6 课题3 物质的量 气体摩尔体积.docx

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6课题3物质的量气体摩尔体积

课题3　物质的量　气体摩尔体积

学习任务1　物质的量、气体摩尔体积

一、物质的量

1．物质的量

物质的量是表示含有一定数目粒子的集合体的物理量，符号为n。

物质的量的单位为摩尔，简称摩，符号为mol。

2．物质的量的规范表示

↓　　　↓　　　　　　　↓

数值　　单位　　　指定微粒符号或微粒名称

3．阿伏加德罗常数

规定：

以0.012kg12C中所含的碳原子数为阿伏加德罗常数，符号为NA，其数值约为6.02×1023，单位为mol－1。

公式：

NA＝

。

4．概念间的关系

二、摩尔质量

1．概念：

摩尔质量指单位物质的量的物质所具有的质量，其符号为M，单位为g·mol－1（或g/mol）。

2．数值：

以g·mol－1为单位时，任何粒子的摩尔质量在数值上都等于该粒子的相对分子（原子）质量。

3．关系：

摩尔质量与物质的量、物质的质量之间的关系为n＝

。

三、气体摩尔体积

1．影响物质体积大小的因素

（1）微粒的大小（物质的本性）；

（2）微粒间距的大小（由温度与压强共同决定）；

（3）微粒的数目（物质的量的大小）。

2．含义：

单位物质的量的气体所占的体积，符号为Vm。

标准状况下，Vm约为22.4_L/mol。

3．基本关系式：

n＝

＝

＝

。

4．影响因素：

气体摩尔体积的数值不是固定不变的，它取决于气体所处的温度和压强。

四、阿伏加德罗定律及其推论

1．阿伏加德罗定律：

同温、同压下，相同体积的任何气体，含有相同数目的分子（或气体的物质的量相同）。

2．阿伏加德罗定律的推论

相同

条件

推论

公式

语言叙述

T、p

相同

＝

同温、同压下，气体的体积与其物质的量成正比

T、V

相同

＝

同温、同体积下，气体的压强与其物质的量成正比

T、p

相同

＝

同温、同压下，气体的密度与其摩尔质量（或相对分子质量）成正比

（1）对于同一种气体，当压强相同时，密度与温度成反比。

（2）同温、同压、同体积、同分子数，这“四同”相互制约，只要其中“三同”成立，第“四同”也成立，即“三同”定“一同”。

（3）应用阿伏加德罗定律及其推论要熟记相关化学计量的定义式，并结合相互关系进行推导（可通过pV＝nRT及n＝

、ρ＝

导出）。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2017·高考海南卷）1mol的CO和N2混合气体中含有的质子数为14NA。

（　　）

（2）2.0gH

O与D2O的混合物中所含中子数为NA。

（　　）

（3）23gNa与足量H2O反应完全后可生成NA个H2分子。

（　　）

（4）2g氦气所含的原子数目约为0.5×6.02×1023。

（　　）

（5）标准状况下，H2和N2的气体摩尔体积均为22.4L。

（　　）

（6）1mol任何物质都约含有6.02×1023个分子。

（　　）

（7）标准状况下，1molO2与1molSO3的体积相同。

（　　）

（8）标准状况下，1mol气体的体积约是22.4L，非标准状况下，1mol气体的体积则一定不是22.4L。

（　　）

（9）标准状况下，O2和O3中氧原子的摩尔质量均为16g·mol－1。

（　　）

（10）常温常压下，14gN2与7g乙烯（C2H4）所含原子数相同。

（　　）

（11）22gCO2与标准状况下11.2LHCl所含的分子数相同。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×　（7）×　（8）×　（9）√　（10）×　（11）√

2．填空题。

（1）含6.02×1023个中子的

Li的质量是________g。

（2）4gD2和20g18O2的单质化合时最多能生成________gD

O。

（3）若12.4gNa2X中含有0.4mol钠离子，则Na2X的摩尔质量是________，X的相对原子质量是________。

解析：

（1）根据n＝

计算中子的物质的量，

Li的中子数为7－3＝4，进而计算Li的物质的量，再根据m＝nM计算其质量。

（2）根据不足量的物质计算生成D

O的质量；18O2过量。

（3）1molNa2X中含有2mol钠离子，0.2molNa2X中含有0.4mol钠离子，则Na2X的摩尔质量为M（Na2X）＝

＝62g·mol－1；X的相对原子质量为62－2×23＝16。

答案：

（1）1.75　

（2）22　（3）62g·mol－1　16

（1）物质的量只能衡量微观粒子，使用时必须指明具体粒子的种类或化学式。

（2）摩尔质量与相对原子（分子）质量是两个不同的概念，当摩尔质量以g·mol－1为单位时，二者在数值上相等。

（3）气体摩尔体积使用的对象是气体；标准状况是0℃、1.01×105Pa，不是常温、常压。

（4）标准状况下，气体摩尔体积约为22.4L·mol－1，非标准状况下，气体摩尔体积不一定是22.4L·mol－1。

宏观物理量（质量、体积）与微观粒子数的换算

宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知

1．（双选）已知标准状况下：

①6.72LNH3；②1.204×1023个H2S分子；③5.6gCH4；④0.5molHCl。

下列关系正确的是（　　）

A．体积大小：

④>③>①>②

B．原子数目：

③>①>④>②

C．密度大小：

④>②>③>①

D．质量大小：

④>③>②>①

解析：

选AB。

①标准状况下，6.72LNH3的物质的量为

＝0.3mol；②1.204×1023个H2S分子的物质的量为

＝0.2mol；③5.6gCH4的物质的量为

＝0.35mol；④HCl的物质的量为0.5mol。

由上述计算可知物质的量大小为④>③>①>②，相同条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，故体积大小为④>③>①>②，A项正确。

①标准状况下6.72LNH3所含原子的物质的量为0.3mol×4＝1.2mol；②1.204×1023个H2S分子所含原子的物质的量为0.2mol×3＝0.6mol；③5.6gCH4所含原子的物质的量为0.35mol×5＝1.75mol；④0.5molHCl所含原子的物质的量为0.5mol×2＝1mol；原子数目之比等于原子的物质的量之比，故原子数目为③>①>④>②，B项正确。

同温同压下，气体密度之比等于其相对分子质量之比，①NH3的相对分子质量为17；②H2S的相对分子质量为34；③CH4的相对分子质量为16；④HCl的相对分子质量为36.5；故密度大小为④>②>①>③，C项错误。

①NH3的质量为17g·mol－1×0.3mol＝5.1g；②H2S的质量为34g·mol－1×0.2mol＝6.8g；③CH4的质量为5.6g；④HCl的质量为36.5g·mol－1×0.5mol＝18.25g；故质量大小为④>②>③>①，D项错误。

2．（教材改编题）某氯原子的质量是ag，12C原子的质量是bg，用NA表示阿伏加德罗常数的值。

（1）该氯原子的相对原子质量为________；

（2）mg该氯原子的物质的量为________；

（3）该氯原子的摩尔质量是________；

（4）ng该氯原子所含的电子数为________。

答案：

（1）

（2）

mol　（3）aNAg·mol－1

（4）

（答案合理即可）

3．18gCO和CO2的混合气体，完全燃烧后测得CO2体积为11.2L（标准状况）。

（1）原混合气体中CO的质量是________g。

（2）原混合气体中CO2在标准状况下的体积是________L。

（3）原混合气体在标准状况下的密度是________g·L－1。

（4）原混合气体的平均摩尔质量是________g·mol－1。

解析：

由CO燃烧发生反应2CO＋O2

2CO2可知，CO的体积与生成CO2的体积相等，又因为燃烧后CO2的总体积为11.2L，故18gCO和CO2的混合气体的总体积为11.2L，即标准状况下，18gCO和CO2的混合气体的物质的量为0.5mol。

设CO的物质的量为xmol，CO2的物质的量为ymol，则

，解得x＝0.25，y＝0.25。

（1）原混合气体中CO的质量为28g·mol－1×0.25mol＝7g。

（2）原混合气体中CO2在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L·mol－1＝5.6L。

（3）原混合气体在标准状况下的密度为

≈1.61g·L－1。

（4）解法一：

M＝ρ·22.4L·mol－1＝

×22.4L·mol－1＝36g·mol－1；

解法二：

M＝

＝36g·mol－1；

解法三：

M＝28g·mol－1×50%＋44g·mol－1×50%＝36g·mol－1；

故原混合气体的平均摩尔质量为36g·mol－1。

答案：

（1）7　

（2）5.6　（3）1.61　（4）36

以物质的量（n）为核心的计算的思维模板

注：

Vm与温度、压强有关，标准状况下Vm＝22.4L·mol－1。

阿伏加德罗定律及其应用

宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知

4．一定温度和压强下，30L某种气态纯净物中含有6.02×1023个分子，这些分子由1.204×1024个原子组成，下列有关说法不正确的是（　　）

A．该温度和压强可能是标准状况

B．标准状况下该纯净物若为气态，其体积约是22.4L

C．每个该气体分子含有2个原子

D．若O2在该条件下为气态，则1molO2在该条件下的体积也为30L

解析：

选A。

标准状况下该物质若为气态物质，则其体积约为22.4L，故该温度和压强不可能是标准状况，A项错误，B项正确；由分子数和原子数的关系可知，该分子为双原子分子，C项正确；根据题意，在此温度和压强条件下，Vm＝30L·mol－1，D项正确。

5．（2020·保定高三模拟）取五个相同的气球，同温同压下，分别充入CO和以下四种混合气体，吹出体积相等的状态，如图所示。

A、B、C、D四个气球内，与CO所含原子数一定相等的是（　　）

解析：

选C。

同温、同压、同体积下，气体的物质的量相同。

设气体的物质的量为1mol，则1molCO所含原子的物质的量为2mol。

A项，含有HCl和O3，1mol该混合气体含有的原子的物质的量大于2mol，错误；B项，含有H2和NH3，1mol该混合气体含有的原子的物质的量大于2mol，错误；C项，含有N2和O2，都为双原子分子，则1mol该混合气体含有2mol原子，正确；D项，含有He和NO2，1mol该混合气体含有的原子的物质的量可能大于2mol，可能小于2mol，也可能等于2mol，错误。

气体相对分子质量的计算

宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知

6．

（1）已知标准状况下，气体A的密度为2.857g·L－1，则气体A的相对分子质量为________，可能是________气体。

（2）标准状况下，1.92g某气体的体积为672mL，则此气体的相对分子质量为________。

（3）在一定条件下，mgNH4HCO3完全分解生成NH3、CO2、H2O（g），按要求填空。

①若所得混合气体对H2的相对密度为d，则混合气体的物质的量为________，NH4HCO3的摩尔质量为________。

（用含m、d的代数式表示）

②若所得混合气体的密度换算成标准状况下为ρg·L－1，则混合气体的平均摩尔质量为________（用含ρ的代数式表示）。

③若在该条件下，所得NH3、CO2、H2O（g）的体积分数分别为a%、b%、c%，则混合气体的平均相对分子质量为____________________（用含a、b、c的代数式表示）。

解析：

（1）M＝22.4ρg·mol－1＝2.857g·L－1×22.4L·mol－1≈64g·mol－1。

（2）M＝

＝64g·mol－1。

（3）NH4HCO3（s）

NH3（g）＋CO2（g）＋H2O（g）。

①M（混）＝2dg·mol－1⇒n（混）＝

mol，

M（NH4HCO3）＝2d×3g·mol－1＝6dg·mol－1。

②M（混）＝22.4ρg·mol－1。

③n（NH3）∶n（CO2）∶n（H2O）＝a%∶b%∶c%，

M＝

g·mol－1。

答案：

（1）64　SO2　

（2）64　（3）①

mol　6dg·mol－1

②22.4ρg·mol－1　③17a%＋44b%＋18c%

求解气体摩尔质量的“五方法”

（1）根据物质的质量（m）和物质的量（n）：

M＝

。

（2）根据一定质量（m）的物质中微粒数目（N）和阿伏加德罗常数（NA）：

M＝

。

（3）根据标准状况下气体的密度（ρ）：

M＝ρ×22.4（g·mol－1）。

（4）根据同温同压下气体的相对密度（D＝ρ1/ρ2）：

＝D。

（5）对于混合气体，求其平均摩尔质量，上述计算式仍然成立；还可以用下式计算：

M＝M1×a%＋M2×b%＋M3×c%……a%、b%、c%指混合物中各成分的物质的量分数（或体积分数）。

学习任务2　突破阿伏加德罗常数的五大陷阱

一、抓“两看”，突破气体与状况陷阱

一看“气体”是否处在“标准状况”。

二看“标准状况”下，物质是否为“气体”[如CCl4、CHCl3、CH2Cl2（注：

CH3Cl为气体）、H2O、溴、SO3、己烷、苯、HF等在标准状况下均不为气体]。

二、排“干扰”，突破质量（或物质的量）与状况无关陷阱

给出非标准状况下气体的物质的量或质量，干扰正确判断，误以为无法求解物质所含的粒子数，实际上，此时物质所含的粒子数与温度、压强等外界条件无关。

三、记“组成和结构”，突破陷阱

1．记特殊物质中所含微粒（分子、原子、电子、质子、中子等）的数目，如Ne、D2O、18O2、—OH、OH－等。

2．记最简式相同的物质，如NO2和N2O4、乙烯（C2H4）和丙烯（C3H6）等。

3．记摩尔质量相同的物质，如N2、CO、C2H4等。

4．记物质中所含化学键的数目，如1分子H2O2、CnH2n＋2中化学键的数目分别为3、3n＋1。

1molSiO2中含4NA个Si—O键，1molSi中含Si—Si键数目为2NA，1molP4（白磷）中含P—P键数目为6NA。

四、理解反应原理，突破“隐含”陷阱

1．可逆反应不能进行到底，反应物不能全部转化为产物。

常见的可逆反应：

①2NO2N2O4；②Cl2＋H2OHCl＋HClO；③NH3＋H2ONH3·H2ONH

＋OH－；④2SO2＋O2

2SO3；⑤N2＋3H2

2NH3。

2．常温下，不能共存的气体间的反应

（1）HCl＋NH3===NH4Cl；

（2）2NO＋O2===2NO2；

（3）2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O。

3．“隐含”浓度变化

（1）在MnO2与浓盐酸的反应中，随着反应的进行，浓盐酸逐渐变为稀盐酸，MnO2与稀盐酸不反应。

（2）在Cu与浓硫酸的反应中，随着反应的进行，浓硫酸逐渐变为稀硫酸，Cu与稀硫酸不反应。

（3）常温下，Fe在浓硝酸、浓硫酸中钝化，反应不具有持续性。

4．常在难电离、易水解的粒子数目上设题

判断电解质溶液中粒子数目时注意“三看”：

一看是否有弱电解质的电离；二看是否有弱离子的水解；三看是否指明了溶液的体积。

弱电解质在水溶液中部分电离，可水解盐溶液中离子发生微弱水解，都会导致相关粒子数目减少。

五、突破氧化还原反应中电子转移的陷阱

1．同一种物质在不同反应中做氧化剂、还原剂的判断，如

（1）Cl2和Fe、Cu等反应，Cl2只做氧化剂，而Cl2和NaOH反应，Cl2既做氧化剂又做还原剂；

（2）Na2O2与CO2或H2O反应，Na2O2既做氧化剂又做还原剂，而Na2O2与SO2反应，Na2O2只做氧化剂；（3）NO2和H2O反应，NO2既做氧化剂又做还原剂。

2．反应物量不同，生成物所表现的化合价不同，如Fe和HNO3反应，Fe不足时生成Fe3＋，Fe过量时生成Fe2＋。

3．氧化剂或还原剂不同，生成物所表现的化合价不同，如Cu和Cl2反应生成CuCl2，而Cu和S反应生成Cu2S。

4．注意氧化还原反应的顺序，如向FeI2溶液中通入Cl2，Cl2先氧化I－，再氧化Fe2＋。

气体摩尔体积的适用条件及物质的聚集状态

证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2017·高考全国卷Ⅲ，10C）2.24L（标准状况）苯在O2中完全燃烧，得到0.6NA个CO2分子。

（　　）

（2）标准状况下，2.24LCCl4含有的共价键数为0.4NA。

（　　）

（3）2.24LCO2含有的原子数为0.3NA。

（　　）

（4）常温常压下，11.2L甲烷气体含有的甲烷分子数为0.5NA。

（　　）

（5）标准状况下，2.24L氨水含有的NH3分子数为0.1NA。

（　　）

（6）标准状况下，22.4LSO3含有的SO3分子数为NA。

（　　）

（7）标准状况下，22.4L氧气、氮气和CO的混合气体中含有2NA个原子。

（　　）

（8）用惰性电极电解饱和食盐水，若外电路中通过NA个电子，则阴极产生11.2L气体。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×　（7）√　（8）×

质量或物质的量与状况

证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析

2．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）常温常压下，3.2gO2所含的原子数为0.2NA。

（　　）

（2）标准状况下，18gH2O所含的氧原子数目为NA。

（　　）

（3）室温下，1molCH4含有5NA个原子。

（　　）

（4）常温常压下，1molCO2与SO2的混合气体中含氧原子数为2NA。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）√

物质的组成与结构

证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析

3．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2019·高考全国卷Ⅱ，8A）3g3He含有的中子数为NA。

（　　）

（2）17g—OH与17gOH－所含电子数均为10NA。

（　　）

（3）30gSiO2中含有硅氧键数目为NA。

（　　）

（4）32g甲醇中所含共价键数目为5NA。

（　　）

（5）（2019·高考全国卷Ⅱ，8D）48g正丁烷和10g异丁烷的混合物中共价键数目为13NA。

（　　）

（6）常温常压下，32gO2和O3的混合气体含有的原子数为2NA。

（　　）

（7）56g乙烯所含共用电子对数目为12NA。

（　　）

（8）78g苯含有3NA个碳碳双键。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）√　（6）√　（7）√　（8）×

反应原理中的“隐含”陷阱

证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析

4．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）50mL12mol·L－1的盐酸与足量MnO2共热，转移的电子数为0.3NA。

（　　）

（2）常温下，56g铁片投入足量浓H2SO4中生成NA个SO2分子。

（　　）

（3）一定条件下合成氨反应，用1.5molH2和0.5molN2充分反应后，可得到NH3分子数为NA。

（　　）

（4）常温下，密闭容器中2molNO与1molO2充分反应，产物的分子数为2NA。

（　　）

解析：

（1）随着反应的进行，浓盐酸变为稀盐酸，反应停止。

（2）常温下，铁遇浓硫酸钝化。

（3）合成氨反应为可逆反应，不可能进行到底。

（4）隐含NO2与N2O4的转化平衡。

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×

电解质溶液中粒子数目的判断

证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析

5．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）0.1L3.0mol·L－1NH4NO3溶液含有的N原子数目为0.6NA。

（　　）

（2）等体积、等物质的量浓度的NaCl和KCl溶液中，阴、阳离子数目之和均为2NA。

（　　）

（3）0.1mol·L－1的NaHSO4溶液中，阳离子数目之和为0.2NA。

（　　）

（4）25℃时，1.0LpH＝13的Ba（OH）2溶液含有的OH－数目为0.1NA。

（　　）

（5）1L0.1mol·L－1Na2CO3溶液所含氧原子数目为0.3NA。

（　　）

（6）2L0.5mol·L－1亚硫酸溶液含有的H＋数为2NA。

（　　）

（7）1L0.1mol·L－1NaHCO3溶液中，H2CO3、HCO

和CO

的粒子数之和为0.1NA。

（　　）

（8）0.1molFeCl3完全水解转化为氢氧化铁胶体，生成0.1NA个胶粒。

（　　）

（9）1L0.01mol·L－1KAl（SO4）2溶液含有的阳离子数大于0.02NA。

（　　）

解析：

（6）H2SO3是弱酸，部分电离，所以H＋数目小于2NA。

（7）根据电解质溶液中物料守恒可知，1L0.1mol·L－1NaHCO3溶液中，HCO

、CO

和H2CO3的粒子数之和为0.1NA。

（8）氢氧化铁胶粒是很多Fe（OH）3的集合体。

（9）铝离子水解产生氢离子，阳离子数增多。

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

（6）×　（7）√　（8）×　（9）√

氧化还原反应中电子转移数目的判断

证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析

6．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2019·高考全国卷Ⅱ，8C）1molK2Cr2O7被还原为Cr3＋转移的电子数为6NA。

（　　）

（2）常温常压下，22.4L氯气与足量镁粉在点燃条件下充分反应，转移的电子数小于2NA。

（　　）

（3）5.6g铁粉与硝酸反应失去的电子数一定为0.3NA。

（　　）

（4）0.1molZn与含有0.1molHCl的盐酸充分反应，转移的电子数目为0.2NA。

（　　）

（5）1molNa2O2与足量CO2充分反应转移的电子数为2NA。

（　　）

（6）向FeI2溶液中通入适量Cl2，当有1molFe2＋被氧化时，共转移电子的数目为NA。

（　　）

（7）1molCl2参加反应转移电子数一定为2NA。

（　　）

解析：

（2）1molCl2与足量镁反应得到2mol电子，常温常压下，22.4LCl2的物质的量小于1mol，则转移电子数小于2NA。

（3）当铁粉过量时生成Fe2＋。

（4）盐酸不足，Zn不能完全反应。

（5）该反应为Na2O2中－1价的氧元素的歧化反应，1molNa2O2反应转移1mol电子。

（6）I－的还原性比Fe2＋强，Cl2首先氧化I－。

（7）氯气与水或碱反应时既是氧化剂又是还原剂。

答案：

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×　（7）×

1．（2018·高考全国