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物质的量气体摩尔体积
物质的量 气体摩尔体积
一、物质的量
1.物质的量
2.阿伏加德罗常数
3.摩尔质量
1摩尔物质的质量,与物质的摩尔质量等同吗?
提示 不等同。
1摩尔物质的质量,讲的是质量,单位是g;物质的摩尔质量是单位物质的量的物质所具有的质量,单位是g·mol-1。
物质有1摩尔的质量,也可以有0.5摩尔的质量,还可以有0.1摩尔的质量等,数值是可变的。
而摩尔质量对于指定的物质而言,有一个固定不变的数值。
二、气体摩尔体积
1.气体摩尔体积
(1)概念:
一定温度、压强下,单位物质的量的气体所占的体积,符号为Vm。
(2)常用单位:
L/mol(或L·mol-1)和m3/mol(或m3·mol-1)。
(3)数值:
在标准状况下(指温度为0___℃,压强为101_kPa)约为22.4_L·mol-1。
(4)计算公式:
Vm=
。
(5)影响因素:
气体摩尔体积的数值不是固定不变的,它决定于气体所处的温度和压强。
2.阿伏加德罗定律
在相同的温度和压强下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。
标准状况下,1mol气体的体积是22.4L,如果当1mol气体的体积是22.4L时,一定是标准状况吗?
提示 不一定,因为影响气体体积的因素是温度、压强两个条件,非标准状况下1mol气体的体积也可能是22.4L。
一条规律
物质的量与摩尔、阿伏加德罗常数的关系
(1)物质的量是国际单位制中的七个基本物理量之一,不能理解成物质的质量或物质的数量,其单位是摩尔。
(2)使用摩尔作单位时,应用化学式指明粒子的种类,如:
1molH、1molNaCl等。
(3)1mol任何微粒含有的微粒数都等于阿伏加德罗常数的数值。
两种方法
1.气体摩尔质量的求解方法
2.气体摩尔体积的使用方法
Vm=22.4L·mol-1,使用时一定注意以下几个方面:
一个条件:
标准状况。
一个对象:
只限于气体,可以是单一气体,也可以是混合气体。
二个数据:
“1摩尔”“约22.4升”。
我的警示
在进行阿伏加德罗常数的计算时,易忽视气体之间发生的反应以及物质的状态。
如一氧化氮与氧气混合,迅速化合成二氧化氮(2NO+O2===2NO2),反应后气体的总物质的量小于NO与O2两种气体的物质的量之和;氨气与氯化氢等体积混合,恰好生成固体氯化铵,反应后气体的物质的量为0。
考点1阿伏加德罗常数热点应用
阿伏加德罗常数是高考的“热点”问题,主要以选择题的形式呈现。
命题者往往有意设置一些陷阱,增大试题的区分度。
陷阱的设置主要有以下几个方面。
1.状况条件:
考查气体时经常给出非标准状况如常温常压下等。
用到22.4L·mol-1时,必须注意到气体是否处于标准状况。
2.物质的状态:
水在标准状况下不是气态;SO3在标准状况下是固态,常温常压下是液态;在标准状况下,碳原子数为5~16的烷烃是液态。
3.物质结构:
(1)考查一定物质的量的物质中含有粒子数(分子、原子、电子、中子、离子等),常涉及稀有气体He、Ne等单原子分子,Cl2、N2、O2、H2等双原子分子,及O3、P4、18O2、D2O、Na2O2等特殊物质。
(2)考查一些物质中的化学键的数目,如:
Si、CH4、P4、CO2等。
(3)氧化还原反应:
较复杂的氧化还原反应中,求算电子转移数目。
如:
Na2O2与H2O,Cl2与NaOH溶液反应等。
(4)弱电解质的电离或盐类的水解:
考查电解质溶液中粒子数目及粒子浓度大小关系时,常涉及弱电解质的电离平衡及盐类水解平衡。
如NH4Cl溶液中n(NH
)<n(Cl-)。
【典例1】►设NA为阿伏加德罗常数的数值,下列说法正确的是( )。
A.16gCH4中含有4NA个C—H键
B.1mol·L-1NaCl溶液含有NA个Na+
C.1molCu与足量稀硝酸反应产生NA个NO分子
D.常温常压下,22.4LCO2中含有NA个CO2分子
审题视角 分析1molCH4分子含多少个C—H键;Cu与足量稀硝酸反应的化学反应方程式;注意溶液体积;使用22.4L·mol-1的条件。
解析 1个CH4中含有4个C—H键,则16gCH4中的C—H键数为:
×4×NA=4NA,A项正确;由于没有提供1mol·L-1NaCl溶液的体积,则溶液所含Na+数目无法确定,B项错误;根据Cu与稀硝酸的反应:
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,则反应生成的n(NO)=
n(Cu),其分子数目为
NA,C项错误;常温
常压下气体的摩尔体积不为22.4L·mol-1,因此22.4LCO2所含分子数不是NA,D项错误。
答案 A
(1)A项中“16g”改为“22.4L”,是否正确?
(2)1mol·L-1NaCl(aq)、Na2CO3(aq)中c(Na+)各为多少?
(3)D项中,含有的CO2分子个数________NA(填“大于”或“小于”)。
答案
(1)不正确
(2)1mol·L-1 2mol·L-1 (3)小于
【应用1】►NA表示阿伏加德罗常数,下列叙述正确的是( )。
A.等物质的量的N2和CO所含分子数均为NA
B.1.7gH2O2中含有的电子数为0.9NA
C.1molNa2O2固体中含离子总数为4NA
D.标准状况下,2.24L戊烷所含分子数为0.1NA
解析 此题考查了阿伏加德罗常数知识。
阿伏加德罗常数是指1mol任何微粒中含有的微粒数,等物质的量不一定是1mol,A错;H2O2的相对分子质量为34,故其1.7g的物质的量为0.05mol,其每个分子中含有的电子为18个,则其1.7g中含有的电子的物质的量为0.9mol,数目为0.9NA,B对;Na2O2固体中,含有的是Na+和O
两种离子,1mol固体中含有3mol离子,故其中的离子总数为3NA,C错;戊烷在标准状况下为液态,故其2.24L不是0.1mol,D错。
答案 B
考点2阿伏加德罗定律的推广应用
1.阿伏加德罗定律推论
阿伏加德罗定律可表示为同温同压下
=
=
,据此可以推论:
(1)同温同压下,气体的体积之比等于其物质的量之比,即
=
。
(2)同温同体积下,气体的压强之比等于其物质的量之比,即
=
。
(3)同温同压下,相同体积的任何气体的质量之比等于其摩尔质量或密度之比,即
=
=
。
(4)同温同压下,同质量的气体的体积与其摩尔质量成反比,即
=
。
【典例2】►(2012·海口模拟)在体积相同的两个密闭容器中分别充满O2、O3气体,当这两个容器内气体的温度和密度相等时,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 两容器内的气体体积、密度相同,由m=ρV可知m(O2)=m(O3),根据n=
可知n(O2)>n(O3),同温同体积时,气体的压强与气体的物质的量成正比,即
=
,故p(O2)>p(O3),故A、B错误;气体的分子数与气体的物质的量成正比,则N(O2)>N(O3),故C错误;因为O2和O3都由氧原子组成,两者质量相等,则两种气体的氧原子数目相同,故D正确。
答案 D
阿伏加德罗定律及其推论是进行气体计算的依据,要灵活运用,注意结合质量守恒定律和相关概念及公式进行换算,但一定要突出物质的量这一核心,它是其他物理量之间换算的桥梁,通常模式是:
已知一个物理量
物质的量
另一个物理量。
【应用2】►同温同压下,xg的甲气体和yg的乙气体占有相同的体积,根据阿伏加德罗定律判断,下列叙述错误的是( )。
A.x∶y等于甲与乙的相对分子质量之比
B.x∶y等于等质量的甲与乙的分子个数之比
C.x∶y等于同温同压下甲与乙的密度之比
D.y∶x等于同温同体积下等质量的甲与乙的压强之比
解析 由阿伏加德罗定律,同温同压下,同体积的任何气体具有相同的分子数,则物质的量相等,即
=
,推出:
=
,故A正确;B项,甲与乙的分子个数比为1∶1,而x与y不一定相等,故不正确;C项,同温同压下,密度之比等于摩尔质量之比,即为质量比,故正确;D项,等质量的甲、乙压强之比为
=
=
=
=
,故正确。
答案 B
考点3以物质的量为核心的多角度计算
1.公式
n=
=
=
=c·V溶液(注意各符号意义及单位)
2.依据化学方程式的计算
N2+3H2
2NH3,
物质的量之比1∶3∶2
气体体积之比1∶3∶2
物质的分子数之比1∶3∶2
物质的质量之比28∶6∶34
【典例3】►(2011·四川理综,12)25℃和101kPa时,乙烷、乙炔和丙烯组成的混合烃32mL与过量氧气混合并完全燃烧,除去水蒸气,恢复到原来的温度和压强,气体总体积缩小了72mL,原混合烃中乙炔的体积分数为( )。
A.12.5%B.25%
C.50%D.75%
解析 乙烷、乙炔和丙烯完全燃烧的化学方程式分别为
C2H6+
O2
2CO2+3H2O①
C2H2+
O2
2CO2+H2O②
C3H6+
O2
3CO2+3H2O③
由①②③式知,在25℃和101kPa时,
1mLC2H6反应,气体会减少:
mL=2.5mL
1mLC2H2反应,气体会减少:
mL=1.5mL
1mLC3H6反应,气体会减少:
mL=2.5mL
设C2H6和C3H6共xmL,C2H2为ymL,可列方程组:
解得x=24,y=8
故原混合烃中乙炔的体积分数为:
×100%=25%,故B正确。
答案 B
1.以N=
·NA为中心的有关基本粒子的计算,解答此类题应注意看清所求粒子的种类,以及物质分子的构成(是单原子分子,还是双原子分子或多原子分子)。
2.以气体物质为中心的计算,解答此类题应注意:
(1)若题目给出物质的体积,一要看是否是标准状况。
若不是标准状况,则1mol气体体积一般不等于22.4L。
二要看该物质在标准状况下是不是气体,若不是气体,则无法求知其物质的量和分子数目;若是气体,则可求其物质的量和分子数目,这与是混合气体还是单一气体无关。
(2)若题目给出气体的质量或物质的量,则粒子数目与外界条件无关。
(3)若题目要求稀有气体的粒子数目,须注意它们是单原子分子。
【应用3】►(2012·青岛模拟)由CO、H2与O2组成的混合气体60mL,在一定条件下恰好完全反应,测得生成物在101kPa、120℃下对空气的相对密度为1.293,则原混合气体中H2所占的体积分数为( )。
A.
B.
C.
D.
解析 由反应方程式2H2+O2
2H2O,2CO+O2
2CO2可推知CO和H2与O2反应时,体积之比皆为2∶1,在一定条件下恰好完全反应时,则混合气体中CO和H2的体积之和为40mL,O2的体积为20mL。
生成物的平均摩尔质量为1.293×29g·mol-1=37.5g·mol-1,反应后的混合气体为CO2和H2O(g),则44g·mol-1×n(CO2)+18g·mol-1×n(H2O)=37.5g·mol-1×[n(CO2)+n(H2O)],求得n(CO2)=3n(H2O),则n(CO)=3n(H2)。
据阿伏加德罗定律:
相同的条件下,气体的体积之比等于物质的量之比,所以H2与CO的体积之比为1∶3,则40mL混合气体中H2占10mL,CO占30mL。
则原混合气体中H2所占的体积分数为10mL/60mL=
。
答案 A
考向1(5年9考)阿伏加德罗常数
1.考查电子数
(1)1.00molNaCl中,所有Na+的最外层电子总数为8×6.02×1023(√)(2011·课标-7B)
(2)1mol羟基中电子数为10NA(×)(2010·江苏-5B)
(3)1.7gH2O2中含有电子数为0.9NA(√)(2010·上海-7B)
2.考查分子数
(1)常温常压下,22.4LCCl4含有NA个CCl4分子(×)(2011·广东-9C)
(2)1.00molNaCl中含有6.02×1023个NaCl分子(×)(2011·课标-7A)
(3)标准状况下,2.24L乙醇的分子数为NA(×)(2009·福建理综-8D)
(4)标准状况下,22.4L二氯甲烷的分子数约为4NA个(×)(2010·四川理综-7A)
(5)标准状况下,2.24L戊烷所含分子数为0.1NA(×)(2010·上海-7D)
3.考查化学键数
(1)12g金刚石中含有的共价键数为4NA(×)(2011·全国-12B)
(2)1mol乙烷分子中含有8NA个共价键(×)(2009·浙江理综-8B)
(3)常温常压下,22.4L乙烯中C—H键数为4NA(×)(2010·江苏-5D)
4.考查氧化还原反应中电子的转移
(1)1molCl2与足量的铁反应,转移的电子数为3NA(×)(2011·海南-10B)
(2)1molNa与足量O2反应,生成Na2O和Na2O2的混合物,钠失去NA个电子(√)
(2011·全国-12D)
(3)1molCa变成Ca2+时失去的电子数为2NA(√)(2009·广东理基-20D)
(4)1molCl2参加反应转移电子数一定为2NA(×)(2010·福建理综-7C)
5.考查离子数
(1)1L0.1mol·L-1氨水含有0.1NA个OH-(×)(2011·广东-9B)
(2)10LpH=1的硫酸溶液中含有的H+离子数为2NA(×)(2011·海南10-C)
(3)10LpH=13的NaOH溶液中含有的OH-离子数为NA(√)(2011·海南10-D)
(4)将0.1mol氯化铁溶于1L水中,所得溶液含有0.1NAFe3+(×)(2009·广东-6D)
(5)在1L0.1mol·L-1碳酸钠溶液中,阴离子总数大于0.1NA(√)(2009·浙江理综-8D)
6.考查气体中所含微粒数
(1)常温下,23gNO2含有NA个氧原子(√)(2011·广东-9A)
(2)等物质的量的N2和CO所含分子数均为NA(×)(2010·上海-7A)
(3)标准状况下,22.4L空气含有NA个单质分子(×)(2010·福建-7B)
(4)分子数为NA的CO、C2H4混合气体体积约为22.4L,质量约为28g(×)(2009·上海-12C)
考向2(5年7考)气体摩尔体积与阿伏加德罗定律
1.考查气体摩尔体积
(1)电解58.5g熔融的NaCl,能产生22.4L氯气(标准状况)、23.0g金属钠(×)
(2011·课标-7D)
(2)标准状况下,22.4L空气含有NA个单质分子(×)(2010·福建理综-7B)
(3)常温常压下,22.4L乙烯中C—H键数为4NA(×)(2010·江苏-5D)
(4)乙烯和环丙烷(C3H6)组成的28g混合气体中含有3NA个氢原子(×)(2009·广东-6B)
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- 物质 气体 摩尔 体积