人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料综合与测试精品学案设计

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化学计算的常用方法——守恒法





[典例1] 向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100 mL 1 ml/L 的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL(标准状况下)的气体。所得溶液中加入KSCN溶液无红色出现，混合物中铁元素的质量分数为( )


A．81.4% B．77.8%


C．68.6%D．无法计算


【解析】 用盐酸溶解混合物后，向得到的溶液中加入KSCN溶液，无红色出现，说明得到的溶液中溶质是氯化亚铁，即混合物中的铁元素最终全部以氯化亚铁的形式存在，HCl的物质的量为1 ml/L×0.1 L＝0.1 ml，根据氯元素守恒，则n(Fe)＝n(FeCl2)＝eq \f(1,2)×n(HCl)＝0.05 ml，m(Fe元素)＝0.05 ml×56 g/ml＝2.8 g，根据氢元素守恒，生成氢气的物质的量为n(H2)＝eq \f(0.224 L,22.4 L·ml－1)＝0.01 ml，Fe与HCl反应生成0.01 ml H2消耗HCl的物质的量为0.01 ml×2＝0.02 ml，则与氧化物反应的HCl的物质的量为0.1 ml－0.02 ml＝0.08 ml，所以氧化物中含有n(O)＝0.08 ml×eq \f(1,2)＝0.04 ml，m(O)＝0.04 ml×16 g/ml＝0.64 g，则混合物中铁元素的质量分数为eq \f(2.8 g,2.8 g＋0.64 g)×100%≈81.4%，A项正确。


【答案】 A


【针对训练】


1．在硫酸、明矾和硫酸铝组成的混合溶液中，c(Al3＋)＝0.3 ml·L－1，c(SOeq \\al(2－,4))＝0.7 ml·L－1，c(H＋)＝0.1 ml·L－1，则c(K＋)为( )


A．0.15 ml·L－1 B．0.2 ml·L－1


C．0.3 ml·L－1D．0.4 ml·L－1


解析：选D。根据电荷守恒可得c(Al3＋)×3＋c(H＋)＋c(K＋)＝c(SOeq \\al(2－,4))×2＋c(OH－)，在含有硫酸、明矾和硫酸铝的混合溶液中，c(OH－)可忽略不计，则c(K＋)＝0.4 ml·L－1。


2．将3.6 g炭粉和29 g Fe3O4质量分数为80%的磁铁矿粉混合后，隔绝空气加强热，充分反应后收集到的气体是( )


A．CO2


B．CO


C．CO、CO2的混合物，其中CO的体积占eq \f(1,2)


D．CO、CO2的混合物，其中CO的体积占eq \f(2,3)


解析：选D。n(C)＝eq \f(3.6 g,12 g·ml－1)＝0.3 ml，n(O)＝4n(Fe3O4)＝4×eq \f(29 g×80%,232 g·ml－1)＝0.4 ml，由于eq \f(1,2)＜eq \f(n（C）,n（O）)＝eq \f(3,4)＜1，故生成的气体为CO和CO2的混合物。由原子守恒可知，n(CO)＋n(CO2)＝n(C)＝0.3 ml，n(CO)＋2n(CO2)＝n(O)＝0.4 ml，将两式联立，解得n(CO2)＝0.1 ml，n(CO)＝0.2 ml，故D项正确。


3．(2019·西安高一检测)一定条件下，当溶液中XOeq \\al(－,4)与H2O2分子个数比恰好为2∶5时，溶液中XOeq \\al(－,4)被还原为较低价态，则X元素的化合价变为( )


A．＋2B．＋3


C．＋4D．＋5


解析：选A。设XOeq \\al(－,4)被还原后X元素的化合价为a，据得失电子守恒知，(7－a)×2＝[0－(－1)]×2×5⇒a＝＋2。


化学计算的常用方法——差量法





[典例2] 把足量的铁粉投入硫酸和硫酸铜的混合溶液中，充分反应后，剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等，则原溶液中H＋与SOeq \\al(2－,4)的物质的量浓度之比为( )


A．1∶4 B．2∶7


C．1∶2D．3∶8


【解析】 设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别为n(H2SO4)、n(CuSO4)。


Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ Δm(减)


1 ml 56 g


n(H2SO4) m1 g


Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu Δm(增)


1 ml 8 g


n(CuSO4) m2 g


因为剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等，所以Δm(减)＝Δm(增)，则m1 g＝m2 g，即56×n(H2SO4)＝8×n(CuSO4)，eq \f(n（H2SO4）,n（CuSO4）)＝eq \f(8,56)＝eq \f(1,7)，则eq \f(c（H＋）,c（SOeq \\al(2－,4)）)＝eq \f(1×2,1＋7)＝eq \f(1,4)。


【答案】 A


【针对训练】


4．把4.48 L(标准状况) CO2通过一定质量的固体Na2O2后，收集到3.36 L(标准状况)气体，则这3.36 L气体的质量是( )


A．3.8 gB．5.6 g


C．4.8 gD．6.0 g


解析：选D。


2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2 ΔV


2 1 1


2．24 L 1.12 L (4.48－3.36) L


即参加反应的CO2为2.24 L，剩余CO2的体积为4.48 L－2.24 L＝2.24 L。生成的O2为1.12 L。从而可求出气体的总质量为eq \f(2.24 L,22.4 L/ml)×44 g/ml＋eq \f(1.12 L,22.4 L/ml)×32 g/ml＝6.0 g。


5．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.eq \f(84w2－53w1,31w1) B.eq \f(84（w1－w2）,31w1)


C.eq \f(73w2－42w1,31w1) D.eq \f(115w2－84w1,31w1)


解析：选A。由题意知(w1－w2) g应为NaHCO3分解生成的CO2和H2O的质量，设样品中NaHCO3质量为x g，由此可列如下关系：


2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O


2×84 62


x g (w1－w2) g


eq \f(2×84,x g)＝eq \f(62,（w1－w2） g)，解得x＝eq \f(84（w1－w2）,31)，则w(Na2CO3)＝eq \f(w1－x,w1)＝eq \f(84w2－53w1,31w1)，A项正确。


化学计算的常用方法——关系式法





[典例3] 用CO还原10.0 g某磁铁矿石样品(所含的杂质不参加反应)，生成的CO2再跟过量的石灰水反应，得到12.8 g沉淀。求该磁铁矿石中Fe3O4的质量分数。


【解析】 发生的化学反应有


Fe3O4＋4COeq \(=====,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2、


CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。


可以得出下列关系：


Fe3O4～4CO2～4CaCO3


232 400


m(Fe3O4) 12.8 g


232∶m(Fe3O4)＝400∶12.8 g，


解得m(Fe3O4)＝7.424 g，


w(Fe3O4)＝eq \f(7.424 g,10.0 g)×100%＝74.24%。


【答案】 74.24%


【针对训练】


6．某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物与足量盐酸反应，消耗的H＋和产生的CO2的物质的量之比为6∶5，则该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为( )


A．1∶1 B．1∶2


C．1∶3D．1∶4


解析：选B。设该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量分别为a ml和b ml，则(A代表二价金属)


ACO3～2H＋～CO2， A(HCO3)2～2H＋～2CO2


a ml 2a ml a ml b ml 2b ml 2b ml


由(2a＋2b)∶(a＋2b)＝6∶5可得，a∶b＝1∶2。


7．Mg、Zn、Al、Fe四种金属单质分别与足量的稀硫酸反应，放出H2的物质的量与投入金属的质量的关系如图所示，则①②③④所表示的金属分别是( )





A．Al、Mg、Fe、ZnB．Fe、Zn、Mg、Al


C．Mg、Al、Zn、FeD．Zn、Fe、Mg、Al


解析：选A。利用关系式可知，当产生1 ml H2时所需4种金属的质量分别如下：





结合题图可知①②③④分别表示Al、Mg、Fe、Zn。


8．将a ml钠和a ml铝一同投入m g足量水中，所得溶液密度为d g·cm－3，该溶液中溶质的质量分数为( )


A.eq \f(82a,46a＋m)% B.eq \f(8 200a,46a＋2m)%


C.eq \f(8 200a,46a＋m)% D.eq \f(8 200a,69a＋m)%


解析：选C。本题既考查了Na与H2O的反应，又考查了Al与NaOH溶液的反应，应注意用关系式法来进行计算。


2Na ～ 2NaOH ～ H2↑


a ml a ml eq \f(a,2) ml


2Al～2NaOH～2NaAlO2～3H2↑


a ml a ml a ml eq \f(3a,2) ml


所得溶液的质量为23a g＋27a g＋m g－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,2) ml＋\f(3,2)a ml))×2 g·ml－1＝(46a＋m) g，溶液中的溶质为NaAlO2，质量为a ml×82 g·ml－1＝82a g，所以w(NaAlO2)＝eq \f(82a g,（46a＋m） g)×100%＝eq \f(8 200a,46a＋m)%。


eq \f(2,3)Al ～ H2


18 g 1 ml
Mg ～ H2


24 g 1 ml
Fe ～ H2


56 g 1 ml
Zn ～ H2


65 g 1 ml