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OK第一章第3讲物质的量气体摩尔体积
第3讲 物质的量 气体摩尔体积
【考纲要求】
1.了解物质的量及其单位、阿伏加德罗常数、摩尔质量、气体摩尔体积的含义。
2.能根据物质的量与质量、摩尔质量、气体体积(标准状况)、物质的量浓度、物质质量分数、阿伏加德罗常数、微粒数之间的相互关系进行有关计算。
3.能正确解答阿伏加德罗常数及阿伏加德罗定律与物质的组成、结构及重要反应综合应用题。
【考点分布】
考点一 物质的量、摩尔质量
考点二 气体摩尔体积、阿伏加德罗定律
考点三 突破阿伏加德罗常数应用的六个陷阱
考点四 最常考的定量实验——气体体积、质量的测定
高考方向与练习
考点一 物质的量、摩尔质量
1.物质的量
(1)物质的量(n)
物质的量是表示含有一定数目粒子的集合体的物理量,单位为摩尔(mol)。
(2)物质的量的规范表示方法:
(3)阿伏加德罗常数(NA)
0.012kg12C所含原子数为阿伏加德罗常数,其数值约为6.02×1023,单位为mol-1。
公式:
NA=
2.摩尔质量
(1)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。
公式:
M=
。
(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。
【深度思考】
1.1molNaCl和1molHCl所含的粒子数相同吗?
答案:
不相同。
因为NaCl是离子化合物,组成微粒是Na+和Cl-,而HCl是共价化合物,组成微粒是HCl分子。
2.阿伏加德罗常数(NA)与6.02×1023完全相同吗?
答案:
不相同。
6.02×1023是个纯数值没有任何物理意义,而阿伏加德罗常数(NA)是指1mol任何微粒所含的粒子数,它与0.012kg12C所含的碳原子数相同,数值上约为6.02×1023。
题组一 有关概念的理解
1.下列说法中正确的是( B )
A.1mol任何物质都含有6.02×1023个分子B.1molNe中含有约6.02×1024个电子
C.1mol水中含2mol氢和1mol氧D.摩尔是化学上常用的一个物理量
2.下列说法正确的是( D )
A.NaOH的摩尔质量为40g
B.1molO2的质量与它的相对分子质量相等
C.1molOH-的质量为17g·mol-1
D.氖气的摩尔质量(单位g·mol-1)在数值上等于它的相对原子质量
【易错警示】
摩尔质量与相对原子(分子)质量的易混点
(1)相对原子(分子)质量与摩尔质量(以g为单位时)不是同一个物理量,单位不同,只是在数值上相等。
(2)摩尔质量的单位为g·mol-1,相对原子(分子)质量的单位为1。
题组二 有关分子(或特定组合)中的微粒数计算
3.2molCO(NH2)2中含______molC,______molN,______molH,所含氧原子跟_____molH2O所含氧原子个数相等。
答案:
2 4 8 2
4.含0.4molAl2(SO4)3的溶液中,含_______molSO
,Al3+物质的量_______0.8mol(填“>”、“<”或“=”)。
答案:
1.2 <
5.标准状况下有①0.112L水 ②3.01×1023个HCl分子 ③13.6gH2S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
题组三 物质的质量与微粒数目之间的换算
6.最近材料科学研究发现了首例带结晶水的晶体在5K下呈现超导性。
据报道,该晶体的化学式为Na0.35CoO2·1.3H2O。
若用NA表示阿伏加德罗常数,试计算12.2g该晶体中含氧原子数__________,氢原子的物质的量________mol。
答案:
0.33NA 0.26
7.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,下列说法中正确的是①该氯原子的相对原子质量为12a/b ②mg该氯原子的物质的量为m/(aNA)mol ③该氯原子的摩尔质量是aNAg④ag该氯原子所含的电子数为17mol( C )
A.①③B.②④C.①②D.②③
考点二 气体摩尔体积、阿伏加德罗定律
1.影响物质体积大小的因素
(1)构成物质的微粒的大小(物质的本性)。
(2)构成物质的微粒之间距离的大小(由温度与压强共同决定)。
(3)构成物质的微粒的多少(物质的量的大小)。
2.气体摩尔体积
(1)含义:
单位物质的量的气体所占的体积,符号Vm,标准状况下,Vm=22.4_L·mol-1。
(2)相关计算
①基本表达式:
Vm=
②与气体质量的关系:
=
③与气体分子数的关系:
=
(3)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。
3.阿伏加德罗定律及其推论应用
(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(可通过pV=nRT及n=
、ρ=
导出)(见必修1第一章课件)
【深度思考】
1.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?
答案:
不一定。
因气体的体积与温度、压强和气体的分子数有关,标准状况下,22.4L气体的物质的量为1mol。
2.由阿伏加德罗常数(NA)和一个水分子的质量(m水)、一个水分子的体积(V水)不能确定的物理量是(③).
①1摩尔水的质量 ②1摩尔水蒸气的质量 ③1摩尔水蒸气的体积
解析:
③中,水蒸气分子间间距比分子直径大的多,仅由题给条件不能确定1摩尔水蒸气的体积。
题组一 以“物质的量”为中心的计算
1.设NA为阿伏加德罗常数,如果ag某气态双原子分子的分子数为p,则bg该气体在标准状况下的体积V(L)是( D )
A.
B.
C.
D.
解析:
解法一 公式法:
双原子分子的物质的量=
mol
双原子分子的摩尔质量=
=
g·mol-1
所以bg气体在标准状况下的体积为
×22.4L·mol-1=
L
解法二 比例法:
同种气体其分子数与质量成正比,设bg气体的分子数为N
ag ~ p
bg ~ N
则:
N=
,双原子分子的物质的量为
,所以bg该气体在标准状况下的体积为
L。
2*.某气体的摩尔质量为Mg·mol-1,NA表示阿伏加德罗常数的值,在一定的温度和压强下,体积为VL的该气体所含有的分子数为X。
则
表示的是( B )
A.VL该气体的质量(以g为单位)B.1L该气体的质量(以g为单位)
C.1mol该气体的体积(以L为单位)D.1L该气体中所含的分子数
解析:
X除以NA为该气体的物质的量;然后乘以M表示其质量;最后除以V为1L该气体的质量。
【反思归纳】
熟记宏观物理量与微观粒子数转化关系
物质的量通过摩尔质量、气体摩尔体积、阿伏加德罗常数将宏观物理量物质的质量、气体的体积与微观物理量微粒个数、微粒的质量联系起来。
题组二 阿伏加德罗定律及推论的应用
3.下列两种气体的分子数一定相等的是( A )
A.质量相等、密度不同的N2和C2H4B.体积相等的CO和N2
C.等温、等体积的O2和N2D.等压、等体积的N2和CH4
4.常温常压下,两个容积相同的烧瓶中分别盛满X和Y两种气体,打开开关a,使两烧瓶内的气体相通,最后容器内的压强由大到小的顺序排列正确的是( C )
编号
①
②
③
④
气体X
HI
NH3
H2
NO
气体Y
Cl2
HCl
Cl2
O2
A.②>③>①>④B.③>①=④>②
C.③>①>④>②D.④>①>②>③
5.某校化学小组学生进行“气体相对分子质量的测定”的实验,操作如下:
用质量和容积都相等的烧瓶收集气体,称量收集满气体的烧瓶质量。
数据见下表(已换算成标准状况下的数值)。
气体
烧瓶和气体的总质量(g)
气体
烧瓶和气体的总质量(g)
A
48.4082
D
48.3822
B
48.4082
E
48.4342
C
48.4082
F
48.8762
已知标准状况下,烧瓶的容积为0.293L,烧瓶和空气的总质量为48.4212g,空气的平均相对分子质量为29。
A、B、C、D、E、F是中学常见的气体。
(1)上述六种气体中,能够使品红溶液褪色的是(写化学式)____________________。
(2)E的相对分子质量是____________________。
(3)实验室制取少量D的化学方程式是___________________________________。
(4)A、B、C可能的化学式是___________________________________________。
答案:
(1)SO2
(2)30 (3)CaC2+2H2O―→Ca(OH)2+C2H2↑ (4)N2、CO、C2H4
解析:
设烧瓶的质量为m,盛空气时,
=
,m≈48.04g,据阿伏加德罗定律可得:
=
,解得M(A)≈28g·mol-1=M(B)=M(C),所以A、B、C可能为N2、CO、C2H4,同理可推出D、E、F的相对分子质量分别为26、30、64,所以D为C2H2,E为C2H6,F为SO2(能使品红溶液褪色)。
【反思归纳】
求气体的摩尔质量M的常用方法
(1)根据标准状况下气体的密度ρ:
M=ρ×22.4(g·mol-1);
(2)根据气体的相对密度(D=ρ1/ρ2):
M1/M2=D;
(3)根据物质的质量(m)和物质的量(n):
M=m/n;
(4)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=NA·m/N;
(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:
=
×a%+
×b%+
×c%……,a%、b%、c%指混合物中各成分的物质的量分数(或体积分数)。
考点三 突破阿伏加德罗常数应用的六个陷阱
题组一 气体摩尔体积的适用条件及物质的聚集状态
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)2.24LCO2中含有的原子数为0.3NA(×)
(2)常温下11.2L甲烷气体含有的甲烷分子数为0.5NA(×)
(3)标准状况下,22.4L己烷中含共价键数目为19NA(×)
(4)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(×)
题组二 物质的量或质量与状况
2.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(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)常温常压下,92gNO2和N2O4的混合气体中含有的原子总数为6NA(√)
题组三 物质的微观结构
3.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)*4.5gSiO2晶体中含有的硅氧键的数目为0.3NA(√)
(2)30g甲醛中含共用电子对总数为4NA(√)
(3)标准状况下,22.4L氦气与22.4L氟气所含原子数均为2NA(×)
(4)18gD2O所含的电子数为10NA(×)
(5)1molNa2O2固体中含离子总数为4NA(×)
(6)*12g金刚石中含有的共价键数为2NA(√)
(7)*12g石墨中含有的共价键数为1.5NA(√)
(8)31g白磷中含有的共价键数为1.5NA(√)
【突破陷阱】
1.只给出物质的体积,而不指明物质的状态,或者标准状况下物质的状态不为气体,所以求解时,一要看是否为标准状况下,不为标准状况无法直接用22.4L·mol-1(标准状况下气体的摩尔体积)求n;二要看物质在标准状况下是否为气态,若不为气态也无法由标准状况下气体的摩尔体积求得n,如CCl4、水、液溴、SO3、己烷、苯等常作为命题的干扰因素迷惑学生。
2.给出非标准状况下气体的物质的量或质量,干扰学生正确判断,误以为无法求解物质所含的粒子数,实质上,此时物质所含的粒子数与温度、压强等外界条件无关。
3.此类题型要求同学们对物质的微观构成要非常熟悉,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、H2等双原子分子,及O3、P4、18O2、D2O、Na2O2、CH4、CO2等特殊物质。
题组四 电解质溶液中,粒子数目的判断
4.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)0.1L3.0mol·L-1的NH4NO3溶液中含有的NH
的数目为0.3NA(×)
(2)等体积、等物质的量浓度的NaCl,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,阳离子的数目之和为0.2NA(×)
(4)25℃、pH=13的1.0LBa(OH)2溶液中含有的OH-数目为0.2NA(×)
题组五 阿伏加德罗常数的应用与“隐含反应”
5.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)2molSO2和1molO2在一定条件下充分反应后,混合物的分子数为2NA(×)
(2)标准状况下,22.4LNO2气体中所含分子数目为NA(×)
(3)100g17%的氨水,溶液中含有的NH3分子数为NA(×)
(4)标准状况下,0.1molCl2溶于水,转移的电子数目为0.1NA(×)
题组六 氧化还原反应中电子转移数目的判断
6.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)5.6g铁粉与硝酸反应失去的电子数一定为0.3NA(×)
(2)0.1molZn与含0.1molHCl的盐酸充分反应,转移的电子数目为0.2NA(×)
(3)1molNa与足量O2反应,生成Na2O和Na2O2的混合物,转移的电子数为NA(√)
(4)1molNa2O2与足量CO2充分反应转移的电子数为2NA(×)
(5)向FeI2溶液中通入适量Cl2,当有1molFe2+被氧化时,共转移的电子的数目为NA(×)
(6)1molCl2参加反应转移电子数一定为2NA(×)
【突破陷阱】
4.突破此类题目的陷阱,关键在于审题:
(1)是否有弱离子的水解。
(2)是否指明了溶液的体积。
(3)所给条件是否与电解质的组成有关,如pH=1的H2SO4溶液c(H+)=0.1mol·L-1,与电解质的组成无关;0.05mol·L-1的Ba(OH)2溶液,c(OH-)=0.1mol·L-1,与电解质的组成有关。
5.解决此类题目的关键是注意一些“隐含反应”,如:
(1)2SO2+O2
2SO3 2NO2==N2O4N2+3H2
2NH3
(2)Cl2+H2O==HCl+HClO
(3)NH3+H2O==NH3·H2O==NH
+OH-
6.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)同一种物质在不同反应中氧化剂、还原剂的判断。
如:
①Cl2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。
②Na2O2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。
(2)量不同,所表现的化合价不同。
如:
Fe和HNO3反应,Fe不足,生成Fe3+,Fe过量,生成Fe2+。
(3)氧化剂或还原剂不同,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)注意氧化还原的顺序。
如:
向FeI2溶液中,通入Cl2,首先氧化I-,再氧化Fe2+,所以上述题(5)中转移的电子数目大于NA。
考点四 最常考的定量实验——气体体积、质量的测定
定量实验中常测定3种数据:
温度、质量和体积。
温度——用温度计测量
质量
体积
1.气体体积的测定装置
既可通过测量气体排出的液体体积来确定气体的体积(二者体积值相等),也可直接测量收集的气体体积。
测量气体体积的常用方法
(1)直接测量法。
如图A、B、C、D、E均是直接测量气体体积的装置。
测量前A装置可先通过调整左右两管的高度使左管(有刻度)充满液体,且两管液面相平。
C装置则是直接将一种反应物置于倒置的量筒中,另一反应物置于水槽中,二者反应产生的气体可以直接测量。
装置D:
用于测量混合气体中被吸收(或不被吸收)的气体的体积数。
读数时,球形容器和量气管液面相平,量气管内增加的水的体积等于被反应管吸收后剩余气体的体积。
装置E:
直接测量固液反应产生气体的体积,注意应恢复至室温后,读取注射器中气体的体积。
(一般适合滴加液体量比较少的气体体积测量)。
(2)间接测量法。
如F装置是通过测量气体排出的液体体积来确定气体体积。
2.气体质量的测量装置
气体质量的测量一般是用吸收剂将气体吸收,然后再称量。
常见的吸收装置:
题组一 气体体积的测定
1.欲测定金属镁的相对原子质量。
请利用下图给定的仪器组成一套实验装置(每个仪器只能使用一次,假设气体的体积可看作标准状况下的体积)。
填写下列各项(气流从左到右):
(1)各种仪器连接的先后顺序(用小写字母表示)应是____接___、___接____、___接___、___接___。
(2)连接好仪器后,要进行的操作有以下几步,其先后顺序是___________________(填序号)。
①待仪器B中的温度恢复至室温时,测得量筒C中水的体积为VamL;
②擦掉镁条表面的氧化膜,将其置于天平上称量,得质量为mg,并将其投入试管B中的带孔隔板上;
③检查装置的气密性;
④旋开装置A上分液漏斗的活塞,使其中的水顺利流下,当镁完全溶解时再关闭这个活塞,这时A中共放入水VbmL。
(3)根据实验数据可算出金属镁的相对原子质量,其数学表达式为_________________________。
(4)若试管B的温度未冷却至室温,就读出量筒C中水的体积,这将会使所测定镁的相对原子质量数据________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
答案:
(1)a h g b c f e d
(2)③②④①(3)(22.4×1000m)/(Va-Vb) (4)偏小
解析:
实验开始时,装置B中没有盐酸,而装置E中才有盐酸。
如何让E中的盐酸进入B中?
可以通过往A中加入水的方法把空气压进E中,进而把E中的盐酸压进B中与镁条反应,产生氢气。
而B中产生的氢气将D中的水压进C中。
此时进入C中水的体积包括两部分:
一是从分液漏斗流入A中水的体积;二是反应产生氢气的体积。
故可以确定仪器的连接顺序、实验步骤及实验数据的处理方法。
若试管B的温度未冷却至室温,气体的温度偏高,导致气体体积偏大,从而使测定的镁的相对原子质量偏小。
题组二 气体质量的测定
2.有一含NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物,某同学设计如下实验,通过测量反应前后C、D装置质量的变化,测定该混合物中各组分的质量分数。
(1)加热前通入空气的目的是____________________________________,操作方法为___________
_________________________________________________________________________________。
(2)装置A、C、D中盛放的试剂分别为:
A______________,C______________,D________________。
(3)若将A装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶,则测得的NaCl的含量将________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”,下同);若B中反应管右侧有水蒸气冷凝,则测定结果中NaHCO3的含量将________;若撤去E装置,则测得Na2CO3·10H2O的含量将________。
(4)若样品质量为wg,反应后C、D增加的质量分别为m1g、m2g,由此可知混合物中NaHCO3的质量分数为_____________________(用含w、m1、m2的代数式表示)。
答案:
(1)除去装置中的水蒸气和二氧化碳
关闭b,打开a,缓缓通入空气,直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止
(2)碱石灰 无水硫酸铜(或无水CaCl2、P2O5等) 碱石灰
(3)偏低 无影响 偏低 (4)
%
解析:
(2)A、C、D都是U形管,不能盛液体试剂,只能盛固体试剂。
A处试剂必须同时吸收CO2和水蒸气,故A处盛的是碱石灰;C、D两处分别吸收水蒸气和CO2,故C处可盛无水硫酸铜(或无水CaCl2、P2O5等),D处可盛碱石灰。
(3)若B中反应管右侧有水蒸气冷凝,则水蒸气总质量减小,Na2CO3·10H2O和NaHCO3的总质量在计算中会减小,但是NaHCO3的质量是根据CO2的质量进行计算,所以测得的NaHCO3的含量不受影响;若撤去E装置,则D装置可吸收来自外界空气中的CO2,使得NaHCO3的质量在计算中会增大,故测得的Na2CO3·10H2O的含量会偏低。
(4)NaHCO3的质量分数:
×2×84g·mol-1÷wg×100%=
%。
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)0.5molO3与11.2LO2所含的分子数一定相等(×)
(2)1.00molNaCl中含有6.02×1023个NaCl分子(×)
(3)1.00molNaCl中,所有Na+的最外层电子总数为8×6.02×1023(√)
解析:
因为Na+最外层有8个电子,所以1.00molNa+中含有8×6.02×1023个最外层电子。
(4)电解58.5g熔融的NaCl,能产生22.4L氯气(标准状况)、23.0g金属钠(×)
(5)在18g18O2中含有NA个氧原子(√)
(6)标准状况下,22.4L空气含有NA个单质分子(×)
2.(2012·四川理综,7改编)设NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( B )
A.标准状况下,33.6L氟化氢中含有氟原子的数目为1.5NA
B.常温常压下,7.0g乙烯与丙烯的混合物中含有氢原子的数目为NA
C.1molAl3+离子含有的核外电子数为3NA
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