学案11 物质的量 气体摩尔体积.docx

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学案11物质的量气体摩尔体积

第1节　物质的量　气体摩尔体积

明考纲

1．了解定量研究的方法是化学发展为一门科学的重要标志。

2．了解物质的量的单位——摩尔（mol）、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度、阿伏加德罗常数的含义。

3．能根据物质的量与微粒（原子、分子、离子等）数目、气体体积（标准状况）之间的相互关系进行有关计算。

析考情

物质的量、气体摩尔体积是高考必考的知识点，命题主要方式为“已知NA为阿伏加德罗常数，判断和计算一定量的物质所含粒子数的多少”。

题目在注重对计算关系考查的同时，又隐含对物质状态、物质结构、氧化还原反应、电离、水解、分散系等知识的考查。

考点

　物质的量　摩尔质量

1．物质的量及其单位

（1）定义：

表示含有一定数目微观粒子的集合体的物理量。

符号为n。

（2）单位：

摩尔，简称摩，符号为mol。

（3）物质的量的规范表示方法：

2．阿伏加德罗常数

（1）定义：

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

（2）计算公式：

物质的量n、阿伏加德罗常数NA与粒子数N之间的关系为NA＝

。

3．摩尔质量

（1）定义：

单位物质的量的物质所具有的质量。

符号为：

M。

单位：

g/mol（或g·mol－1）。

（2）数值：

当摩尔质量以g·mol－1为单位时，在数值上等于该物质的相对分子质量（或相对原子质量）。

（3）计算公式：

物质的量n、物质的质量m、摩尔质量M之间的关系为M＝

。

易错警示　　

（1）1mol混合物（气体、液体或固体）的质量，就是该混合物的平均摩尔质量，当以g·mol－1为单位时，其在数值上等于该混合物的平均相对分子质量。

（2）质量的符号是m，单位是kg或g；摩尔质量的符号是M，单位是g·mol－1；相对分（原）子质量的符号是Mr（Ar），单位为1。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）1mol任何物质都含有6.02×1023个分子。

（　　）

（2）1molH2O的摩尔质量与它的相对分子质量相等。

（　　）

（3）1molSO

的质量是96g·mol－1。

（　　）

（4）1molCaCO3与1molKHCO3的质量相同，含有阳离子的数目也相同。

（　　）

（5）2molHCl的摩尔质量是1molHCl的摩尔质量的2倍。

（　　）

（6）1molNaCl与1molHCl所含的粒子数相同。

（　　）

（7）1mol氧这种表达方式不正确。

（　　）

提示　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×

（7）√

题组一有关分子（或特定组合）中微粒数的计算

1.[2015·吉林统考]标准状况下有①0.112L水　②0.5NA个HCl分子　③25.6gSO2气体　④0.2mol氨气　⑤2mol氦气　⑥6.02×1023个白磷分子，所含原子个数从大到小的顺序为__________________。

答案　①>⑥>⑤>③>②>④

解析　①中0.112L水的质量为112g，所含原子数为

×3NA≈18.7NA；②中所含原子数为0.5NA×2＝NA；③中所含原子数为

×3NA＝1.2NA；④中含有的原子数为0.2mol×4NA＝0.8NA；⑤中含有的原子数为2mol×NA＝2NA；⑥中含有的原子数为6.02×1023×4＝4NA。

故原子数由大到小的顺序为①>⑥>⑤>③>②>④。

2．0.3molNH3分子中所含质子数与________个H2O分子中所含质子数相等。

2.2gD

O中所含中子数为________，1.5gCH

中的电子数为________，15.6gNa2O2中的阴离子数目为________。

答案　0.3NA　1.2NA　0.8NA　0.2NA

解析　0.3molNH3分子中含质子数为0.3mol×10NA＝3NA,1个H2O分子中含有10个质子，故水分子个数为0.3NA；2.2gD

O的物质的量为

＝0.1mol，含有的中子数为0.1mol×12NA＝1.2NA；1.5gCH

中电子数为

×8NA＝0.8NA；15.6gNa2O2的物质的量为

＝0.2mol，所含阴离子数目为0.2mol×NA＝0.2NA。

题组二突破质量、物质的量与微粒数目之间的换算

3.某硫原子的质量是ag,12C原子的质量是bg，若NA只表示阿伏加德罗常数的数值，则下列说法中正确的是（　　）

①该硫原子的相对原子质量为

　②mg该硫原子的物质的量为

mol　③该硫原子的摩尔质量是aNAg

④ag该硫原子所含的电子数为16NA

A．①③　　　　　　　　B．②④

C．①②D．②③

答案　C

解析　①该硫原子的相对原子质量为该原子的质量除以12C原子质量的

，即

，正确；②mg该硫原子的个数为

，其物质的量为

mol，正确；③该原子的摩尔质量是aNAg/mol，不正确；④一个硫原子所含电子数为16，ag该硫原子的个数为1个，所含电子数为16，不正确。

4．

（1）1.204×1024个氯化氢分子的物质的量为________；

（2）含0.4molAl3＋的Al2（SO4）3的物质的量是________，所含的SO

的物质的量是________；

（3）6gH2的物质的量为________；

（4）0.3molNH3的质量为________；

（5）4℃下的27mL水的物质的量为________；

（6）1.204×1024个M分子的质量为88g，则M的摩尔质量为________；

（7）已知16gA和20gB恰好完全反应生成0.04molC和31.76gD，则C的摩尔质量为________。

答案　

（1）2mol　

（2）0.2mol　0.6mol　（3）3mol　（4）5.1g

（5）1.5mol　（6）44g·mol－1　（7）106g·mol－1

★思维建模

有关微粒数目比较的思维方法

考点

　气体摩尔体积　阿伏加德罗定律

1．影响物质体积的因素

物质的体积由三个因素决定：

粒子大小、粒子数目、粒子之间的距离，而气体的体积主要决定于粒子数目和粒子之间的距离。

2．气体摩尔体积

（1）定义：

一定温度和压强下，单位物质的量的气体所占的体积。

符号为Vm。

单位为L/mol（或L·mol－1）。

（2）标准状况下的气体摩尔体积：

在标准状况下（指温度为0℃，压强为101kPa）约为22.4L·mol－1。

（3）计算公式：

物质的量n、气体体积V、气体摩尔体积Vm之间的关系：

Vm＝

。

（4）影响因素：

气体摩尔体积的数值决定于气体所处的温度和压强。

3．阿伏加德罗定律

可总结为：

在相同的温度和压强下，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）适用范围：

单一气体或相互不反应的混合气体。

4.阿伏加德罗定律的推论

（以下用到的符号：

ρ为密度，p为压强，n为物质的量，M为摩尔质量，m为质量，V为体积，T为热力学温度）

前提条件

结论

公式

语言叙述

T、p相同

＝

同温同压下，气体的体积之比等于其物质的量之比

T、p相同

＝

同温同压下，两气体的密度之比等于其摩尔质量（或相对分子质量）之比

T、V相同

＝

同温度同体积下，两气体的压强之比等于其物质的量之比

易错警示　　

（1）气体体积受温度和压强的影响，而和分子微粒大小无关。

（2）使用Vm≈22.4L·mol－1时，一定注意以下几个方面：

①一个条件：

标准状况下（0℃，101kPa）。

②一个对象：

只限于气体，可以是单一气体，也可以是不反应的混合气体。

水、苯、SO3、HF、CCl4、己烷、CS2、CHCl3、Br2、HF、乙醇等物质在标准状况下不是气体。

③两个数据：

“1mol”“约22.4L”。

（3）当1mol气体的体积是22.4L时，不一定是标准状况，非标准状况下，1mol气体的体积也可以是22.4L。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）标准状况下，1molH2与1molCCl4的体积相同。

（　　）

（2）标准状况下，22.4L任何气体都含有6.02×1023个分子。

（　　）

（3）标准状况下，22.4L氦气与22.4L氮气所含原子数相同。

（　　）

（4）标准状况下，11.2LCO与N2的混合气体与11.2LO2所含分子数相同，原子数也相同。

（　　）

（5）标准状况下，22.4L己烷中含有的共价键数目为19NA。

（　　）

（6）常温常压下，22.4L氯气与足量镁粉充分反应，转移的电子数为2NA。

（　　）

提示　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×

题组一与气体摩尔体积有关的判断和计算1．[2015·咸阳检测]设阿伏加德罗常数为NA，标准状况下，某O2和N2的混合气体mg含有b个分子，则ng该混合气体在相同状况下所占的体积（L）应是（　　）

A.

B.

C.

D.

答案　A

解析　mg含有b个分子，则ng该混合气体含有的分子数是

，则混合气体的物质的量是

mol，则混合气体的体积是

L，A项正确。

2．一定温度和压强下，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，下列有关说法中不正确的是（　　）

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．该气体中每个分子含有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

答案　A

解析　由分子数和原子数的关系可知该分子为双原子分子，且其分子的物质的量为1mol，若该物质为气态，则其在标准状况下的体积为22.4L，故该温度和压强不可能是标准状况，在此状况下，Vm＝30L·mol－1。

题组二阿伏加德罗定律及推论的应用

3.[2015·广西柳州月考]同温同压下，甲容器中充满35Cl2，乙容器中充满37Cl2，下列叙述不正确的是（　　）

A．若两种气体体积相等，则甲、乙两容器中气体密度之比为35∶37

B．若两种气体体积相等，则甲、乙两容器中气体分子数之比为35∶37

C．若两种气体质量相等，则甲、乙两容器中气体所含质子数之比为37∶35

D．若两种气体体积相等，则甲、乙两容器中气体所含中子数之比为9∶10

答案　B

解析　同温同压下，若两种气体体积相等，则两种气体物质的量相等（气体分子数也相等），两种气体质量之比为35∶37，而ρ＝

，故甲、乙两容器中气体密度之比为35∶37，甲、乙两容器中气体所含中子数之比为（35－17）∶（37－17）＝9∶10，A、D项正确，B项错误；同温同压下，若两种气体质量相等，则甲、乙两容器中气体物质的量之比为

∶

＝37∶35，故甲、乙两容器中气体所含质子数之比为37∶35，C项正确。

4．[2015·石家庄高三月考]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）所得混合气体的密度折合成标准状况为ρg·L－1，则混合气体的平均摩尔质量为__________________。

（3）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____________________。

答案　

（1）

mol　6dg·mol－1

（2）22.4ρg·mol－1

（3）17a%＋44b%＋18c%

解析　NH4HCO3

NH3↑＋CO2↑＋H2O↑

（1）利用相对密度公式可计算混合气体的平均摩尔质量为2dg/mol，再结合质量守恒定律可计算混合气体的物质的量为

＝

mol；由方程式可知NH4HCO3物质的量为

mol，则其摩尔质量为6dg/mol。

（2）、（3）利用平均摩尔质量计算公式可直接计算。

★总结提升

求气体的摩尔质量M的常用方法

（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）根据气体的相对密度

：

＝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：

＝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）。

考点

　阿伏加德罗常数（NA）类题目的突破方法

题组一气体摩尔体积的适用条件和物质的聚集状态

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）标准状况下，80gSO3中含有3NA个氧原子，体积约为22.4L。

（　　）

（2）在标准状况下，2.24LHF含有的电子数为NA。

（　　）

（3）用惰性电极电解食盐水，若导线中通过NA个电子，则阳极产生气体11.2L。

（　　）

（4）氢氧燃料电池正极消耗22.4L气体时，电路中通过的电子数目为2NA。

（　　）

（5）足量Zn与一定量的浓H2SO4反应，产生22.4L气体时，转移的电子数一定为2NA。

（　　）

（6）标准状况下，22.4L辛烷完全燃烧，生成的CO2的分子数为8NA。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×

★突破方法1

解有关22.4L·mol－1的题目时，注意三个方面：

（1）条件是否是标准状况。

（2）标准状况下，该物质是否是气体。

（3）如果给出物质的质量，与处于何种条件无关，如常温常压下，40gSO3含有的分子数目为0.5NA，注意不要形成思维定势，看到“常温常压”就排除选项。

题组二物质的微观结构

2.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）1mol甲醇中含有的C—H键的数目为4NA。

（　　）

（2）标况下，22.4L的苯含有碳碳双键的数目为3NA。

（　　）

（3）1mol的CnH2n＋2所含的共用电子对数为（3n＋1）NA。

（　　）

（4）相同物质的量的OH－和CH

含有相同数目的电子。

（　　）

（5）2.24LN2和NH3混合气体中原子间含有的共用电子对数目为0.3NA。

（　　）

（6）60gSiO2晶体中含有的硅氧键数为4NA。

（　　）

（7）31g白磷中含有的共价键数为1.5NA。

（　　）

（8）30g甲醛中含共用电子对总数为4NA。

（　　）

（9）12g金刚石中含有的共价键数为4NA。

（　　）

（10）12g石墨中含有的共价键数为1.5NA。

（　　）

答案　

（1）×　

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

★突破方法2

此类题型要求同学们对物质的微观结构要非常熟悉，弄清楚微粒中相关粒子数（质子数、中子数、电子数）及离子数、电荷数、化学键之间的关系。

常涉及稀有气体He、Ne等单原子分子，Cl2、N2、O2等双原子分子，O3、P4、18O2、D2O、Na2O2等特殊物质，金刚石、晶体硅、二氧化硅、石墨的晶体结构等等。

题组三物质的组成

3.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）2gD

O中含有的质子数、中子数、电子数均为NA。

（　　）

（2）78gNa2O2和Na2S的混合物中含有的Na＋数一定为2NA。

（　　）

（3）0.6gCaCO3和Mg3N2的混合物中所含质子数为0.3NA。

（　　）

（4）常温常压下，21g氧气和27g臭氧中含有的氧原子总数为3NA。

（　　）

（5）28gCO、N2组成的混合气体中原子数目为2NA。

（　　）

（6）6.8g熔融的KHSO4中含有0.05NA个阴离子。

（　　）

（7）8.4gNaHCO3固体中含有0.1NA个CO

。

（　　）

（8）常温常压下，丙烯和环丙烷组成的42g混合气体中氢原子的个数为6NA。

（　　）

（9）0.1mol碳酸钠晶体中含有CO

的个数为0.1NA。

（　　）

（10）将含3NA个离子的Na2O2固体溶于水配成1L溶液，所得溶液中Na＋的浓度为2mol·L－1。

（　　）

答案　

（1）√　

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

★突破方法3

（1）最简式相同的物质中微粒数目与物质的组成有关，如NO2和N2O4，乙烯和丁烯等。

（2）等质量的摩尔质量相同的物质中分子数目相同，原子数目不一定相同，如N2、CO、C2H4等。

题组四氧化还原反应中电子转移数目的判断

4.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）一定条件下，2.3gNa与足量O2完全反应生成3.6g产物时，失去的电子数大于0.1NA。

（　　）

（2）5.6gFe和6.4gCu分别与0.1molCl2完全反应，转移的电子数相等。

（　　）

（3）5.6g铁粉与硝酸反应失去的电子数一定为0.3NA。

（　　）

（4）含1molH2SO4的浓硫酸与足量铜反应转移的电子总数为6.02×1023。

（　　）

（5）6.4gCu与S完全反应，转移电子数为0.2NA。

（　　）

（6）标准状况下，5.6LO2作氧化剂转移电子数一定为NA。

（　　）

（7）2.4gMg在空气中燃烧生成MgO和Mg3N2，转移电子数为0.2NA。

（　　）

（8）将CO2通过Na2O2，当固体质量增加ag时，反应中转移的电子数为aNA/28。

（　　）

（9）1molCl2参加反应转移的电子数一定为2NA。

（　　）

（10）用惰性电极电解某水溶液时，消耗1mol水转移电子数为2NA。

（　　）

答案　

（1）×　

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

★突破方法4

氧化还原反应中转移电子数目的判断是一类典型的“陷阱”，突破“陷阱”的关键是：

（1）氧化剂或还原剂不同，所表现的化合价不同。

如Fe与Cl2反应生成FeCl3，而Fe与S反应生成FeS，Fe与I2生成FeI2。

（2）反应物量不同，所表现的化合价不同。

如Fe与HNO3反应，Fe不足，生成Fe3＋，Fe过量，生成Fe2＋。

（3）氧化还原反应的顺序影响电子转移数目。

如向FeBr2溶液中通入Cl2，首先氧化Fe2＋，再氧化Br－，而向FeI2溶液中通入Cl2，首先氧化I－，再氧化Fe2＋。

（4）同一物质在不同反应中氧化剂、还原剂的判断。

如Cl2与Fe、Cu等反应，Cl2只作氧化剂，而Cl2和H2O、NaOH反应，Cl2既作氧化剂又作还原剂。

Na2O2与SO2反应，Na2O2只作氧化剂，Na2O2与CO2、H2O反应，Na2O2既作氧化剂，又作还原剂。

题组五电解质溶液中粒子数目的判断

5.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）25℃时，pH＝13的1.0LBa（OH）2溶液中含有的OH－数目为0.2NA。

（　　）

（2）常温下，1L0.1mol·L－1NH4Cl溶液中含有的NH

数是0.1NA。

（　　）

（3）300mL2mol·L－1蔗糖溶液中所含分子数为0.6NA。

（　　）

（4）假设1molFeCl3完全转化为氢氧化铁胶体，则分散系中胶体微粒数为NA。

（　　）

（5）25℃时，1mLH2O中所含OH－数为10－10NA。

（　　）

（6）25℃时，pH＝11的Na2CO3溶液中由水电离出的H＋的数目为10－3NA。

（　　）

（7）25℃时，1L1mol·L－1的Na2CO3溶液中含有阴离子数目为NA。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）√　（6）×　（7）×

★突破方法5

突破此类题目的陷阱，关键在于审题：

（1）是否有弱电解质的电离或弱离子的水解。

（2）是否指明了溶液的体积。

（3）是否忽略了H2O分子的存在。

（4）是否注意了胶体的特征。

题组六阿伏加德罗常数的应用与“隐含反应”

6.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）在密闭容器中加入1.5molH2和0.5molN2，充分反应后得到NH3分子数为NA。

（　　）

（2）标准状况下，2.24LCl2溶于水，转移的电子数目为0.1NA。

（　　）

（3）常温下含有NA个NO2、N2O4分子的混合气体，降温至标准状况，其体积小于22.4L。

（　　）

（4）标况下，22.4LNO与11.2LO2混合后气体的分子数为2NA。

（　　）

（5）某密闭容器中有2molSO2和1molO2，在一定条件下充分反应，转移的电子数为4NA。

（　　）

（6）常温下，2.7g铝片投入足量的浓硫酸中，铝失去的电子数为0.3NA。

（　　）

（7）100mL10.0mol·L－1浓盐酸与足量MnO2共热反应，生成Cl2分子的数目为0.25NA。

（　　）

（8）标准状况下，将2.24LCl2溶于水，可得到HClO分子的数目是0.1NA。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）×　（7）×　（8）×

★突破方法6

一些物质间的变化具有一定的隐蔽性，注意挖掘隐含变化。

常见的隐含反应有可逆反应和特殊浓度的反应。

如：

（1）2SO2＋O2

2SO3　2NO2N2O4

N2＋3H2

2NH3　Cl2＋H2OHCl＋HClO

NH3＋H2ONH3·H2ONH

＋OH－

均为可逆反应。

（2）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

Cu＋2H2SO4（浓）

CuSO4＋SO2↑＋2H2O

必须是浓HCl、浓H2SO4，否则不反应。

（3）Al、Fe常温下遇浓H2SO4、浓HNO3钝化。

热点题型的解题技巧：

气体质量、体积的测定在实验及生产中的应用

气体质量、体积的测定是高中化学定量实验中最常见的实验方法，真正理解气体体积、质量测量的原理，要以阿伏加德罗定律为基础，分析实验仪器直接或间接测得气体体积，在高考实验题中相关实验会有所创新，但基本原理大致相同，预计今后的高考中仍会是重要的热点。

[真题呈现]

[2014·北京高考]碳、硫的含量影响钢铁性能。

碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。

（1）采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。

①气体a的成分是________。

②若钢样中硫以FeS形式存在，A中反应：

3FeS＋5O2

1________＋3________。

（2）将气体a通入测硫装置中（如右图），采用滴定法测定硫的含量。

①H2O2氧化SO2的化学方程式：

_____________________。

②用NaOH溶液滴定生成的

H2SO4，消耗zmLNaOH溶液。

若消耗1mLNaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：

________。

（3）将气体a通