资源简介

(共49张PPT)
第二节　
金属材料
第1课时　合金
01
02
04
03
备课教学指导
课前自主学习
课堂学业达标
课堂合作探究
课程标准 素养目标
1.通过阅读教材,了解合金的概念。 2.知道铜合金、铝合金、铁合金 材料的特性及用途。 3.通过对铝及其氧化物性质的学 习,能够对实验操作予以巩固,同 时对两性物质的性质有初步认识。 1.认识合金的性能和用途,能从合金结
构与组成的角度理解合金的特殊性能。
(宏观辨识与微观探析)
2.通过对合金材料的学习,能科学、合
理的选择和使用金属材料,培养节约
资源、保护环境的意识。(科学态度
与社会责任)
01
备课教学指导
【教学建议】
1.常见合金的重要应用:建议教师设置问题引导学生结合生活中常见的
铁合金、铜合金和铝合金,分析了解合金的性能及重要应用,总结合金的
分类、组成以及在现代社会中的重要作用。
2.正确选用金属材料:建议教师引导学生分析金属材料面临的挑战和应
对措施,并通过社会调查,了解金属材料的组成、来源、价格和用途,增加
学生对金属材料的认识,培养学生的社会责任感和合作精神。
【情境导引】
模式一:
C919客机是中国首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机,是我
国综合科技实力的体现。它的外壳、机翼、机尾、螺旋桨、引擎的许多
部件是由铝的合金及其他金属的合金制作而成。
【思考】
(1)你的生活中有哪些合金材料
(2)你知道为什么要制成合金吗
提示:生活中常见的合金有铁合金、铝合金、铜合金等,合金有熔点低、
硬度大的优点。
模式二:
合金在生活中应用广泛。钢铁就是合金,钢是含碳量为0.03%~2%的铁碳
合金,碳钢是最常用的普通钢,按含碳量不同,碳钢又分为低碳钢、中碳钢
和高碳钢。
【思考】
铁合金有哪些分类
提示:钢铁即是合金材料,铁合金根据含碳量高低分为生铁(一般为2%~
4.3%)和钢(0.03%~2%)两类。
02
课前自主学习
课前自主学习
学习任务一　合金
任务驱动:中国自主研发的C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金,合金具
有什么优点
1.合金
概念 由两种或两种以上的_____(或_____________)熔合而成的具有_____ 特性的物质 特性 硬度 一般_____它的成分金属
熔点 一般_____它的成分金属
与纯金属材料相比,合金具有优良的物理、化学或机械性能 金属
金属与非金属
金属
大于
低于
【想一想】
所有的金属是不是都能形成合金
提示:不是,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。
2.常见的合金
(1)铁合金
铁合金 生铁 钢
含碳量 一般为__________ ___________
性能 硬度大、抗压、性脆 有良好的_______、_________
加工 可___不可___ 可___、可___
用途 制造机座、管道 制造机械和交通工具
2%~4.3%
0.03%~2%
延展性
机械性能
铸
锻
铸
锻
(2)铝合金
(3)铜合金
我国使用最早的铜合金是_____,常见的铜合金还有黄铜和白铜。
青铜
(4)新型合金
①储氢合金:Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
②钛合金:重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。
③耐热合金、形状记忆合金等。
【情境思考】在日常生产、生活和科学技术中,金属材料是非常重要的。
我们周围的很多物品都是由金属材料制成的。金属形成合金后,性质有什
么变化
提示:合金的物理性质相较于成分金属有所改变,但合金中各成分金属的化
学性质仍然不变。
学习任务二　正确选用金属材料
任务驱动:金属材料在生活中有着广泛的应用,如何选择合适的金属材料呢
1.金属材料的分类
金属材料
2.金属材料的正确选用
【理解辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)合金中只存在金属元素,不可能有非金属元素。( )
提示:合金材料中可能含有非金属元素,如生铁中含有碳。
(2)镍、铁制成不锈钢的过程发生了化学变化。( )
提示:铁和镍制成不锈钢的过程中它们的化学性质没有改变,发生的是物理
变化。
×
×
(3)Al2O3既能与盐酸反应,又能与NaOH反应,所以Al2O3是两性氧化物。( )
提示:Al2O3既能与酸反应,又能与强碱反应,属于两性氧化物。
(4)铝和盐酸、NaOH溶液的反应中,铝均作还原剂。( )
提示:铝和盐酸、NaOH溶液的反应中,铝元素的化合价均升高为+3价,铝均
作还原剂。
√
√
03
课堂合作探究
探究任务一　合金的组成和性质
【生活情境】
我们生活中很少使用纯金属,主要使用合金。
【问题探究】
1.合金一定是由金属组成的混合物吗 为什么
提示:不一定。合金可以由金属与金属熔合而成,也可以由金属与非金属熔
合而成,如钢铁中含有碳元素。
2.合金的性质是各成分金属的性质之和吗
提示:合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在物理性质、机械性能
方面优于各成分金属,不是简单加和;但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。
3.合金的性能一般优于各成分金属。如常见的一些合金的硬度比其成分金
属的大,这是为什么
提示:纯金属中所有原子的大小和形状是相同的,原子排列十分规整,合金中
加入了或大或小的其他元素的原子后,改变了原有的有规则排列,使原子层
之间的相对滑动变得困难,导致合金的硬度变大。
【探究总结】
1.组成
(1)合金中一定有金属元素,也可能含有非金属元素。
(2)合金一定是混合物,没有固定的熔点。
2.性质
(1)合金的熔点一般比成分金属的低。
(2)合金在硬度、强度以及其他一些机械性能上要优于成分金属。
(3)合金具有金属特性,如导热性、导电性。
(4)合金中各成分金属的化学性质不变。
【拓展提升】
1.常见合金的成分及其重要作用:
(1)铜合金。
合金 主要成分 主要性能 主要用途
青铜 铜、锡、铅 强度高、可塑性好、 耐磨、耐腐蚀 用于制造机械零件,如
轴承、齿轮等
黄铜 铜、锌 强度高、可塑性好、 易加工、耐腐蚀 用于制造机械零件、
仪表、日用品
白铜 铜、镍 光泽好、耐磨、耐腐 蚀、易加工 用于制造钱币和装饰品
(2)合金钢。
名称 主要成分 主要性能 主要用途
锰钢 铁、锰、碳 韧性好、硬度大 钢轨、自行车架、挖掘机
铲斗、坦克装甲
不锈钢 铁、铬、镍 抗腐蚀性好 医疗器械、容器、炊具
硅钢 铁、硅 导磁性好 变压器、发电机和电动机
中的铁芯
钨钢 铁、钨 耐高温、硬度大 刀具
2.理解合金的组成及性质应注意的问题:
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金
属,合金中一定含金属元素。
(2)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金属的沸点,则二者
不能形成合金。
【探究训练】
1.铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材
料,主要用于制作窗框、卷帘门等。下列性质与这些用途有关的是(　　)
A.强度高 B.熔点高
C.密度大 D.导电性好
【解析】选A。铝镁合金用于制作窗框、卷帘门等时主要是利用了铝镁合
金具有耐腐蚀性、密度小、机械强度高等方面的特点。
√
2.(2025·烟台高一检测)金属材料在生产生活中应用广泛。下列关于金属材
料的说法正确的是 (　　)
A.储氢合金的储氢过程是物理变化
B.不锈钢中添加镍(Ni)和铬(Cr)等元素,不含非金属元素
C.在我国使用最早的合金是钢
D.合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,所以合成合金是物理变
化
√
【解析】选D。储氢合金能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物,
储氢合金的储氢过程是化学变化,故A错误;钢是铁和碳的合金,不锈钢中含
有金属元素,还含有非金属元素碳,故B错误;我国最早使用的合金是青铜,不
是钢,故C错误;合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,没有生成新
物质,所以合成合金是物理变化,故D正确。
探究任务二　铝和铝合金
【实验情境】1
在一支试管中加入5 mL盐酸,再向试管中放入一小块铝片。
【问题探究】
1.过一段时间后能观察到什么现象
提示:溶液中产生气泡,铝片逐渐减少直至消失。
2.将点燃的木条放在试管口,会观察到什么现象
提示:有爆鸣声,证明产生的气体是氢气。
3.该实验涉及的反应原理是什么,涉及的化学反应有哪些
提示:铝表面的氧化膜和铝均能与盐酸发生反应。反应的化学方程式为
Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O,2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑。
4.迁移应用:铝是比较活泼的金属,很容易被氧气氧化,但在日常生活中
我们却使用很多铝制容器,为什么 类似的还有什么金属
提示:镁、铝都为较活泼金属,容易被氧气氧化为对应氧化物,但形成的氧化
物结构致密,可以阻止内部金属继续被氧化。
【实验情境】2
在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液,然后向其中一支试管中放入一小
块铝片,向另一支试管中加入用砂纸仔细打磨过(除去表面的氧化膜)的一
小块铝片。
【问题探究】
1.过一段时间后能观察到什么现象
提示:放入打磨过的铝片的溶液中立即产生气泡,而放入未打磨的铝片的试
管中开始没有气泡,一段时间后才产生气泡,铝片逐渐减少直至消失。
2.该实验涉及的反应原理是什么
提示:铝表面的氧化膜和铝均能与强碱氢氧化钠发生反应。
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑,
Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4]。
3.迁移应用:铝制餐具能不能用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物
提示:铝和氧化铝均能与酸、碱反应,因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间
存放酸性或碱性食物。
【探究总结】
1.铝合金
2.铝与酸、碱液反应生成H2的量的关系
(1)反应原理
(2)量的关系
定量关系
【探究训练】
1.(双选)既能与盐酸反应有气体生成,又能与氢氧化钠溶液反应的是(　　)
A.CaCO3 B.AgNO3
C.NaHCO3 D.Al
【解析】选C、D。碳酸钙和氢氧化钠不能发生反应,A错误;硝酸银和盐酸
反应不能生成气体,B错误;碳酸氢钠和盐酸反应生成二氧化碳,和氢氧化钠
反应生成碳酸钠,C正确;铝和盐酸、氢氧化钠均能反应生成氢气,D正确。
√
√
2.(2025·济宁高一检测)我国C919大型客机使用了第三代铝锂合金,具有密度低、
强度高、耐腐蚀等特点。下列说法不正确的是 (　　)
A.铝锂合金硬度比纯铝大
B.铝锂合金熔点比纯铝低
C.铝为惰性金属,比较耐腐蚀
D.铝有较好的导电性和导热性
【解析】选C。纯铝质地较软,铝锂合金硬度比纯铝大,A正确;一般来说合金的熔
点比其成分金属低,铝锂合金熔点比铝低,B正确;铝为活泼金属,其耐腐蚀性是由
于易与氧气反应生成一层致密氧化膜,保护内部金属,C错误;铝有较好的导电性
和导热性,D正确。
√
04
课堂学业达标
1.中国“奋斗者”号载人潜水器使用了大量的钛合金材料。有关合金的说法
错误的是 (　　)
A.钛合金是一种新型金属单质
B.在合金中加入稀土金属,能大大改善合金的性能,使合金具有更优良的性
能
C.钛合金熔点比成分金属低,但硬度大
D.钛合金的化学性质具有其各成分金属的化学性质
√
【解析】选A。合金是指在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成
的具有金属特性的物质,钛合金含有多种物质,属于混合物,不是新型金属单
质,A错误;在钛合金中加入稀土金属,能提高钛合金的拉伸性能、热稳定性、
加工性能、工艺性能等,使钛合金具有更优良的性能,B正确;由于合金中组
成元素之间相互作用的情况不同,形成合金后熔点比成分金属低,硬度大,C
正确;合金的化学性质与其各成分金属的化学性质是相同的,钛合金除具备
钛单质性质外,还具备其他组成成分的性质,D正确。
【易错提醒】合金的易错点
(1)合金物理性质、机械性能等优于成分金属,但合金中各成分金属的化学
性质并未改变。
(2)合金是混合物,但其成分均一,性质稳定,具有固定的熔点、沸点。
2.下列说法错误的是 (　　)
A.氧化铝常用于制造耐高温材料
B.硬铝是制造飞机和宇宙飞船的理想材料
C.不锈钢是合金,可用于制造饭勺、饭盒、高压锅等
D.铝制餐具可以用来长时间存放酸性或碱性食物
【解析】选D。A.氧化铝的熔点很高,常用于制造耐高温材料,A正确;B.硬铝具有
密度小、硬度大的特点,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料,B正确;C.不锈钢是
铁合金,可用于制造饭勺、饭盒、高压锅等,C正确;D.铝能和强碱反应生成可溶
性四羟基合铝酸盐,能和酸反应生成盐,酸、碱可直接腐蚀铝的保护膜以及铝制
品本身,所以铝制餐具不宜用来长时间存放酸性或碱性食物,D错误。
√
3.近年来,科学家正在探索利用铝粉作为新能源的可能性,以期望铝能成为
一种石油的取代物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,关
于其有利因素的下列说法,你认为错误的是 (　　)
A.铝质轻且安全,便于运输、贮存
B.铝燃烧时放出的热量大,且燃烧后的产物对环境的污染容易得到有效控
制
C.在地球上,铝矿资源比较丰富
D.现代电冶炼铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础
【解析】选D。电冶炼铝本身消耗了大量电能,作为新能源不合适。
√
4.(双选)下列关于铝单质和化合物的叙述正确的是 (　　)
A.用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔化后
的液态铝会滴落下来,是因为金属铝的熔点较低
B.铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定
C.不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤是因为铝会和酸反应
D.明矾[KAl(SO4)2·12H2O]净水作用是因为溶于水形成氢氧化铝胶体,胶体
吸附水中的悬浮颗粒物并沉降
√
√
【解析】选C、D。铝是活泼金属,在酒精灯上加热时,铝表面迅速产生一层
致密的氧化物薄膜,保护内部铝不与氧气反应,因为氧化铝的熔点高于铝单
质,所以熔化后的液态铝不会滴落,A错误;铝为活泼金属,容易与氧气反应,
在铝表面产生一层致密的氧化物薄膜,保护内部铝不被氧气氧化,B错误;无
论是铝单质,还是氧化铝,都能与酸反应,所以不能用铝制的器皿来盛放酸梅
汤,C正确;明矾净水作用是因为明矾电离出的铝离子在溶液中水解生成氢
氧化铝胶体,胶体吸附水中的悬浮颗粒物并沉降而达到净水的目的,D正确。
5.2023年10月26日,载有三名航天员的神舟十七号载人飞船顺利进入太空。
运载火箭和载人飞船使用了大量铝材,实现了多项科技创新。
(1)运载火箭和载人飞船上使用的铝材属于________(填“纯铝”或“铝合金”),
其优点是________(写一条)。
(2)生产铝材时,可用NaOH溶液除去铝材表面的天然氧化膜,反应的化学方
程式是_________。
(3)区分铝合金与铁合金的一种简单方法是________________________。
【解析】(1)运载火箭和载人飞船上使用的铝材属于合金,其优点是密度小、
硬度大等;(2)用NaOH溶液除去铝材表面的天然氧化膜是氧化铝和氢氧化
钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠,反应的化学方程式为
Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4];(3)区分铝合金与铁合金的一种简单
方法是用磁铁吸引,铁合金可以被吸起,铝合金不能被吸起。
答案:(1)铝合金　密度小(合理即可)
(2)Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4]
(3)用磁铁吸引十六　合金
【基础达标】(25分钟　30分)
一、选择题(本题包括5小题,每小题4分,共20分)
1.(2025·天津高一检测)下列关于合金的说法正确的是 (　　)
A.合金的熔点比各成分金属的高
B.在我国使用最早的合金是钢
C.生铁的含碳量为0.03%~2%
D.稀土金属可以用于生产合金,稀土元素被称为“冶金工业的维生素”
【解析】选D。合金的熔点一般比各成分金属的低,故A错误;在我国使用最早的合金是青铜,故B错误;生铁是含碳量(质量分数)一般为2%~4.3%的铁合金,故C错误;合金是指在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质,在合金中加入适量稀土金属能大大改善合金的性能,稀土元素被称为“冶金工业的维生素”,D正确。
2.(2024·广西适应性测试)下列广西优秀传统工艺品中,主要由合金材料制成的是 (　　)
A.壮乡 铜鼓 B.绣球 C.坭兴陶 D.壮锦
【解析】选A。铜鼓为合金材料制成的,A正确;绣球为绸布或花布制成,不属于合金材料,B错误;坭兴陶为硅酸盐材料制成,不属于合金材料,C错误;壮锦为棉线或丝线编织而成,不属于合金材料,D错误。
3.中国国产商用飞机C919已累计承运旅客突破100万次。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
【解析】选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,A错误;铝及氧化物都能与酸反应2Al+6H+===2Al3++3H2↑、Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,铝制餐具不宜长时间盛放酸性食物,B正确;铝合金密度小、强度高,广泛应用于航空领域,C正确;氧化铝与NaOH溶液能发生反应Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-,工业上可以用NaOH溶液去除铝表面的氧化膜,D正确。
4.下列关于合金的说法正确的是 (　　)
①合金只能由两种或两种以上的金属组成　②合金具有金属特性　③碳钢和生铁的主要成分相同,故性能相同　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
A.②③ B.②④ C.①② D.①④
【解析】选B。①合金可由两种或两种以上的金属或者金属与非金属熔合而成,故错误;②合金是指在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质,故正确;③碳钢和生铁含碳量不同,含碳量越高,硬度越大,因此两者的性能不同,故错误;④合金的性质与合金的原料配比以及制造工艺有关,所以改变原料的配比、变更制造合金的工艺,可以制得具有不同性能的合金,故正确。
5.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:
下列说法中,不正确的是 (　　)
A.①中加NaOH溶液,发生反应的离子方程式是2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
B.操作a是过滤
C.乙溶液中含有的离子是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
【解析】选C。Al有两性,能与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4],而Mg、Fe不反应,以固体单质形式除去,则操作a是过滤,再加稀硫酸调节pH析出Al(OH)3沉淀,过滤固体,继续向纯固体中加入过量稀硫酸得到Al2(SO4)3和稀硫酸的混合溶液,最后加饱和K2SO4溶液结晶得到溶解度更小的明矾。A.Al能与强碱反应,离子方程式是2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑,A正确;B.Mg、Fe不与NaOH反应,则操作a是过滤,以除去难溶于NaOH溶液的杂质,B正确;C.乙溶液中含有的离子是H+、Al3+和S,C错误;D.④是根据溶解度差异来制取明矾,即室温下明矾的溶解度小于Al2(SO4)3和K2SO4的溶解度,D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
6.(1)选择填空:将铝的用途与性质搭配起来(每个选项只选用一次)。
A.质轻　B.延展性好　C.易导热　D.易导电　E.氧化时放热
①太阳能热水器:　C　;
②飞机:　A　;
③电缆:　D　;
④铝箔:　B　。
【解析】(1)铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。铝合金硬度大、质轻,是制造飞机的良好材料。铝用作电缆和铝箔分别利用了其导电性和延展性。
(2)佛山是有色金属之乡,其中铝合金材料的产量约占全国的一半。铝合金材料属于　混合物　(填“纯净物”“混合物”或“单质”)。
【解析】(2)合金是由一种金属跟其他一种或几种金属(或非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质,因此肯定是混合物。
(3)在西汉古籍中曾有记载:曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜]。试写出该反应的化学方程式:　 Fe+CuSO4===FeSO4+Cu　。
【解析】(3)该反应是铁与硫酸铜反应置换出铜的过程。
【能力提升】(15分钟　20分)
1.(5分)(双选)(2025·临沂高一检测)某混合物可能含有Al、Fe、Cu、Fe3O4,为探究该混合物成分,某兴趣小组设计如图所示实验方案。下列说法正确的是 (　　)
A.固体M一定是纯净物
B.混合物中一定满足n(Cu)∶n(Fe3O4)>1∶1
C.m1>m2且混合物中一定含有Al
D.蓝绿色溶液中一定含有Fe3+、Cu2+、Fe2+、H+
【解析】选A、C。混合物可能含有Al、Fe、Cu、Fe3O4,加氢氧化钠溶液溶解,铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气,过滤,固体中含有Fe、Cu、Fe3O4,加过量盐酸,铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气,Fe3O4和盐酸反应生成氯化铁、氯化亚铁和水,铜和氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜。盐酸过量,Fe、Cu、Fe3O4中只有Cu和盐酸不反应,固体M一定是Cu,故A正确;Fe、Cu都能与Fe3+反应,且铁的还原性大于铜,铜有剩余,混合物中不一定满足n(Cu)∶n(Fe3O4)>1∶1,故B错误;Al能与氢氧化钠反应放出氢气,Fe、Cu、Fe3O4和氢氧化钠不反应,加入氢氧化钠有气体放出,说明混合物中一定含有Al,所以m1>m2,故C正确;Fe3+与Cu反应,有Cu剩余,则蓝绿色溶液中一定不含有Fe3+,故D错误。
2.(5分)铝土矿中主要含有Al2O3,还有少量Fe2O3杂质,从铝土矿中冶炼金属铝方法如图所示(步骤①、②、③中每步反应结束后经过过滤才进行下一步反应)。下列有关说法错误的是 (　　)
A.金属铝能与NaOH反应
B.步骤②的作用是除去母液1中的Fe3+、H+
C.步骤③生成沉淀的离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2===HC+Al(OH)3↓
D.将步骤①和步骤②顺序颠倒,再通入足量CO2也能得到氢氧化铝沉淀
【解析】选D。铝土矿加入盐酸浸取,得到的母液1中含有Fe3+、Al3+,加入足量NaOH溶液,母液2中含有[Al(OH)4]-,通入足量的CO2生成Al(OH)3沉淀,加热分解生成Al2O3,最后电解熔融的Al2O3得到金属Al。Al既能与酸反应也能与强碱反应,A正确;步骤②加入的NaOH溶液,可以与溶液中的H+、Fe3+发生反应,因此其作用是除去母液1中的Fe3+、H+,B正确;通入足量二氧化碳与四羟基合铝酸根反应:[Al(OH)4]-+CO2===HC+Al(OH)3↓,C正确;若将步骤①和步骤②顺序颠倒,Al2O3与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4],Fe2O3不反应,过滤除去沉淀后,再加入足量盐酸,Na[Al(OH)4]会变为AlCl3,此时通入足量CO2,不能反应得到Al(OH)3沉淀,D错误。
3.(10分)为探索含铝-铁-铜合金(其余成分与酸、碱都不反应)废料的再利用,某同学设计的回收利用方案如下:
(1)写出合金与NaOH溶液反应的离子方程式:　2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑　。
(2)试剂Y是H2O2溶液,写出生成硫酸铜溶液的化学方程式:
　Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O　。
(3)检验滤液D中含有的金属阳离子的操作:　取样品加入KSCN溶液,溶液不变色,再滴入氯水,溶液变为红色,说明含有亚铁离子　。
(4)若要从滤液D得到绿矾晶体,必须进行的实验操作步骤:　蒸发浓缩、降温结晶　、过滤、洗涤、干燥。
(5)取少量D溶液于试管中,向其中滴加NaOH溶液,观察到的现象:　 开始无明显现象,后来生成白色沉淀,白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色　,
对应的离子方程式:　 H++OH-===H2O、
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓、
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3　。
【解析】铝-铁-铜合金加入NaOH溶液后,铝会溶解,滤液A为四羟基合铝酸钠溶液,滤渣为铁和铜的混合物,滤液A中通入过量的二氧化碳气体会得到沉淀氢氧化铝,再加入稀盐酸会得到氯化铝溶液;滤渣B中加入过量稀硫酸会得硫酸亚铁溶液和稀硫酸的混合物,滤渣E是铜,硫酸亚铁溶液经过蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥得绿矾晶体,金属铜中加入稀硫酸和双氧水会得到硫酸铜溶液。
(1)合金与NaOH溶液反应主要是铝与NaOH溶液反应,反应的离子方程式为2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑;
(2)试剂Y是H2O2溶液,生成硫酸铜溶液的化学方程式为Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O;
(3)滤液D中含有硫酸亚铁和过量的稀硫酸,检验其中含有的金属阳离子的操作是取样品加入KSCN溶液,溶液不变色,再滴入氯水,溶液变为红色,说明含有亚铁离子;
(4)若要从滤液D得到绿矾晶体,必须进行的实验操作步骤为蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥;
(5)D溶液中含有硫酸亚铁和过量的稀硫酸,取少量D溶液于试管中,向其中滴加NaOH溶液,稀硫酸和硫酸亚铁会依次发生反应,而且生成的白色的氢氧化亚铁会进一步被氧化为红褐色的氢氧化铁,观察到现象为开始无明显现象,后来生成白色沉淀,白色沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,反应的离子方程式为H++OH-===H2O、Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。第二节　金属材料
第1课时　合金
课程标准 素养目标
1.通过阅读教材,了解合金的概念。 2.知道铜合金、铝合金、铁合金材料的特性及用途。 3.通过对铝及其氧化物性质的学习,能够对实验操作予以巩固,同时对两性物质的性质有初步认识。 1.认识合金的性能和用途,能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能。(宏观辨识与微观探析) 2.通过对合金材料的学习,能科学、合理的选择和使用金属材料,培养节约资源、保护环境的意识。(科学态度与社会责任)
备课教学指导
【教学建议】
1.常见合金的重要应用:建议教师设置问题引导学生结合生活中常见的铁合金、铜合金和铝合金,分析了解合金的性能及重要应用,总结合金的分类、组成以及在现代社会中的重要作用。
2.正确选用金属材料:建议教师引导学生分析金属材料面临的挑战和应对措施,并通过社会调查,了解金属材料的组成、来源、价格和用途,增加学生对金属材料的认识,培养学生的社会责任感和合作精神。
【情境导引】
模式一:
C919客机是中国首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机,是我国综合科技实力的体现。它的外壳、机翼、机尾、螺旋桨、引擎的许多部件是由铝的合金及其他金属的合金制作而成。
【思考】
(1)你的生活中有哪些合金材料
(2)你知道为什么要制成合金吗
提示:生活中常见的合金有铁合金、铝合金、铜合金等,合金有熔点低、硬度大的优点。
模式二:
合金在生活中应用广泛。钢铁就是合金,钢是含碳量为0.03%~2%的铁碳合金,碳钢是最常用的普通钢,按含碳量不同,碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
　　【思考】
铁合金有哪些分类
提示:钢铁即是合金材料,铁合金根据含碳量高低分为生铁(一般为2%~4.3%)和钢(0.03%~2%)两类。
课前自主学习
学习任务一　合金
任务驱动:中国自主研发的C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金,合金具有什么优点
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
特性 硬度 一般大于它的成分金属
熔点 一般低于它的成分金属
与纯金属材料相比,合金具有优良的物理、化学或机械性能
【想一想】
所有的金属是不是都能形成合金
提示:不是,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。
2.常见的合金
(1)铁合金
铁合金 生铁 钢
含碳量 一般为2%~4.3% 0.03%~2%
性能 硬度大、抗压、性脆 有良好的延展性、机械性能
加工 可铸不可锻 可铸、可锻
用途 制造机座、管道 制造机械和交通工具
(2)铝合金
(3)铜合金
我国使用最早的铜合金是青铜,常见的铜合金还有黄铜和白铜。
(4)新型合金
①储氢合金:Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
②钛合金:重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。
③耐热合金、形状记忆合金等。
【情境思考】在日常生产、生活和科学技术中,金属材料是非常重要的。我们周围的很多物品都是由金属材料制成的。金属形成合金后,性质有什么变化
提示:合金的物理性质相较于成分金属有所改变,但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。
学习任务二　正确选用金属材料
任务驱动:金属材料在生活中有着广泛的应用,如何选择合适的金属材料呢
1.金属材料的分类
金属材料
2.金属材料的正确选用
【理解辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)合金中只存在金属元素,不可能有非金属元素。 (×)
提示:合金材料中可能含有非金属元素,如生铁中含有碳。
(2)镍、铁制成不锈钢的过程发生了化学变化。(×)
提示:铁和镍制成不锈钢的过程中它们的化学性质没有改变,发生的是物理变化。
(3)Al2O3既能与盐酸反应,又能与NaOH反应,所以Al2O3是两性氧化物。 (√)
提示:Al2O3既能与酸反应,又能与强碱反应,属于两性氧化物。
(4)铝和盐酸、NaOH溶液的反应中,铝均作还原剂。 (√)
提示:铝和盐酸、NaOH溶液的反应中,铝元素的化合价均升高为+3价,铝均作还原剂。
课堂合作探究
探究任务一　合金的组成和性质
【生活情境】
我们生活中很少使用纯金属,主要使用合金。
【问题探究】
1.合金一定是由金属组成的混合物吗 为什么
提示:不一定。合金可以由金属与金属熔合而成,也可以由金属与非金属熔合而成,如钢铁中含有碳元素。
2.合金的性质是各成分金属的性质之和吗
提示:合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在物理性质、机械性能方面优于各成分金属,不是简单加和;但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。
3.合金的性能一般优于各成分金属。如常见的一些合金的硬度比其成分金属的大,这是为什么
提示:纯金属中所有原子的大小和形状是相同的,原子排列十分规整,合金中加入了或大或小的其他元素的原子后,改变了原有的有规则排列,使原子层之间的相对滑动变得困难,导致合金的硬度变大。
【探究总结】
1.组成
(1)合金中一定有金属元素,也可能含有非金属元素。
(2)合金一定是混合物,没有固定的熔点。
2.性质
(1)合金的熔点一般比成分金属的低。
(2)合金在硬度、强度以及其他一些机械性能上要优于成分金属。
(3)合金具有金属特性,如导热性、导电性。
(4)合金中各成分金属的化学性质不变。
【拓展提升】
1.常见合金的成分及其重要作用:
(1)铜合金。
合金 主要成分 主要性能 主要用途
青铜 铜、锡、铅 强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀 用于制造机械零件,如轴承、齿轮等
黄铜 铜、锌 强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀 用于制造机械零件、仪表、日用品
白铜 铜、镍 光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工 用于制造钱币和装饰品
(2)合金钢。
名称 主要成分 主要性能 主要用途
锰钢 铁、锰、碳 韧性好、硬度大 钢轨、自行车架、挖掘机铲斗、坦克装甲
不锈钢 铁、铬、镍 抗腐蚀性好 医疗器械、容器、炊具
硅钢 铁、硅 导磁性好 变压器、发电机和电动机中的铁芯
钨钢 铁、钨 耐高温、硬度大 刀具
2.理解合金的组成及性质应注意的问题:
(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属,合金中一定含金属元素。
(2)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金属的沸点,则二者不能形成合金。
【探究训练】
1.铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料,主要用于制作窗框、卷帘门等。下列性质与这些用途有关的是 (　　)
A.强度高 B.熔点高
C.密度大 D.导电性好
【解析】选A。铝镁合金用于制作窗框、卷帘门等时主要是利用了铝镁合金具有耐腐蚀性、密度小、机械强度高等方面的特点。
2.(2025·烟台高一检测)金属材料在生产生活中应用广泛。下列关于金属材料的说法正确的是 (　　)
A.储氢合金的储氢过程是物理变化
B.不锈钢中添加镍(Ni)和铬(Cr)等元素,不含非金属元素
C.在我国使用最早的合金是钢
D.合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,所以合成合金是物理变化
【解析】选D。储氢合金能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物,储氢合金的储氢过程是化学变化,故A错误;钢是铁和碳的合金,不锈钢中含有金属元素,还含有非金属元素碳,故B错误;我国最早使用的合金是青铜,不是钢,故C错误;合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,没有生成新物质,所以合成合金是物理变化,故D正确。
探究任务二　铝和铝合金
【实验情境】1
在一支试管中加入5 mL盐酸,再向试管中放入一小块铝片。
【问题探究】
1.过一段时间后能观察到什么现象
提示:溶液中产生气泡,铝片逐渐减少直至消失。
2.将点燃的木条放在试管口,会观察到什么现象
提示:有爆鸣声,证明产生的气体是氢气。
3.该实验涉及的反应原理是什么,涉及的化学反应有哪些
提示:铝表面的氧化膜和铝均能与盐酸发生反应。反应的化学方程式为Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O,2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑。
4.【迁移应用】:铝是比较活泼的金属,很容易被氧气氧化,但在日常生活中我们却使用很多铝制容器,为什么 类似的还有什么金属
提示:镁、铝都为较活泼金属,容易被氧气氧化为对应氧化物,但形成的氧化物结构致密,可以阻止内部金属继续被氧化。
【实验情境】2
在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液,然后向其中一支试管中放入一小块铝片,向另一支试管中加入用砂纸仔细打磨过(除去表面的氧化膜)的一小块铝片。
【问题探究】
1.过一段时间后能观察到什么现象
提示:放入打磨过的铝片的溶液中立即产生气泡,而放入未打磨的铝片的试管中开始没有气泡,一段时间后才产生气泡,铝片逐渐减少直至消失。
2.该实验涉及的反应原理是什么
提示:铝表面的氧化膜和铝均能与强碱氢氧化钠发生反应。2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑,Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4]。
3.迁移应用:铝制餐具能不能用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物
提示:铝和氧化铝均能与酸、碱反应,因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。
【探究总结】
1.铝合金
2.铝与酸、碱液反应生成H2的量的关系
(1)反应原理
(2)量的关系
定量关系
【探究训练】
1.(双选)既能与盐酸反应有气体生成,又能与氢氧化钠溶液反应的是 (　　)
A.CaCO3 B.AgNO3
C.NaHCO3 D.Al
【解析】选C、D。碳酸钙和氢氧化钠不能发生反应,A错误;硝酸银和盐酸反应不能生成气体,B错误;碳酸氢钠和盐酸反应生成二氧化碳,和氢氧化钠反应生成碳酸钠,C正确;铝和盐酸、氢氧化钠均能反应生成氢气,D正确。
2.(2025·济宁高一检测)我国C919大型客机使用了第三代铝锂合金,具有密度低、强度高、耐腐蚀等特点。下列说法不正确的是 (　　)
A.铝锂合金硬度比纯铝大
B.铝锂合金熔点比纯铝低
C.铝为惰性金属,比较耐腐蚀
D.铝有较好的导电性和导热性
【解析】选C。纯铝质地较软,铝锂合金硬度比纯铝大,A正确;一般来说合金的熔点比其成分金属低,铝锂合金熔点比铝低,B正确;铝为活泼金属,其耐腐蚀性是由于易与氧气反应生成一层致密氧化膜,保护内部金属,C错误;铝有较好的导电性和导热性,D正确。
课堂学业达标
1.中国“奋斗者”号载人潜水器使用了大量的钛合金材料。有关合金的说法错误的是 (　　)
A.钛合金是一种新型金属单质
B.在合金中加入稀土金属,能大大改善合金的性能,使合金具有更优良的性能
C.钛合金熔点比成分金属低,但硬度大
D.钛合金的化学性质具有其各成分金属的化学性质
【解析】选A。合金是指在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质,钛合金含有多种物质,属于混合物,不是新型金属单质,A错误;在钛合金中加入稀土金属,能提高钛合金的拉伸性能、热稳定性、加工性能、工艺性能等,使钛合金具有更优良的性能,B正确;由于合金中组成元素之间相互作用的情况不同,形成合金后熔点比成分金属低,硬度大,C正确;合金的化学性质与其各成分金属的化学性质是相同的,钛合金除具备钛单质性质外,还具备其他组成成分的性质,D正确。
【易错提醒】合金的易错点
(1)合金物理性质、机械性能等优于成分金属,但合金中各成分金属的化学性质并未改变。
(2)合金是混合物,但其成分均一,性质稳定,具有固定的熔点、沸点。
2.下列说法错误的是 (　　)
A.氧化铝常用于制造耐高温材料
B.硬铝是制造飞机和宇宙飞船的理想材料
C.不锈钢是合金,可用于制造饭勺、饭盒、高压锅等
D.铝制餐具可以用来长时间存放酸性或碱性食物
【解析】选D。A.氧化铝的熔点很高,常用于制造耐高温材料,A正确;B.硬铝具有密度小、硬度大的特点,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料,B正确;C.不锈钢是铁合金,可用于制造饭勺、饭盒、高压锅等,C正确;D.铝能和强碱反应生成可溶性四羟基合铝酸盐,能和酸反应生成盐,酸、碱可直接腐蚀铝的保护膜以及铝制品本身,所以铝制餐具不宜用来长时间存放酸性或碱性食物,D错误。
3.近年来,科学家正在探索利用铝粉作为新能源的可能性,以期望铝能成为一种石油的取代物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,关于其有利因素的下列说法,你认为错误的是 (　　)
A.铝质轻且安全,便于运输、贮存
B.铝燃烧时放出的热量大,且燃烧后的产物对环境的污染容易得到有效控制
C.在地球上,铝矿资源比较丰富
D.现代电冶炼铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础
【解析】选D。电冶炼铝本身消耗了大量电能,作为新能源不合适。
4.(双选)下列关于铝单质和化合物的叙述正确的是 (　　)
A.用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔化后的液态铝会滴落下来,是因为金属铝的熔点较低
B.铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定
C.不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤是因为铝会和酸反应
D.明矾[KAl(SO4)2·12H2O]净水作用是因为溶于水形成氢氧化铝胶体,胶体吸附水中的悬浮颗粒物并沉降
【解析】选C、D。铝是活泼金属,在酒精灯上加热时,铝表面迅速产生一层致密的氧化物薄膜,保护内部铝不与氧气反应,因为氧化铝的熔点高于铝单质,所以熔化后的液态铝不会滴落,A错误;铝为活泼金属,容易与氧气反应,在铝表面产生一层致密的氧化物薄膜,保护内部铝不被氧气氧化,B错误;无论是铝单质,还是氧化铝,都能与酸反应,所以不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤,C正确;明矾净水作用是因为明矾电离出的铝离子在溶液中水解生成氢氧化铝胶体,胶体吸附水中的悬浮颗粒物并沉降而达到净水的目的,D正确。
5.2023年10月26日,载有三名航天员的神舟十七号载人飞船顺利进入太空。运载火箭和载人飞船使用了大量铝材,实现了多项科技创新。
(1)运载火箭和载人飞船上使用的铝材属于________(填“纯铝”或“铝合金”),其优点是________(写一条)。
(2)生产铝材时,可用NaOH溶液除去铝材表面的天然氧化膜,反应的化学方程式是_________。
(3)区分铝合金与铁合金的一种简单方法是_________________________。
【解析】(1)运载火箭和载人飞船上使用的铝材属于合金,其优点是密度小、硬度大等;(2)用NaOH溶液除去铝材表面的天然氧化膜是氧化铝和氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠,反应的化学方程式为Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4];(3)区分铝合金与铁合金的一种简单方法是用磁铁吸引,铁合金可以被吸起,铝合金不能被吸起。
答案:(1)铝合金　密度小(合理即可)
(2)Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4]
(3)用磁铁吸引
　　 课时巩固 请使用 课时素养检测 十六十七　物质的量在化学方程式计算中的应用
【基础达标】(25分钟　30分)
一、选择题(本题包括6小题,每小题3分,共18分)
1.利用太阳能分解制氢,若光解0.02 mol水,下列说法正确的是 (　　)
A.可生成H2的质量为0.02 g
B.可生成氢的原子数为2.408×1023个
C.可生成H2的体积为0.224 L(标准状况)
D.生成H2的量理论上等于0.04 mol Na与水反应产生H2的量
【解析】选D。根据方程式:2H2O2H2↑+O2↑,根据物质的量之比等于系数比可知,光解
0.02 mol H2O,可产生0.02 mol H2和0.01 mol O2。则可得:A.0.02 mol H2的质量为0.04 g,错误;B.0.02 mol H2的氢原子数为2.408×1022个,错误;C.0.02 mol H2在标准状况下的体积为
0.448 L;D.根据反应方程式:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,0.04 mol Na与水反应产生0.02 mol H2,故D正确。
2.已知1.6 g部分被氧化的镁条和足量的盐酸反应,在标准状况下生成1.12 L H2,被氧化的镁的质量是 (　　)
A.1.2 g B.0.64 g C.0.4 g D.0.24 g
【解析】选D。n(H2)==0.05 mol,根据化学方程式:Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,所以有n(Mg)=n(H2)=0.05 mol,m(Mg)=0.05 mol×24 g·mol-1=1.2 g,m(MgO)=1.6 g-1.2 g=0.4 g;根据关系式Mg~MgO,n(Mg)被氧化=n(MgO)==0.01 mol,所以被氧化的镁的质量为0.01 mol×
24g·mol-1=0.24 g,D选项符合。
3.已知100 mL硫酸铁、硫酸铜、硫酸的混合溶液,各阳离子的物质的量浓度相同,测得c(S)=9 mol·L-1,则此溶液中还可以溶解铁粉的质量为 (　　)
A.11.2 g B.16.8 g
C.33.6 g D.5.6 g
【解析】选C。硫酸根离子的物质的量为0.1 L×9 mol·L-1=0.9 mol;各阳离子的物质的量浓度相等,设各阳离子的物质的量为x,则根据电荷守恒可得x+2x+3x=2×0.9 mol,解得x=0.3 mol;根据化学方程式2H++Fe===Fe2++H2↑,可知与酸反应的Fe的物质的量为0.15 mol,根据化学方程式Fe+2Fe3+===3Fe2+,可知与Fe3+反应的Fe的物质的量为0.15 mol,根据化学方程式Fe+Cu2+===Fe2++Cu,可知与Cu2+反应的Fe的物质的量为0.3 mol,因此可溶解的Fe的物质的量之和为0.15 mol+0.15 mol+0.3 mol =0.6 mol,质量为0.6 mol×56 g·mol-1=33.6 g,故C正确。
4.(双选)将18.0 g铁、铜混合粉末加入100 mL 5.0 mol·L-1 FeCl3溶液中,剩余固体质量为3.2 g。下列说法正确的是 (　　)
A.剩余固体是Cu
B.固体混合物中铜的质量是9.6 g
C.反应后溶液中n(Fe2+)+n(Cu2+)=0.5 mol
D.反应后溶液中n(Fe2+)=0.15 mol
【解析】选A、B。铁的金属活动性强于Cu,Fe先与氯化铁反应,Fe反应完后Cu与氯化铁反应,离子方程式分别为Fe+2Fe3+===3Fe2+,Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,0.5 mol Fe3+能消耗0.25 mol Fe,质量为14 g,0.5 mol Fe3+能消耗Cu 0.25 mol,质量为16 g,现剩余固体3.2 g,说明两种金属都
参与反应,Fe反应完,剩余固体为Cu,假设铁、铜混合物中参与反应的Fe有x mol,参与反应的
Cu有y mol,则有56x+64y=14.8 g,2x+2y=0.5 mol,解得x=0.15,y=0.1。由分析可知,剩余固体是
Cu,A正确;由分析可知,固体混合物中参与反应的Cu有0.1 mol,则原来含有的铜的质量是
0.1 mol×64 g·mol-1+3.2 g=9.6 g,B正确;反应后溶液中n(Fe2+)+n(Cu2+)=0.15 mol+0.1 mol+
0.5 mol=0.75 mol,C错误;反应后溶液中n(Fe2+)=0.15 mol+0.5 mol=0.65 mol,D错误。
5.现将一定质量的铝分别加入稀盐酸和氢氧化钠溶液中,当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时,反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为(　　)
A.3∶1 B.2∶1 C.1∶1 D.1∶3
【解析】选A。根据反应方程式①2Al+6H+===2Al3++3H2↑,②2Al+2OH-+6H2O===
2[Al(OH)4]-+3H2↑可知:当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时,反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为3∶1。
6.(2025·日照高一检测)将1 L 1.0 mol·L-1CuSO4溶液与1 L 0.1 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液混合(忽略混合后溶液体积变化),向其中加入一定质量的Fe粉,充分反应后,固体质量不变,则反应后溶液中Fe2+的物质的量浓度为 (　　)
A.0.1 mol·L-1 B.0.35 mol·L-1
C.0.5 mol·L-1 D.0.65 mol·L-1
【解析】选C。先发生反应:Fe+2Fe3+===3Fe2+,再发生反应:Fe+Cu2+===Cu+Fe2+,充分反应后,固体质量不变,说明参加反应Fe的质量等于析出Cu的质量,n(Fe3+)=1 L×0.1 mol·L-1×2=0.2 mol,溶液中Fe3+完全反应消耗Fe,生成Fe2+为0.1 mol×3=0.3 mol,设析出的Cu为x mol,则析出x mol Cu消耗Fe为x mol,则有56(x+0.1)=64x,解得x=0.7,则反应后溶液中n(Fe2+)=0.3 mol+n(Cu)=
0.3 mol+0.7 mol=1 mol,c(Fe3+)==0.5 mol·L-1。
二、非选择题(本题包括1小题,共12分)
7.将30 g MnO2的质量分数为76.6%的软锰矿石与足量12 mol·L-1的浓盐酸完全反应(杂质不参加反应)。计算:
(1)参加反应的浓盐酸的体积。
答案:(1)MnO2的摩尔质量为87 g·mol-1。
n(MnO2)==≈0.26 mol
4HCl(浓) + MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑
4 1
12 mol·L-1
×V[HCl(aq)] 0.26 mol
V[HCl(aq)]=≈0.087 L
(2)生成的Cl2的体积(标准状况)。
答案:(2)4HCl(浓)+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑
1 mol 22.4 L
0.26 mol V(Cl2)
V(Cl2)=≈5.8 L。
【解析】根据题目中所给的已知条件,可先计算出参加反应的MnO2的物质的量n(MnO2),然后根据化学反应中各物质之间的化学计量数之比,计算出参加反应的浓盐酸的体积V[HCl(aq)]和生成的Cl2的体积V(Cl2)。
【能力提升】(15分钟　20分)
1.(5分)(双选)将23 g钠和54 g铝组成的混合物投入足量水(质量为100 g)中进行充分反应,下列说法正确的是 (　　)
A.产生H2的物质的量为2 mol
B.溶液中的溶质有NaOH、Na[Al(OH)4]
C.反应中水作氧化剂
D.无法计算Na[Al(OH)4]的质量分数
【解析】选A、C。23 g钠的物质的量为1 mol,54 g铝的物质的量为2 mol。将二者投入水中,分别发生反应:2Na+2H2O===2NaOH+H2↑、2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑。1 mol Na与水反应产生0.5 mol H2和1 mol NaOH,1 mol NaOH与足量Al反应产生1.5 mol H2,则共产生H2的物质的量为2 mol,A正确;由于Al过量,所以NaOH全部与Al反应,溶液中的溶质没有NaOH,只有Na[Al(OH)4],B不正确;该反应中,水中的氢由+1价降低到0价,则水为氧化剂,C正确;Al只溶解1 mol,质量为27 g,生成H2的物质的量为2 mol,则Na[Al(OH)4]的质量分数为×100%,D不正确。
2.(5分)(双选)部分氧化的铁铜合金样品(氧化物为 Fe2O3、CuO)共 5.76 g,经如下处理:
下列说法正确的是 (　　)
A.滤液 A 中的阳离子为 Fe2+、Fe3+、H+
B.溶解样品消耗的硫酸共为 0.04 mol
C.样品中氧元素的质量为 0.48 g
D.V=448
【解析】选B、D。稀硫酸足量可以说明滤渣中无Fe、CuO、Fe2O3,滤液A中无铜离子可以说明铜都析出了,滤渣3.2 g一定是全部的铜;最后灼烧得到的3.2 g固体为Fe2O3,其中含有的铁元素质量为3.2 g×=2.24 g,部分氧化的铁铜合金样品中铁元素质量为2.24 g,铜元素的质量为3.2 g,则氧元素质量为5.76-2.24-3.2=0.32 (g);由于最后溶液中溶质为过量H2SO4和FeSO4,而铁元素物质的量为=0.04 mol,说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04 mol;参加反应的硫酸电离出的部分氢离子生成氢气,另外的H+和合金中的氧结合成水,计算合金中氧原子的物质的量,进而计算氧原子结合氢离子的物质的量,再根据H原子守恒可求出生成氢气的体积。生成的滤渣3.2 g是铜,金属铜可以和三价铁反应,所以滤液A一定不含有三价铁离子,A错误;根据最后溶液中溶质为过量H2SO4和FeSO4,而铁元素物质的量为0.04 mol,说明参加反应的硫酸的物质的量为0.04 mol,B正确;由分析可知,样品中氧元素质量为0.32 g,C错误;0.04 mol硫酸电离出0.08 mol氢离子,其中部分氢离子生成氢气,另外的H+和合金中的氧结合成水,合金中氧元素质量为0.32 g,则氧的物质的量为0.02 mol,它结合0.04 mol氢离子,所以硫酸中有0.08 mol-0.04 mol=0.04 mol H+生成氢气,即生成0.02 mol氢气,标准状况下体积为448 mL,D正确。
3.(10分)在标准状况下进行甲、乙、丙三组实验。三组实验各取30 mL同浓度的盐酸,加入同一种镁铝合金粉末,产生气体,有关数据列表如下:
实验序号 甲 乙 丙
合金质量/mg 255 385 459
生成气体/mL 280 336 336
(1)甲、乙两组实验中,哪一组盐酸是不足量的 　乙　(填“甲”或“乙”)。理由是　因甲、乙生成H2的体积不等,则产生H2体积小的,说明还有酸未反应,因此甲中盐酸过量,合金反应完全;若乙中盐酸过量,则可产生H2:×385 mL≈423 mL,而实际为336 mL,说明乙中盐酸不足,合金过量　。
(2)要算出盐酸中HCl的物质的量浓度,题中可作计算依据的数据是　336 mL　,求得盐酸中HCl的物质的量浓度为　1 mol·L-1　。
【解析】(2)在乙或丙中,因盐酸反应完全,则可根据:
2HCl　~　H2
2 　1
n(HCl)=×2=3×10-2 mol c(HCl)==1 mol·L-1。
(3)求合金中Mg、Al的物质的量之比,题中可作计算依据的数据是　255 mg和280 mL　,求得Mg、Al的物质的量之比为　1∶1　。
【解析】(3)在甲中,合金完全反应,盐酸有剩余,则可根据合金质量255 mg,生成气体280 mL计算。根据Mg~H2,Al~H2得:n(Mg)×24 g·mol-1+n(Al)×27 g·mol-1=255×10-3 g
n(Mg)+n(Al)=
求得:n(Mg)=0.005 mol,n(Al)=0.005 mol,n(Mg)∶n(Al)=1∶1。(共50张PPT)
第2课时　
物质的量在化学方程式计算中的应用
01
02
04
03
备课教学指导
课前自主学习
课堂学业达标
课堂合作探究
课程标准 素养目标
1.巩固物质的量与微粒数目、质 量、阿伏加德罗常数之间的换算 关系。 2.掌握物质的量在化学方程式计 算中的一般步骤和方法。 3.通过对化学方程式多角度地理 解,提高对各种化学量相互转化的 运用能力。 1.通过创设教学情境,加强多重表征
的联系和突破化学方程式计算教学
的模式。(宏观辨识与微观探析)
2.感悟化学方程式计算的依据和本
质,帮助学生进一步从定量的角度认
识化学变化规律。(科学态度与社会
责任)
01
备课教学指导
【教学建议】
1.化学计量数与各物质的物质的量之间的关系:
引导学生复习物质的构成及化学方程式的意义,明确微粒数目、阿伏加
德罗常数、物质的量之间的换算关系,让学生总结归纳出化学计量数与
相应物质的物质的量之间的关系。
2.根据化学方程式计算的一般步骤:
引导学生通过实例分析根据质量关系进行有关方程式计算的方法和步骤,
然后类比总结出根据化学方程式进行计算的基本步骤和答题规范,并总
结解题规律和方法。
【情境导引】
模式一:
火药是我国古代的四大发明之一,广泛应用于国防及社会生活的许多方
面,一定条件下会发生剧烈的爆炸,它的成分为KNO3、S和木炭,其爆炸时
发生的反应为2KNO3+S+3C===K2S+3CO2↑+N2↑。
【思考】
(1)火药的成分KNO3、S、C的最佳质量比和物质的量之比各是多少
(2)若要配制1 kg火药,需要KNO3的质量是多少
提示:火药成分中KNO3、S、C的物质的量之比是2∶1∶3,质量比是
101∶16∶18;配制1 kg火药,需要KNO3的质量是1 000×≈748 g。
模式二:
“神舟”飞船内有一套完整的系统,用来吸收宇航员呼出的二氧化碳。而
有些宇宙飞船内通过盛有氢氧化锂的过滤网来除去舱内所含的二氧化碳,
反应的化学方程式为2LiOH+CO2===Li2CO3+H2O。
【思考】
(1)说明锂是金属材料还是非金属材料
(2)吸收44 g二氧化碳需要氢氧化锂的质量是多少
提示:锂是金属材料。吸收44 g二氧化碳需要氢氧化锂的质量是48 g。
02
课前自主学习
学习任务一　物质的量与各物理量之间的关系
任务驱动:在应用物质的量进行相关计算时有哪些计算公式
计算公式:
(1)________。
(2)_______。
(3)_________________________。
(4)_________________。
N=n·NA
m=n·M
V=n·Vm　(Vm=22.4 L·mol-1)
c=(V为溶液体积)
【做一做】
标准状况下
(1)0.5 mol HCl占有的体积是______。
(2)33.6 L H2的质量是____。
(3)64 g O2的体积是______。
(4)44.8 L N2中含有的氮原子数是__________。
11.2 L
3 g
44.8 L
2.408×1024
学习任务二　物质的量在化学方程式计算中的应用
任务驱动:初中进行化学方程式计算一般用物质质量之间的关系进行换算,
学习了物质的量之后,能不能建立起物质的量与化学方程式之间的关系
化学方程式 2H2　+　O2 2H2O
化学计量数之比 2　∶　 1　∶　 2
物质微粒数之比 2　∶　 1　∶　 2
扩大NA倍之后 　 2NA ∶　 NA ∶　 2NA
物质的量之比 __ mol ∶ __ mol ∶ __ mol
2
1
2
化学方程式中化学计量数之比=各物质的_________之比=各物质_______
___之比。
【想一想】
对于气体参与的化学反应,在同温同压下,各物质的化学计量数、气体分子
数、气体体积之间有何关系
提示:各物质的化学计量数之比=气体的分子数之比=气体的体积之比。
物质的量
微粒数
目
【理解辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)化学反应前后物质的质量和物质的量均不变。( )
提示:化学反应前后物质的总质量一定不变,但前后物质的总物质的量可能
增大、减小或不变。
(2)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。( )
提示: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。
×
×
(3)化学方程式:2H2+O2 2H2O的意义为2 mol H2和1 mol O2在点燃的条
件下完全反应生成2 mol H2O。( )
提示: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,2 mol H2和1 mol O2在点燃的条件下完全反应生成2 mol H2O 。
√
03
课堂合作探究
探究任务一　 物质的量在化学方程式计算中的应用
【教材情境】
物质是由原子、分子、离子等粒子构成的,物质之间的化学反应也是这些
粒子按一定的数量关系进行的。化学方程式中的化学计量数可以明确地
表示化学反应中粒子之间的数目关系。
【问题探究】
1.试根据反应2CO+O2 2CO2中的化学计量数之比推导出各物质的分
子个数之比、物质的量之比、体积之比和质量之比。
化学方程式 2CO+O2 2CO2
化学计量数之比 _________
分子个数之比 __________
物质的量之比 ___________________
体积(相同条件下)之比 __________
质量之比 __________________
2 ∶1∶ 2
2 ∶ 1 ∶ 2
2 mol∶1 mol∶2 mol
2 ∶ 1 ∶ 2
56 g ∶ 32 g ∶ 88 g
2.根据化学方程式计算时,已知物理量与被求物理量是否必须一致
提示:不一定。只要满足“上下单位相同,左右相对应”即可。
3.迁移应用:
在标准状况下,将1.12 L氢气与2.24 L氯气混合使其充分反应,生成的HCl气
体在标准状况下的体积是多少
提示:根据反应H2+Cl2 2HCl可知,H2与Cl2按等体积参加反应,故Cl2过量,
不能全部反应,而H2全部参加反应,故生成的HCl在标准状况下体积应为
2.24 L。
【探究总结】
化学反应中各物质之间的量的关系
1.物质的量在化学方程式计算中的基本步骤
2.物质的量在化学方程式计算中应用的注意事项
(1)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,而
非质量之比。
(2)计算时,各种物质不一定都用物质的量表示,也可以用质量表示,气态物
质还可以用体积表示,但要注意物质的量与其他各物理量之间的换算关系;
只要做到“上下一致,左右相当”即可。
【典例示范】
【典例】10.8 g Al完全溶于500 mL NaOH溶液中,发生反应
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑。则生成标准状况下H2的体积为(　　)
A.0.6 L B.4.48 L C.6.72 L D.13.44 L
【解析】选D。n(Al)==0.4 mol;设生成标准状况下H2的体积是V,
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3×22.4 L
0.4 mol V
V==13.44 L。
√
【延伸探究】求算参加反应的NaOH溶液的物质的量浓度。
提示:设参加反应的NaOH的物质的量是n。
则2Al　+　2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 2
0.4 mol n
则=,n=0.4 mol,
c(NaOH)==0.8 mol·L-1。
【探究训练】
(2025·济南高一检测)甲、乙两个烧杯各盛有100 mL 1 mol·L-1的盐酸和硫
酸溶液,向两个烧杯中分别加入等质量的铁粉,反应后测得生成的气体体积
比为2∶3(均为相同状况下数据),则所加入的铁粉的质量为(　　)
A.2.8 g　　B.3.36 g　　C.4.2 g　　D.5.6 g
【解析】选C。由题意可知:n(HCl)=n(H2SO4)=0.1 L×1 mol·L-1=0.1 mol,两
种酸溶液中H+物质的量比值为1∶2,当铁完全反应时,生成氢气的体积比为
1∶1,当酸完全反应时,生成氢气的体积比为1∶2,往两个烧杯中分别加入等
质量的铁粉,充分反应后生成氢气的体积比为2∶3,介于1∶1和1∶2之间,则
√
说明盐酸不足,硫酸过量,Fe+2HCl===FeCl2+H2↑
2 1
0.1 mol 0.05 mol,
则铁与硫酸反应生成氢气的物质的量为0.075 mol,
Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
1 1
n(Fe) 0.075 mol,
n(Fe)=0.075 mol,m(Fe)=0.075 mol×56 g·mol-1=4.2 g。
探究任务二　物质的量在化学方程式计算中的常用方法
1.关系式法
【实验情境】
工业上炼铁的反应原理如图所示,用CO还原Fe2O3,并将反应产生的气体
CO2通入足量澄清石灰水中,若装置B中得到白色沉淀的质量为10 g,你能快
速计算出反应的CO的质量吗
【问题探究】
(1)写出装置A、B中反应的化学方程式。
提示:装置A中3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
装置B中CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O。
(2)利用(1)中反应的化学方程式,请找出参加反应的CO与生成白色沉淀间
的物质的量之间的关系,并计算参加反应的CO的质量。
提示:由装置A、B反应的化学方程式可知:
3CO~3CO2~3CaCO3↓即CO~CaCO3↓
因此n(CO)=n(CaCO3)=10 g/100 g·mol-1=0.1 mol
m(CO)=0.1 mol×28 g·mol-1=2.8 g。
2.差量法
【实验情境】
铁与硫酸铜溶液反应生成铜树的过程如图所示:
已知实验前铁丝的质量为56 g,待铁丝上生成铜树,小心取出铁丝并干燥后,
称量其质量为60 g,你能快速计算出生成的铜的质量吗
【问题探究】
(1)请找出Fe与CuSO4反应时,固体质量增加与生成铜之间的数量关系。
提示:
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu　固体质量增加(Δm)
56 g 64 g 64 g-56 g=8 g
由此可知固体质量增加8 g时,生成64 g Cu,即每生成8 g Cu,反应后固体增加
1 g。
(2)由(1)中差量关系,请利用差量法计算出铜的质量。
提示:生成铜的质量为(60-56)×8 g=32 g。
【探究总结】
1.关系式法
当已知物与未知物之间靠多个化学反应来联系时,只需直接确定已知量与未知量之间
的比例关系,即关系式法,特别是叠加法和原子守恒法应用较广泛。
2.差量法
化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。解题的一般步骤为
(1)准确写出有关反应的化学方程式。
(2)关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”,该理论差量可以是质量、
物质的量、气体体积、压强等,且该差量的大小与该反应的物质的量的有关量成正比。
(3)根据反应方程式,从实际差量寻找比例关系,列比例式求解。
【典例示范】
【典例】向500 mL 2 mol·L-1的CuSO4溶液中插入一个铁片,反应片刻后取
出铁片,洗涤、烘干,称其质量比原来增加2.0 g。下列说法错误的是(设反应
后溶液的体积不变)(　　)
A.参加反应的铁的质量是14 g
B.析出的铜的物质的量是0.25 mol
C.反应后溶液中c(CuSO4)=1.5 mol·L-1
D.反应后溶液中c(FeSO4)=1.5 mol·L-1
√
【解析】选D。发生反应Fe+CuSO4===FeSO4+Cu,根据差量法得56 g∶8 g
=m(Fe)∶2.0 g,解得m(Fe)=14 g,A正确;由于1 mol∶8 g=n(Cu)∶2.0 g,故
n(Cu)=0.25 mol,B正确;原溶液中n(CuSO4)=0.5 L×2 mol·L-1=1 mol,反应中
消耗n(CuSO4)=0.25 mol,反应后溶液中c(CuSO4)==1.5 mol·L-1,
C正确;反应后溶液中c(FeSO4)==0.5 mol·L-1,D错误。
【方法规律】化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法,解题的一
般步骤如下:
【探究训练】
1.若加热5.00 g的碳酸钠和碳酸氢钠的混合物,使碳酸氢钠完全分解,混合物
质量减少了0.31 g,则原混合物中碳酸钠的质量为(　　)
A.1.68 g B.3.32 g
C.4.16 g D.4.38 g
√
【解析】选C。碳酸钠较稳定,加热难分解,只有碳酸氢钠分解,设混合物中
含有x g NaHCO3,
2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O　Δm
2×84 106 62
x g 0.31 g
则(2×84)∶62=x g∶0.31 g,解得x=0.84,
所以原混合物中碳酸钠的质量为m(Na2CO3)=5.00 g-m(NaHCO3)
=5.00 g-0.84 g=4.16 g。
2.(2025·马鞍山高一检测)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224 mL。
向反应后的溶液中滴加KSCN溶液,无明显变化。若将4.30 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
√
【解析】选A。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,向反应后的溶液滴加KSCN,无明显变化,说
明生成物是硫酸亚铁,根据硫酸根离子守恒可知硫酸亚铁的物质的量是
0.05 mol,所以混合物中铁原子的物质的量是0.05 mol,质量是0.05 mol×
56 g·mol-1=2.8 g,则氧原子质量为0.64 g,即O原子的物质的量为0.04 mol,则
该混合物可表示为Fe5O4,该混合物在高温下与足量的CO充分反应,方程式
为Fe5O4+4CO 5Fe+4CO2,根据Fe5O4~4CO2,设生成CO2的质量为x g,可列
出:=,解得x=2.20。
【方法规律】平均相对分子(原子)质量法
对于这种混合物成分确定的题目也可以用假设法,先假设是二价金属,那么根据数量关
系算出它的式量来
M+2HCl===MCl2+H2↑
M　　　　　　　22.4
15　　　　　 　 11.2
这样可以算出它相对原子质量为30,由于是混合金属,则混合物的平均相对原子质量为
30。由此分析:A项相对原子质量分别是24、56,平均值可能为30,A正确;B项锌为65,银
不和盐酸反应,锌质量为15 g时不能生成11.2 L氢气;C项Zn和Fe的相对原子质量都大于
30,平均值不可能为30;D项Mg为24,假设A的化合价为+2价时,可看作相对原子质量
为:27×=18,二者都小于30,平均值不可能为30,故选A。
04
课堂学业达标
1.用浓硫酸将铜矿中的铜元素转变成可溶性的硫酸铜,再将铁放入硫酸铜
溶液中把铜置换出来,这种方法叫湿法炼铜。我国是世界上最早使用湿法
炼铜的国家。
现将足量铁粉放入100 mL 0.1 mol·L-1的CuSO4溶
液中,充分反应后析出的铜的质量为(　　)
A.32 g B.6.4 g C.0.64 g D.3.2 g
【解析】选C。n(CuSO4)=0.100 L×0.1 mol·L-1=0.01 mol,
由CuSO4+Fe===FeSO4+Cu,可知n(Cu)=n(CuSO4)=0.01 mol,
m(Cu)=0.01 mol×64 g·mol-1=0.64 g。
√
2.在标准状况下,将6.5 g锌和4.6 g钠分别与2.24 L氯化氢溶于水形成的盐酸溶液反应,则
放出H2的体积 (　　)
A.锌和钠放出一样多　　 B.锌的多
C.钠的多 D.无法比较
【解析】选C。n(HCl)==0.1 mol,n(Zn)==0.1 mol,
n(Na)==0.2 mol,根据Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑可知HCl不足,生成氢气的物质的
量为0.1 mol×=0.05 mol;Na与盐酸发生反应2Na+2HCl===2NaCl+H2↑,盐酸不足时发生
反应2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,由关系式2Na~H2可知生成氢气的物质的量为0.2 mol
×=0.1 mol,根据V=nVm可知,标准状况下与钠反应放出H2的体积较多。
√
3.(双选)23 g M在氯气中充分燃烧,固体质量增加35.5 g,则M可能是 (　　)
A.Na-K合金 B.Cu-Al合金
C.白铁(镀锌铁) D.Cu-Zn合金
【解析】选B、C。23 g合金在氯气中燃烧,固体增重35.5 g,说明参加反应
的氯气为35.5 g,氯气的物质的量为:=0.5 mol,转移电子物质的量
为:0.5 mol×2=1 mol,即提供1 mol 电子需要金属的质量为23 g。提供1 mol
电子要Na为1 mol,质量为23 g;提供1 mol电子需要钾39 g,则提供1 mol电子
平均质量为23~39 g,不符合题意,故A错误;提供1 mol电子需要Cu为0.5 mol,
√
√
质量为0.5 mol×64 g·mol-1=32 g,提供1 mol电子需要Al为mol,质量为
mol×27 g·mol-1=9 g,提供1 mol电子平均质量为9~32 g,符合题意,故B正确;
提供1 mol电子需要Fe为mol,质量为 mol×56 g·mol-1=18.67 g,提供1 mol电
子需要Zn为0.5 mol,质量为0.5 mol×65 g·mol-1=32.5 g,则提供1 mol电子平
均质量为18.67~32.5 g,符合题意,故C正确;提供1 mol电子需要Cu为0.5 mol,
质量为0.5 mol×64 g·mol-1=32 g,需要Zn为0.5 mol,质量为0.5 mol×65 g·mol-1
=32.5 g,提供1 mol电子平均质量为32~32.5 g,不符合题意,故D错误。
4.(2024·长沙雅礼中学高一检测)把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中,再加
入过量NaOH溶液,过滤出沉淀,经洗涤、干燥、灼烧后,得到红棕色粉末的
质量仍为a g,则原合金中铁与铝的物质的量之比为 (　　)
A.3∶7　　B.1∶1　　C.9∶8　　D.7∶3
【解析】选C。a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中,加入过量NaOH溶液,沉
淀为氢氧化铁,则经洗涤、干燥、灼烧,得到的红棕色粉末为氧化铁,利用组
成可知氧化铁中氧元素的质量等于合金中铝的质量,则原合金中铁与铝的
物质的量之比为∶=9∶8。
√
5.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(标准状况下)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%
√
【解析】选C。铁的氧化物和盐酸恰好反应生成氯化物,根据元素守恒,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,根据电子守恒,混合物中的+2价铁的物质的量为
=0.05 mol,混合物中+3价铁的物质的量为=
0.2 mol,则混合物中铁元素的质量分数=
×100%≈71.4%,故选C。
6.把10.2 g镁铝合金的粉末放入过量的烧碱中,得到6.72 L标准状况下的H2。试计算:
(1)该合金中铝的质量分数。
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比。
(3)该合金溶于足量的盐酸中,产生H2的体积(标准状况下)。
【解析】(1)把镁铝合金的粉末放入过量的烧碱中,镁不反应,只有Al能与NaOH反应。设Al的物质的
量为n(Al),则:
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3×22.4 L
n(Al) 6.72 L
解得:n(Al)==0.2 mol
m(Al)=0.2 mol×27 g·mol-1=5.4 g
铝的质量分数为×100%≈52.9%。
(2)m(Mg)=10.2 g-5.4 g=4.8 g
n(Mg)==0.2 mol
所以n(Mg)∶n(Al)=0.2 mol∶0.2 mol=1∶1。
(3)设由铝生成的氢气为V1,由镁生成的氢气为V2,由镁和铝与盐酸的反应可
知:
2Al+6HCl===2AlCl3　+　3H2↑
2 mol 3×22.4 L
0.2 mol 　　 V1
解得V1=6.72 L
　Mg　+　2HCl===MgCl2+H2↑
1 mol　 22.4 L
0.2 mol V2
解得V2=4.48 L
V(H2)总=V1+V2=6.72 L+4.48 L=11.2 L。
答案:(1)52.9%　(2)1∶1　(3)11.2 L第2课时　物质的量在化学方程式计算中的应用
课程标准 素养目标
1.巩固物质的量与微粒数目、质量、阿伏加德罗常数之间的换算关系。 2.掌握物质的量在化学方程式计算中的一般步骤和方法。 3.通过对化学方程式多角度地理解,提高对各种化学量相互转化的运用能力。 1.通过创设教学情境,加强多重表征的联系和突破化学方程式计算教学的模式。(宏观辨识与微观探析) 2.感悟化学方程式计算的依据和本质,帮助学生进一步从定量的角度认识化学变化规律。(科学态度与社会责任)
备课教学指导
【教学建议】
1.化学计量数与各物质的物质的量之间的关系:
引导学生复习物质的构成及化学方程式的意义,明确微粒数目、阿伏加德罗常数、物质的量之间的换算关系,让学生总结归纳出化学计量数与相应物质的物质的量之间的关系。
2.根据化学方程式计算的一般步骤:
引导学生通过实例分析根据质量关系进行有关方程式计算的方法和步骤,然后类比总结出根据化学方程式进行计算的基本步骤和答题规范,并总结解题规律和方法。
【情境导引】
模式一:
火药是我国古代的四大发明之一,广泛应用于国防及社会生活的许多方面,一定条件下会发生剧烈的爆炸,它的成分为KNO3、S和木炭,其爆炸时发生的反应为2KNO3+S+3C===K2S+3CO2↑+N2↑。
【思考】
(1)火药的成分KNO3、S、C的最佳质量比和物质的量之比各是多少
(2)若要配制1 kg火药,需要KNO3的质量是多少
提示:火药成分中KNO3、S、C的物质的量之比是2∶1∶3,质量比是101∶16∶18;配制1 kg火药,需要KNO3的质量是1 000×≈748 g。
模式二:
“神舟”飞船内有一套完整的系统,用来吸收宇航员呼出的二氧化碳。而有些宇宙飞船内通过盛有氢氧化锂的过滤网来除去舱内所含的二氧化碳,反应的化学方程式为2LiOH+CO2===Li2CO3+H2O。
　　【思考】
(1)说明锂是金属材料还是非金属材料
(2)吸收44 g二氧化碳需要氢氧化锂的质量是多少
提示:锂是金属材料。吸收44 g二氧化碳需要氢氧化锂的质量是48 g。
课前自主学习
学习任务一　物质的量与各物理量之间的关系
任务驱动:在应用物质的量进行相关计算时有哪些计算公式
计算公式:
(1)N=n·NA。
(2)m=n·M。
(3)V=n·Vm　(Vm=22.4 L·mol-1)。
(4)c=(V为溶液体积)。
【做一做】
标准状况下
(1)0.5 mol HCl占有的体积是11.2 L。
(2)33.6 L H2的质量是3 g。
(3)64 g O2的体积是44.8 L。
(4)44.8 L N2中含有的氮原子数是2.408×1024。
学习任务二　物质的量在化学方程式
计算中的应用
任务驱动:初中进行化学方程式计算一般用物质质量之间的关系进行换算,学习了物质的量之后,能不能建立起物质的量与化学方程式之间的关系
化学方程式 2H2　+　O22H2O
化学计量数之比 2　∶　 1　∶　 2
物质微粒数之比 2　∶　 1　∶　 2
扩大NA倍之后 　 2NA　∶　 NA ∶　 2NA
物质的量之比 2 mol ∶ 1 mol ∶ 2 mol
化学方程式中化学计量数之比=各物质的物质的量之比=各物质微粒数目之比。
【想一想】
对于气体参与的化学反应,在同温同压下,各物质的化学计量数、气体分子数、气体体积之间有何关系
提示:各物质的化学计量数之比=气体的分子数之比=气体的体积之比。
【理解辨析】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)化学反应前后物质的质量和物质的量均不变。 (×)
提示:化学反应前后物质的总质量一定不变,但前后物质的总物质的量可能增大、减小或不变。
(2)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。 (×)
提示: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。
(3)化学方程式:2H2+O22H2O的意义为2 mol H2和1 mol O2在点燃的条件下完全反应生成2 mol H2O。 (√)
提示: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,2 mol H2和1 mol O2在点燃的条件下完全反应生成2 mol H2O 。
课堂合作探究
探究任务一　 物质的量在化学方程式计算中的应用
【教材情境】
物质是由原子、分子、离子等粒子构成的,物质之间的化学反应也是这些粒子按一定的数量关系进行的。化学方程式中的化学计量数可以明确地表示化学反应中粒子之间的数目关系。
【问题探究】
1.试根据反应2CO+O22CO2中的化学计量数之比推导出各物质的分子个数之比、物质的量之比、体积之比和质量之比。
化学方程式 2CO+O22CO2
化学计量数之比 2 ∶1∶ 2
分子个数之比 2 ∶ 1 ∶ 2
物质的量之比 2 mol∶1 mol∶2 mol
体积(相同条件下)之比 2 ∶ 1 ∶ 2
质量之比 56 g ∶ 32 g ∶ 88 g
2.根据化学方程式计算时,已知物理量与被求物理量是否必须一致
提示:不一定。只要满足“上下单位相同,左右相对应”即可。
3.【迁移应用】:
在标准状况下,将1.12 L氢气与2.24 L氯气混合使其充分反应,生成的HCl气体在标准状况下的体积是多少
提示:根据反应H2+Cl22HCl可知,H2与Cl2按等体积参加反应,故Cl2过量,不能全部反应,而H2全部参加反应,故生成的HCl在标准状况下体积应为2.24 L。
【探究总结】
化学反应中各物质之间的量的关系
1.物质的量在化学方程式计算中的基本步骤
2.物质的量在化学方程式计算中应用的注意事项
(1)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,而非质量之比。
(2)计算时,各种物质不一定都用物质的量表示,也可以用质量表示,气态物质还可以用体积表示,但要注意物质的量与其他各物理量之间的换算关系;只要做到“上下一致,左右相当”即可。
【典例示范】
【典例】10.8 g Al完全溶于500 mL NaOH溶液中,发生反应2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑。则生成标准状况下H2的体积为 (　　)
A.0.6 L B.4.48 L
C.6.72 L D.13.44 L
【解析】选D。n(Al)==0.4 mol;设生成标准状况下H2的体积是V,
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3×22.4 L
0.4 mol V
V==13.44 L。
【延伸探究】求算参加反应的NaOH溶液的物质的量浓度。
提示:设参加反应的NaOH的物质的量是n。
则2Al　+　2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 2
0.4 mol n
则=,n=0.4 mol,
c(NaOH)==0.8 mol·L-1。
【探究训练】
(2025·济南高一检测)甲、乙两个烧杯各盛有100 mL 1 mol·L-1的盐酸和硫酸溶液,向两个烧杯中分别加入等质量的铁粉,反应后测得生成的气体体积比为2∶3(均为相同状况下数据),则所加入的铁粉的质量为 (　　)
A.2.8 g　　B.3.36 g　　C.4.2 g　　D.5.6 g
【解析】选C。由题意可知:n(HCl)=n(H2SO4)=0.1 L×1 mol·L-1=0.1 mol,两种酸溶液中H+物质的量比值为1∶2,当铁完全反应时,生成氢气的体积比为1∶1,当酸完全反应时,生成氢气的体积比为1∶2,往两个烧杯中分别加入等质量的铁粉,充分反应后生成氢气的体积比为2∶3,介于1∶1和1∶2之间,则说明盐酸不足,硫酸过量,Fe+2HCl===FeCl2+H2↑
2 1
0.1 mol 0.05 mol,
则铁与硫酸反应生成氢气的物质的量为0.075 mol,
Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
1 1
n(Fe) 0.075 mol,n(Fe)=0.075 mol,m(Fe)=0.075 mol×56 g·mol-1=4.2 g。
探究任务二　物质的量在化学方程式计算中的常用方法
1.关系式法
【实验情境】
工业上炼铁的反应原理如图所示,用CO还原Fe2O3,并将反应产生的气体CO2通入足量澄清石灰水中,若装置B中得到白色沉淀的质量为10 g,你能快速计算出反应的CO的质量吗
【问题探究】
(1)写出装置A、B中反应的化学方程式。
提示:装置A中3CO+Fe2O32Fe+3CO2
装置B中CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O。
(2)利用(1)中反应的化学方程式,请找出参加反应的CO与生成白色沉淀间的物质的量之间的关系,并计算参加反应的CO的质量。
提示:由装置A、B反应的化学方程式可知:
3CO~3CO2~3CaCO3↓即CO~CaCO3↓
因此n(CO)=n(CaCO3)=10 g/100 g·mol-1=0.1 mol
m(CO)=0.1 mol×28 g·mol-1=2.8 g。
2.差量法
【实验情境】
铁与硫酸铜溶液反应生成铜树的过程如图所示:
已知实验前铁丝的质量为56 g,待铁丝上生成铜树,小心取出铁丝并干燥后,称量其质量为60 g,你能快速计算出生成的铜的质量吗
【问题探究】
(1)请找出Fe与CuSO4反应时,固体质量增加与生成铜之间的数量关系。
提示:
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu　固体质量增加(Δm)
56 g 64 g 64 g-56 g=8 g
由此可知固体质量增加8 g时,生成64 g Cu,即每生成8 g Cu,反应后固体增加1 g。
(2)由(1)中差量关系,请利用差量法计算出铜的质量。
提示:生成铜的质量为(60-56)×8 g=32 g。
【探究总结】
1.关系式法
当已知物与未知物之间靠多个化学反应来联系时,只需直接确定已知量与未知量之间的比例关系,即关系式法,特别是叠加法和原子守恒法应用较广泛。
2.差量法
化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。解题的一般步骤为
(1)准确写出有关反应的化学方程式。
(2)关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”,该理论差量可以是质量、物质的量、气体体积、压强等,且该差量的大小与该反应的物质的量的有关量成正比。
(3)根据反应方程式,从实际差量寻找比例关系,列比例式求解。
【典例示范】
【典例】向500 mL 2 mol·L-1的CuSO4溶液中插入一个铁片,反应片刻后取出铁片,洗涤、烘干,称其质量比原来增加2.0 g。下列说法错误的是(设反应后溶液的体积不变) (　　)
A.参加反应的铁的质量是14 g
B.析出的铜的物质的量是0.25 mol
C.反应后溶液中c(CuSO4)=1.5 mol·L-1
D.反应后溶液中c(FeSO4)=1.5 mol·L-1
【解析】选D。发生反应Fe+CuSO4===FeSO4+Cu,根据差量法得56 g∶8 g=m(Fe)∶2.0 g,解得m(Fe)=14 g,A正确;由于1 mol∶8 g=n(Cu)∶2.0 g,故n(Cu)=0.25 mol,B正确;原溶液中n(CuSO4)=0.5 L×2 mol·L-1=1 mol,反应中消耗n(CuSO4)=0.25 mol,反应后溶液中c(CuSO4)==1.5 mol·L-1,C正确;反应后溶液中c(FeSO4)==0.5 mol·L-1,D错误。
【方法规律】化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法,解题的一般步骤如下:
【探究训练】
1.若加热5.00 g的碳酸钠和碳酸氢钠的混合物,使碳酸氢钠完全分解,混合物质量减少了0.31 g,则原混合物中碳酸钠的质量为 (　　)
A.1.68 g B.3.32 g
C.4.16 g D.4.38 g
【解析】选C。碳酸钠较稳定,加热难分解,只有碳酸氢钠分解,设混合物中含有x g NaHCO3,
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O　Δm
2×84 106 62
x g 0.31 g
则(2×84)∶62=x g∶0.31 g,解得x=0.84,
所以原混合物中碳酸钠的质量为m(Na2CO3)=5.00 g-m(NaHCO3)=5.00 g-0.84 g=4.16 g。
2.(2025·马鞍山高一检测)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224 mL。向反应后的溶液中滴加KSCN溶液,无明显变化。若将4.30 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
【解析】选A。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,向反应后的溶液滴加KSCN,无明显变化,说明生成物是硫酸亚铁,根据硫酸根离子守恒可知硫酸亚铁的物质的量是0.05 mol,所以混合物中铁原子的物质的量是0.05 mol,质量是0.05 mol×56 g·mol-1=2.8 g,则氧原子质量为0.64 g,即O原子的物质的量为0.04 mol,则该混合物可表示为Fe5O4,该混合物在高温下与足量的CO充分反应,方程式为Fe5O4+4CO5Fe+4CO2,根据Fe5O4~4CO2,设生成CO2的质量为x g,可列出:=,解得x=2.20。
【方法规律】平均相对分子(原子)质量法
对于这种混合物成分确定的题目也可以用假设法,先假设是二价金属,那么根据数量关系算出它的式量来
M+2HCl===MCl2+H2↑
M　　　　　　　22.4
15　　　　　 　11.2
这样可以算出它相对原子质量为30,由于是混合金属,则混合物的平均相对原子质量为30。由此分析:A项相对原子质量分别是24、56,平均值可能为30,A正确;B项锌为65,银不和盐酸反应,锌质量为15 g时不能生成11.2 L氢气;C项Zn和Fe的相对原子质量都大于30,平均值不可能为30;D项Mg为24,假设A的化合价为+2价时,可看作相对原子质量为:27×=18,二者都小于30,平均值不可能为30,故选A。
课堂学业达标
1.用浓硫酸将铜矿中的铜元素转变成可溶性的硫酸铜,再将铁放入硫酸铜溶液中把铜置换出来,这种方法叫湿法炼铜。我国是世界上最早使用湿法炼铜的国家。
现将足量铁粉放入100 mL 0.1 mol·L-1的CuSO4溶液中,充分反应后析出的铜的质量为 (　　)
A.32 g B.6.4 g C.0.64 g D.3.2 g
【解析】选C。n(CuSO4)=0.100 L×0.1 mol·L-1=0.01 mol,由CuSO4+Fe===FeSO4+Cu,可知n(Cu)=n(CuSO4)=0.01 mol,m(Cu)=0.01 mol×64 g·mol-1=0.64 g。
2.在标准状况下,将6.5 g锌和4.6 g钠分别与2.24 L氯化氢溶于水形成的盐酸溶液反应,则放出H2的体积 (　　)
A.锌和钠放出一样多　　B.锌的多
C.钠的多 D.无法比较
【解析】选C。n(HCl)==0.1 mol,n(Zn)==0.1 mol,n(Na)==0.2 mol,根据Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑可知HCl不足,生成氢气的物质的量为0.1 mol×=0.05 mol;Na与盐酸发生反应2Na+2HCl===2NaCl+H2↑,盐酸不足时发生反应2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,由关系式2Na~H2可知生成氢气的物质的量为0.2 mol×=0.1 mol,根据V=nVm可知,标准状况下与钠反应放出H2的体积较多。
3.(双选)23 g M在氯气中充分燃烧,固体质量增加35.5 g,则M可能是 (　　)
A.Na-K合金 B.Cu-Al合金
C.白铁(镀锌铁) D.Cu-Zn合金
【解析】选B、C。23 g合金在氯气中燃烧,固体增重35.5 g,说明参加反应的氯气为35.5 g,氯气的物质的量为:=0.5 mol,转移电子物质的量为:0.5 mol×2=1 mol,即提供1 mol 电子需要金属的质量为23 g。提供1 mol电子要Na为1 mol,质量为23 g;提供1 mol电子需要钾39 g,则提供1 mol电子平均质量为23~39 g,不符合题意,故A错误;提供1 mol电子需要Cu为0.5 mol,质量为0.5 mol×64 g·mol-1=32 g,提供1 mol电子需要Al为mol,质量为mol×27 g·mol-1=9 g,提供1 mol电子平均质量为9~32 g,符合题意,故B正确;提供1 mol电子需要Fe为mol,质量为 mol×56 g·mol-1=18.67 g,提供1 mol电子需要Zn为0.5 mol,质量为0.5 mol×65 g·mol-1=32.5 g,则提供1 mol电子平均质量为18.67~32.5 g,符合题意,故C正确;提供1 mol电子需要Cu为0.5 mol,质量为0.5 mol×64 g·mol-1=32 g,需要Zn为0.5 mol,质量为0.5 mol×65 g·mol-1=32.5 g,提供1 mol电子平均质量为32~32.5 g,不符合题意,故D错误。
4.(2024·长沙雅礼中学高一检测)把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中,再加入过量NaOH溶液,过滤出沉淀,经洗涤、干燥、灼烧后,得到红棕色粉末的质量仍为a g,则原合金中铁与铝的物质的量之比为 (　　)
A.3∶7　　B.1∶1　　C.9∶8　　D.7∶3
【解析】选C。a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中,加入过量NaOH溶液,沉淀为氢氧化铁,则经洗涤、干燥、灼烧,得到的红棕色粉末为氧化铁,利用组成可知氧化铁中氧元素的质量等于合金中铝的质量,则原合金中铁与铝的物质的量之比为∶=9∶8。
5.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(标准状况下)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%
【解析】选C。铁的氧化物和盐酸恰好反应生成氯化物,根据元素守恒,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,根据电子守恒,混合物中的+2价铁的物质的量为=0.05 mol,混合物中+3价铁的物质的量为=0.2 mol,则混合物中铁元素的质量分数=
×100%≈71.4%,故选C。
6.把10.2 g镁铝合金的粉末放入过量的烧碱中,得到6.72 L标准状况下的H2。试计算:
(1)该合金中铝的质量分数。
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比。
(3)该合金溶于足量的盐酸中,产生H2的体积(标准状况下)。
【解析】(1)把镁铝合金的粉末放入过量的烧碱中,镁不反应,只有Al能与NaOH反应。设Al的物质的量为n(Al),则:
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2 mol 3×22.4 L
n(Al) 6.72 L
解得:n(Al)==0.2 mol
m(Al)=0.2 mol×27 g·mol-1=5.4 g
铝的质量分数为×100%≈52.9%。
(2)m(Mg)=10.2 g-5.4 g=4.8 g
n(Mg)==0.2 mol
所以n(Mg)∶n(Al)=0.2 mol∶0.2 mol=1∶1。
(3)设由铝生成的氢气为V1,由镁生成的氢气为V2,由镁和铝与盐酸的反应可知:
2Al+6HCl===2AlCl3　+　3H2↑
2 mol 3×22.4 L
0.2 mol 　　 V1
解得V1=6.72 L
　Mg　+　2HCl===MgCl2+H2↑
1 mol　 22.4 L
0.2 mol V2
解得V2=4.48 L
V(H2)总=V1+V2=6.72 L+4.48 L=11.2 L。
答案:(1)52.9%　(2)1∶1　(3)11.2 L
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