届高考化学一轮复习学案物质的量 气体摩尔体积.docx
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届高考化学一轮复习学案物质的量气体摩尔体积
第3讲 物质的量 气体摩尔体积
考点一 物质的量、气体摩尔体积
[知识梳理]
一、物质的量
1.物质的量
物质的量是表示含有一定数目粒子的集合体的物理量,符号为n。
物质的量的单位为摩尔,简称摩,符号为mol。
2.物质的量的规范表示
↓ ↓ ↓
数值 单位 指定微粒符号或微粒名称
3.阿伏加德罗常数
规定:
以0.012kg12C中所含的碳原子数为阿伏加德罗常数,符号为NA,其数值约为6.02×1023,单位为mol-1。
公式:
NA=
。
4.概念间的关系
二、摩尔质量
1.概念:
摩尔质量指单位物质的量的物质所具有的质量,其符号为M,单位为g·mol-1(或g/mol)。
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。
3.关系:
摩尔质量与物质的量、物质的质量之间的关系为n=
。
三、气体摩尔体积
1.影响物质体积大小的因素
(1)微粒的大小(物质的本性);
(2)微粒间距的大小(由温度与压强共同决定);
(3)微粒的数目(物质的量的大小)。
2.含义:
单位物质的量的气体所占的体积,符号为Vm。
标准状况下,Vm约为22.4L/mol。
3.基本关系式:
n=
=
=
。
4.影响因素:
气体摩尔体积的数值不是固定不变的,它取决于气体所处的温度和压强。
四、阿伏加德罗定律及其推论
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
相同
条件
推论
公式
语言叙述
T、p
相同
=
同温、同压下,气体的体积与其物质的量成正比
T、V
相同
=
同温、同体积下,气体的压强与其物质的量成正比
T、p
相同
=
同温、同压下,气体的密度与其摩尔质量(或相对分子质量)成正比
(1)对于同一种气体,当压强相同时,密度与温度成反比。
(2)同温、同压、同体积、同分子数,这“四同”相互制约,只要其中“三同”成立,第“四同”也成立,即“三同”定“一同”。
(3)应用阿伏加德罗定律及其推论要熟记相关化学计量的定义式,并结合相互关系进行推导(可通过pV=nRT及n=\f(m,M)、ρ=\f(m,V)导出)。
[自主检测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2017·高考海南卷)1mol的CO和N2混合气体中含有的质子数为14NA。
( )
(2)2.0gH
O与D2O的混合物中所含中子数为NA。
( )
(3)23gNa与足量H2O反应完全后可生成NA个H2分子。
( )
(4)2g氦气所含的原子数目约为0.5×6.02×1023。
( )
(5)标准状况下,H2和N2的气体摩尔体积均为22.4L。
( )
(6)1mol任何物质都约含有6.02×1023个分子。
( )
(7)标准状况下,1molO2与1molSO3的体积相同。
( )
(8)标准状况下,1mol气体的体积约是22.4L,非标准状况下,1mol气体的体积则一定不是22.4L。
( )
(9)标准状况下,O2和O3中氧原子的摩尔质量均为16g·mol-1。
( )
(10)常温常压下,14gN2与7g乙烯(C2H4)所含原子数相同。
( )
(11)22gCO2与标准状况下11.2LHCl所含的分子数相同。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)× (9)√ (10)× (11)√
2.填空题。
(1)含6.02×1023个中子的
Li的质量是 g。
(2)4gD2和20g18O2的单质化合时最多能生成 gD
O。
(3)若12.4gNa2X中含有0.4mol钠离子,则Na2X的摩尔质量是 ,X的相对原子质量是 。
解析:
(1)根据n=
计算中子的物质的量,
Li的中子数为7-3=4,进而计算Li的物质的量,再根据m=nM计算其质量。
(2)根据不足量的物质计算生成D
O的质量;18O2过量。
(3)1molNa2X中含有2mol钠离子,0.2molNa2X中含有0.4mol钠离子,则Na2X的摩尔质量为M(Na2X)=
=62g·mol-1;X的相对原子质量为62-2×23=16。
答案:
(1)1.75
(2)22 (3)62g·mol-1 16
(1)物质的量只能衡量微观粒子,使用时必须指明具体粒子的种类或化学式。
(2)摩尔质量与相对原子(分子)质量是两个不同的概念,当摩尔质量以g·mol-1为单位时,二者在数值上相等。
(3)气体摩尔体积使用的对象是气体;标准状况是0℃、1.01×105Pa,不是常温、常压。
(4)标准状况下,气体摩尔体积约为22.4L·mol-1,非标准状况下,气体摩尔体积不一定是22.4L·mol-1。
演练一 宏观物理量(质量、体积)与微观粒子数的换算
1.已知标准状况下:
①6.72LNH3;②1.204×1023个H2S分子;③5.6gCH4;④0.5molHCl。
下列关系正确的是( )
A.体积大小:
④>③>②>①
B.原子数目:
③>①>④>②
C.密度大小:
④>②>③>①
D.质量大小:
④>③>②>①
解析:
选B。
①标准状况下,6.72LNH3的物质的量为
=0.3mol;②1.204×1023个H2S分子的物质的量为
=0.2mol;③5.6gCH4的物质的量为
=0.35mol;④HCl物质的量为0.5mol。
由上述计算可知物质的量大小为④>③>①>②,相同条件下,气体的体积之比等于物质的量之比,故体积大小为④>③>①>②,A项错误。
①标准状况下6.72LNH3所含原子的物质的量为0.3mol×4=1.2mol;②1.204×1023个H2S分子所含原子的物质的量为0.2mol×3=0.6mol;③5.6gCH4所含原子的物质的量为0.35mol×5=1.75mol;④0.5molHCl所含原子的物质的量为0.5mol×2=1mol;原子数目之比等于原子的物质的量之比,故原子数目为③>①>④>②,B项正确。
同温同压下,气体密度之比等于其相对分子质量之比,①NH3的相对分子质量为17;②H2S的相对分子质量为34;③CH4的相对分子质量为16;④HCl的相对分子质量为36.5;故密度大小为④>②>①>③,C项错误。
①NH3的质量为17g·mol-1×0.3mol=5.1g;②H2S的质量为34g·mol-1×0.2mol=6.8g;③CH4的质量为5.6g;④HCl的质量为36.5g·mol-1×0.5mol=18.25g;故质量大小为④>②>③>①,D项错误。
2.(教材改编题)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。
(1)该氯原子的相对原子质量为 ;
(2)mg该氯原子的物质的量为 ;
(3)该氯原子的摩尔质量是 ;
(4)ng该氯原子所含的电子数为 。
答案:
(1)
(2)
mol (3)aNAg·mol-1
(4)
(答案合理即可)
3.18gCO和CO2的混合气体,完全燃烧后测得CO2体积为11.2L(标准状况)。
(1)原混合气体中CO的质量是 g。
(2)原混合气体中CO2在标准状况下的体积是 L。
(3)原混合气体在标准状况下的密度是 g·L-1。
(4)原混合气体的平均摩尔质量是 g·mol-1。
解析:
由CO燃烧发生反应2CO+O2
2CO2可知,CO的体积与生成CO2的体积相等,又因为燃烧后CO2的总体积为11.2L,故18gCO和CO2的混合气体的总体积为11.2L,即标准状况下,18gCO和CO2的混合气体的物质的量为0.5mol。
设CO的物质的量为xmol,CO2的物质的量为ymol,则
,解得x=0.25,y=0.25。
(1)原混合气体中CO的质量为28g·mol-1×0.25mol=7g。
(2)原混合气体中CO2在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L·mol-1=5.6L。
(3)原混合气体在标准状况下的密度为
≈1.61g·L-1。
(4)解法一:
M=ρ·22.4L·mol-1=
×22.4L·mol-1=36g·mol-1;
解法二:
M=
=36g·mol-1;
解法三:
M=28g·mol-1×50%+44g·mol-1×50%=36g·mol-1;
故混合气体的平均摩尔质量为36g·mol-1。
答案:
(1)7
(2)5.6 (3)1.61 (4)36
以物质的量(n)为核心的计算的思维模板
注:
Vm与温度、压强有关,标准状况下Vm=22.4L·mol-1。
演练二 阿伏加德罗定律及其应用
4.一定温度和压强下,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.每个该气体分子含有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
解析:
选A。
标准状况下该物质若为气态物质,则其体积约为22.4L,故该温度和压强不可能是标准状况,A项错误,B项正确;由分子数和原子数的关系可知,该分子为双原子分子,C项正确;根据题意,在此温度和压强条件下,Vm=30L·mol-1,D项正确。
5.(2020·保定高三模拟)取五个相同的气球,同温同压下,分别充入CO和以下四种混合气体,吹出体积相等的状态,如图所示。
A、B、C、D四个气球内,与CO所含原子数一定相等的是( )
解析:
选C。
同温、同压、同体积下,气体的物质的量相同。
设气体的物质的量为1mol,则1molCO所含原子的物质的量为2mol。
A项,含有HCl和O3,1mol该混合气体含有的原子的物质的量大于2mol,错误;B项,含有H2和NH3,1mol该混合气体含有的原子的物质的量大于2mol,错误;C项,含有N2和O2,都为双原子分子,则1mol该混合气体含有2mol原子,正确;D项,含有He和NO2,1mol该混合气体含有的原子的物质的量可能大于2mol,可能小于2mol,也可能等于2mol,错误。
演练三 气体相对分子质量的计算
6.
(1)已知标准状况下,气体A的密度为2.857g·L-1,则气体A的相对分子质量为 ,可能是 气体。
(2)标准状况下,1.92g某气体的体积为672mL,则此气体的相对分子质量为 。
(3)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若所得混合气体的密度换算成标准状况下为ρg·L-1,则混合气体的平均摩尔质量为 (用含ρ的代数式表示)。
③若在该条件下,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 (用含a、b、c的代数式表示)。
解析:
(1)M=22.4ρg·mol-1=2.857g·L-1×22.4L·mol-1≈64g·mol-1。
(2)M=
=64g·mol-1。
(3)NH4HCO3(s)
NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)。
①M(混)=2dg·mol-1⇒n(混)=
mol,
M(NH4HCO3)=2d×3g·mol-1=6dg·mol-1。
②M(混)=22.4ρg·mol-1。
③n(NH3)∶n(CO2)∶n(H2O)=a%∶b%∶c%,
M=
g·mol-1。
答案:
(1)64 SO2
(2)64 (3)①
mol 6dg·mol-1
②22.4ρg·mol-1 ③17a%+44b%+18c%
求解气体摩尔质量的“五方法”
(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)根据同温同压下气体的相对密度(D=ρ1/ρ2):
=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:
M=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)。
考点二 突破阿伏加德罗常数的五大陷阱(命题热点)
[知识梳理]
一、抓“两看”,突破气体与状况陷阱
一看“气体”是否处在“标准状况”。
二看“标准状况”下,物质是否为“气体”[如CCl4、CHCl3、CH2Cl2(注:
CH3Cl为气体)、H2O、溴、SO3、己烷、苯、HF等在标准状况下均不为气体]。
二、排“干扰”,突破质量(或物质的量)与状况无关
陷阱
给出非标准状况下气体的物质的量或质量,干扰正确判断,误以为无法求解物质所含的粒子数,实际上,此时物质所含的粒子数与温度、压强等外界条件无关。
三、记“组成和结构”,突破陷阱
1.记特殊物质中所含微粒(分子、原子、电子、质子、中子等)的数目,如Ne、D2O、18O2、—OH、OH-等。
2.记最简式相同的物质,如NO2和N2O4、乙烯(C2H4)和丙烯(C3H6)等。
3.记摩尔质量相同的物质,如N2、CO、C2H4等。
4.记物质中所含化学键的数目,如1分子H2O2、CnH2n+2中化学键的数目分别为3、3n+1。
1molSiO2中含4NA个Si—O键,1molSi中含Si—Si键数目为2NA,1molP4(白磷)中含P—P键数目为6NA。
四、理解反应原理,突破“隐含”陷阱
1.可逆反应不能进行到底,反应物不能全部转化为产物。
常见的可逆反应:
①2NO2N2O4;②Cl2+H2OHCl+HClO;③NH3+H2ONH3·H2ONH
+OH-;④2SO2+O2
2SO3;⑤N2+3H2
2NH3。
2.常温下,不能共存的气体间的反应
(1)HCl+NH3===NH4Cl;
(2)2NO+O2===2NO2;
(3)2H2S+SO2===3S↓+2H2O。
3.“隐含”浓度变化
(1)在MnO2与浓盐酸的反应中,随着反应的进行,浓盐酸逐渐变为稀盐酸,MnO2与稀盐酸不反应。
(2)在Cu与浓硫酸的反应中,随着反应的进行,浓硫酸逐渐变为稀硫酸,Cu与稀硫酸不反应。
(3)常温下,Fe、Al在浓硝酸、浓硫酸中钝化,反应不具有持续性。
4.常在难电离、易水解的粒子数目上设题
判断电解质溶液中粒子数目时注意“三看”:
一看是否有弱电解质的电离;二看是否有弱离子的水解;三看是否指明了溶液的体积。
弱电解质在水溶液中部分电离,可水解盐溶液中离子发生微弱水解,都会导致相关粒子数目减少。
五、突破氧化还原反应中电子转移的陷阱
1.同一种物质在不同反应中做氧化剂、还原剂的判断,如
(1)Cl2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;
(2)Na2O2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;(3)NO2和H2O反应,NO2既做氧化剂又做还原剂。
2.反应物量不同,生成物所表现的化合价不同,如Fe和HNO3反应,Fe不足时生成Fe3+,Fe过量时生成Fe2+。
3.氧化剂或还原剂不同,生成物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.注意氧化还原反应的顺序,如向FeI2溶液中通入Cl2,Cl2先氧化I-,再氧化Fe2+。
演练一 气体摩尔体积的适用条件及物质的聚集状态
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2017·高考全国卷Ⅲ,10C)2.24L(标准状况)苯在O2中完全燃烧,得到0.6NA个CO2分子。
( )
(2)标准状况下,2.24LCCl4含有的共价键数为0.4NA。
( )
(3)2.24LCO2含有的原子数为0.3NA。
( )
(4)常温常压下,11.2L甲烷气体含有的甲烷分子数为0.5NA。
( )
(5)标准状况下,2.24L氨水含有的NH3分子数为0.1NA。
( )
(6)标准状况下,22.4LSO3含有的SO3分子数为NA。
( )
(7)标准状况下,22.4L氧气、氮气和CO的混合气体中含有2NA个原子。
( )
(8)用惰性电极电解饱和食盐水,若外电路中通过NA个电子,则阴极产生11.2L气体。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√ (8)×
演练二 质量或物质的量与状况
2.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(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)室温下,1molCH4含有5NA个原子。
( )
(4)常温常压下,1molCO2与SO2的混合气体中含氧原子数为2NA。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)√ (4)√
演练三 物质的组成与结构
3.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅱ,8A)3g3He含有的中子数为NA。
( )
(2)17g—OH与17gOH-所含电子数均为10NA。
( )
(3)30gSiO2中含有硅氧键数目为NA。
( )
(4)32g甲醇中所含共价键数目为5NA。
( )
(5)(2019·高考全国卷Ⅱ,8D)48g正丁烷和10g异丁烷的混合物中共价键数目为13NA。
( )
(6)常温常压下,32gO2和O3的混合气体含有的原子数为2NA。
( )
(7)56g乙烯所含共用电子对数目为12NA。
( )
(8)78g苯含有3NA个碳碳双键。
( )
答案:
(1)√
(2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)√ (7)√ (8)×
演练四 反应原理中的“隐含”陷阱
4.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)50mL12mol·L-1的盐酸与足量MnO2共热,转移的电子数为0.3NA。
( )
(2)常温下,56g铁片投入足量浓H2SO4中生成NA个SO2分子。
( )
(3)一定条件下合成氨反应,用1.5molH2和0.5molN2充分反应后,可得到NH3分子数为NA。
( )
(4)常温下,密闭容器中2molNO与1molO2充分反应,产物的分子数为2NA。
( )
解析:
(1)随着反应的进行,浓盐酸变为稀盐酸,反应停止。
(2)常温下,铁遇浓硫酸钝化。
(3)合成氨反应为可逆反应,不可能进行到底。
(4)隐含NO2与N2O4的转化平衡。
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)×
演练五 电解质溶液中粒子数目的判断
5.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)0.1L3.0mol·L-1NH4NO3溶液含有的N原子数目为0.6NA。
( )
(2)等体积、等物质的量浓度的NaCl和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,阳离子数目之和为0.2NA。
( )
(4)25℃时,1.0LpH=13的Ba(OH)2溶液含有的OH-数目为0.1NA。
( )
(5)1L0.1mol·L-1Na2CO3溶液所含氧原子数目为0.3NA。
( )
(6)2L0.5mol·L-1亚硫酸溶液含有的H+数为2NA。
( )
(7)1L0.1mol·L-1NaHCO3溶液中,H2CO3、HCO
和CO
的粒子数之和为0.1NA。
( )
(8)0.1molFeCl3完全水解转化为氢氧化铁胶体,生成0.1NA个胶粒。
( )
(9)1L0.01mol·L-1KAl(SO4)2溶液含有的阳离子数大于0.02NA。
( )
解析:
(6)H2SO3是弱酸,部分电离,所以H+数目小于2NA。
(7)根据电解质溶液中物料守恒可知,1L0.1mol·L-1NaHCO3溶液中,HCO
、CO
和H2CO3的粒子数之和为0.1NA。
(8)氢氧化铁胶粒是很多Fe(OH)3的集合体。
(9)铝离子水解产生氢离子,阳离子数增多。
答案:
(1)√
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
(7)√ (8)× (9)√
演练六 氧化还原反应中电子转移数目的判断
6.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2019·高考全国卷Ⅱ,8C)1molK2Cr2O7被还原为Cr3+转移的电子数为6NA。
( )
(2)常温常压下,22.4L氯气与足量镁粉在点燃条件下充分反应,转移的电子数小于2NA。
( )
(3)5.6g铁粉与硝酸反应失去的电子数一定为0.3NA。
( )
(4)0.1molZn与含有0.1molHCl的盐酸充分反应,转移的电子数目为0.2NA。
( )
(5)1molNa2O2与足量CO2充分反应转移的电子数为2NA。
( )
(6)向FeI2溶液中通入适量Cl2,当有1molFe2+被氧化时,共转移电子的数目为NA。
( )
(7)1molCl2参加反应转移电子数一定为2NA。
( )
解析:
(2)1molCl2与足量镁反应得到2mol电子,常温常压下,22.4LCl2的物质的量小于1mol,则转移电子数小于2NA。
(3)当铁粉过量时生成Fe2+。
(4)盐酸不足,Zn不能完全反应。
(5)该反应为Na2O2中-1价的氧元素的歧化反应,1molNa2O2反应转移1mol电子。
(6)I-的还原性比Fe2+强,Cl2首先氧化I-。
(7)氯气与水或碱反应时既是氧化剂又是还原剂。
答案:
(1)√
(2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
1.(2018·高考全国卷Ⅰ,10,6分)NA是阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是( )
A.16.25gFeCl3水解形成的Fe(OH)3胶体粒子数为0.1NA
B.22.4L(标准状况)氩气含有的质子数为18NA
C.92.0g甘油(丙三醇)中含有羟基数为NA
D.1.0molCH4与Cl2在光照下反应生成的CH3Cl分子数为NA
解析:
选B。
16.25gFeCl3的物质的量n(FeCl3)=0.1mol,如果氯化铁完全水解,则生成0.1molFe(OH)3,而氢氧化铁胶体粒子由许多氢氧化铁聚集而成,故氢氧化铁胶体粒子数远小于0.1NA,A项错误;氩气是单原子分子,1molAr含18mol质子,B项正确;甘油(丙三醇)的分子式为C3H8O3,相对分子质量为92,1mol(92.0g)甘油含3mol羟基,C项错误;甲烷与氯气在光照条件下反应会生成四种有机产物,即1.0mol甲烷反应后生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4共为1mol,D项错误。
2.(2018·高考全国卷Ⅱ,11,6分)NA代表阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是( )
A.常温常压下,124gP4中所含P—P键数目为4NA
B.100mL1mol·L-1FeCl3溶液中所含Fe3+的数目为0.1NA
C.标准状况下,11.2L甲烷和乙烯混合物中含氢原子数目为2NA
D.密闭容器中,2molSO2和1molO2催化反应后分子总数为2NA
解析:
选C。
每个P
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