高一化学知识点解读气体摩尔体积.docx
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高一化学知识点解读气体摩尔体积
第二节气体摩尔体积
1.物质的体积、密度和质量之间的关系
ρ(B)=
2.计算1mol不同固体和液体物质的体积(请按表计算)
物质1mol该物质
的质量密度1mol物质所具有
的体积Fe56g7.8g·cm-3(20℃)7.2cm3Al27g2.7g·cm-3(20℃)10cm3Pb207g11.3g·cm-3(20℃)18.3cm3H2O18g1g·cm-3(4℃)18cm3H2SO498g1.83g·cm-3(20℃)53.6cm33.归纳1mol不同固体和液体物质体积的特点并分析其主要原因
对于固体和液体物质来说,1mol不同物质的体积是不同的。
决定物质体积大小的主要因素有三个:
(1)微粒数的多少;
(2)微粒间的距离;
(3)微粒本身的大小。
构成液态、固态物质的微粒间的距离是很小的,在微粒数相同的条件下,固液态物质的体积主要决定于原子、分子或离子本身的大小。
由于构成不同物质的原子、分子或离子的大小是不同的,所以它们1mol的体积也就有所不同。
这就像100粒大米、100个乒乓球、100个足球分别堆放在一起,它们的总体积差别甚大一样。
课本知识导学运用
课本知识诠解
重要提示
1.气体摩尔体积
(1)影响物质体积的因素:
决定物质体积的因素有三方面:
摩尔体积是指1mol任何物质所占有的体积,各取1mol固态、液态、气态三种状态的物质,则影响它们体积的只有后两个因素,哪一个是主要的呢?
(参照书本固体、液体、气体分子之间距离比较示意图)
由固体、液体很难被压缩这一事实可知:
构成固体、液体的粒子之间的距离远小于离子本身的大小,故决定1mol固体和液体物质体积的主要因素是粒子的大小,不同物质的粒子大小不一样,所以1mol固体和液体物质的体积应各不相同。
由气体易被压缩这一事实可知,构成气体的粒子之间的距离较大(大约是气体分子直径的10倍),故决定1mol气体物质体积的主要因素为粒子之间的距离。
因为构成气体的粒子之间的距离较大,粒子间作用较弱,甚至可以忽略不计,温度和压强等外界条件的改变,能明显影响气体粒子之间的距离,从而明显改变气体的体积,故比较1mol不同气体的体积是否相同,要在相同的温度和压强下。
大量实验证明:
在相同的温度和压强下,各种气体粒子之间的平均距离是相等的,所以,相同的温度和压强下,1mol任何气体的体积应是相等的。
试计算以下几组数据,验证以上结论的正确性:
根据20℃时,Fe、Al、Pb、H2O、H2SO4的相对原子质量或相对分子质量、密度,求1mol上述物质的体积。
(经过计算,体积各不相同)
根据H2、O2、CO2的相对分子质量和在标准状况下的密度,求1mol上述气体的体积。
(经过计算,体积都大约为22.4L)
(2)气体摩尔体积
①定义:
单位物质的量的气体所占的体积叫气体摩尔体积。
②气体摩尔体积的表达式Vm=
单位:
L/mol(L·molB)或m3/mol(m3·molB)。
③使用气体摩尔体积时的注意事项。
a.应指明温度和压强
b.对任何气体包括混合气体都成立
c.气体的物质的量为1mol
2.阿伏加德罗定律
相同温度,相同压强时,相同体积的任何气体,都含有相同数目的分子数。
3.气体计算
(1)V(标)=n·Vm=n·22.4L/mol
(2)p(标)=
=MVm=
1.外界条件如温度T、压强p对物质体积的影响:
对固态、液态物质来说,体积V受T、p的影响较小。
对一定量气体来说,T和p对气体分子间的平均距离有较大的影响。
2.T一定,增大p,气体分子间平均距离减小,所以体积V减小。
反之,压强p减小,体积V增大。
3.p一定,升高温度T,气体分子间的平均距离增大,气体的V增大。
反之,T降低,气体的V减小。
4.T、p都一定,气体分子间的平均距离都相同,只要气体含有的分子数相同(气体分子的物质的量相同)时,气体的体积也相同。
5.在标准状况下,气体的摩尔体积约为22.4L·molB。
这个体积是在特定条件下的气体摩尔体积,由它可求一定量的气体在标准状况下的体积。
6.阿伏加德罗定律中包括四个相同:
同温(T)、同压(p)、同体积(V)、同分子数(N或n)。
只要其中三个量相同,第四个量一定相同,即:
同定一同。
基础例题点拨一拖二【例题1】448mL某气体在标准状况下的质量为1.28g,求该气体的相对分子质量。
【分析】该气体的相对分子质量在数值上等于该气体的摩尔质量。
既可通过标准状况下气体的密度求摩尔质量,也可以通过气体的质量和物质的量来求摩尔质量。
有以下几种解法。
【解析】
(1)0.448L为1.28g,22.4L气体的质量为x
0.448L22.4L=1.28gx,x=64g
即该气体的相对分子质量为64。
(2)标准状况下该气体的密度为
≈2.86g·LB,
拖1①在相同状况下,下列气体的密度是最大的是()
A.O2B.CH4
C.H2D.CO2
E.N2
②已知空气的平均摩尔质量为29g·molB。
下列气体在实验室收集时,能用向上排空气法收集的是()
A.CO2B.N2
C.CH4D.Cl2
E.H2F.O2
该气体的摩尔质量为2.86g·LB
22.4L·molB≈64g·molB即该气体的相对分子质量为64。
(3)M=
=
/Nm=mV
=
=64g·molB即该气体的相对分子质量为64。
答案:
①D②ADF
【例题2】相同物质的量的各固体或液体的体积并不相同,其主要原因是()
A.粒子大小不同B.粒子质量不同
C.粒子间距离不同D.粒子间作用力不同
【分析】固体、液体物质体积的大小主要由粒子的数目和粒子的大小决定,而本题中所给各物质的物质的量相同,即粒子数相同,所以其体积由粒子大小决定。
【解析】A
拖2在给定温度和压强下的理想气体,影响其所占体积大小的主要因素是()
A.分子直径的大小
B.分子间距离的大小
C.分子间引力的大小
D.分子数目的多少
答案:
B
重难点突破
重点·难点·易混点·易错点·方法技巧
重点难点
1.对标准状况下的气体摩尔体积的理解
气体摩尔体积的定义为“单位物质的量气体所占的体积”,即“气体摩尔体积是气体的体积与气体的物质的量之比”。
从气体摩尔体积的定义中我们可以看出气体的体积的数学表达式为:
气体摩尔体积(Vm)=气体的体积(V)气体的物质的量(n)
气体摩尔体积的一个特例就是在标准状况下的气体摩尔体积(Vm)。
在标准状况下,1mol任何气体的体积都约等于22.4L。
在理解标准状况下的气体摩尔体积时,不能简单地认为“22.4L就是气体摩尔体积”,因为这个22.4L是有特定条件的。
这些条件就是:
(1)标准状况,即0℃和101.325kPa,气体的物质的量为1mol,只有符合这些条件的气体的体积才约是22.4L。
因此,22.4L是1mol任何气体在标准状况下的体积。
(2)这里所说的标准状况指的是气体本身所处的状况,而不指其他外界条件的状况,例如,“1molH2O(g)在标准状况下的体积为22.4L”是错误的,因为在标准状况下,我们是无法得到气态水的。
(3)气体摩尔体积的计算
2.标准状况下气体摩尔体积和阿伏加德罗定律的关系
标准状况下气体摩尔体积是阿伏加德罗定律的一个特例:
同温—0℃,同压—101kPa,同体积—约22.4L,分子数目相同—NA个(1mol物质所含微粒数)。
所以掌握阿伏加德罗定律对我们解决实际问题很有帮助。
3.气体反应中的计算
同一气体反应中,各气体的体积比等于化学方程式中气体物质的化学计量数比。
列式计算时,上下单位一致,左右单位相对应。
例如:
2H2+O2
2H2O
21
V(H2)V(O2)
=V(H2)V(O2)
4.如何确定气体的分子组成
一般思路是:
由体积比推导出微粒分子个数比,再根据质量守恒定律来确定化学式。
如2体积气体Ax与1体积气体By恰好完全反应生成2体积的A2B,由阿伏加德罗定律可知:
气体的分子数之比等于其体积比,即Ax∶By∶A2B=2∶1∶2,所以两气体反应物为双原子分子即A2和B2。
随笔:
随笔:
1.对气体摩尔体积的概念不清。
气体摩尔体积是对气体而言,并且是在标准状况下1mol气体的体积,若不在标准状况下或不是气体就不适用。
如标准状况下乙醇是液体,不能用气体摩尔体积进行计算。
固体和液体也有摩尔体积,但一般没有相同的数值。
标准状况(0℃、1.01×105Pa)不同于通常状况(25℃,1.01×105Pa)。
2.易把物质的量的数值当作微粒的个数。
物质的量的大小,可衡量物质所含微粒的多少,它的个数应该是物质的量乘以阿伏加德罗常数。
3.气体摩尔体积的使用是有条件的,误认为任何状况下都为22.4L。
只有在标准状况下为气态的物质体积才为22.4L,改变了条件1mol气态的物质体积就不为22.4L。
拖3下列说法中不正确的是()
A.1mol某气体的体积为22.4L,该气体所处的状态不一定是标准状况
B.非标准状况下,1mol任何气体的体积必定不是22.4L
C.某气体含有NA个原子,该物质在标准状况下的体积一定是22.4L
D.任何状况下,1molCO2和18gH2O所含的分子数和原子数都相等
答案:
BC(解析:
做选择题首先要看清是选正确的,还是选错误的。
由于22.4L是1mol任何气体在标准状况下的体积,所以A正确B错误。
C错误,因为这种情况只有单原子分子的稀有气体符合选项,而双原子或多原子分子不符合。
D正确,因为比较粒子数实质上是比较它们的物质的量)
【例题3】下列叙述中,不正确的是()
A.在标准状况下,1molH2O的体积约是22.4L
B.在标准状况下,0.5molH2、0.5molN2组成的混合气体的体积约为22.4L
C.在非标准状况下,1mol任何气体的体积不可能约22.4L
D.在同温同压下,气体分子间距离几乎相等
【错解】学生因对气体摩尔体积概念的理解不全面而错选B。
【易错分析】气体体积大小相关量为气体物质的量(粒子个数);粒子间距离(温度、压强);相对来说,粒子本身的大小则是影响气体体积的次要因素。
气体摩尔体积是个严密定义,必须明确其内容才能正确无误地运用。
气体摩尔体积:
(1)气体、非液体、非固体但可以是混合气体;
(2)标准状况(STP);(3)气体体积标况近似值约22.4L/mol。
在此基础上涉及有关气体体积的计算则显得有据可依。
【正解】AC
拖4下列说法正确的是()
A.在常温常压下,11.2L氯气含有的分子数为0.5NA
B.在常温常压下,1mol氦气含有的原子数为NA
C.32g氧气含原子数目为2NA
D.在同温同压下,相同体积的任何气体单质所含的原子数目相同
答案:
BC(解析:
标准状况下11.2L氯气的分子数应为0.5NA,而题中是常温常压,故A选项错误;B选项中氦气为单原子分子,1mol氦气含有原子数为NA,故B选项正确;C选项中O2的摩尔质量为32g·molB,且O2为双原子分子,所以32g氧气含原子数为32g/32g·molB×2NA=2NA,故C选项正确;D选项中强调的是气体单质所含原子数相同,气体分子可能是单原子分子也可能是多原子分子,故分子数相同时,原子数不一定相同)
【例题4】(全国高考题)在一定温度和压强下,1体积X2(气)和3体积Y2(气)化合生成2体积Z(气);则Z气体的化学式是()
A.XY3B.XY
C.X3YD.X2Y3
【分析】阿伏加德罗定律的另一种表示形式是:
在同温同压下,气体的体积之比等于分子数之比。
进一步拓展:
在同温同压下,参加反应和生成气体的体积之比等于气体分子数之比,等于气体的化学计量数之比。
【解析】A根据阿伏加德罗定律可知此反应的化学方程式为X2+3Y2=2Z。
设Z气体的化学式为XmYn,由质量守恒定律得:
2=2m
2×3=2n解得m=1,n=3。
所以Z的化学式为XY3。
拖5有一真空储气瓶,净重500g,在相同条件下,装满氧气后重508g,装满另一种气体X时重511g,则X的相对分子质量为()
A.44B.48
A.64D.71
答案:
A(解析:
该瓶装入m(O2)=508g-500g=8g,m(X)=511g-500g=11g,在同温、同压、同体积时,M(X)M(O2)=m(X)m(O2),M(X)32=11g8g,故M(X)=44。
点评:
因同温同压下,同体积的容器中所盛气体的物质的量相等,所以气体的质量越小,其相对分子质量就越小。
由题意知气体X的质量大于O2的质量,故气体X的相对分子质量应大于O2的相对分子质量,但通过此范围无法一步确定答案,仍需计算过程)
方法技巧
【例题5】如果ag某气体中含有的分子数为b,则cg该气体在标准状况下的体积是(式中NA为阿伏加德罗常数)()
A.22.4abcNALB.22.4bcaNAL
C.22.4acbNALD.22.4bacNAAL
【解析】B该题考查气体摩尔体积概念。
设该气体的摩尔质量为Mg·molB,则aMNA=b,所以,
M=aNAbg·molB,cg该气体在标准状况下的体积为
cgaNAbg·molB×22.4L·molB=22.4bcaNAL
阿伏加德罗定律推论:
理想气态方程:
pV=nRT,p1V1T1=p2V2T2
也可根据理想气态方程得出以下推论:
①同温、同压时:
V1V2=N1N2=n1n2
②温度和压强一定时,不同气体的密度ρ与摩尔质量M的关系:
ρ1=m1V1ρ2=m2V2
取相同体积(V1=V2)的不同气体,则有:
ρ1ρ2=m1m2=M1M2=D(D称为气体的相对密度)
③同温、同体积时:
气体分子数目越大,单位时间内分子碰撞器壁的次数越多,容器中压强越大。
由气态方程可推知:
p1p2=N1N2=n1n2
④同温、同体积、同质量时:
p1p2=n1n2=m1M1m2M2=M2M1
⑤同温、同压、同质量时:
V1V2=mM1mM2=M2M1=ρ2ρ1
理想气态方程:
pV=nRT,p1V1T1=p2V2T2
也可根据理想气态方程得出阿伏加德罗定律的推论。
拖6NA为阿伏加德罗常数,下列说法中正确的是()
A.标准状况下,相同体积的H2与水所含分子数目相同
B.标准状况下,以任意比混合的H2、CO2混合气体22.4L,所含的分子数为NA
C.常温常压下,活泼金属与盐酸发生置换反应,生成H222.4L,则反应中电子转移数为NA
D.常温常压下,1molHe所含核外电子数为4NA
答案:
B(解析:
该题考查气体摩尔体积与物质的量的关系。
标准状况下,相同体积的气体所含分子数相同,22.4L为1mol,所含分子数为NA,故选项B正确。
水为液体,故与H2所含分子数不同,选项A错。
由2H++2e-H2生成1molH2时电子转移数为2NA,常温常压下,22.4LH2并非1mol,故选项C错。
He原子核外电子数为2,故1molHe含2mol电子,即2NA,故选项D错。
点评:
应用气体摩尔体积进行有关计算时要注意物质在性质、结构等方面的特殊情况,如A、C、D选项)
随笔:
【例题6】节日里流行在空气中用气球悬挂条幅以示庆贺,已知悬挂条幅的气球体积为500L,充满压强为1.212×105Pa、温度为27℃的氢气。
若氢气用锌和足够的盐酸反应制取,则需多少锌才能制得气球所需的氢气?
【解析】要想求出H2的量,可以利用标准状态下气体的摩尔体积,根据方程式计算出所需锌的量。
但由于题中所给条件为非标态,首先应根据气态方程进行转化。
由气体状态方程p1V1T1=p0V0T0得,
V0=(1.212×105Pa×500L×273k)/(1.01×105Pa×300K)=546L
需氢气的物质的量为:
546L/22.4L·molB=24.4mol
根据化学方程式Zn+2HClZnCl2+H2↑,求得锌的质量为:
24.4mol×65g/mol=1586g
拖7关于同温同压下等体积的CO2和CO叙述:
①质量相等;②密度相等;③所含分子数相等;④所含碳原子个数相等。
其中正确的是()
A.①②③④B.②③④
C.③④D.③
答案:
C(解析:
由阿伏加德罗定律可知,CO2和CO分子数相等,则它们的物质的量相等,但它们的摩尔质量不等,密度不等,由组成知含碳原子个数相等)
【例题7】某容器充满O2时质量为116g,充满CO2时质量为122g,若充满某气体时质量为114g,则该气体的相对分子质量为()
A.28B.30C.32D.44
【分析】本题考查阿伏加德罗定律及其推论:
V1V2=n1n2
方法一:
设容器质量为mg,某气体摩尔质量为M。
根据阿伏加德罗定律推论,同温、同压下,相同体积的气体其物质的量相等。
116g-mg32g·molB=112g-mg44g·molB得解:
m=100g
然后再建立方程:
116g-100g32g·molB=114g-100gM或
112g-100g44g·molB=114g-100gM
解得:
M=28g·molB,故选A。
方法二:
利用差量法计算。
根据同温同压下,气体质量之差和相对分子质量之差存在正比关系,可得:
122g-116g44g·molB-32g·molB=122g-144g44g·molB-M
解得:
M=28g·molB
【解析】A
拖8在一定条件下,使9.6gC和一定量O2在一密闭容器内恰好完全反应,测得容器内压强比反应前增大了0.6倍,则O2的物质的量为()
A.0.40mol
B.0.50mol
C.0.70mol
D.0.60mol
答案:
B(解析:
在一定条件下,容器体积一定,则容器内压强在反应前后的变化与容器内气体的物质的量的变化是一致的,即p1:
p2=n1:
n2。
运用“物质的量守恒法”解题。
【例题8】如果瓦斯中甲烷与氧气的质量比为1∶4时极易爆炸,则此时甲烷与氧气的体积比是。
拖9在标准状况下,某两种气体体积比为2∶1,质量比为8∶5,这两种气体的相对
答案:
6gC完全反应,无论生成CO、CO2还是二者的混合气,C的物质的量与生成总气体的物质的量相等,即反应后总气体的物质的量为0.8mol,反应前气体的物质的量即为O2的物质的量。
9.4∶5依题意,根据质量比找出两种气体的物质的量之比。
又题中已给出体积比,在相同状况下,体积比等于物质的量之比,故nA:
nB=8MA∶5MB=2∶1MAMB=45)
【分析】甲烷与氧气的质量比为1∶4时,则其物质的量之比是:
n(CH4)∶n(O2)=1g16g·molB∶4g32g·molB=1∶2
在相同状况下,两种气体的物质的量之比即为其体积之比:
n1n2=V1V2
【解析】1∶2有关气体的计算
(1)有关气体摩尔质量的计算
①定义式法:
M=mn
②分子质量求和法:
M=NA×m
③已知标况密度
ρ=Mg/mol22.4L/mol,所以:
M=ρ×22.4L/mol
④已知相对密度D=p1p2=m1m2=M1M2,所以:
M1=D×M2
(2)平均摩尔质量及求算方法
①平均摩尔质量(M)
如果我们研究的对象是混合气体,怎样计算它的摩尔质量呢?
我们可以假设混合气体为1mol,组成1mol混合气体的每一种气体的摩尔质量与其所占体积比的乘积之和g·molB为单位,就是混合气体的平均摩尔质量。
例如N2与O2按体积比4∶1混合,则该混合气体的平均摩尔质量为28g·molB×45+32g·molB×15=28.8g·molB。
(初中化学中所用的空气的“平均”相对分子质量为29,就是通过这种方法求得的)
平均摩尔质量不仅适用于气体,对固体和液体也同样适用,常用于混合物的计算。
②平均摩尔质量的求算方法
a.已知混合物质的总质量[m(混)]和总物质的量[n(混)]∶M(混)=m混n混
b.已知标准状况下混合气体的密度[ρ(混)]:
分子量之比为_______。
随笔:
M(混)=22.4ρ(混)
c.已知同温同压下混合气体的密度[ρ(混)]是一种简单气体A的密度[ρ(A)]的倍数d(也常叫相对密度法):
d=ρ(混)ρ(A)=M混M(A)即有:
M(混)=d×M(A)
d.已知混合物各成分的摩尔质量和在混合体系内的物质的量的分数或体积分数:
M(混)=Ma×A%+Mh×B%+Mc×C%随笔:
【例题9】某物质A在一定条件下加热分解,产物都是气体。
分解方程式为2A2-B+2C+2D。
测得生成的混合气体对氢气的相对密度为d,则A的相对分子质量为()
A.7dB.5dC.2.5dD.2d
【分析】根据题给出的方程式知,完全分解后生成气体的平均摩尔质量M=[M(B)+2M(C)+2M(D)]/5。
根据题意M=d·M(H2)=d·M(H2)=d·2g/mol,则M(B)+2M(C)+2M(D)=5M=10dg/mol。
又根据质量守恒定律:
2mol·M(A)=1mol·M(B)+2mol·M(C)+2mol·M(D),所以M(A)=5dg/mol,Mr(A)=5d。
【解析】B
拖10体积为1L的干燥容器中充入HCl气体后,测得容器中气体对氧气的相对密度为1.082。
将此气体倒扣在水中,进入容器中液体的体积是()
A.0.25L
B.0.5L
C.0.75L
D。
1L
答案:
C(解析:
Mr=D·Mr(O2)=1.082×32=34.6<Mr(HCl)=36.5,故该混合气体中必混有空气。
HCl易溶于水,空气不溶于水,故进入容器中液体的体积等于HCl气体的体积。
设HCl气体的体积为x,则空气的体积为(1L-x)。
根据气体平均摩尔质量计算公式:
B.36.5g/mol·x/1L+29g/mol·(1L-x)/1L=34.6g/mol,解得x=0.75L)【例题10】按体积比为1∶2∶3所组成的N2,O2,CO2混合气体100g,在标准状况下体积为()。
A.60LB.30LC.11.2LD.112L
【分析】本题的思路是,先根据阿伏加德罗定律求出混合气的平均摩尔质量,然后求出100g混合气的物质的量,最后求出在标准状况下的体积。
根据阿伏加德罗定律,三种气体的体积比为1∶2∶3,物质的量之比也为1∶2∶3。
设三种气体的物质的量分别为1mol,2mol,3mol,则混合气体的平均摩尔质量应为:
28g/mol×1mol+32g/mol×2mol+44g/mol×3mol1mol+2mol+3mol=37.3g/mol
拖11将1.5g两种金属的混合物粉末与足量的稀盐酸反应,反应完全后,得到标准状况下的氢气1.12L,则两种金属可能是()
A.Mg和Zn
B.Zn和Cu
C.Al和Fe
D.Mg和Al混合气体的总物质的量应为100g37.3g/mol=2.68mol。
体积应为∶22.4L/mol×2.68mol=60L。
答案:
AC(解析:
Mg、Zn、Fe和稀盐酸反应均生成+2价的金属离子,不妨先假定混合金属均显+2价,按得到氢气的体积可求出混合物粉末中两种金属的平均相对原子质量M(A)。
根据反应方程式,有
R+2HClRCl2+H2↑
M(A)g22.4LM(A)g1.5g=22.4L1.12L,
1.5g1.12LM(A)g=30
选项中+2价金属的相对原子质量,Mg~24,Fe~56,Zn~65。
Al为+3价金属,现把它折合成+2价,其“相对原子质量”为27×(2/3)=18。
两种金属的平均相对原子质量为30,则必有一种金属相对原子质量大于30,另一种金属相对原子质量小于30,满足此条件的选项为A、C)
【解析】A【例题11】在标准状况下氢
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