,则x==0.2,y=0.1,Al的质量为0.1 mol×27 g/mol=2.7 g,故m=2.7+11.2=
13.9。由分析可知,A错误;铁铝合金与盐酸反应后生成FeCl2、AlCl3,至少消耗n(HCl)=
(0.2×2+0.1×3) mol=0.7 mol,B正确;该合金中Al的质量分数为×100%≈19.4%,C错误;没有指明气体所处状况,产生氢气的体积无法计算,D错误。
14.将a g CuO和铜粉的混合物样品加入体积为1 L的H2SO4和 Fe2(SO4)3的混合溶液中,样品完全溶解,溶液中只有Fe2+、Cu2+、H+三种阳离子,且三种阳离子的物质的量之比为5∶3∶1(不考虑盐的水解及溶液体积的变化)。若测得反应后溶液中的c(H+)=0.1 mol/L,下列说法正确的是(　　)
[A] 原溶液中c(H2SO4)为0.05 mol/L
[B] 向反应前的溶液中加入足量铁粉,产生的气体体积为4.48 L
[C] 混合物中铜的质量分数为60%
[D] 将足量的H2通入灼热的混合物中,反应结束后,混合物的质量减少了0.8 g
【答案】 D
【解析】 由反应后溶液中的c(H+)=0.1 mol/L,三种阳离子的物质的量之比为5∶3∶1可知,溶液中氢离子的物质的量为0.1 mol/L×1 L=0.1 mol,亚铁离子的物质的量为0.1 mol×5=
0.5 mol,铜离子的物质的量为0.1 mol×3=0.3 mol;由铁原子守恒可知,硫酸铁的物质的量为
0.5 mol×=0.25 mol,由电荷守恒可得2n(Fe2+)+2n(Cu2+)+n(H+)=2n(S),则n(S)=
=0.85 mol,混合溶液中硫酸的物质的量为0.85 mol-0.25 mol×3=
0.1 mol;硫酸铁溶液与铜反应的化学方程式为Fe2(SO4)3+Cu2FeSO4+CuSO4,由化学方程式可知,铜的物质的量为0.25 mol,由铜原子守恒可知,氧化铜的物质的量为0.3 mol-
0.25 mol=0.05 mol。由分析可知,混合溶液中硫酸的物质的量为0.1 mol,则1 L混合溶液中硫酸的浓度为1 mol/L,A错误;未指明是否为标准状况,无法计算铁与硫酸反应生成氢气的体积,B错误;混合物中氧化铜和铜的物质的量分别为0.05 mol和0.25 mol,则铜的质量分数为×100%=80%,C错误;将足量的氢气通入灼热的混合物中,反应结束后,混合物减少的质量为氧化铜中氧原子的质量,由分析可知,混合物中氧化铜的物质的量为0.05 mol,则混合物减少的质量为0.05 mol×16 g/mol=0.8 g,D正确。
15.(2025·湖北云学联盟月考)向200 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的关系如图所示,忽略溶液体积的变化。下列说法正确的是(　　)
[A] A点到B点,溶液中的溶质没有变化
[B] C点溶质的物质的量浓度为0.5 mol/L
[C] D点时溶液中的金属阳离子只有Fe2+
[D] 原溶液中CuSO4和Fe2(SO4)3的物质的量浓度之比为1∶2
【答案】 C
【解析】 由氧化性Fe3+>Cu2+及图像变化可知:①0～0.56 g Fe时,发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,②0.56～1.68 g Fe时,剩余物的质量为1.28 g,即生成1.28 g Cu(即0.02 mol Cu),此时发生反应Fe+Cu2+Cu+Fe2+,加入铁粉为0.02 mol,即A点到B点,溶质中Fe3+发生变化,A错误;最开始加入0.56 g Fe,溶液中生成0.03 mol Fe2+,0.56～1.68 g时,又加了1.12 g
(0.02 mol)铁粉与0.02 mol Cu2+反应,即溶液中发生反应Fe+Cu2+Cu+Fe2+,铁粉质量为1.68～2.24 g(即加入0.56 g Fe)时,固体质量增加1.84 g-1.28 g=0.56 g,此时溶液中不含Cu2+,反应完全,故C点溶液中c(Fe2+)==0.25 mol/L,B错误;D点溶质和C点溶质相同,为FeSO4,C正确;由以上分析可知,原溶液中含0.02 mol CuSO4、0.01 mol Fe2(SO4)3,即溶液中二者物质的量浓度之比为 2∶1,D错误。
16.(4分)已知某加碘盐(含KIO3的食盐)中含碘量为 25.4～50.0 mg/kg。现有1 000 kg该加碘盐,计算:
(1)该加碘食盐中至少含碘　　　　 mol。
(2)若用KI与Cl2反应制KIO3,标准状况下至少需要消耗Cl2的体积为
　(写出计算过程)。
【答案】 (1)0.2　(2)用KI与Cl2反应制KIO3的化学方程式为KI+3Cl2+3H2OKIO3+6HCl,根据KI～3Cl2～KIO3可知,至少需要消耗标准状况下n(Cl2)=0.2 mol×3=
0.6 mol,体积为 0.6 mol×22.4 L/mol=13.44 L
【解析】 (1)已知某加碘盐(含KIO3的食盐)中含碘量为25.4～50.0 mg/kg,则1 000 kg该加碘食盐中至少含碘25.4 g,I的物质的量为=0.2 mol。
17.(8分)为确定某铝热剂(含氧化铁和铝)的组成,分别进行下列实验:
(1)若取a g样品,向其中加入足量的NaOH溶液,测得生成的气体(标准状况,下同)体积为b L。反应的化学方程式是 　 ;
样品中铝的质量为　　　　g。
(2)另取a g样品将其点燃,恰好完全反应,该反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+
Al2O3,反应中氧化铁与铝的质量之比是　 。
(3)待(2)中反应产物冷却后,加入足量盐酸,测得生成的气体体积为c L,该气体与(1)中所得气体的体积之比 c∶b=　　　　。
【答案】 (1)2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑　
(2)80∶27　(3)2∶3
【解析】 (1)铝热剂中的铝与NaOH溶液反应,铝与氢气的关系式为
2Al　　～　　3H2
2×27 g 3×22.4 L
m(Al) b L
m(Al)== g。
(2)根据反应2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,得氧化铁与铝的质量之比为160∶54=80∶27。
(3)在铝热反应后的生成物中加入足量盐酸,Al2O3、Fe均与盐酸发生反应,但只有盐酸与Fe反应时才放出气体,Fe+2HClFeCl2+H2↑。要知道放出多少气体,必须知道铁的质量或Fe2O3的质量,但题目要求的是Fe与盐酸、Al与NaOH溶液产生H2的体积之比,只要知道铝热剂中Al与Fe的物质的量之比即可求出。
2Al～Fe2O3～2Fe
3H2 2H2
b c
故c∶b=2∶3。(共84张PPT)
第二节　金属材料
第1课时　常见的合金及应用
1.从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能,了解合金的概念及特性。2.通过列举常见合金的组成和性能,能科学、合理地选择和使用金属材料, 认识常见合金的重要应用。
认识合金和铁合金
学习任务1
1.合金的概念和特性
(1)合金概念。
由两种或两种以上的 (或 与 )熔合而成的具有 特性的物质。
注意:合金属于混合物,而不是化合物。
金属
金属
非金属
金属
(2)合金性能。
①硬度:合金的硬度一般 它的各成分金属。
②熔点:合金的熔点一般 它的各成分金属。
③与纯金属材料相比,合金具有优良的物理、化学或机械性能。
大于
低于
2.铁合金
(1)生铁。
①生铁的含碳量一般为2%～4.3%。
②性能及用途:生铁硬度大、抗压,性脆、可以铸造成型,是制机座、管道的重要材料。
(2)钢。
①钢的含碳量为 。
②钢有良好的延展性,机械性能好,可以锻轧和铸造,广泛用于制造机械和交通工具等。
0.03%～2%
③钢是用量最大、用途最广的合金,钢的分类如下。
合金钢具有:强度、 大,可塑性、韧性好, , 的特殊性能。
低
中
高
硬度
耐磨
耐腐蚀
(3)不锈钢。
①合金元素:不锈钢是最常见的一种合金钢,它的合金元素主要是
。
②性能:大气中比较稳定,不容易生锈,具有很强的抗腐蚀能力。
③用途:医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材料等。
铬(Cr)
和镍(Ni)
(4)超级钢。
①合金元素:Mn、C、Al、V。
②性能:强度很大,在应用时能够实现钢板的轻薄化。
③用途:应用于汽车、航空和航天等领域。
生铁和钢是两种重要的铁碳合金,在生活中有广泛的用途。纯金属和合金的内部结构比较如图丙所示。
探究　合金的特性及其原因
问题1:生铁和钢是两种重要的铁碳合金,两者的分类依据是什么
提示:按含碳量的不同把铁碳合金分为生铁和钢,其中含碳量一般2%～4.3%的为生铁,含碳量0.03%～2%的为钢。
问题2:合金一定是由金属组成的混合物吗 铁的熔点是1 538 ℃,钠的沸点是882.9 ℃,两者能形成合金吗
提示:不一定;合金中一定含有金属元素,也可能含有非金属元素,如生铁是由铁、碳组成的合金。铁、钠不能形成合金,原因是铁开始熔化时,钠已经汽化,故两者不能形成合金。
问题3:合金的性质是各成分金属的性质之和吗 结合图丙解释合金比其各成分金属的硬度大的原因。
提示:不是;合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在物理性质和机械性能方面优于各成分金属,不是简单的加和,一般认为在化学性质上,合金体现的是各成分金属的化学性质。纯金属内所有原子的大小和形状相同,原子的排列十分规整,形成合金后,改变了原有规则的层状排列,使原子层之间的相对滑动变得困难,导致合金的硬度变大。
问题4:根据图丙解释合金的熔点为什么一般比它的各成分金属的熔点低(原子之间存在吸引力)。
提示:原子的大小不同,原子排列不规则,使原子之间吸引力减弱。
问题5:在碳素钢中,由于含碳量不同,高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异;向碳素钢中加入不同的合金元素,可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示
提示:合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量及生成合金的条件等来加以调节。
归纳拓展
合金性质的理解
(1)并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点,则两者不能形成合金。
(2)物理性质:合金是由不同金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质,与其各成分金属的物理性质不同。一般说来,合金的熔点比组分金属低,硬度比组分金属大。
(3)化学性质:合金中各物质保持其原有的化学性质。
1.下列有关钢铁的说法正确的是(　　)
[A] 钢是纯净物,生铁是合金
[B] 含Ni、Cr的不锈钢,具有较强的耐腐蚀能力
[C] 生铁的熔点比纯铁的高
[D] 生锈的钢铁制品没有回收价值
B
【解析】 钢和生铁都是铁的合金,都属于混合物,A错误;不锈钢的合金元素有Ni、Cr,不锈钢具有较强的耐腐蚀能力,B正确;生铁是铁的合金,合金比组成它的纯金属的熔点低,即生铁的熔点比纯铁的低,C错误;生锈的钢铁可以回收利用,D错误。
2.(2024·河南开封期末)合金的应用促进了人类社会的发展。下列关于合金的说法正确的是(　　)
[A] 稀土金属可以用于生产合金
[B] 在我国,使用最早的合金是钢
[C] 目前用量最大、用途最广的合金是铝合金
[D] 不锈钢和碳素钢都是铁合金,二者性质完全相同
A
【解析】 在青铜和黄铜的冶炼中添加少量的稀土金属能提高合金的强度、延展性、耐热性和导电性,稀土金属可以用于生产合金,A正确;我国使用最早的合金是青铜,B错误;目前用量最大、用途最广的合金是铁合金,C错误;不锈钢和碳素钢都是铁合金,由于添加的合金元素不同,故二者性质不完全相同,D错误。
3.某合金与铁的物理性质比较如下:
物质 熔点/℃ 密度/ (g/cm3) 莫氏硬度(金刚 石为10) 导电性 (银为100) 其他
性质
某合金 2 500 3.00 7.4 2.3 耐腐蚀
铁 1 538 7.87 4.5 17 纯铁耐腐蚀
从以上性能看,该合金不适合制成(　　)
[A] 导线 [B] 门窗
[C] 炉具 [D] 飞机外壳
A
【解析】 从表格中总结,该合金熔点较高,所以适合制成炉具;具有密度小、硬度大、耐腐蚀的特点,所以适合制成飞机外壳、门窗;但是导电性不好,所以不适合制成导线。
探究铝和铝合金
学习任务2
1.铝的存在和性质
(1)存在:铝是地壳中含量最多的金属元素,铝在地壳中的含量仅次于 和
,居第三位。自然界中的铝全部以 态的形式存在。
(2)化学性质。
①铝是一种活泼金属,常温下就可以与空气中的氧气反应,表面生成一层致密的 薄膜,对内部金属起着保护作用,其反应的化学方程式为 。
氧
硅
化合
氧化铝
②铝、氧化铝与盐酸反应[实验3-4]。
实验 操作
实验 现象 一开始铝片与盐酸无明显变化,一段时间后有无色气泡冒出且逐渐加快,铝片 ,将点燃的木条放在试管口有
逐渐溶解
爆鸣声
③铝、氧化铝与NaOH溶液反应[实验3-5]。
实验 操作
实验 现象 一开始无气泡产生,一段时间后,有无色气泡冒出且逐渐加快,铝片 ,将点燃的木条放在试管口,有 打磨过的铝片放入NaOH溶液立即产生无色气泡,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口,有
逐渐溶解
爆鸣声
爆鸣声
④两性氧化物。
Al2O3是两性氧化物,既能与 反应,又能与 反应。
2.铝合金和新型合金
(1)铝合金。
铝合金是目前用途广泛的合金之一。
组成:铝中加入少量的合金元素,如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。
硬铝:密度 、强度 ,具有较强的 ,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
酸
碱
小
高
抗腐蚀能力
(2)新型合金。
①储氢合金:一类能够大量吸收H2,并与H2结合成 的材料,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率大,如Ti-Fe合金、La-Ni合金。
②其他新型合金: 、 和 等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
金属氢化物
钛合金
耐热合金
形状记忆合金
题点一　铝和铝合金的性质、用途
1.(2024·江苏苏州昆山中学月考)C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识,正确的是(　　)
[A] 铝锂合金密度较大,强度较小,硬度小于纯铝
[B] 改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金
[C] 铝锂合金不可导电、导热
[D] 铝锂合金的性质与其各成分金属的性质都相同
B
【解析】 铝锂合金密度较小,强度大,硬度比其各成分金属的大,A错误;合金的性质与成分含量有关,则改变原料配比,可制得性能不同的铝锂合金,B正确;铝锂合金具有金属材料的一些通性,有金属光泽,可导电、导热,C错误;合金的熔点比其各成分金属的低,硬度比其各成分金属的大,性质与各成分金属的性质不完全相同,D错误。
2.神舟十六号载人飞船的成功发射及与我国空间站天和核心舱的顺利对接再次证明我国的航空铝材处于世界领先的行列。下列关于铝合金的说法错误的是(　　)
[A] 铝合金是一种混合物,它比纯铝的硬度大
[B] 高温铝液易被氧化,铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼
[C] 镁铝合金耐腐蚀,但能被烧碱(NaOH)腐蚀
[D] 镁铝合金在盐酸中无法溶解
D
【解析】 合金是混合物,合金要比其成分金属的熔点低、硬度大,铝合金是一种混合物,它比纯铝的硬度大,A正确;铝易被氧化,铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼,可隔绝空气,防止高温铝液被氧气氧化,B正确;镁铝合金中的铝能与氢氧化钠溶液反应,C正确;镁、铝都能与盐酸反应,镁铝合金在盐酸中能溶解,D错误。
题点二　铝与碱的反应的分析、应用
3.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
C
4.取两份铝片,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量烧碱溶液反应,标准状况下均产生5.6 L气体,则两份铝片的质量之比(　　)
[A] 一定为1∶1 [B] 可能为2∶3
[C] 一定为3∶2 [D] 可能为1∶6
A
【解析】 酸、碱均足量,则Al完全反应,且生成氢气的量相同,可知Al失去的电子数也相同,即参加反应的Al的量相同,两份铝片的质量之比为1∶1,
A正确。
题点三　新型合金的性质、用途
5.下列关于新型合金材料的说法不正确的是(　　)
[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] 生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量高
[D] 利用合金的熔点低于其各成分金属的这一特点可制得耐热合金
D
【解析】 耐热合金的熔点很高,与合金的熔点低于其成分金属的熔点相悖,故D不正确。
6.(2024·甘肃兰州期末)新型合金性能独特,可以满足某些尖端技术的需要。下列关于新型合金材料的说法不正确的是(　　)
[A] 钛合金生物相容性好,强度大,可作人造骨骼
[B] 某品牌钢笔尖采用含有铱元素的合金钢制作,因为其极其耐磨损
[C] 合金中各组分不变,添加比例改变,合金的性能不变
[D] 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
C
【解析】 合金的性能不仅取决于成分,还与成分比例有关,C不正确。
知识整合
科研人员向铝合金中加入添加剂后,经过发泡工艺得到一种新型材料——泡沫铝,兼有金属和气泡特征。泡沫铝密度小(为0.16～0.5 g/cm3)、硬度大、吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成型精度高、可进行表面涂装,是一种良好的建筑材料和轻质材料。
(1)下列关于泡沫铝的说法错误的是　　　(填字母,下同)。
A.泡沫铝是铝单质泡沫
B.泡沫铝是一种合金
C.泡沫铝是一种良好的建筑材料和轻质材料
D.泡沫铝可用于飞机制造
A
【解析】 (1)根据题给信息可知,泡沫铝是一种合金,是混合物;泡沫铝是一种良好的建筑材料和轻质材料;由于泡沫铝硬度大,密度小,且隔音、耐高温等,故泡沫铝可用于飞机制造,故选A。
(2)铝制成铝箔用于食品包装,是利用它的　　　。
A.金属光泽 　　　 B.延展性 　　　
C.导电性 　　　 D.导热性
B
【解析】 (2)铝制成铝箔用于食品包装,利用的是铝的延展性,故选B。
(3)铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜而对铝起保护作用,但这层氧化膜遇到强酸或强碱溶液都会溶解。请回答下列问题。
①氧化膜与盐酸反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　。
②氧化膜与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为
　　　　　　　　　　　　　 　　　　。
命题解密与解题指导
情境解读:本题以具有优异性能的一种新型材料——泡沫铝为素材,考查铝及其化合物的性质、材料的合理选择等内容。
素养立意:通过理解和解释金属及合金的特殊性能,培养宏观辨识与微观探析的能力;通过科学、合理地选择和使用金属材料,促进科学态度与社会责任核心素养的发展。
思路点拨:根据性质决定用途,用途反映性质的基本思路,解读并分解出题目中的化学要素,即明确考查方向,回顾铝及其化合物的物理、化学性质,结合题目中的问题进行解答。要特别注意铝和氧化铝与强碱反应的性质,这是铝及其化合物性质考查的重点方向。
(时间:30分钟　分值:60分)
(选择题1～12题,每小题3分,共36分)
(一)合金和铁合金
1.(2024·江苏扬州期中)科学技术的迅猛发展促进了社会的进步。下列科技成果涉及的材料中,主要成分不属于金属材料的是(　 　)
C919飞机外壳 “蛟龙”号耐压球壳
[A] 铝锂合金 [B] 钛合金
航天服 地铁列车车体
[C] 聚酯纤维 [D] 不锈钢
C
【解析】 聚酯纤维中不含金属元素,不属于金属材料,C符合题意。
2.合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,合金与纯金属制成的金属材料相比,优点是(　　)
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大　②一般情况下,合金的熔点比它的各成分金属的低　③改变原料的配比、改变生成合金的条件,可以得到具有不同性能的合金　④合金比纯金属的导电性更强　⑤合金比纯金属的应用范围更广
[A] ①②③⑤ [B] ②③④
[C] ①②④ [D] ①③④⑤
A
【解析】 合金一般比它的各成分金属的熔点低、硬度大,具有更好的机械加工性能,故应用范围更广,但合金的导电性却不一定比纯金属的更强,比如铝合金的导电性比纯铝的要差,故选A。
3.(2024·广东深圳期末)我国《本草经集注》条目的“灌钢法”中,记载我国古代冶炼钢铁的方法,将生铁(含碳量约2%)和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁中,再锻打成钢。下列说法正确的是(　　)
[A] 生铁的熔点比纯铁的高
[B] 在我国使用最早的合金是生铁
[C] “灌钢法”冶炼制得钢的过程中提高了生铁中的含碳量
[D] 钢的硬度比铁大的原因是钢含碳原子,使铁原子层之间的相对滑动变得困难
D
【解析】 合金的熔点低于其成分金属的,生铁的熔点比纯铁的低,A错误;在我国使用最早的合金是青铜,B错误;钢的含碳量比生铁中的含碳量低,C错误;钢的硬度比铁大的原因是钢含碳原子,使铁原子层之间的相对滑动变得困难,D正确。
(二)铝和铝合金
4.(2025·四川绵阳月考)关于铝及其合金的说法正确的是(　　)
[A] 常温下铝具有较强的抗腐蚀性,主要原因是铝不活泼
[B] 镁铝合金的密度大、强度高,是制造飞机和航天器的理想材料
[C] 铝单质在化学反应中容易失去电子,表现出还原性
[D] 向装有氢氧化钠溶液的试管中放入未打磨的铝片,一直观察不到气泡
C
A
6.(2024·山西太原期末)下列材料中所涉及的合金不属于新型合金的是(　　)
[A] “深海一号”能源站使用的钢架
[B] “蛟龙号”载人舱是用钛合金制造的
[C] “飞机涡扇”使用的耐高温合金材料
[D] 新能源汽车使用的储氢合金
A
【解析】 钢是一种由铁元素和碳元素形成的传统合金,还添加了少量的铬、镍等金属,不属于新型合金。
7.短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀采用合金材料——不锈钢制成。下列关于合金的叙述错误的是(　　)
[A] 通过增加原子层之间的相对滑动难度,使合金的硬度变大
[B] 不锈钢中添加镍(Ni)和铬(Cr)等元素,因此不含非金属元素
[C] 储氢合金属于新型合金,可用于以氢气为燃料的汽车
[D] 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
综合应用
B
【解析】 钢是铁和碳的合金,不锈钢中不仅含有金属元素,还含有非金属元素碳,故B错误。
8.(2024·广东汕头期末)化学在生产和日常生活中有重要的应用。下列说法不正确的是(　　)
[A] 目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
[B] 生铁、普通钢和不锈钢中的含碳量依次增加
[C] 在钢中加入稀土元素,可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和抗氧化性
[D] 铝比铁活泼,但在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀
B
【解析】 金属的主要用途是用来制造合金,目前我国流通的硬币是由合金材料制造的,A正确;生铁含碳量最高,普通钢次之,不锈钢最少,B不正确;在钢中加入稀土元素,能增强钢的抗氧化能力,提高钢的强度和塑性,增强耐腐蚀及抗裂等能力,C正确;铝表面容易被空气氧化为致密的氧化物薄膜,从而使其更耐腐蚀,D正确。
9.镁铝合金质优体轻,又不易锈蚀,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述不正确的是(　　)
[A] 此合金的熔点比镁和铝的熔点都低
[B] 此合金能全部溶解于足量稀盐酸中
[C] 此合金能全部溶解于足量氢氧化钠溶液中
[D] 此合金的硬度比镁和铝的硬度都大
C
【解析】 合金的熔点一般比其各成分金属的低,A正确;此合金的主要成分是镁和铝,均能与稀盐酸反应,能全部溶解于足量稀盐酸中,B正确;铝能与氢氧化钠溶液反应,但镁不能与氢氧化钠溶液反应,此合金不能全部溶解于足量氢氧化钠溶液中,C错误;合金的硬度比组成它的纯金属的硬度大,故此合金的硬度比镁和铝的硬度都大,D正确。
10.(2024·江苏连云港期末)钠、镁、铝及其化合物具有重要用途,如钠在700～800 ℃时可将Ti从其氯化物中置换出来,MgO、Al2O3熔点很高,可作耐高温材料。将MgCl2·6H2O直接加热得MgO。工业上可从铝土矿(主要成分是Al2O3)中提取Al,主要步骤是将铝土矿溶于NaOH溶液,过滤得Na[Al(OH)4]溶液,通入足量CO2得Al(OH)3沉淀,Al(OH)3热分解得Al2O3,电解熔融Al2O3得金属Al。下列说法错误的是(　　)
[A] Na可以将Ti从其氯化物中置换出来,是利用了Na的强还原性
[B] Na2O2能与H2O、CO2反应放出O2,可用作呼吸面具中的供氧剂
[C] 可用NaOH溶液除去Mg粉中混有的少量Al粉
[D] 可在Al2O3坩埚中熔化NaOH固体做导电性实验以验证NaOH为离子化合物
D
【解析】 利用金属钠的强还原性,可把Ti从其氯化物中置换出来,A正确;
Na2O2与H2O、CO2反应均能放出O2,即Na2O2常作为呼吸面具中的供氧剂,B正确;Al可以和NaOH溶液反应,而Mg不能,可用NaOH溶液除去Mg粉中混有的少量Al粉,C正确;Al2O3能和NaOH反应,不能在Al2O3坩埚中熔化NaOH固体,D错误。
11.某溶液与Al反应能放出H2,下列离子在该溶液中一定能大量共存的是(　 )
B
12.利用废铝箔(主要成分为Al,含少量Mg、Fe等)制明矾[KAl(SO4)2·12H2O]的一种工艺流程如下。
下列说法不正确的是(　　)
[A] 操作a是过滤
[B] 步骤②中用CO2代替稀硫酸也可以得到Al(OH)3
[D] 由④可推测,室温下明矾的溶解度小于Al2(SO4)3和K2SO4的溶解度
C
13.(12分)(2024·云南曲靖月考)金属材料在日常生活、工农业生产和科学研究中有着广泛的用途。
(1)(1分)钢铁是使用最多的金属材料。生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金,其中生铁属于　　　 　(填“混合物”或“纯净物”)。
混合物
(2)在钢中加入不同的合金元素可以提高其性能,例如,加入钨可以增强合金钢的耐磨性等。用黑钨矿制备钨的过程如图所示。
(注:钨酸是难溶于水的黄色固体)
①(1分)钨酸钠中钨元素的化合价为　　　 　。
+6价
②填写下表:
步骤 化学方程式 基本反应类型
Ⅱ
Ⅲ 分解反应
Ⅳ
复分解反应
置换反应
14.(12分)某学习小组用图示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。
(1)A仪器名称为　　　　　　　。
分液漏斗
【解析】 由于Mg、Al均可以和酸反应,因此不可以用酸来实验,由于Al可以和碱反应而Mg不反应,则可以用NaOH溶液与Al反应制得H2,然后用量气法测得H2体积,以计算Al的量。
(1)由仪器的结构可知,A为分液漏斗。
(2)实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,其目的是　　　　　　　。
去除氧化膜
【解析】 (2)铝、镁的表面都容易形成一层氧化膜,在实验前必须除去,因此实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。
(3)检查气密性,将试剂和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作还有①记录C的液面位置;②将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥、称重;③待B 中不再有气体产生并恢复至室温后,记录C的液面位置;④由A向B滴加足量试剂。上述操作的正确顺序是　　　 　　(填序号)。
①④③②
【解析】 (3)实验时,记下量气管C的液面位置,再加入NaOH溶液开始反应,待反应完毕并冷却至室温后,记录量气管C的液面位置,最后将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥、称重,因此题述操作的正确顺序是①④③②。
(4)B中发生反应的化学方程式为 　 。
(5)若实验用的铝镁合金的质量为a g,测得氢气体积为b mL(已换算为标准状况),B中剩余固体的质量为c g,则铝的相对原子质量为　　　　　　　　。
(6)实验过程中,若未洗涤过滤所得的不溶物,则测得铝的质量分数将
　　 　　(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
偏小
【解析】 (6)不溶物为镁单质,若未洗涤过滤所得的不溶物,导致镁的质量偏大,则铝的质量分数偏小。第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用
[学习目标]　1.通过探究物质的量在化学方程式计算中的应用,逐步构建以物质的量为中心的各物理量之间关系的知识网络,并体会守恒思想在计算中的应用。2.通过解题格式及思维过程的规范训练, 能掌握物质的量在化学方程式中的应用。
学习任务1　探究物质的量在化学方程式计算中的应用
　物质的量在化学方程式计算中的应用
　以钠和水反应的化学方程式为例:
　　　　　　　　2Na　+　2H2O2NaOH+H2↑
化学计量数之比 2 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 1
扩大NA倍 2×NA∶ 2×NA∶ 2×NA∶ 1×NA
物质的量之比 2 mol∶ 2 mol∶ 2 mol∶ 1 mol
注:NA表示阿伏加德罗常数的值。
结论:①化学方程式中各物质的化学计量数之比=粒子个数之比=物质的量之比。
②对于有气体参与的反应,在同温、同压下,各气体的体积之比=化学计量数之比。
探究　物质的量应用于化学方程式的计算过程中需注意的问题
向500 mL 1 mol/L的NaOH溶液中投入10.8 g Al,计算生成标准状况下H2的体积。
问题1:Al的物质的量是多少 NaOH的物质的量是多少
1 mol/L×500 mL×10-3 L/mL=0.5 mol。
问题2:两者恰好反应吗 哪种物质完全反应
2Al　+　2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 2 mol
0.4 mol n(NaOH)
=,n(NaOH)=0.4 mol;
参加反应的NaOH的物质的量为0.4 mol<0.5 mol,两者不能恰好反应,NaOH过量,Al完全反应。
问题3:生成的H2在标准状况下的体积是多少
2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3×22.4 L
0.4 mol V(H2)
=,V(H2)==13.44 L,即生成的H2在标准状况下的体积是13.44 L。
(1)基本计算:已知一种反应物(或生成物)的量求解其他物质的有关量,此时,只要按照化学方程式中量的关系,列出已知物质和待求物质的比例式计算即可。
(2)过量计算: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,然后根据完全反应的物质进行计算。
(3)书写格式规范、符号规范、单位规范: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;同时注意有效数字的处理。
(4)单位运用对应化: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”。
1.6.2 g氧化钠恰好与200 mL盐酸反应,则此盐酸的物质的量浓度是(　　)
[A] 0.10 mol/L [B] 0.20 mol/L
[C] 0.50 mol/L [D] 1.00 mol/L
62 g 2 mol
6.2 g c(HCl)×200×10-3 L
则=,
解得c(HCl)=1.00 mol/L。
2.(2025·辽宁七校月考)将12.6 g镁铝合金的粉末加入过量盐酸中,得到标准状况下13.44 L H2。下列说法正确的是(　　)
[A] 合金中铝的质量分数为40%
[B] 将该合金投入过量的氢氧化钠溶液中,产生标准状况下10.08 L H2
[C] 合金中镁的物质的量为0.3 mol
[D] 合金中镁与铝的物质的量之比为1∶1
Mg+2H+Mg2++H2↑、2Al+6H+2Al3++3H2↑,
x x y y
根据题意得(x+y)×22.4=13.44,24x+27y=12.6,联立两式,解得x=0.3、y=0.2。合金中Al的质量为0.2 mol×27 g/mol=5.4 g,其质量分数为×100%≈42.9%,A错误;合金中的Al能和NaOH溶液反应,由2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,0.2 mol Al与NaOH在标准状况下反应生成V(H2)=0.2× mol×22.4 L/mol=6.72 L,B错误;合金中镁的物质的量为0.3 mol,C正确;合金中镁与铝的物质的量之比为3∶2,D错误。
根据化学方程式进行计算的基本步骤
学习任务2　探究化学计算中的常用方法
1.关系式法
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,即“关系式”。
应用关系式法的思维模型
[示例1] 一定量的CO在高温下还原足量Fe2O3,生成的CO2全部通入足量的澄清石灰水中,得到10 g沉淀,则参加反应的CO的质量为　　　　g。
3CO+Fe2O32Fe+3CO2
CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O
则关系式为3CO～3CO2～3CaCO3,即CO～CaCO3。
利用关系式进行计算
CO　～　CaCO3
28 g　　 100 g
m(CO) 10 g
则=
m(CO)=2.8 g。
2.守恒法
(1)元素守恒:反应前后元素种类、质量、原子个数不变。
[示例2] 28 g铁粉溶于稀盐酸中,然后加入足量的Na2O2固体,充分反应后过滤,将滤渣加强热,列式计算最终得到的固体质量。
×=0.25 mol,所得Fe2O3固体的质量为0.25 mol×160 g/mol=40 g。
(2)得失电子守恒:氧化还原反应中,元素原子化合价升高的总价数=元素原子化合价降低的总价数,即还原剂失电子的总数=氧化剂得电子的总数。
[示例3] 已知在硫酸溶液中0.1 mol Cr2可与0.3 mol C2恰好完全反应,Cr2反应后全部转化为Cr3+,则C2可能转化为(　　)
[A] C [B] CO
[C] CO2 [D] CH4
2×(6-3)=0.3 mol×2×(x-3),x=+4,C项符合题意。
(3)电荷守恒:电解质溶液中,阳离子所带正电荷总数=阴离子所带负电荷总数。例如,在
0.1 mol/L 的K2SO4溶液中,c(K+)+c(H+)=2c(S)+c(OH-)。
[示例4] 在某K2SO4和Fe2(SO4)3的混合溶液中,Fe3+的物质的量浓度为0.1 mol/L,S的物质的量浓度为0.3 mol/L,则K+的物质的量浓度为　(　　)
[A] 0.6 mol/L [B] 0.3 mol/L
[C] 0.2 mol/L [D] 0.15 mol/L
0.1 mol/L+c(K+)=2×0.3 mol/L,解得c(K+)=0.3 mol/L,B正确。
3.差量法
原理: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、物质的量、气体体积等。结合题目实际差量列出比例式进行解答。
[示例5] 标准状况下,将20 L CO2和CO的混合气体全部通过足量的Na2O2粉末,在相同状况下,气体体积减少到16 L,则原混合气体中CO的体积为(　　)
[A] 4 L [B] 8 L
[C] 12 L [D] 16 L
2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2　ΔV
44.8 L 22.4 L
V(CO2) (20-16)L
44.8 L∶22.4 L=V(CO2)∶(20-16) L,解得V(CO2)=8 L,则V(CO)=(20-8) L=12 L,C正确。
题点一　单一体系的计算(杂质不反应)
1.将12.8 g铜粉加到400 mL 2 mol/L的FeCl3溶液中,充分反应后,下列说法正确的是(假设溶液总体积不变)(　　)
[A] 溶液中产生了黑色固体
[B] 溶液中金属阳离子总物质的量为1 mol
[C] 溶液中Fe2+的物质的量浓度为2 mol/L
[D] 溶液中Fe3+和Fe2+的物质的量之比为1∶2
C错误;溶液中剩余的Fe3+的物质的量为0.8 mol-0.2 mol×2=0.4 mol,生成的Fe2+的物质的量为0.2 mol×2=0.4 mol,所以两者的物质的量之比为1∶1,D错误。
2.用FeSO4将酸性KMnO4还原为MnSO4,消耗3 mL 2 mol·L-1FeSO4溶液时,还原的KMnO4的物质的量为(　　)
[A] 1.0×10-3 mol [B] 1.2×10-3 mol
[C] 2.4×10-3 mol [D] 3.6×10-3 mol
c(Fe2+)·V(FeSO4溶液)=2 mol·L-1×3×10-3 L,n(Mn)=1.2×10-3 mol,即还原的KMnO4的物质的量为 1.2×10-3 mol,故选B。
3.(2025·西安交大苏州附中月考)将19.5 g锌投入100 mL某浓度的稀盐酸中,锌和稀盐酸恰好完全反应。求:
(1)反应中生成的H2在标准状况下的体积为　　　　 L。
(2)若用36.5%的浓盐酸(ρ=1.2 g/mL)来配制上述稀盐酸,需要浓盐酸的体积为　　　　mL。
(2)设与锌反应的HCl的物质的量为n,根据第(1)问可知:
Zn　+　2HClZnCl2+H2↑
1 mol 2 mol
0.3 mol n
所以=,解得n=0.6 mol,设浓盐酸的体积为V,根据稀释前后物质的量保持不变
可知,
0.6 mol=×V,
解得V=0.05 L=50 mL。
题点二　混合体系的计算
4.(2025·四川绵阳中学期末)向6.68 g Fe3O4、Fe2O3、Cu的混合物中加入0.5 mol/L的硫酸溶液180 mL时,固体恰好完全溶解,所得溶液中不含Fe3+;若用过量的CO在高温下还原相同质量的原混合物,所得固体的质量为(　　)
[A] 5.24 g [B] 5.20 g
[C] 5.28 g [D] 5.76 g
56 g/mol+0.025 mol×64 g/mol=5.24 g,A正确。
5.把1.1 g铁、铝混合物溶于200 mL 5 mol/L 盐酸中,反应后溶液中HCl的浓度变为
4.6 mol/L
(溶液体积变化忽略不计)。回答下列问题。
(1)反应中消耗HCl的物质的量为　　　　。
(2)该混合物中铝、铁的物质的量分别为　　　　　　　　。
(2)设Al、Fe的物质的量分别为x、y。
2Al　+　6HCl2AlCl3+3H2↑
2 mol 6 mol
x 3x
Fe　+　2HClFeCl2+H2↑
1 mol 2 mol
y 2y
解得x=0.02 mol,y=0.01 mol,即n(Al)=0.02 mol,n(Fe)=0.01 mol。
[footnoteRef:0]　某课外活动小组收集了一种合金进行以下探究(已知铜元素的焰色呈绿色): [0:
命题解密与解题指导
情境解读:本题以探究合金成分为背景,考查物质的量在化学方程式计算中的应用。
素养立意:通过合金成分的确定,熟悉物质的量在化学方程式计算中的应用,强化证据意识、推理能力,同时促进宏观辨识与微观探析核心素养的发展。
思路点拨:借助合金成分的性质,考查其含量,解决这类问题要明确金属的性质,如与酸、碱反应放出氢气等。根据放出H2的量与金属的对应比例,可迅速作出解答。特别是铝合金溶于NaOH溶液中这类问题,首先根据Al与NaOH的反应关系式得出Al的量,然后再确定其他金属的量。]
①合金外观呈暗灰色,表皮光滑;
②在酒精灯上灼烧,火焰呈绿色,合金片熔化,但不滴落;
③取刮去表皮的合金10 g,放入足量的稀硫酸中,收集到标准状况下的H2 8.96 L;
④另取刮去表皮的合金10 g,放入足量的NaOH溶液中,也收集到标准状况下的H2 8.96 L。
(1)试据此判断,该合金中一定含有的元素是　　　　(写元素符号);可能含有的下列元素是　　　(填字母)。
a.Ag b.Mg c.Na d.Fe
(2)如果该合金中只含2种元素,则两者的质量之比是　　　　　　　　　　　　。
(2)该合金如果只含2种元素,则为Cu、Al。
2Al　　～　　3H2
2 mol 3 mol
=0.4 mol
m(Al)= mol×27 g/mol=7.2 g,m(Cu)=10 g-7.2 g=2.8 g,m(Al)∶m(Cu)=7.2 g∶2.8 g=
18∶7。
(时间:30分钟　分值:57分)
(选择题1～15题,每小题3分,共45分)
(一)物质的量在化学方程式计算中的应用
1.标准状况下,3.25 g锌与足量的盐酸反应生成x L 氢气,下列比例式正确的是(　　)
[A] Zn+2HClZnCl2+H2↑
1 mol 1 mol
3.25 g x L
[B] Zn+2HClZnCl2+H2↑
65 g 1 L
3.25 g x L
[C] Zn+2HClZnCl2+H2↑
1 mol 22.4 L
0.05 mol x L
[D] Zn+2HClZnCl2+H2↑
65 g 1 mol
3.25 g x L
2.实验室利用反应2KClO32KCl+3O2↑制取氧气,现有24.5 g KClO3参加反应,则得到标准状况下的氧气的体积是(　　)
[A] 2.24 L [B] 4.48 L
[C] 44.8 L [D] 6.72 L
=0.2 mol,根据化学方程式得
2KClO32KCl+3O2↑
2 mol 3 mol
0.2 mol n(O2)
=,则n(O2)=0.3 mol,故产生的氧气在标准状况下的体积是0.3 mol×22.4 L/mol=6.72 L,故选D。
3.(2024·江苏南京模拟)两份铝屑,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量氢氧化钠溶液反应,产生的氢气的体积之比为1∶2(同温、同压下),则第一份铝屑与第二份铝屑的质量之比为(　　)
[A] 1∶3 [B] 1∶2
[C] 1∶1 [D] 2∶1
4.用质量为2.7 g的铝箔包住2.3 g金属钠,用针在铝箔上扎一些小孔,放入水中,用排水集气法收集产生的气体,反应完全后,收集到的气体是(　　)
[A] 0.2 mol H2 [B] 0.05 mol H2
[C] 0.075 mol H2 [D] 0.15 mol H2
2Na+2H2O2NaOH+H2↑
0.1 mol 0.1 mol 0.05 mol
2Al + 2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
0.1 mol 0.1 mol 0.15 mol
故n(H2)=0.05 mol+0.15 mol=0.2 mol。
(二)化学计算中的常用方法
5.(2024·陕西西安期中)在氧气中燃烧0.22 g硫和铁组成的混合物,使其中的硫全部转化为二氧化硫,把这些二氧化硫全部氧化成三氧化硫并转变为硫酸,这些硫酸可用10 mL
0.5 mol/L 氢氧化钠溶液完全中和,则原混合物中硫的百分含量约为(　　)
[A] 72% [B] 40%
[C] 36% [D] 18%
S～H2SO4～2NaOH
32 g 2 mol
m(S) 0.5×10×10-3 mol
则=,得m(S)=0.08 g,原混合物中w(S)=×100%≈36%,C正确。
6.(2025·河北石家庄月考)在酸性条件下,可发生反应:Cl+2Cr3++4H2OCr2+Cl-+8H+,Cr2中Cr的化合价是(　　)
[A] +4 [B] +5 [C] +6 [D] +7
7.(2024·湖北武汉三中月考)为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度,现将w1 g样品加热,其质量变为w2 g,则该样品的纯度(质量分数)是(　　)
[A] ×100%
[B] ×100%
[C] ×100%
[D] ×100%
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑　Δm
2×84 g 106 g 62 g
m(NaHCO3) (w1-w2)g
得m(NaHCO3)= g,则该样品的纯度是×100%=×100%,A正确。
8.工业纯碱中常含有少量的NaCl杂质,某化学兴趣小组取a g工业纯碱样品与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得b g固体。则该样品中纯碱的质量分数是(　　)
[A] ×100%
[B] ×100%
[C] ×100%
[D] ×100%
Na2CO3+2HCl2NaCl+CO2↑+H2O　Δm
106 g 117 g 11 g
m(Na2CO3) (b-a)g
采用差量法可求出该样品中Na2CO3的质量为×106 g,其质量分数为×100%=
×100%,故选D。
9.有Al、Al2O3、Mg、MgO组成的混合物共20.0 g,放入500 mL某浓度的盐酸中,混合物完全溶解,当再加入750 mL 2.00 mol/L 的NaOH溶液时,得到沉淀最多。上述盐酸的浓度为(　　)
[A] 1.00 mol/L [B] 2.00 mol/L
[C] 3.00 mol/L [D] 4.00 mol/L
综合应用
10.在100 mL 3 mol/L HCl溶液中加入2.8 g Fe,Fe完全溶解。NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(　　)
[A] 反应转移电子0.15 mol
[B] HCl溶液中Cl-的个数为3NA
[C] 溶液中Fe2+的物质的量为0.05 mol
[D] 反应生成标准状况下气体3.36 L
11.标准状况下,把4.48 L CO2通过一定量的过氧化钠固体后收集到3.36 L气体,则这3.36 L气体的质量是(　　)
[A] 4.8 g [B] 5.4 g [C] 6.0 g [D] 6.6 g
2CO2+2Na2O22Na2CO3+O2　 　 ΔV
44.8 L 22.4 L 22.4 L
a b 4.48 L-3.36 L
解得a=2.24 L,b=1.12 L,所以3.36 L气体中CO2的体积为4.48 L-2.24 L=2.24 L,O2的体积为1.12 L,则3.36 L气体的质量为×44 g/mol+×32 g/mol=6.0 g,故选C。
12.(2025·湖南五市联考)等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝,生成氢气的体积之比为5∶6(相同状况)。则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是(　　)
[A] 甲、乙中反应方程式相同
[B] 甲中酸过量,乙中碱过量
[C] 甲中酸过量,乙中铝过量
[D] 甲中铝过量,乙中碱过量
13.(2025·河北部分学校月考联考)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)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 会溶解在NaOH溶液中,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
56 g/mol×2=11.2 g,则x==0.2,y=0.1,Al的质量为0.1 mol×27 g/mol=2.7 g,故m=2.7+11.2=
13.9。由分析可知,A错误;铁铝合金与盐酸反应后生成FeCl2、AlCl3,至少消耗n(HCl)=
(0.2×2+0.1×3) mol=0.7 mol,B正确;该合金中Al的质量分数为×100%≈19.4%,C错误;没有指明气体所处状况,产生氢气的体积无法计算,D错误。
14.将a g CuO和铜粉的混合物样品加入体积为1 L的H2SO4和 Fe2(SO4)3的混合溶液中,样品完全溶解,溶液中只有Fe2+、Cu2+、H+三种阳离子,且三种阳离子的物质的量之比为5∶3∶1(不考虑盐的水解及溶液体积的变化)。若测得反应后溶液中的c(H+)=0.1 mol/L,下列说法正确的是(　　)
[A] 原溶液中c(H2SO4)为0.05 mol/L
[B] 向反应前的溶液中加入足量铁粉,产生的气体体积为4.48 L
[C] 混合物中铜的质量分数为60%
[D] 将足量的H2通入灼热的混合物中,反应结束后,混合物的质量减少了0.8 g
0.5 mol,铜离子的物质的量为0.1 mol×3=0.3 mol;由铁原子守恒可知,硫酸铁的物质的量为
0.5 mol×=0.25 mol,由电荷守恒可得2n(Fe2+)+2n(Cu2+)+n(H+)=2n(S),则n(S)=
=0.85 mol,混合溶液中硫酸的物质的量为0.85 mol-0.25 mol×3=
0.1 mol;硫酸铁溶液与铜反应的化学方程式为Fe2(SO4)3+Cu2FeSO4+CuSO4,由化学方程式可知,铜的物质的量为0.25 mol,由铜原子守恒可知,氧化铜的物质的量为0.3 mol-
0.25 mol=0.05 mol。由分析可知,混合溶液中硫酸的物质的量为0.1 mol,则1 L混合溶液中硫酸的浓度为1 mol/L,A错误;未指明是否为标准状况,无法计算铁与硫酸反应生成氢气的体积,B错误;混合物中氧化铜和铜的物质的量分别为0.05 mol和0.25 mol,则铜的质量分数为×100%=80%,C错误;将足量的氢气通入灼热的混合物中,反应结束后,混合物减少的质量为氧化铜中氧原子的质量,由分析可知,混合物中氧化铜的物质的量为0.05 mol,则混合物减少的质量为0.05 mol×16 g/mol=0.8 g,D正确。
15.(2025·湖北云学联盟月考)向200 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的关系如图所示,忽略溶液体积的变化。下列说法正确的是(　　)
[A] A点到B点,溶液中的溶质没有变化
[B] C点溶质的物质的量浓度为0.5 mol/L
[C] D点时溶液中的金属阳离子只有Fe2+
[D] 原溶液中CuSO4和Fe2(SO4)3的物质的量浓度之比为1∶2
(0.02 mol)铁粉与0.02 mol Cu2+反应,即溶液中发生反应Fe+Cu2+Cu+Fe2+,铁粉质量为1.68～2.24 g(即加入0.56 g Fe)时,固体质量增加1.84 g-1.28 g=0.56 g,此时溶液中不含Cu2+,反应完全,故C点溶液中c(Fe2+)==0.25 mol/L,B错误;D点溶质和C点溶质相同,为FeSO4,C正确;由以上分析可知,原溶液中含0.02 mol CuSO4、0.01 mol Fe2(SO4)3,即溶液中二者物质的量浓度之比为 2∶1,D错误。
16.(4分)已知某加碘盐(含KIO3的食盐)中含碘量为 25.4～50.0 mg/kg。现有1 000 kg该加碘盐,计算:
(1)该加碘食盐中至少含碘　　　　 mol。
(2)若用KI与Cl2反应制KIO3,标准状况下至少需要消耗Cl2的体积为
　(写出计算过程)。
0.6 mol,体积为 0.6 mol×22.4 L/mol=13.44 L
17.(8分)为确定某铝热剂(含氧化铁和铝)的组成,分别进行下列实验:
(1)若取a g样品,向其中加入足量的NaOH溶液,测得生成的气体(标准状况,下同)体积为b L。反应的化学方程式是 　 ;
样品中铝的质量为　　　　g。
(2)另取a g样品将其点燃,恰好完全反应,该反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+
Al2O3,反应中氧化铁与铝的质量之比是　 。
(3)待(2)中反应产物冷却后,加入足量盐酸,测得生成的气体体积为c L,该气体与(1)中所得气体的体积之比 c∶b=　　　　。
(2)80∶27　(3)2∶3
2Al　　～　　3H2
2×27 g 3×22.4 L
m(Al) b L
m(Al)== g。
(2)根据反应2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,得氧化铁与铝的质量之比为160∶54=80∶27。
(3)在铝热反应后的生成物中加入足量盐酸,Al2O3、Fe均与盐酸发生反应,但只有盐酸与Fe反应时才放出气体,Fe+2HClFeCl2+H2↑。要知道放出多少气体,必须知道铁的质量或Fe2O3的质量,但题目要求的是Fe与盐酸、Al与NaOH溶液产生H2的体积之比,只要知道铝热剂中Al与Fe的物质的量之比即可求出。
2Al～Fe2O3～2Fe
3H2 2H2
b c
故c∶b=2∶3。

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