第三章金属及其化合物 3.1.2铝与氢氧化钠溶液的反应、物质的量在化学方程式计算中的应用含解析

第2课时铝与氢氧化钠溶液的反应
物质的量在化学方程式计算中的应用1．铝与盐酸的反应
现象:铝片逐渐溶解，试管中产生无色气泡;点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声.
化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
离子方程式:2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2．铝与氢氧化钠溶液的反应
现象：铝片逐渐溶解，试管中产生无色气泡；点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声。

化学方程式:2Al＋2NaOH＋2H2O错误!2NaAlO2＋
3H2↑
离子方程式:2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－，2＋
3H2↑
铝既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，都产生氢气(或H2）。

H2＋Cl2错误!2HCl
错误! 1 ∶ 1 ∶2
错误! 1 ∶ 1 ∶2
错误!错误!∶错误!∶错误!
物质的
量之比
1 mol ∶ 1 mol ∶
2 mol
错误!1体积∶1体积∶2体积
(1）结论:化学方程式中的化学计量数之比等于其物质的量之比，等于微粒个数之比，等于气体的体积之比.
（2)应注意的问题
①任何一种反应物,只有实际参加反应的纯物质的量才能根据化学方程式计算，过量部分不参与化学方程式的计算。

②化学方程式的书写要正确。

③列比例式时要符合“左右量相当，上下单位同”的原则.
4．物质的量与各物理量之间的关系
（1）图示关系：
（2）计算公式:
①n＝m
M；②n＝错误!;③n＝错误!;
④n＝c·V(溶液）
(时间20分钟，满分30分)知识点一铝与氢氧化钠溶液的反应
1．下列金属既能与稀盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的是（)
A．Mg B．Al
C．Fe D．Cu
答案:B
解析：Al既能与稀盐酸反应，又能与NaOH溶液反应;Mg、Fe只能与稀盐酸反应;Cu既不与稀盐酸反应，也不与NaOH溶液反应.
2．下列关于铝与氢氧化钠溶液反应的说法错误的是( )
A．铝失去电子,作还原剂
B．产生的气体是氢气
C．NaOH与H2O作氧化剂
D．溶液中铝元素的存在形式是AlO错误!
答案：C
解析:反应中铝失去电子,铝元素由0价升高到＋3价，故铝是还原剂，A项正确；铝与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2和H2,B项正确；铝与氢氧化钠溶液的反应中，水作氧化剂，C项错误；溶液中铝元素以AlO错误!的形式存在，D项正确。

3．4 mol Al投入足量的NaOH溶液中，Al失去的电子全部被水获得。

则作为氧化剂的H2O的物质的量为( )
A．1 mol B．3 mol
C．4 mol D．6 mol
答案:D
解析：4 mol Al失去的电子为12 mol，而1mol H2O 被还原得到2 mol电子，所以转移12 mol电子时，需要6 mol水作氧化剂.
4．欲除去铁粉中混有的少量铝粉，应选用的试剂是（）
A．稀盐酸B．硫酸铜溶液
C．氨水D．氢氧化钠溶液
答案:D
解析：铁粉和铝粉均能与稀盐酸、硫酸铜溶液反应,A、B项错误；铁粉和铝粉均不能与氨水反应,C项错误；铁粉不能与氢氧化钠溶液反应，而铝粉能与氢氧化钠溶液反应，D项正确。

5．（双选）在杠杆的两端分别挂着质量相同的铝球和铁球，此时杠杆平衡.然后将两球分别浸没在溶液质量相等的稀烧碱溶液和硫酸铜溶液中一段时间，如图所示。

下列说法正确的是( )
A．铝球表面有气泡产生,且有白色沉淀生成
B．铝球表面有气泡产生，溶液澄清；铁球表面有红色物质析出，溶液蓝色变浅
C．杠杆仍平衡
D．左边溶液的c（OH－）减小
答案：BD
解析:左边的铝球与NaOH溶液反应：2Al＋2NaOH ＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑,有一部分铝溶解，并产生气体，生成NaAlO2易溶于水，消耗掉一部分NaOH,左边烧杯中溶液的c(OH－）减小；右边铁球浸在CuSO4
溶液中发生反应：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，铁球表面有红色物质析出,铁球质量增加，Cu2＋减少，溶液蓝色变浅。

6．在一个铝制的易拉罐内充满CO2气体。

然后往罐内注入足量的NaOH溶液，立即用胶布密封罐品。

经过一段时间后，罐壁内凹而瘪,再过一段时间后，瘪了的罐壁重新鼓起来。

（1)罐壁内凹而瘪的原因是
_______________________________________________ _________________________,
离子方程式可能为
_______________________________________________ _________________________。

（2）罐再鼓起的原因是
_______________________________________________ _________________________，
离子方程式可能为
_______________________________________________ _________________________。

答案：（1）CO2被吸收而被外界大气压压瘪
2OH－＋CO2===CO错误!＋H2O
（2)由于铝与碱反应生成H2，压强增大而重新鼓起
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO错误!＋3H2↑
解析：在易拉罐内充入CO2后加入NaOH溶液，会发生反应2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O,而使罐内气体压强减小，所以在外界大气压的作用下而变瘪；然后过量的NaOH会与易拉罐的成分铝发生反应而生成H2，
发生的反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，所以罐内压强会变大，所以易拉罐又会重新鼓起来。

知识点二物质的量应用于化学方程式的计算
7．用28 g铁跟足量的稀硫酸反应，可制得氢气x mol，现需用20 g氢气填充气球，需要消耗y mol铁，则x、y分别为（)
A．0.5 0.5 B．1 10
C．1 1 D．0。

5 10
答案：D
8．现有1 L 2 mol·L－1的盐酸与100 g NaOH样品配制成的溶液恰好完全反应（杂质不与盐酸反应)，则该样品中NaOH的质量分数是（）
A．80%B．60%
C．40％D．20％
答案：A
9．使相同物质的量浓度的NaCl、MgCl2、AlCl3溶液中Cl－完全沉淀时．若用去相同浓度的AgNO3溶液的体积比为3∶2∶1,则上述三种溶液的体积比是（）A．9∶4∶1 B．3∶2∶1
C．6∶3∶2 D．9∶3∶1
答案：D
10．向500 mL NaOH溶液中投入a g Al，二者恰好完全反应后，生成标准状况下H2的体积为13。

44 L，计算：
(1）H2的物质的量n＝________.
（2)a＝________。

(3)参加反应的NaOH溶液的物质的量浓度c＝
________。

答案：(1）0.6 mol (2）10.8 （3)0.8 mol·L－1
解析:(1)n（H2)＝错误!＝0.6 mol，
（2）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2×27 g＝54 g 2 mol 3 mol
a g n(NaOH）0.6 mol
a＝10.8。

(3）n(NaOH)＝2×0.6
3
mol＝0。

4 mol,c(NaOH)＝错误!
＝0.8 mol·L－1。

11．把1。

1 g铁、铝混合物溶于200 mL 5 mol·L－1盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6 mol·L－1(溶液体积变化忽略不计).求:
（1)反应中消耗HCl的物质的量是________。

(2）该混合物中铝、铁的物质的量分别是______、________.
答案:（1)0。

08 mol （2）0。

02 mol 0。

01 mol
解析：(1）消耗HCl的物质的量:0.2 L×5mol·L－1－0。

2 L×4。

6 mol·L－1＝0。

08 mol。

（2）设：铁、铝的物质的量分别为x、y错误!，错误!
12．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为________；
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比为________；
(3)该合金溶于足量的盐酸溶液中,产生H2的体积(标准状况下)为________。

答案：(1）52。

9％(53%）(2)1∶1(3)11。

2 L
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＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 mol 3×22。

4 L
n（Al）6。

72 L
解得：n（Al)＝2 mol×6。

72 L÷(3×22。

4 L)＝0。

2 mol,
m(Al)＝0。

2 mol×27g·mol－1＝5.4 g
铝的质量分数为5.4 g÷10.2g×100％＝52.9％(53%)
(2）m(Mg）＝10.2 g－5.4 g－4.8 g
n（Mg）＝4。

8 g÷24g·mol－1＝0。

2 mol。

（3）设由铝生成的氢气为V（H2）1，由镁生成的氢气为V(H2)2,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 V（H2)1
解得：V（H2)1＝6。

72 L
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
1 mol 22.4 L
0．2 mol V(H2）2
解得：V(H2)2＝4。

48 L
V(H2)总＝V(H2）1＋V（H2)2＝6。

72 L＋4。

48 L＝11。

2 L。

13．把1。

1 g铁、铝混合物溶于200 mL 5 mol·L－1的盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6 mol·L－1（溶液体积变化忽略不计)。

求：
（1)反应中消耗HCl的物质的量。

(2)该混合物中铝、铁的物质的量。

答案：(1）0。

08 mol（计算过程见解析) (2)Al为0。

02 mol，Fe为0。

01 mol(计算过程见解析）
解析:(1）反应中消耗HCl的物质的量为0.2 L×5 mol·L－1－0.2 L×4。

6 mol·L－1＝0。

08 mol.（2）设1。

1 g混合物中Al、Fe的物质的量分别为x、y，则
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2 6
x3x
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
1 2
y2y
则有错误!
解得:x＝0。

02 mol，y＝0。

01 mol。

14．有一硫酸和硝酸的混合溶液，取出100 mL加入足量的BaCl2溶液，过滤、洗涤、烘干后得到0.466 g沉淀；滤液与0。

2 mol/L NaOH溶液反应,共用去50 mL 时恰好完全反应。

试求:
（1）原混合溶液中H＋的物质的量浓度。

（2）原混合溶液中HNO3的物质的量浓度。

答案：(1)0.1 mol/L （2）0.06 mol/L
解析:（1）由题意可知，混合液与BaCl2溶液反应时，H＋并没有参加反应，故原溶液中n(H＋）等于消耗的NaOH的物质的量，即0。

2 mol/L×50×10－3 L＝0。

01 mol，故c(H＋）＝错误!＝0。

1 mol/L.
(2）根据题给信息可知,m（BaSO4）＝0.466 g，由SO 错误!守恒可知n(H2SO4）＝n（BaSO4)＝错误!＝0.002 mol;
由H＋守恒可得n(HNO3)＝0.01 mol－2×0.002 mol＝0。

006 mol,c(HNO3)＝0。

006 mol
0.1 L
＝0。

06 mol/L.
课后作业·速达标
时间：30分钟满分100分
一、选择题（本题包括10小题，每小题5分，共50分）
1．足量下列物质与等质量的铝反应,放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是( ）
A．氢氧化钠溶液B．稀硫酸
C．盐酸D．氨水
答案:A
解析：铝与NaOH溶液反应时，由产物NaAlO2中铝元素与钠元素的含量可知铝与NaOH的物质的量之比为1∶1；铝与稀硫酸反应时，由产物Al2(SO4)3中铝元素与硫元素的含量可知铝与H2SO4的物质的量之比为2∶3；铝与盐酸反应时，由产物AlCl3中铝元素与氯元素的含量可知铝与HCl的物质的量之比为1∶3;铝与氨水不发生反应.
2．铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的氢气体积(相同条件下）相等时，消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为( ）
A．1∶1B．2∶1
C．3∶1D．1∶3
答案：C
解析：根据2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋
3H2↑、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑可知，生成等量的氢气时消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。

3．现有铝、铁组成的混合物，分为等质量的两份，分别投入到足量的稀盐酸和稀氢氧化钠溶液中，放出氢气的体积比为2∶1(相同条件下)。

则该混合物中铝和铁的关系正确的是（）
A．物质的量之比为1∶1
B．物质的量之比为2∶3
C．质量之比为56∶27
D．条件不足无法计算
答案：B
解析:根据题意,可以判断出铝与NaOH溶液（或稀盐酸)反应产生的氢气体积和铁与稀盐酸反应产生的氢气体积相等,由关系式2Al～3H2、Fe～H2，可知
n(Al）∶n(Fe)＝2∶3,m（Al）∶m（Fe)＝(27×2)∶(56×3）＝9∶28。

4．相同质量的Mg和Al分别与足量的盐酸反应,所生成的氢气在标准状况下的体积之比为( ）
A．2∶3B．1∶1
C．3∶4D．24∶27
答案：C
解析：设Mg和Al的质量均为m g，根据Mg和Al 分别与盐酸反应的化学方程式，可知：Mg～H2、2Al～3H2,则生成的氢气在标准状况下的体积之比为错误!∶
错误!＝3∶4。

5．将5g镁、锌、铁三种金属的混合物投入40 mL 稀硫酸中,恰好完全反应，生成的氢气在标准状况下的体积是2.8 L,则这三种金属的物质的量之和为( ) A．0.25 mol B．0.125 mol
C．0。

1 mol D．0.5 mol
答案：B
解析:Mg、Zn、Fe均用R表示，这三种金属与稀硫酸反应符合通式R＋H2SO4===RSO4＋H2↑，故这三种金属的物质的量之和等于氢气的物质的量，为错误!＝0。

125 mol。

6．将1 mol Na和1 mol Al的混合物投入足量水中,产生的气体在标准状况下的体积为（）
A．11。

2 L B．22.4 L
C．33.6 L D．44。

8 L
答案：D
解析：根据化学方程式进行计算：
2Na＋2H2O===2NaOH ＋H2↑
2 2 1
1 mol 1 mol 0。

5 mol
2Al ＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 2 3
1 mol 1 mol 1.5 mol
故Na、Al完全反应生成2 mol H2，在标准状况下的体积为44。

8 L.
7．200 mL 0。

5 mol·L－1的盐酸与14.3 g
Na2CO3·x H2O恰好完全反应生成CO2，则x为（）A．5 B．6
C．9 D．10
答案:D
解析：二者恰好完全反应生成CO2的化学方程式为2HCl＋Na2CO3·x H2O===2NaCl＋CO2↑＋(x＋1）H2O,则n(Na2CO3·x H2O）＝错误!×0.5mol·L－1×0。

2 L＝0.05 mol，即106＋18x＝错误!，解得x＝10。

8．在—定条件下7g炭粉与14 g氧气完全反应生成21 g氧化物，则生成物中CO与CO2的物质的量之比是（)
A．1∶1B．2∶1
C．2∶3D．3∶2
答案：A
解析：设生成物中CO与CO2的物质的量分别为x mol、y mol，则x＋y＝错误!，x＋2y＝错误!(或28x＋44y＝
21），解得x＝7
24
，y＝错误!。

9．一定物质的量的CO2与NaOH溶液反应,所得溶液中含有Na2CO3和NaHCO3，若二者物质的量之比为3∶5，则参加反应的CO2与NaOH的物质的量之比为（）
A．3∶5B．1∶2
C．18∶8D．8∶11
答案：D
解析：设所得溶液中Na2CO3和NaHCO3的物质的量分别为x、y,则参加反应的CO2的物质的量为x＋y，参加反应的NaOH的物质的量为2x＋y；由于x∶y＝3∶5，则参加反应的CO2与NaOH的物质的量之比为（x ＋y)∶（2x＋y）＝错误!∶错误!＝8∶11。

10．把23 g钠投入到m1 g足量的水中得到a g溶液，把24 g镁投入到m2 g足量的盐酸中得到b g溶液,若m1＝m2，则a，b的关系是( ）
A．a〉b B．a〈b
C．a＝b D．无法确定
答案：C
解析：由于m1＝m2，所以只需比较反应后溶液增加的质量即可。

用差量法可知,23 g钠投入水中放出1 g氢气，溶液增重22 g，24 g镁投入盐酸中放出2 g氢气，溶液增重22 g，所以反应后a＝b.
二、非选择题（本题包括5小题，共50分）
11．(8分)（1）分别取W g钠、铁、铝与足量的盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是________。

(2)分别取0.1 mol钠、铁、铝与足量的盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是________。

(3）若产生相同物质的量的氢气，所需钠、铁、铝的质量比是________。

（4）若产生相同体积(同温同压)的氢气，所需钠、铁、铝三种金属的物质的量之比是________。

(5)分别取0。

2 mol金属钠、铁、铝分别投入10 mL 1 mol·L－1盐酸中，在标准状况下产生氢气体积大小的顺序是
_______________________________________________ _________________________.
答案：(1)错误!∶错误!∶错误!（2）1∶2∶3
（3)23∶28∶9
(4）6∶3∶2（5)V Na（H2)〉V Fe（H2）＝V Al（H2）
解析：(1)W g钠、铁、铝的物质的量分别为错误!mol、错误!mol、错误!mol，由钠、铁、铝分别与足量的盐酸反应的化学方程式：2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑；Fe＋
2HCl===FeCl2＋H2↑；2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，得到关系式：2Na~H2，Fe～H2，2Al～3H2，所以W g钠、铁、铝生成氢气的体积比为错误!错误!错误!＝错误!错误! 1。

9
（2）等物质的量的三种金属与足量的盐酸反应,在相同条件下产生氢气的体积比是1∶2∶3。

(3)、(4)若产生相同物质的量的氢气，所需钠、铁、铝的物质的量之比是6∶3∶2，质量比是（6×23)∶
（3×56)∶（2×27）＝23∶28∶9。

(5)中的钠、铁、铝相对于盐酸来说是过量的,根据盐酸计算生成的氢气，铁、铝反应放出的氢气相等,但由于过量的钠会与水反应生成氢气,所以钠放出的氢气最多。

12．(10分）在隔绝空气的条件下，某同学将一块部分被氧化的钠块用一张已除去氧化膜、并用针刺一些小孔的铝箔包好，然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器内.待钠块反应完全后，在容器中仅收集到1。

12 L氢气（标准状况),此时测得铝箔质量比反应前减少了0.27 g，水槽和容器内溶液的总体积为2.0 L，溶液中NaOH的浓度为0。

050 mol·L－1（忽略溶液中离子的水解和溶解的氢气的量)。

(1）写出该实验中发生反应的化学方程式：
_______________________________________________ _________________________
___________________________________________ _____________________________.
（2）消耗的Al的物质的量为________.
（3）未被氧化的金属钠的物质的量为________.
(4)Na2O的物质的量为________。

答案：(1）2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑Na2O＋H2O===2NaOH 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
（2）0.010 mol （3）0。

070 mol (4)0.020 mol
解析：该实验中发生的反应可表示为①2Na＋
2H2O===2NaOH＋H2↑，②Na2O＋H2O===2NaOH，③2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

消耗的Al 的物质的量为n（Al）＝错误!＝0.010 mol，根据反应③可得由铝消耗NaOH的物质的量为n（NaOH）＝0。

010 mol，生成的氢气的物质的量为n(H2）＝0。

015 mol，那么由金属钠生成的氢气的物质的量为n(H2)＝错误!－0。

015 mol＝0。

035 mol，根据反应①可得金属钠的物质的量为n(Na）＝2×0.035 mol＝0.070 mol,又因为反应后溶液中NaOH的物质的量为n（NaOH)＝2.0 L×0.050 mol·L－1＝0。

10 mol，所以溶液中Na＋的总物质的量即原金属钠的总物质的量为n（Na＋)＝0.10 mol＋0.010 mol ＝0.110 mol，n(Na2O）＝错误!＝0.020 mol。

13．(8分)将5 g钠铝合金投入到200 mL的水中，固体完全溶解，产生4。

48 L标准状况下的气体，溶液中只有一种溶质.回答下列问题。

（1)处理计算问题，通常可以用图示分析的方法。

写出化学式：A________,B________，C________。

经过分析得出钠铝合金中两块金属的物质的量之比为________。

（2）计算所得溶液的物质的量浓度(假设溶液体积变化忽略不计)
答案：(1)H2NaOH NaAlO21∶1
(2)0。

5 mol·L－1
解析：据题意可知该流程为：
因反应后溶液中只有一种溶质，说明Na与H2O反应生成的NaOH恰好与Al发生反应,该过程中反应为：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，
则设n(Na）＝n(Al）＝x，
所以错误!＋错误!＝错误!＝0。

2 mol,x＝0。

1 mol，
则所得NaAlO2溶液的物质的量浓度为错误!＝0。

5 mol·L－1。

14．(16分）(1)将一块表面已被氧化成氧化钠的钠块投入一定量的水中,完全反应后收集到气体224 mL（标准状况)，得到100 mL溶液,向上述溶液中逐滴滴加1 mol·L－1的稀盐酸30 mL恰好完全中和。

①求钠块中金属钠的质量；
②计算所得NaOH溶液的物质的量浓度.
（2)1。

15 g金属钠跟水反应后得到100 mL溶液，试计算：
①生成的气体在标准状况下是多少毫升？
②反应后所得溶液的物质的量浓度是多少？
答案:(1）①0.46 g ②0。

3 mol·L－1
(2)①560 mL ②0。

5 mol·L－1
解析：（1)①2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
46 g 22。

4 L
m（Na）0.224 L
m（Na)＝0。

46 g
②HCl＋NaOH===NaCl＋H2O
1 mol 1 mol
1 mol·L－1×0。

03 L n（NaOH)
n(NaOH）＝0。

03 mol
c（NaOH）＝错误!＝0。

3 mol·L－1。

(2)2Na＋2H2O===2NaOH ＋H2↑
46 g 2 mol 22 400 mL
1.15 g n（NaOH）V(H2)
①
46 g
1。

15 g
＝错误!，
V(H2）＝错误!＝560 mL。

②错误!＝错误!，
n(NaOH）＝错误!＝0.05mol，
c（NaOH）＝错误!＝错误!＝0。

5 mol·L－1。

15．（8分）托盘天平两边各放一个盛有等质量稀盐酸（各含n mol HCl）的甲、乙两个烧杯，调节天平平衡,然后在甲、乙烧杯中分别投入a mol Mg和b mol Al，充分反应后,天平仍保持平衡.
（1）若天平两边酸均过量,则甲、乙两边净增量分别为________g,________g。

（2)若天平两边酸均用完，金属均过量，则甲、乙两边产生的H2的质量________(填“相等”或“不相等”），由此推出a∶b＝________.
答案:（1)22a24b
(2)相等98
解析:设a mol Mg完全反应后增重x，
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑增重
24 2 22
24a x
x＝22a，
同理，b mol Al完全反应后增重24b。

因产生的H2质量相等，且天平平衡，则加入的Mg、Al质量相等, 24a＝27b,a b＝98.。