第三课时　铝与氢氧化钠溶液的反应

整

体

设

计

三维目标

1．知识与技能

(1)认识铝与盐酸、强碱溶液的反应；

(2)掌握物质的量、物质的量浓度、气体摩尔体积应用于化学方程式的计算方法和格式；

(3)使学生加深对物质的量、物质的量浓度、气体摩尔体积等概念的理解，及对化学反应规律的认识。

2．过程与方法

(1)通过实验学习铝既能溶解于酸又能溶解于碱溶液，并熟悉反应过程的数量关系；

(2)回忆物质的量与其他物理量之间的计算关系，将物质的量等物理量引入化学方程式进行计算练习。

3．情感态度与价值观

培养学生综合运用知识的能力和综合计算的能力。

教学重点

物质的量、物质的量浓度、气体摩尔体积应用于化学方程式的计算。

教学难点

物质的量、物质的量浓度、气体摩尔体积应用于化学方程式的计算。

教学准备

实验用品：盐酸、NaOH溶液、铝片、小试管若干、试管架、木条、火柴。

教

学

过

程

导入新课

[分析]我们学习了几种金属钠、镁、铝、铁等与非金属以及与酸或水的反应，在这些反应中金属都作还原剂被氧化。一般金属活动性排在氢前面的金属都能够和酸反应置换出氢气，某些非常活泼的金属如钠甚至能够与水中少量的氢离子反应，产生氢气。

[设问]很多金属能与酸反应，有没有金属能与碱溶液反应呢？

推进新课

[过渡]今天我们要学习的铝是一种奇特的金属，它不光能够与酸反应生成盐和氢气，还能够和碱溶液反应。

一、铝与氢氧化钠溶液的反应

[实验]

在2支小试管里各加入5 mL盐酸和5 mL NaOH溶液，再分别放入一小段铝片，观察实验现象。过一段时间后，用点燃的木条分别放在2支试管口，有什么现象发生？

[现象]都有气泡产生，点燃试管口都有轻微的爆鸣声。

[分析]通过实验我们看到，铝是一种非常特殊的金属，它既能和盐酸反应，又能和氢氧化钠溶液反应，反应都放出氢气。铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠(NaAlO2)。

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

[思考]铝与NaOH水溶液的反应中，分析铝的化合价变化，铝表现了什么性质？

[结论]Al的化合价由0升高到＋3，表现还原性。

[练习]将铝与氢氧化钠溶液的反应方程式改写为离子方程式。

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑

－

[提问]写出铝与盐酸反应的化学方程式和离子方程式，分析铝的化合价变化。

[分析]2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑

Al的化合价由0升高到＋3，也表现还原性。

[提问]根据铝的性质，请思考如何分辨两种银白色的金属粉末是铝粉还是镁粉？

[回答]取少量固体粉末加入氢氧化钠溶液，能够溶解产生可燃性气体的是铝粉，不能溶解发生反应的是镁粉。

[思考]铝制餐具为何不能蒸煮或长期盛放酸碱性物质？

[回答]酸和碱对铝制品都有一定的腐蚀性。

[分析]酸和碱还有盐都能直接侵蚀铝的氧化物膜以及铝制品本身，因此铝制餐具不能蒸煮或长期盛放酸碱性物质。从这里我们可以大概知道氧化铝可能也具有和铝类似的既能和酸又能和碱溶液反应的性质，在下一节金属的化合物中我们会具体的讲解。

[过渡]金属单质都具有一定的还原性，自然界中多被氧化，而以化合态存在。只有少数金属如金，还原性很弱，较为稳定，在自然界可以以单质形式存在。

金在自然界中以游离态存在

[例1]向一金属铝制成的易拉罐内充满CO2，然后向罐内注入足量NaOH溶液，立即用胶布严封罐口，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，解释上述变化的实验现象：

(1)罐壁内凹而瘪的原因：______________________，反应方程式：__________________。

(2)罐壁重新鼓起的原因：______________________，反应方程式：__________________。

解答：(1)是因为CO2与NaOH反应生成Na2CO3，使得罐内气压小于外界大气压　2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。

(2)是因为过量的NaOH与铝罐反应生成H2，使罐内气压等于或大于外界大气压　2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

二、物质的量在化学方程式计算中的应用

[分析]除了了解物质的性质，了解它们发生了什么变化，有时也需要知道变化了多少，需要解决定量计算的问题。

[讨论]物质的量与其他物理量之间的计算关系。

[结论]

[设问]怎样根据化学方程式，进行既快又简便的计算呢？我们重新来理解一下化学方程式中的化学计量数。

[举例]对于方程式2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，其中的化学计量数2、2、2、1，可

以表示参加反应的各个物质其构成微粒的个数之比，通过前面对物质的量的学习，我们可以推知，微粒的个数之比就等于其物质的量之比，如下：

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

化学计量数之比 2 2 2 1

扩大NA(约6.02×1023)倍 2NA 2NA 2NA 1NA

物质的量之比 2 mol 2 mol 2 mol 1 mol

[提问]请大家根据上述关系，回答该化学方程式的其他含义。(提示：化学计量数之比、粒子数之比、物质的量之比、物质的质量之比、气体体积比)

[回答]1.该方程可以表示46 g Na与36 g H2O反应生成80 g NaOH和2 g H2；

2．该方程可以表示2 mol Na与2 mol H2O反应生成2 mol NaOH 和2 g H2；

3．该方程可以表示2 mol Na与2 mol H2O反应生成2 mol NaOH和22.4 L H2(标准状况)；

……

[过渡]从刚才的回答中可以发现，物质的量之比都是简单整数比，用于计算比用物质的质量之比计算方便简单，下面看例题。

[例1]把6.5 g Zn放入足量盐酸中，锌完全反应。计算：

(1)6.5 g Zn的物质的量；

(2)参加反应的HCl的物质的量；

(3)生成的氢气的体积(标准状况)。

解：(1)Zn的摩尔质量为65 g·mol－1。

n(Zn)＝Error!＝＝0.1 mol

－

(2)Zn　＋　2HCl===ZnCl2＋H2↑

1 2 1

0.1 mol n(HCl) n(H2)

n(HCl)＝0.2 mol；n(H2)＝0.1 mol

(3)V(H2)＝n(H2)·Vm＝0.1 mol×22.4 L·mol－1＝2.24 L

答：(1)6.5 g Zn的物质的量是0.1 mol；

(2)参加反应的HCl的物质的量是0.2 mol；

(3)生成的氢气的体积(标准状况)是2.24 L。

由于1 mol气体标准状况下的体积约为22.4 L，(3)小题或另解为：

Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

1 22.4 L

0.1 mol V(H2)

V(H2)＝2.24 L

注：1 mol Zn就是65 g Zn，所以也可以用下列方法求解。

Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑

65 g 22.4 L

6.5 g V(H2)

V(H2)＝2.24 L

[分析]化学方程式中的计量数表示了物质的物质的量之比，进而可以间接表示物质的质量、气体的体积之比，所以在计算中我们可以利用多种物理量的比例关系进行计算。

但是要注意计算过程中，对同一个物质建立比例关系的数值，应该是同一物理量，具有相同的单位，才能够建立正确的比例关系。

[例2]完全燃烧4 mol CH4，生成的H2O的物质的量是多少？

解析：写出化学方程式，列出有关物质的化学计量数和物质的量。

＝Error!，n(H2O)＝＝8 mol

答案：完全燃烧4 mol CH4 生成8 mol H2O

[总结]对于物质的量比例关系的计算，一般步骤为：

1．写出有关化学反应方程式；

2．写出相关物质的计量数之比；

3．对应计量数，找出相关物质的物质的量；

4．列比例式计算。

[练习]将0.65 g锌加到50 mL 1 mol·L－1盐酸中，计算：

(1)标准状况下，生成H2的体积；

(2)若反应完成后，溶液体积仍为50 mL，这时溶液中的Zn2＋和H＋的物质的量浓度是多少？

分析：溶液中的Zn2＋来自反应生成物ZnCl2，H＋应是反应后剩余的HCl电离出的。因此，求c(Zn2＋)与c(H＋)应先求出c(ZnCl2)及反应后的c(HCl)。

解：Zn　　　＋　　　2HCl　　　===　　　ZnCl2　　　＋　　　H2↑

1 mol 2 mol 1 mol 22.4 L

0.05×1 mol·L－1 0.05 L×c(ZnCl2) V(H2)

－

经分析，HCl过量，应按不过量的Zn的物质的量来进行计算。

反应消耗HCl为：n1(HCl)＝＝0.02 mol

剩余HCl为：n2(HCl)＝0.05 L×1 mol·L－1－0.02 mol＝0.03 mol

剩余HCl的浓度：

c(HCl)＝＝0.6 mol·L－1

c(H＋)＝c(HCl)＝0.6 mol·L－1

V(H2)＝＝0.224 L

c(ZnCl2)＝＝0.2 mol·L－1

c(Zn2＋)＝c(ZnCl2)＝0.2 mol·L－1

答：(1)标准状况下，生成H2 0.224 L；(2)反应后溶液中Zn2＋与H＋的物质的量浓度分别为0.2 mol·L－1和0.6 mol·L－1。

课堂小结

本节课主要介绍了金属铝与酸反应和与碱反应的情况，告诉我们两性金属既可以和酸反应，又可以和可溶性强碱反应，同时都有氢气产生。本节课的第二个问题就是介绍了物质的量在化学计算中的应用，让我们学会了将物质的量运用于化学方程式的计算，以及规范化书写的方法。

板

书

设

计

一、铝与氢氧化钠溶液的反应

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

二、物质的量在化学方程式计算中的应用

布

置

作

业

1．下列金属元素在自然界中主要以单质形式存在的是(　　)

A．铝　　　　B．铁　　　　C．铜　　　　D．金

2．铝粉投入某无色澄清溶液中产生氢气，则该无色澄清溶液中可能含有的离子组是(　　)

A．H＋、Na＋、HCO、SO　　　　　 B．Na＋、Ba2＋、Al3＋、SO

－

C．Mg2＋、Al3＋、Cl－、OH－ D．Ba2＋、Cl－、OH－、NO

－

3．有NaCl、FeCl2、FeCl3、MgCl2、AlCl3五种溶液，只需要一种试剂就可把它们鉴别开来，这种试剂是(　　)

A．盐酸 B．烧碱溶液

C．氨水 D．KSCN溶液

4．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．1∶1 B．2∶1

C．3∶1 D．1∶3

5．把50 mL 0.1 mol·L－1 CaCl2溶液和50 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3 溶液混合，设混合后溶液的总体积不变，则反应后溶液中Cl－的物质的量浓度为________mol·L－1；Ca2＋的物质的量浓度为________mol·L－1。

[答案]1.D　2.D　3.B　4.C

5．0.05　0.05

教

学

反

思

本节课学习了金属铝的特殊性质和物质的量在化学方程式计算中的应用。

通过初中的学习，学生已知道了化学反应中反应物和生成物之间的质量关系，并学习了运用化学方程式进行有关质量的计算。本节课主要揭示了化学反应中反应物、生成物之间的粒子数关系，并运用化学方程式中化学计量数之比等于各物质的物质的量之比这一规律，教学中把物质的量，以及物质的量浓度等应用于化学方程式中进行计算，从而使同学们充分意识到运用物质的量进行计算的简捷性和广泛性。

备

课

资

料

1．关于化学方程式的计算应注意的几个问题

化学方程式是建立在客观事实与质量守恒定律基础上的从“质”和“量”两方面来描述化学反应的表达式。一个正确的化学方程式能表明的量的关系主要有：各物质的物质的量之比(或各物质的原子、分子、离子等粒子的个数比)以及同条件下各气态物质的体积之比。在具体计算时，应依据化学方程式选择适当的量列比例式进行计算，同时注意以下几个问题：

(1)准确把握反应内涵，正确书写化学方程式。

(2)化学方程式所表示的是纯净物之间的量的关系，因此不纯物质必须换算成纯物质的量再进行计算。

(3)化学方程式所表示的是实际发生反应的物质间量的关系。例如，反应2H2＋O22H2O表示发生反应的H2与O2的量的关系是2∶1，而不涉及反应发生时体系

点

燃

中H2和O2的实际含量或量的关系，即使反应体系起始时H2与O2的量的关系为4∶1，反应也是按方程式规定的2∶1进行，并且反应之后会剩余H2。

(4)在所列比例式中，同一物质上下单位要相同，不同物质左右单位要对应。

(5)对于过量的计算，一般有如下两种情况：

一是已知两种反应物的量求生成物的量。此时，应首先判断哪种反应物过量，然后依据不足量进行求解。

二是已知某一生成物的量和反应物总量，求各反应物的量。解题的方法要点是：根据生成物的量求出参加反应的各反应物的量，再与所给总量比较，得出各反应物的量，一般有两个答案。

(6)关于混合物的计算

此类题较复杂，解法各异，但一般的解法要点是明确反应原理，写出正确的化学方程式，依据某个量守恒(原子个数守恒、电荷守恒、质量守恒等)，利用物质的量的关系列等式或利用质量关系列等式求解，或同时利用以上关系列方程组求解。

2．判断过量计算的几种方法

过量计算几乎贯穿整个高中化学学习的始终。此处介绍四种判断过量的方法，以使学生在学习中能灵活的运用。

例：25 g纯度为80%的石灰石与100 g质量分数为15%的稀盐酸充分反应，试确定反应生成二氧化碳的质量。

方法一：比值法

CaCO3　＋　2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

100 g 73 g

25 g×80% 100 g×15%

因为＞，所以盐酸过量。计算CO2的质量应用CaCO3的量来计

算。

比值法判断过量的方法是：关系量(式量总和)比已知量，比值小者过量。例题中CaCO3的关系量为100，已知量为25×80%，HCl的关系量为73，已知量为100×15%。(反过来，也可以说，已知量比关系量，比值大者过量)

方法二：十字相乘法

CaCO3　＋　2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

100 g 73 g

25 g×80% 100 g×15%

因为100 g×100 g×15%＞73 g×25 g×80%，所以HCl过量。

十字相乘法判断过量的方法是：关系量与已知量交叉相乘，积大者其中所含已知量对应物质过量。

方法三：计算反应物法

假设CaCO3全部反应完，需消耗HCl的质量为x，则

CaCO3　＋　2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

100 g 73 g

25 g×80% x

x＝＝14.6 g

因为14.6 g＜100 g×15%，所以HCl过量。

计算反应物法判断过量的方法是：假设其中一种物质(设为A物质)完全反应，以它为标准计算所需另一种物质(设为B物质)的量，若计算所得值比实际值大，则A物质过量；若计算所得值比实际值小，则B物质过量。

方法四：计算生成物法

假设CaCO3、HCl都反应完，设反应生成CO2的质量分别为x和y，则有

100 g∶44 g＝(25 g×80%)∶x　x＝8.8 g

同理：73 g∶44 g＝(100 g×15%)∶y　y＝9.0 g

因为9.0 g＞8.8 g，所以HCl过量，反应生成CO2为8.8 g。

用计算生成物法判断过量的方法是：分别以反应物中各已知量为标准，计算生成同一物质的量，计算所得值大者，则对应反应物过量。生成物的实际值应取计算所得的较小值。

以上四法各有千秋，相对来说，方法一、方法三用得较多些。但究竟用哪种方法判断过量为最好，则应视具体情况而论。若只要求判断谁过量，以方法一、方法二为最佳；若需要计算过量物的剩余量，以方法三为佳；若只需计算生成物的量，以方法四为佳。

必须指出的是，以上判断过量方法只适用于两种物质间反应的计算。

判断过量时，若比值相等或乘积相等或计算所得反应物或生成物相等，则说明两反应物恰好完全反应。同一物质必须单位一致，不同物质间单位可以不一致，但关系量之间一定要注意对应关系。

3．相关链接

(1)http：//www.hxzxs.cn/hxcd/main/160.htm(铝的性质)

(2)http：//www.18edu.com/contentpublish/news_detail.php？id＝10130&nowmenuid＝