第三章 铁 金属材料　化学计算中常用的方法 （答案）

拓展微课4　化学计算中常用的方法
1.将一定质量的锌片放入500 mL CuSO4溶液中,二者恰好完全反应,待充分反应后取出锌片,洗净后称量,发现锌片比原来减轻了0.5 g,则该CuSO4溶液的物质的量浓度为 (　)
A.0.5 mol·L-1 B.1 mol·L-1
C.1.5 mol·L-1 D.2 mol·L-1
2.铁粉可与高温水蒸气反应,若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32 g,则参加反应的铁粉的物质的量是 (　)
A.0.5 mol B.1 mol
C.1.5 mol D.2 mol
3. 工业废水中含有的重铬酸根离子(Cr2)有毒,常用绿矾(FeSO4·7H2O)处理达标后排放,已知处理2 L含重铬酸根离子浓度为0.01 mol·L-1的废水,消耗绿矾0.12 mol (Fe2+被氧化为Fe3+),则处理后的废水中铬元素的化合价为 (　)
A.+3 B.+4 C.+5 D.+6
4.现加热10 g 碳酸钠和碳酸氢钠的混合物,使碳酸氢钠完全分解,混合物的质量减少了1.24 g,则原混合物中碳酸钠的质量分数为 (　)
A.67.6% B.91.6% C.66.4% D.88.2%
5.某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应,消耗H+和产生CO2的物质的量之比为6∶5,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∶3 D.1∶4
6. 将铁和氧化铁的混合物5.44 g加入100 mL 3.2 mol·L-1的盐酸中,恰好完全反应,滴入KSCN溶液后不显红色。若忽略溶液体积的变化,则在所得溶液中Fe2+的浓度约为(　)
A.0.2 mol·L-1 B.0.4 mol·L-1 C.0.8 mol·L-1 D.1.6 mol·L-1
7. 用0.1 mol·L-1 的NaNO2溶液 300 mL,恰好将0.02 mol 的X还原,则元素X在还原产物中的化合价为 (　)
(提示:N的氧化产物为N)
A.+1 B.+2 C.+3 D.+4
8. 将2.32 g Fe3O4溶解在过量热的稀硫酸中,当加入25 mL 0.1 mol·L-1 NaNO3溶液后,恰好能使其中的Fe2+全部转化为Fe3+,NaNO3溶液也反应完全,并有NxOy气体逸出,则该NxOy是 (　)
A.N2O B.NO C.N2O3 D.NO2
9. 将一定量Cl2通入KOH溶液中,二者恰好完全反应,且无晶体析出。可能的反应如下:
①Cl2+2KOHKCl+KClO+H2O
②3Cl2+6KOH5KCl+KClO3+3H2O。
已知:n表示物质的量,溶液中n(Cl-)∶n(ClO-)的值与反应温度有关。当溶液中n(K+)=6a mol时,下列说法错误的是 (　)
A.参加反应的n(Cl2)=3a mol
B.改变反应温度,溶液中n(Cl)的最大理论值为a mol
C.改变反应温度,反应中转移电子的取值范围为3a mol≤n(e-)≤5a mol
D.若某温度下,反应后溶液中n(Cl-)∶n(ClO-)=6,则n(Cl-)∶n(Cl)=5
10. 我国的环境空气质量标准中对空气中SO2的浓度限值规定如表所示。
标准等级 一级标准 二级标准 三级标准
浓度限值/ (mg·m-3) 0~0.15 0.15~0.50 0.50~0.70
测定受污染空气中SO2含量的实验方法如下:用NaOH溶液吸收2 m3的空气,用稀硫酸调节pH后用I2溶液与上述溶液反应,测得恰好完全反应时消耗2.54 mg I2。
已知:(1)SO2与NaOH反应生成Na2SO3和H2O
(2)S+I2+H2OS+2H++2I-
下列推断中不正确的是 (　)
A.恰好完全反应时消耗I2的物质的量为1×10-5 mol
B.被吸收的空气中SO2的质量为0.64 mg
C.反应完后溶液中I-的物质的量为2×10-5 mol
D.被测空气样品中SO2的浓度达到了三级标准
11. 回答下列问题:
(1)纯净的过氧化钙(CaO2)是一种新型水产养殖增氧剂,常用于鲜活水产品的运输,可以起到杀菌、解酸(吸收二氧化碳)、防腐、供氧的作用。分别写出供氧、解酸(吸收二氧化碳)的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　。
(2)现有某过氧化钙(CaO2)样品,带有结晶水,含有CaO杂质。
①称取5.42 g过氧化钙样品,灼烧时发生如下反应:2(CaO2·xH2O)2CaO+O2↑+2xH2O,得到O2在标准状况下体积为672 mL,则该样品中CaO2的物质的量为　　　　。
②另取同一样品5.42 g,溶于适量的稀盐酸中,然后加入足量的Na2CO3溶液,将溶液中的Ca2+全部转化为CaCO3沉淀,得到干燥的CaCO3 7.0 g。
a.样品中CaO的质量为　　　　。
b.样品中CaO2·xH2O中的x为　　　　。
12. (Ⅰ)把15.6 g Na2O2放入100 mL水中,充分反应后,计算:
(1)生成O2在标准状况下的体积为　　　　mL。
(2)反应后所得NaOH的物质的量浓度为　　　　。(反应前后溶液体积变化忽略不计)。
(Ⅱ)把含有氧化铁的铁片投入足量的稀硫酸中,直到铁片完全溶解,经检验该溶液中无Fe3+,且生成的Fe2+与反应生成的H2的物质的量之比为4∶1。
(3)检验该溶液中无Fe3+的方法及现象: 　　　 　。
(4)则原混合物中Fe2O3与Fe的物质的量之比为　　　　。
(5)若原混合物中铁原子的总物质的量为6 mol,则反应中生成的H2体积为　　　　L(标准状况)。
13. 玻璃仪器内壁残留的硫单质可用热KOH溶液洗涤除去,发生如下反应:
3S+6KOH2K2S+K2SO3+3H2O
(x-1)S+K2SK2Sx(x=2~6)
S+K2SO3K2S2O3
请计算:
(1)0.480 g硫单质与V mL 1.00 mol·L-1热KOH溶液恰好完全反应,只生成K2S和K2SO3,则V=　　　。
(2)3.840 g硫单质与60.0 mL 1.00 mol·L-1热KOH溶液恰好完全反应,只生成K2Sx和K2S2O3,则x=　　　　。
14. 二氧化氯(ClO2)可用于自来水消毒。以粗盐为原料生产ClO2的工艺主要包括:①粗盐精制;②电解微酸性NaCl溶液;③ClO2的制取。工艺流程如图T4-1所示,其中反应Ⅲ制取ClO2的化学方程式为2NaClO3+4HCl2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O。
图T4-1
(1)试剂X是　　　　(填化学式)。
(2)NaOH及试剂X均需过量的原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)反应Ⅲ,若生成67.5 g ClO2,转移电子的物质的量为　　　　。
(4)用ClO2处理过的饮用水常含有一定量有害的ClO2。我国规定饮用水中ClO2的含量在0.1~0.8 mg·L-1。测定水样中ClO2的含量的过程如下:
①量取25.00 mL水样加入锥形瓶中,并调节水样的pH为7.0~8.0。
②加入足量的KI晶体。此过程发生反应2ClO2+2I-2Cl+I2。
③加入少量淀粉溶液,再向上述溶液中滴加1.00×10-3 mol·L-1 Na2S2O3溶液至溶液蓝色刚好褪去,消耗Na2S2O3溶液7.45 mL。此过程发生反应2S2+I2S4+2I-。
根据上述数据计算并判断该水样中ClO2的含量是否符合国家规定 (请写出计算过程)
　化学计算中常用的方法 参考答案
1.B　[解析] Zn与CuSO4溶液反应时,置换出来的Cu附着在锌片上。
Zn+Cu2+Zn2++Cu　Δm(固体质量减轻)
1 mol 1 g
n(Cu2+) 0.5 g
=,解得n(Cu2+)=0.5 mol,所以
c(CuSO4)==1 mol·L-1。
2.C　[解析] 3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2　Δm(固体质量增加)
3 mol 64 g
n(Fe) 32 g
解得n(Fe)=1.5 mol。
3.A　[解析] 2 L含重铬酸根离子浓度为0.01 mol·L-1的废水中含重铬酸根离子的物质的量为0.02 mol,依据得失电子守恒,0.12 mol Fe2+→Fe3+失去0.12 mol的电子,则0.02 mol Cr2需得到0.12 mol的电子,设处理后的废水中铬元素的化合价为x,则有(6-x)×2×0.02 mol=0.12 mol,解得x=3,则处理后的废水中铬元素的化合价为+3价,答案选A。
4.C　[解析] 混合物加热时,只有NaHCO3发生分解,转化为Na2CO3,则有
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 　Δm(固体)
　2 mol　　　　　　　　　　　　　44 g+18 g=62 g
　n(NaHCO3)　　　　　　　　　　　1.24 g
列式:=,解得n(NaHCO3)= 0.04 mol,则混合物中Na2CO3的质量为m(Na2CO3)=10 g-0.04 mol×84 g·mol-1=6.64 g,故碳酸钠的质量分数为×100%=66.4%。
5.B　[解析] 二价金属碳酸盐和碳酸氢盐分别表示为RCO3、R(HCO3)2,设其物质的量分别为x mol、y mol,与足量盐酸反应,根据关系式可得
RCO3~2H+~CO2↑,R(HCO3)2~2H+~2CO2↑
x mol 2x mol x mol 　y mol　　2y mol　2y mol
消耗H+和产生CO2的物质的量之比为6∶5,则有(2x+2y)∶(x+2y)=6∶5,解得x∶y=1∶2,故该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为1∶2。
6.D　[解析] 铁和氧化铁混合物溶于盐酸,恰好完全反应,滴加KSCN溶液后不显红色,则溶质为FeCl2。据Cl-守恒可知,n(FeCl2)=×0.1 L×3.2 mol·L-1=0.16 mol,则所得溶液中c(Fe2+)==1.6 mol·L-1。
7.D　[解析] 根据氧化还原反应中得失电子守恒计算:N元素由+3价升高到+5价,X元素由+7价降低到x价,据得失电子守恒可得0.1 mol·L-1×0.3 L×(5-3)=0.02 mol×(7-x),解得x=+4。
8.A　[解析] n(Fe3O4)===0.01 mol,n(NaNO3)=c·V=0.1 mol·L-1×0.025 L=0.002 5 mol,Fe2+失电子生成Fe3+,则硫酸亚铁作还原剂;硝酸中氮元素得电子化合价降低作氧化剂,由得失电子守恒可知,Fe失去电子数等于N得到电子数,设N被还原后元素化合价为x,则0.01 mol×(3-2)=0.002 5 mol×(5-x),解得x=+1,只有N2O中N元素的化合价为+1价,故选A。
9.D　[解析] 当溶液中n(K+)=6a mol时,可能是反应①中3a mol Cl2反应生成3a mol KCl和3a mol KClO,也可能是反应②中3a mol Cl2反应生成5a mol KCl和a mol KClO3。由以上分析可知,参加反应的n(Cl2)=3a mol,A正确;改变反应温度,完全发生反应②,溶液中n(Cl)的最大理论值为a mol,B正确;改变反应温度,完全发生反应①,3a mol Cl2反应生成3a mol KCl和3 mol a KClO,转移电子数为3a mol,此时最少,完全发生反应②,3a mol Cl2反应生成5a mol KCl和a mol KClO3,转移电子数为5a mol,此时最多,故反应中转移电子的取值范围为3a mol≤n(e-)≤5a mol,C正确;若某温度下,反应后溶液中n(Cl-)∶n(ClO-)=6时,令n(ClO-)=1 mol,则n(Cl-)=6 mol,由电子转移守恒,则有5×n(Cl)+1×1 mol=1×6 mol,解得n(Cl)=1 mol,故n(Cl-)∶n(Cl)=6∶1=6,D错误。
10.D　[解析] 2.54 mg I2的物质的量为2.54 mg×10-3g·mg-1÷254 g·mol-1=1×10-5mol,故A正确;根据反应(2)及硫元素守恒可得SO2~I2,1×10-5 mol I2消耗1×10-5 mol SO2,则被吸收的空气中的SO2的物质的量为1×10-5 mol,质量为1×10-5 mol×64 g·mol-1=0.64 mg,故B正确;根据反应(2),1×10-5 mol I2能生成2×10-5 mol I-,则反应完后溶液中I-的物质的量为2×10-5 mol,故C正确;根据B的计算结果,2 m3的空气中SO2的质量为0.64 mg,则1 m3的空气中SO2的质量为0.32 mg,所以被测空气样品中SO2的浓度达到了二级标准,故D错误。
11.(1)2CaO2+2H2O2Ca(OH)2+O2↑　2CaO2+2CO22CaCO3+O2
(2)①0.06 mol　②a.0.56 g　b.0.5
[解析] (1)过氧化钙(CaO2)供氧时与水反应生成Ca(OH)2和O2、解酸时吸收二氧化碳生成CaCO3等,化学方程式:2CaO2+2H2O2Ca(OH)2+O2↑、2CaO2+2CO22CaCO3+O2。(2)①O2在标准状况下体积为672 mL,则其物质的量为=0.03 mol,由化学方程式可建立如下关系式:2(CaO2·xH2O)~O2,则该样品中CaO2的物质的量为0.03 mol×2=0.06 mol。②另取同一样品5.42 g,溶于适量的稀盐酸中,然后加入足量的Na2CO3溶液,将溶液中的Ca2+全部转化为CaCO3沉淀,得到干燥的CaCO3 7.0 g。a.n(CaCO3)==0.07 mol,CaO2·xH2O可生成CaCO3 0.06 mol,则样品中CaO的物质的量为0.07 mol-0.06 mol=0.01 mol,质量为0.01 mol×56 g·mol-1=0.56 g。b.样品中CaO2·xH2O的质量为5.42 g-0.56 g=4.86 g,物质的量为0.06 mol,则CaO2·xH2O的摩尔质量为=81 g·mol-1,x为=0.5。
12.(1)2240　(2)4 mol·L-1　(3)取少量原溶液于试管中,加入几滴KSCN溶液,溶液不变红色　(4)1∶2　(5)33.6
[解析] (1)2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑,
n(Na2O2)==0.2 mol,V(O2)=×22.4 L·mol-1=2.24 L=2240 mL。
(2)n(NaOH)=2n(Na2O2)=0.4 mol,c(NaOH)==4 mol·L-1。(3)检验溶液中无Fe3+,常使用硫氰化钾溶液,具体方法及现象为取少量原溶液于试管中,加入几滴KSCN溶液,溶液不变红色。(4)把含有氧化铁的铁片投入足量的稀硫酸中,直到铁片完全溶解,经检验该溶液中无Fe3+,且生成的Fe2+与反应生成的H2的物质的量之比为4∶1,则发生总反应的离子方程式为Fe2O3+2Fe+8H+4Fe2++H2↑+3H2O,则原混合物中Fe2O3与Fe的物质的量之比为1∶2。(5)若原混合物中铁元素原子的总物质的量为6 mol,则反应中生成的H2体积为×22.4 L·mol-1=33.6 L。
13.(1)30.0　(2)5
[解析] (1)根据题意,0.480 g硫单质与V mL 1.00 mol·L-1热KOH溶液恰好完全反应,只生成K2S和K2SO3,则根据反应3S+6KOH2K2S+K2SO3+3H2O计算。0.480 g硫单质的物质的量为0.015 mol,则消耗的KOH的物质的量为0.030 mol,其体积为0.030 L=30.0 mL。(2)3.840 g硫单质与60.0 mL 1.00 mol·L-1热KOH溶液恰好完全反应,只生成K2Sx和K2S2O3,则根据反应3S+6KOH2K2S+K2SO3+3H2O计算,60.0 mL 1.00 mol·L-1热KOH溶液含KOH的物质的量为0.060 mol,消耗硫单质的物质的量为0.030 mol,生成K2SO3的物质的量为0.010 mol,生成K2S的物质的量为0.020 mol,剩余硫单质的物质的量为 mol-0.030 mol=0.090 mol。生成K2SO3的物质的量为0.010 mol,根据反应S+K2SO3K2S2O3计算,消耗硫单质的物质的量为0.010 mol,则剩余硫单质的物质的量为0.080 mol。生成K2S的物质的量为0.020 mol,根据反应(x-1)S+K2SK2Sx(x=2~6)计算,剩余的硫单质与K2S恰好完全反应,则n(S)∶n(K2S)=0.080∶0.020=4∶1,即x-1=4,故x=5。
14.(1)Na2CO3
(2)保证Ca2+、Mg2+沉淀完全
(3)1 mol
(4)25.00 mL水样中n(ClO2)=n(S2)=1.00×10-3 mol·L-1×7.45×10-3 L=7.45×10-6 mol;则ClO2的含量为
=20.115 mg·L-1>0.1~0.8 mg·L-1,则不符合国家规定
[解析] 以粗盐为原料生产ClO2的工艺主要包括:①粗盐精制;②电解微酸性NaCl溶液;③ClO2的制取。根据流程图,粗盐水中加入氢氧化钠除去镁离子,再加入试剂X除去钙离子生成碳酸钙,因此X为碳酸钠,过滤后得到氢氧化镁和碳酸钙沉淀;用适量盐酸调节溶液的酸性,除去过量的氢氧化钠和碳酸钠得到纯净的氯化钠溶液,反应Ⅱ电解氯化钠溶液生成氢气和NaClO3,加入盐酸,发生反应Ⅲ2NaClO3+4HCl2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O,得到ClO2。(1)根据分析,试剂X是Na2CO3。(2)为了保证Ca2+、Mg2+沉淀完全,NaOH及Na2CO3均需过量。(3)反应Ⅲ为2NaClO3+4HCl2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O,反应中,NaClO3中Cl元素被还原生成ClO2,每生成2 mol ClO2转移2 mol电子,67.5 g ClO2物质的量为1 mol,转移电子的物质的量为1 mol。(4)由2ClO2+2I-2Cl+I2和2S2+I2S4+2I-,得ClO2~Na2S2O3,则25.00 mL水样中n(ClO2)=n(S2)=1.00×10-3 mol·L-1×7.45 mL×10-3 L·mL-1=7.45×10-6 mol;则ClO2的含量为=20.115 mg·L-1>0.1~0.8 mg·L-1,则不符合国家规定。