第8讲 物质的量在化学反应中的计算(高考水平层级)（课件PPT）-【名师导航】2025年高考化学一轮微考点分层突破（通用版）

第8讲　物质的量在化学反应中的计算 第一部分 化学基本概念 第二章 物质的量 方法 内容 关系 式法 多步反应计算的特征是多个反应先后发生,起始物与目标物之间存在确定的量的关系。解题时应先写出有关反应的化学方程式或关系式,依据化学方程式找出反应过程中不同反应步骤之间反应物、生成物的物质的量的关系,最后确定已知物和目标产物之间的物质的量的关系,列出计算式求解,从而简化运算过程 守恒法 所谓“守恒”就是物质在发生“变化”或两物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。一切化学反应都遵循守恒定律,在化学变化中有多种守恒关系,如元素质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒等 差量法 差量法是指根据化学反应前后物质的量发生的变化,找出“理论差量”。这种差量可以是质量、物质的量、气态物质的体积和压强、反应过程中的热量等。用差量法解题的关键是把化学方程式中对应的理论差量及实际差量与未知量列成比例式,然后求解 热重 分析法 热重分析是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术,用来研究材料的热稳定性和组分。晶体加热时失重一般是先失水,再失非金属氧化物。晶体中金属仍在残余固体中,失重最后一般剩余金属氧化物,根据剩余物质的质量可进行相应的计算和分析 任务1　化学计算的常用方法 1．应用原理 关系式是表示两种或多种物质之间“量”的关系的一种简化式子。在多步反应中，若第一步反应的产物是下一步反应的反应物，可以根据化学方程式，将该物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间“量”的关系。 2．解题步骤 任务1　化学计算的常用方法——关系式法 例1.某FeC2O4·2H2O样品中可能含有的杂质为Fe2(C2O4)3、H2C2O4·2H2O,采用KMnO4滴定法测定该样品的组成,实验步骤如下。 Ⅰ.称取d g样品置于锥形瓶中,加入稀硫酸溶解,水浴加热至75 ℃。用a mol·L-1的KMnO4溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30 s内不褪色,消耗KMnO4溶液b1 mL。 Ⅱ.向上述溶液中加入适量还原剂将Fe3+完全还原为Fe2+,加入稀硫酸酸化后,在75 ℃继续用KMnO4溶液滴定至溶液出现粉红色且30 s内不褪色,又消耗KMnO4溶液b2 mL。 样品中所含H2C2O4·2H2O(M=126 g·mol-1)的质量分数表达式为　 。  下列关于样品组成分析的说法,正确的是　　　　(填字母)。 C.若步骤Ⅰ中滴入KMnO4溶液不足,则测得样品中Fe元素含量偏低 D.若所用KMnO4溶液实际浓度偏低,则测得样品中Fe元素含量偏高 任务1　化学计算的常用方法——关系式法 【解题思路】 任务1　化学计算的常用方法——关系式法 任务1　化学计算的常用方法——关系式法 任务1　化学计算的常用方法——关系式法 例2．银铜合金广泛用于航空工业，从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下： [注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 ℃ 和80 ℃] 若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为________mol CuAlO2，至少需要1.0 mol·L－1的Al2(SO4)3溶液________L。 任务1　化学计算的常用方法——关系式法 任务1　化学计算的常用方法——关系式法 例3.将一定质量的铜粉加入到100 mL某浓度的稀硝酸中,充分反应后,容器中剩有m1 g铜粉,此时共收集到NO气体448 mL(标准状况)。然后向上述混合物中加入足量稀硫酸至不再反应为止,容器中剩有铜粉m2 g,则m1-m2的值为(　　) A.5.76 B.2.88 C.1.92 D.0 答案 A　 任务1　化学计算的常用方法——守恒法 解析 铜粉加入到100 mL某浓度的稀硝酸中,充分反应后,容器中剩有m1 g铜粉,反应生成Cu(NO3)2和NO气体,NO的物质的量为n(NO)=0.448 L÷22.4 L·mol-1=0.02 mol,根据电子转移守恒可知,参加反应的铜的物质的量为0.02 mol×(5-2)÷2=0.03 mol,根据铜元素守恒可知,溶液中n[Cu(NO3)2]=0.03 mol, 任务1　化学计算的常用方法——守恒法 例4.工业纯碱中常含有NaCl、Na2SO4等杂质。某研究小组设计了如下实验装置,通过纯碱与酸反应生成 的CO2来测定质量为m g的工业纯碱的纯度,下列叙述正确的是(　　) A.通过称量反应前后装置B的质量,获取CO2的质量 B.通过称量反应前后装置C的质量,获取CO2的质量 C.通过称量反应前后装置C和D的质量,获取CO2的质量 D.通过称量反应前后装置D的质量,获取CO2的质量 B 任务1　化学计算的常用方法——差量法 解析 根据题意分析,装置B的目的是干燥二氧化碳,不能通过称量反应前后装置B的质量获取反应生成的CO2的质量,故A错误;装置C的目的是吸收反应生成的二氧化碳,通过称量反应前后装置C的质量可以获取反应生成的CO2的质量,故B正确;装置D中的碱石灰可以防止外界空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置C,不能通过称量反应前后装置D的质量获取反应生成的CO2的质量,故C错误;装置D中的碱石灰可以防止外界空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置C,不能通过称量反应前后装置D的质量获取反应生成的CO2的质量,故D错误。 任务1　化学计算的常用方法——差量法 任务2　利用“热重分析法”确定物质组成 (2)析图。分析图中为什么会出现这些特殊点，曲线为什么有这样的变化趋势和走向，分析曲线变化的因果关系；通过联想，把课本内的有关化学概念、原理、规律等与图中的曲线和相关点建立联系。 (3)用图。将相关的化学知识与图中曲线紧密结合，在头脑中构建新的曲线——知识体系，然后运用新的曲线——知识体系揭示问题的实质，解决实际问题。 任务2　利用“热重分析法”确定物质组成 例5.煅烧NH4VO3可制得V2O5,煅烧过程中固体质量随温度变化的曲线如图所示。加热到200 ℃时,得到的固体物质化学式为　　　　　,300~350 ℃放出气态物质的化学式为　　　　　。  任务2　利用“热重分析法”确定物质组成 答案 HVO3　H2O 解析 煅烧NH4VO3时,固体质量随温度变化的曲线如题图所示。加热到200 ℃时,质量减少0.17 g,所以0.01 mol NH4VO3受热分解生成气体为0.01 mol NH3,发生NH4VO3 NH3↑+HVO3;加热到350 ℃时固体质量减少0.09 g,失去0.005 mol H2O,发生的反应为2HVO3 H2O+V2O5,则放出气态物质的化学式为H2O。 任务2　利用“热重分析法”确定物质组成 任务2　利用“热重分析法”确定物质组成 1.碳酸氢钠受热容易分解为碳酸钠。现加热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.3.38 g B.4.58 g C.4.16 g D.4.41 g C 当堂检测 2.ZnSO4·7H2O在不同的温度下分解产物不同,取28.70 g ZnSO4·7H2O加热至不同温度,剩余固体的质量变化如图所示。分析数据,680 ℃时所得固体的化学式为(　　　) A.ZnO B.Zn3O(SO4)2 C.ZnSO4 D.ZnSO4·H2O B 当堂检测 3.准确称取0.250 0 g氯化亚铜样品置于一定量的0.5 mol·L-1 FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加20 mL水,用0.100 0 mol·L-1的Ce(SO4)2溶液滴定到终点,消耗24.60 mL Ce(SO4)2溶液。有关化学反应为Fe3++CuCl === Fe2++Cu2++Cl-,Ce4++Fe2+ === Fe3++Ce3+。计算上述样品中CuCl的质量分数是　　　　。  答案 97.91% 当堂检测 4.如下图是小组同学将MnC2O4·2H2O晶体放在坩埚里加热分解时,固体失重质量分数随温度(T)变化的曲线(已知草酸锰不稳定,但其中锰元素的化合价在300 ℃以下不变)。 试根据各点的坐标(近似值)回答下列问题: (1)C~D的化学方程式为　　　　　。  (2)从D点到E点过程中固体失重的质量分数下降的原因是　　　　　。  当堂检测 答案 (1)MnC2O4 MnO+CO↑+CO2↑　 (2)MnO与空气中的O2发生化合反应,生成新的锰的氧化物 解析 (1)MnC2O4·2H2O的摩尔质量为179 g·mol-1,假设1 mol MnC2O4·2H2O发生分解,则C点失重179 g×0.201≈36 g,即恰好失去水分子。C点固体为MnC2O4,D点失重60.3%,则D点质量为179 g×(1-60.3%)≈71 g,则D点为MnO,则C~D的化学方程式为MnC2O4 MnO+CO↑+CO2↑。 (2)由于MnO与空气中氧气发生化合反应生成新的锰的氧化物,导致从D到E点过程中固体失重的质量分数下降。 A.=3时,样品中一定不含杂质 B.越大,样品中H2C2O4·2H2O含量一定越高 答案：50　25.0 解析： 5.0 kg银铜合金中铜的物质的量为 n(Cu)＝ eq \f(5.0×103 g×63.5%,63.5 g·mol－1) ＝50 mol根据流程图分析可得如下关系 4Cu～4CuO～2Al2(SO4)3～4CuAlO2 即2Cu～Al2(SO4)3～2CuAlO2 2 1 2 所以可完全转化生成50 mol CuAlO2，至少需要Al2(SO4)3 溶液的体积为 eq \f(\f(50 mol,2),1.0 mol·L－1) ＝25.0 L。 根据铜元素守恒可知,溶液中n[Cu(NO3)2]=0.03 mol,溶液中n(N)=0.06 mol。再向溶液中加入足量稀硫酸至不再反应为止,Cu(NO3)2中N发生反应3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O,容器剩有铜粉m2 g,说明N反应完全,由上述反应关系可知,0.06 mol N再发生反应消耗Cu的物质的量n(Cu)=×n(N)=×0.06 mol=0.09 mol,所以再次反应的铜的质量为0.09 mol×64 g·mol-1=5.76 g,即m1-m2=5.76。 [必备知识] 热重曲线的分析方法 坐标曲线题解题时可以拆分为识图、析图、用图三个步骤。其中识图是基础，析图是关键，用图是目的。 (1)识图。识图的关键是三看：一看轴即横、纵坐标所表示的化学含义(自变量x轴和函数y轴表示的意义)，寻找x、y轴之间的关系，因为这是理解题意和进行正确思维的前提；二看点即曲线中的特殊点(顶点、始点、终点、拐点、交叉点)；三看线即曲线的走势(变化趋势是上升、下降、波动、正态、偏态等变化)。 热重曲线分析计算的步骤 (1)设晶体为1 mol。 (2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。 (3)计算每步的剩余固体质量， eq \f(m（剩余）,m（1 mol晶体质量）) ×100%＝固体残留率。 (4)晶体中金属质量不减少，仍在m(剩余)中。 (5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m(O)，由n(金属)∶n(O)即可求出失重后物质的化学式。 $$