高中化学 第一章 从实验学化学 第二节 化学计量在实验中的应用第2课时气体摩尔体积学案 新人教版必修1.docx

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高中化学第一章从实验学化学第二节化学计量在实验中的应用第2课时气体摩尔体积学案新人教版必修1

第二课时　气体摩尔体积

[课标要求]

1．了解气体摩尔体积的含义。

2．掌握标准状况下有关气体摩尔体积的计算。

3．理解阿伏加德罗定律及其推论。

1.标准状况下，气体的摩尔体积约为22.4L·mol－1。

2．使用22.4L·mol－1时需注意：

物质状态必须为气体，条件必须是标准状况，22.4L·mol－1是个近似值。

3．气体体积与物质的量的关系：

V＝n·Vm。

4．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。

1．物质体积大小的影响因素

结论：

（1）在相同条件下粒子数相同的不同固态或液态物质的体积不相同。

（2）在同温同压条件下，粒子数相同的任何气体的体积都相同。

[特别提醒]　决定气体体积大小的因素是分子的数目和分子之间的距离。

2．气体摩尔体积

（1）概念：

单位物质的量的气体所占的体积，符号为Vm。

（2）单位：

L·mol－1或L/mol。

（3）表达式：

气体摩尔体积＝

，即Vm＝

。

（4）标准状况下，气体摩尔体积约为22.4L·mol－1。

1．标准状况下，1mol任何物质的体积都约是22.4L吗？

提示：

不是。

物质的状态有气体、固体或液体，在标准状况下，1mol气体的体积约为22.4L，而1mol固体或液体的体积均不是22.4L。

2．当1mol气体的体积为22.4L时，能否说明该气体一定处于标准状况下？

提示：

不能。

标准状况下，1mol气体的体积均约为22.4L，但1mol气体的体积为22.4L时，并不一定说明该气体处于标准状况下，比如适当的升高温度（气体膨胀）、增大压强（压缩气体），也能使1mol气体的体积变为22.4L。

3．气体摩尔体积适用范围是气体，是否必须为纯净气体？

提示：

气体摩尔体积的适用范围是气体，可以是单一气体，也可以是混合气体，但是以混合气体中气体之间不发生化学反应为前提。

如标准状况下0.2molH2和0.8molO2的混合气体约为22.4L。

1．气体摩尔体积的适用条件

（1）标准状况（0℃、1.01×105Pa）。

（2）物质在标准状况下为气体，若不是气体或非标准状况均不能用22.4L·mol－1进行计算。

（3）气体可以是单一气体也可以是混合气体。

2．标准状况下，气体摩尔体积的相关计算

①气体的物质的量n＝

。

②气体的密度ρ＝

＝

＝

。

③气体的分子数N＝n·NA＝

·NA。

④气体的质量m＝n·M＝

·M。

1．下列说法正确的是（　　）

A．在标准状况下，1mol水的体积是22.4L

B．1mol氢气所占的体积一定是22.4L

C．标准状况下，6.02×1023个Cu原子所占有的体积约是22.4L

D．标准状况下，28gN2与CO的混合气体，体积为22.4L

解析：

选D　A项中的水、C项中的Cu均不是气体，而气体摩尔体积只适用于气体；B项未指明温度、压强；D项中N2和CO的摩尔质量均为28g·mol－1，则其体积V＝n·Vm＝

·Vm＝

×22.4L·mol－1＝22.4L，D正确。

2．下列说法正确的是（　　）

A．常温常压下，22.4LCO2中含有NA个CO2分子

B．标准状况下，4.48LCO含有0.2NA个原子

C．22.4LCl2中含有NA个Cl2分子

D．标准状况下，1.12LO2和1.12LCO2均含0.1NA个氧原子

解析：

选D　A项，常温常压下，22.4LCO2的物质的量不是1mol；B项，因CO为双原子分子应含有0.4NA个原子；C项未指明标准状况；D项，标准状况下，1.12L气体物质的量为0.05mol，一分子O2和CO2中均含2个氧原子，则氧原子的个数均为0.1NA。

电解水的实验探究

1．实验原理：

2H2O

2H2↑＋O2↑

2．实验装置

3．实验现象：

V（H2）∶V（O2）＝2_∶1

4．计算推理（假设电解1.8gH2O）

2H2O

2H2↑＋O2↑

质量

物质的量

n（H2）∶n（O2）

V（H2）∶V（O2）（相同状况）

H2

0.2g

0.1mol

2∶1

2∶1

O2

1.6g

0.05mol

5.实验结论

在同温同压下，电解水生成H2和O2的体积比等于它们的物质的量之比。

即相同温度和压强下，相同体积的H2和O2的物质的量相同。

1．在同温、同压下1LH2和1LO2所含的分子数相同吗？

提示：

相同。

同温同压下，1LH2和1LO2的物质的量相同，则二者所含的分子数相同。

2．同温同压下，相同质量的H2和O2所占的体积相同吗？

其体积比是多少？

提示：

不相同。

其体积比为

∶

＝16∶1。

3．相同温度下，向相同容积的密闭容器中分别充入1molH2和2molO2，容器中气体的压强比是多少？

提示：

同温同容下，气体的压强比等于气体的物质的量之比，即容器中气体的压强比为1∶2。

1．阿伏加德罗定律——“三同定一同”

在相同温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。

2．阿伏加德罗定律的推论

相同条件

结论

公式

语言叙述

T、p相同

＝

同温、同压下，气体的体积与物质的量成正比

T、V相同

＝

温度、体积相同的气体，压强与物质的量成正比

n、T相同

＝

物质的量相等、温度相同的气体，其压强与体积成反比

T、p相同

＝

同温、同压下，气体的密度与其摩尔质量成正比

T、p、V

相同

＝

同温、同压下，体积相同的气体，其摩尔质量与质量成正比

1．下列叙述正确的是（　　）

A．同温同压下，相同体积的物质，其物质的量必然相等

B．任何条件下，等物质的量的氧气和一氧化碳所含的分子数必然相等

C．1L一氧化碳气体一定比1L氧气的质量小

D．同温同压下，等体积的物质所含的分子数一定相等

解析：

选B　只有气体物质才符合阿伏加德罗定律——在同温同压下，具有相同体积的气体的物质的量相等。

具有相同物质的量的两种由分子构成的物质具有相同的分子数。

因温度、压强不能确定，故1LCO和1LO2的物质的量大小也不能确定，即二者的质量大小无法比较。

2．标准状况下，两个容积相等的贮气瓶，一个装有O2，另一个装有CH4，则两瓶气体具有相同的（　　）

A．质量　　　　　　　　B．原子总数

C．密度D．分子数

解析：

选D　两瓶内的气体具有同温同压同体积的关系，由阿伏加德罗定律可知，两瓶内气体的分子数相同，即物质的量相等。

又由于O2的摩尔质量与CH4的摩尔质量不同，故两者的质量和密度不相等。

O2与CH4分子内原子数目不等，故等物质的量的O2和CH4所含原子总数不同。

[方法技巧]

使用阿伏加德罗定律的三个易错点

易错点一　适用范围：

任何气体，可以是单一气体，也可以是混合气体。

易错点二　定律中的同温同压，不一定指在标准状况下；气体摩尔体积为22.4L·mol－1只是一种特殊情况。

易错点三　定律中包含四同（同温、同压、同体积、同物质的量），只要其中有任意三个相同，则必有第四个相同，即“三同定一同”；若只有两个相同，则另外两个必定成比例，即“二同定比例”。

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列说法中，正确的是（　　）

A．气体的摩尔体积约为22.4L·mol－1

B．1molH2的质量是2g，它所占的体积约是22.4L·mol－1

C．在标准状况下，1mol任何物质所占的体积都约为22.4L·mol－1

D．在标准状况下，1mol任何气体所占的体积都约为22.4L　

解析：

选D　A项没有指明是否是标准状况。

B项没有指明是否是标准状况，且气体体积的单位为L或m3等，而不是L·mol－1，气体摩尔体积的单位才是L·mol－1。

C项“任何物质”不一定是气体，且单位不正确。

2．下列说法中正确的是（　　）

A．32gO2占有的体积约为22.4L

B．22.4LN2含阿伏加德罗常数个氮分子

C．在标准状况下，22.4L水的质量约为18g

D．22g二氧化碳与标准状况下11.2LHCl含有相同的分子数

解析：

选D　A、B项都没有指明在标准状况下，因而是错误的；C项在标准状况下水是液体；D项中22gCO2的物质的量与标准状况下11.2LHCl的物质的量相等，均为0.5mol，所含分子数也相等。

3．在标准状况下，2.8gCO、0.2molO2和0.7molN2混合气体的体积约为（　　）

A．2.24L　　　　　　B．22.4L

C．1.12LD．无法计算

解析：

选B　n（CO）＝

＝0.1mol，混合气体的物质的量为（0.1＋0.2＋0.7）＝

1mol，在标准状况下的体积为22.4L。

4．在体积相同的两个密闭容器中分别充满O2、O3气体，当这两个容器内温度和气体密度相等时，下列说法正确的是（　　）

A．两种气体的压强相等

B．O2比O3的质量小

C．两种气体的分子数目相等

D．两种气体的氧原子数目相等

解析：

选D　根据题意，因等温度、等体积、等密度，则两者等质量，B项错误；等质量的O2和O3物质的量不相等，则压强和分子数不相等，则A、C两项错误，O2和O3都是由氧原子构成的，所以等质量的O2和O3原子数相等。

5．某常见气体在标准状况下的密度为1.25g·L－1。

（1）该气体的相对分子质量为________。

（2）若该气体的分子式为A2型，其名称为_____________________________________；

若该气体的分子式为AB型，其名称为________。

解析：

ρ＝

，M＝ρ×22.4L·mol－1＝1.25g·L－1×22.4L·mol－1＝28g·mol－1。

答案：

（1）28　

（2）氮气　一氧化碳

1．同温同压下，两种气体的体积不同，其主要原因是（　　）

A．气体的分子大小不同

B．气体分子间的距离不同

C．气体的物质的量不同

D．气体的性质不同

解析：

选C　同温同压时，气体分子之间的距离相等，而分子本身的大小又远小于气体分子之间的距离，故体积不同的主要原因是气体的物质的量不同。

2．下列说法正确的是（　　）

A．1molO2与1molH2的体积相同

B．1molO2与2molCH4的质量相等

C．1molH2的体积是22.4L

D．相同体积的H2和O2所含有的分子数相同

解析：

选B　对气体，要比较体积的大小，除知道分子数多少外，还必须强调气体所处的状态，A选项二者分子数肯定相等，但体积只能在相同条件下才一定相等。

C、D选项中也与气体的状态（温度、压强）有关。

3．在标准状况下，0.4molHCl气体的体积是（　　）

A．22.4L　　　　　　　B．8.96L

C．4.48LD．11.2L

解析：

选B　V＝0.4mol×22.4L·mol－1＝8.96L。

4．下列物质中，所含分子数最多的是（NA表示阿伏加德罗常数）（　　）

A．10gH2B．2molCl2

C．1.5NACO2D．22.4LO2（标准状况）

解析：

选A　A项，10g氢气的物质的量＝

＝5mol；B项，2molCl2；C项，1.5NACO2的物质的量为1.5mol；D项，标准状况下，22.4L氧气的物质的量＝

＝1mol，由N＝nNA可知，10g氢气含有的分子数目最多。

5．用NA表示阿伏加德罗常数的值，下列叙述正确的是（　　）

A．含有NA个氦原子的氦气在标准状况下的体积约为11.2L

B．25℃，1.01×105Pa,32gO2和O3的混合气体所含原子数为2.5NA

C．标准状况下，11.2LH2O含有的原子数为1.5NA

D．常温常压下，44gCO2含有的原子数为3NA

解析：

选D　A项，氦为单原子分子，NA个氦原子在标准状况下的体积为22.4L；B项，所含的氧原子数为2NA；C项，在标准状况下，水为液体。

6．下列各组物质中，分子数相同的是（　　）

A．5LCl2与5LHCl

B．18gH2O与标准状况下44.8LCO2

C．在25℃和1.01×105Pa时，等体积的空气与H2

D．0.2molO2与标准状况下2.24L水

解析：

选C　A项，缺少温度和压强的条件，虽然体积相同，但是分子数不一定相同，错误；B项，18gH2O的物质的量为1mol，标准状况下44.8LCO2的物质的量是2mol，二者分子数不等；C项，同温、同压下，等体积的气体含有相同的分子数；D项，2.24L水大于0.2mol，错误。

7．标准状况下，5.6L某气体的质量为8g，则该气体的相对分子质量是（　　）

A．64B．48

C．32D．16

解析：

选C　5.6L气体的物质的量为

＝0.25mol，该气体的摩尔质量M＝

＝32g·mol－1，Mr＝32。

8．同温同压下，等质量的N2O4和NO2两种气体相比较，下列叙述正确的是（　　）

A．体积比为2∶1B．分子个数之比为1∶1

C．原子个数之比为1∶1D．氮原子个数之比为2∶1

解析：

选C　同温同压下，气体的Vm相同，且M（N2O4）＝2M（NO2），n（N2O4）∶n（NO2）＝

∶

＝1∶2，气体的Vm相同，由n＝V/Vm可知，体积比为1∶2，A错误；物质的量之比为1∶2，则分子数之比为1∶2，B错误；分子数之比为1∶2，则原子数之比为1×6∶2×3＝1∶1，C正确；分子数之比为1∶2，则氮原子个数之比为1∶2，D错误。

9．

（1）标准状况下，0.5molH2占有的体积约为________L。

（2）标准状况下，44.8LH2的质量约为________g。

（3）标准状况下，3.01×1023个氧气分子所占的体积约为________L。

（4）标准状况下，33.6L氧气所含的氧分子数约为______个。

（5）标准状况下，16g氧气和42gN2的混合气体的体积约为________L。

解析：

（1）V＝0.5mol×22.4L·mol－1＝11.2L。

（2）44.8LH2的物质的量为

＝2mol，m（H2）＝2mol×2g·mol－1＝4g。

（3）n（O2）＝

＝0.5mol，V（O2）＝0.5mol×22.4L·mol－1＝11.2L。

（4）n（O2）＝

＝1.5mol，

N＝1.5×6.02×1023＝9.03×1023。

（5）n（O2）＝

＝0.5mol，n（N2）＝

＝1.5mol，故混合气体的体积为（0.5＋1.5）mol×22.4L·mol－1＝44.8L。

答案：

（1）11.2　

（2）4　（3）11.2　（4）9.03×1023　（5）44.8

10．同温同压下，同体积的氨气和硫化氢（H2S）气体的质量比为__________；同质量的氨气和硫化氢气体体积比为________，其中含有的氢原子数目比为________；若二者氢原子数相等，则它们的体积比为________。

解析：

同温同压下，同体积的氨气和硫化氢（H2S）气体的物质的量相等，故质量比为17∶34＝1∶2；同质量的氨气和硫化氢气体物质的量之比为

∶

＝2∶1；氢原子数目之比为（2×3）∶（1×2）＝3∶1；二者氢原子数相等时，物质的量之比为

∶

＝2∶3。

故同温同压下体积之比为2∶3。

答案：

1∶2　2∶1　3∶1　2∶3

1．同温同压下，相同体积的H2和CO2气体，具有相同的（　　）

A．分子数　　　　　　B．原子数

C．质量D．摩尔质量

解析：

选A　同温同压下，相同体积的气体，具有相同的分子数，A正确；每个H2分子中有2个原子，CO2分子中有3个原子，原子数目不相等，B不正确；H2和CO2的摩尔质量分别为2g·mol－1、44g·mol－1，其对应质量也不同，C、D不正确。

2．下列说法正确的是（NA表示阿伏加德罗常数的值）（　　）

A．在常温常压下，11.2LN2含有的分子数为NA

B．标准状况下，18gH2O所占的体积约是22.4L

C．32gO2在标准状况下所占的体积约为22.4L

D．在同温同压下，相同体积的任何气体单质所含的原子数相同

解析：

选C　本题中A为非标准状况下的体积，B中H2O标准状况下为液体，D中气体所含分子数相同，但原子数不一定相同。

3．如图所示，相同状况下，分别用氯化氢和四种混合气体吹出体积相等的五个气球。

A、B、C、D四个气球中，与氯化氢所含原子数一定相等的是（　　）

解析：

选C　相同状况下，体积相等的气球中，气体的物质的量相等。

HCl是双原子分子，只要混合气体的平均原子数等于2即满足题意。

A项有可能等于2，B项一定大于2，C项一定等于2，D项一定大于2。

4.如图表示某条件下H2S气体的体积与质量的关系，则该条件下的气体摩尔体积为（　　）

A．22.0L·mol－1

B．22.4L·mol－1

C．22.8L·mol－1

D．23.2L·mol－1

解析：

选C　27.2gH2S的物质的量为0.8mol，则0.8mol×Vm＝18.24L，解得Vm＝

22.8L·mol－1。

5．如图两瓶体积相等的气体，在同温、同压下瓶内气体的关系一定正确的是（　　）

A．原子数相等B．密度相等

C．质量相等D．摩尔质量相等

解析：

选A　由同温、同压可得Vm相同，再由公式n＝

可得两瓶内分子的物质的量相同，又都是双原子分子，所以原子的物质的量相同，由个数之比等于物质的量之比可得两瓶内分子所含原子数相同，A项正确；两瓶内分子的物质的量相等，由m＝nM，M不一定相等，故m不一定相等，同时由ρ＝

也可得ρ不一定相等。

6．在一定温度、压强下，1体积X2（气）和3体积Y2（气）化合生成2体积的气体化合物，则该气体化合物的化学式为（　　）

A．XY3B．XY

C．X3YD．X2Y3

解析：

选A　在一定温度、压强下，1体积X2（气）和3体积Y2（气）化合生成2体积的气体化合物，则根据阿伏加德罗定律可知三种气体的物质的量之比是1∶3∶2，再由原子守恒可知该气体化合物的化学式为XY3或Y3X。

7．若一氧化碳和二氧化碳的混合气体的密度与同温同压下氧气的密度相同，混合气体中一氧化碳和二氧化碳的物质的量之比是（　　）

A．1∶3B．3∶1

C．2∶1D．1∶2

解析：

选B　若CO、CO2的混合气体的密度与同温同压下氧气的密度相同，则混合气体的相对分子质量为32，令CO、CO2的物质的量分别为xmol、ymol，则

＝32，整理得x∶y＝3∶1。

8．体积比为1∶2∶3所组成的N2、O2和CO2混合气体100g，在标准状况下体积为（　　）

A．60LB．30L

C．11.2LD．112L

解析：

选A　体积之比等于物质的量之比，令氮气的物质的量为xmol，则氧气、二氧化碳的物质的量分别为2xmol、3xmol，所以：

xmol×28g·mol－1＋2xmol×32g·mol－1＋3xmol×44g·mol－1＝100g。

解得，x＝

mol，所以标准状况下，混合气体的体积为

×22.4L·mol－1＝60L。

9．对一定量气体体积的探究。

（1）已知1mol不同气体在不同条件下的体积：

化学式

条件

1mol气体体积/L

H2

0℃，101kPa

22.4

O2

0℃，101kPa

22.4

CO

0℃，101kPa

22.4

H2

0℃，202kPa

11.2

CO2

0℃，202kPa

11.2

N2

273℃，202kPa

22.4

NH3

273℃，202kPa

22.4

（2）从上表分析得出的结论：

①1mol任何气体，在标准状况下的体积都约为________。

②1mol不同的气体，在不同的条件下，体积________（填“一定”“一定不”或“不一定”）相等。

（3）理论依据：

相同条件下，1mol任何气体的体积几乎相等，原因是：

①________________________________________________________________________，

②________________________________________________________________________。

（4）应用：

在标准状况下，4gO2的体积为多少升？

（写出计算过程）

解析：

（2）从

（1）的数据可以看出，1mol任何气体在标准状况下的体积都约为22.4L；1mol不同的气体，在不同的条件下，体积不一定相同。

（3）因为在相同的温度和压强下，任何气体分子间距离几乎相同，所以1mol任何气体的体积几乎相等。

（4）4gO2的物质的量n（O2）＝

＝0.125mol。

在标准状况下的体积为0.125mol×22.4L·mol－1＝2.8L。

答案：

（2）①22.4L　②不一定

（3）①气体分子数目相等　②相同条件下，气体分子间距离几乎相等

（4）V（O2）＝n·Vm＝

·Vm＝

×22.4L·mol－1＝2.8L。

10．某学生利用氯酸钾分解制氧气的反应，测定氧气的摩尔质量。

实验步骤如下：

①组装好实验装置，检查装置的气密性；②把适量的氯酸钾粉末和少量的二氧化锰粉末混合均匀，放入干燥的试管中，准确称量，质量为ag；③加热，开始反应，直到产生一定量的气体；④停止加热（如图，导管出口高于液面），并测量收集到的气体的体积；⑤准确称量试管和残留物的质量为bg。

回答下列问题：

（1）如何检查装置的气密性？

_________________________________________________。

（2）以下是测量收集到的气体体积必须包括的几个步骤：

①调整量筒内外液面高度使之相同；②使试管和量筒内的气体都冷却至室温；③读取量筒内气体的体积。

这三步操作的正确顺序是________（填步骤代号）。

（3）测量收集到的气体体积时，如何使量筒内外液面的高度相同？

________________________________________________________________________。

（4）如果实验中得到的氧气体积是cL（已折算为标准状况），水蒸气的影响忽略不计，氧气的摩尔质量为（用含a、b、c的式子表示）________g·mol－1。

解析：

检查该套装置的气密性，利用“捂热法”即可。

测量收集气体体积时应注意：

首先要将气体冷却至室温，然后慢慢将量筒往下移使量筒内外液面高度相同，最后再读取量筒内气体的体积。

据题意可知，试管内固体质量减少了（a－b）g，即为生成的O2的质量，又知实验中得到的O2在标准状况下的体积为cL，所以M（O2）＝

＝

＝

g·mol－1。

答案：

（1）将导管的出口浸入水槽的水中，手握住试管，有气泡从导