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物质的量基础知识
四组名词
一、物质的量与摩尔:
1、物质的量
我们知道,物质都是由分子、原子、离子等微观粒子组成的。
这些微粒非常小,质量很轻,难于称量。
但是物质之间的反应,既是按照一定的微粒个数进行,又是以可称量的物质来进行反应的。
这就需要一
个物理量把微粒的多少与可称量的物质的质量联系起来,这个物理量就是“物质的量”,为了帮助同学尽快理解掌握这一概念,分析如下几点:
(1)物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一。
七个基本物理量的名称、单位(
SI单位)及单位符号
物理量
单位名称
单位符号
长
度
米
m
质
量
千克
kg
时
间
秒
S
电
流
安[培]
A
热力学温度
开[尔文]
K
物质的量
摩[尔]
mol
发光强度
坎[德拉]
cd
(2)“物质的量”是表示物质所含粒子(分子、原子、离子、电子、质子、中子等)多少的物理量。
如同长度、质量等物理量一样,“物质的量”这四个字不得简化,也不得增添任何字,不能多一个
字,也不能少一个字,更不能把它当作表示物质数量或质量多少的量。
它是表示微观粒子集体的一个物
理量。
它有量纲,有明确的物理含义,是一个科学专有名词。
2、摩尔
(1)摩尔的概念
摩尔是物质的量的单位。
同其它物理量都有度量各自的单位一样,“物质的量”也有计量单位。
正如米是长度的单位一样,摩尔是物质的量的单位。
摩尔可简称为“摩”,其符号是“mol”。
使用摩尔做物质的量的单位时,要注意:
A、摩尔只使用于微观粒子,不适用于宏观物质。
B、应用符号表明微观粒子的种类或其特定组合(如分子、原子、离子、电子、质子、中子及其他有化学意义的特定组合),强调“用符号”而非“用汉字”,这和以前的有所不同。
(2)摩尔的确定
按规定,科学上应用
0.012kg(即12g)碳12(指原子核内含6个质子和6个中子的一种碳原子,
通常表示为12C或126C)所含碳原子数目就是
1摩尔。
也就是说,摩尔这个单位是以
0.012kg12C所含
的原子个数为标准,来衡量其它物质中所含微粒数目的多少。
二、阿佛加德罗常数与
6.02×1023mol-1
0.012kg12C中所含有的碳原子数就是阿佛加德罗常数,常用
NA表示,NA是一个准确数字。
阿佛加德罗常数是一个非常庞大的数值,
现在已经由实验测得相当精确的数值,
在使用时常取其近
似值为6.02×1023。
例如2molH2约含2×6.02×1023个H2分子。
12.04×1023个O2分子约是2mol。
阿佛加德罗常数的单位是mol-1或/mol。
每摩尔物质含阿佛加德罗常数个微粒。
物质的量是以阿佛加德罗常数为计数单位,表示物质的基本微粒数目多少的物理量。
(4)使用摩尔时的注意事项
①摩尔只能用于微观粒子,如分子、原子、离子、中子、质子、电子等;而不能用于宏观物质,如不能说1mol苹果、1mol小米等。
②使用摩尔时,必须指明量度的微观粒子的名称或化学式。
通常将微粒的名称或化学式或微粒符号
1
写在“摩尔”或“mol”的后面,如:
1mol氢分子或写成1molH2;1mol氢原子或写成1molH;1mol
钠离子或写成
1molNa+;1mol电子或写成1mole等。
但不能说“1mol氢”,因为这里的氢究竟是指氢
原子还是氢分子,很不明确;一般只说氢时常指氢元素,然而元素属于宏观概念,只有种类之分,不讲
个数,所以“1mol氢”这种说法或写法都是错误的。
三、摩尔质量与化学式量(相对原子质量、相对分子质量)
(1)摩尔质量的含义
1摩尔物质的质量叫该物质的摩尔质量。
摩尔质量的单位是克
/摩,符号是
g/mol或写成g·mol-1。
数值上等于物质的相对原子质量或相对分子质量。
NA个某种微粒的总质量为摩尔质量。
由于组成物质的微粒大小、
质量不一样,故1mol任何物质的
质量也是不相同的。
任何原子、分子或离子的摩尔质量,当单位为
g/mol时,其数值上等于其原子量、
分子量或离子式量。
物质的摩尔质量与物质的量、相对原子质量(相对分子质量)的关系如下表实例:
微粒符号
相对原子质量
1个微粒真实
物质的
所含微粒
摩尔质量
质量(g)
量(mol)
数(个)
(g·mol-1)
C
12
1.993×10-23
1
6.02
×1023
12
Fe
56
9.3×10-23
1
6.02
×1023
56
O2
32
5.32
×10-23
1
6.02
×1023
32
H2O
18
2.99
×10-23
1
6.02
×1023
18
24
98
1.63
×
10
-22
1
6.02
×10
23
98
HSO
-
17
2.82
×
10
-23
1
6.02
×10
23
17
OH
Na+
23
3.82
×10-23
1
6.02
×1023
23
注意,摩尔质量的单位是
g/mol;原子量、分子量、式量都是相对比值,没有单位;
1mol物质的质
量单位是g。
三者的意义不同、单位不同、仅数值上相同。
化学式量是指该物质一个粒子(或单位组成)的质量与一个
126C原子质量的1/12之比所得的数值,
单位是1,使用时两者的意义是不一样的
(2)二个关系式
①物质的量(mol)
物质的质量g
摩尔质量g/mol
②物质的量(mol)
物质的微粒数
个
阿佛加德罗常数
个/mol
上面二个关系式中各种量之间的关系,也可归纳如下:
③化学方程式中的化学计量数之比,等于各物质的微粒数之比,也等于各物质反应时物质的量之比。
例如:
SO2+2H2S==3S
+2H2O
微粒数之比
1
∶2
∶3
∶
2
物质的量之比
1
∶2
∶3
∶
2
质量之比
16
∶17
∶24∶
9
四、气体摩尔体积与
22.4L·mol-1:
1、影响物质体积的因素:
从微观来看有:
(
1)微粒个数;(
2)微粒本身的大小;(
3)微粒间距离。
2
对于固体和液体来说,构成它们的微粒间的距离很小,
但微粒直径较大,所以含一定微粒个数的固
体或液体的体积取决于微粒大小,因为各种微粒直径不同,即微粒本身的大小不同,所以
1mol固体或
气体的体积不同。
对于气体来说,气体微粒间距离很大,通常情况下,是气体微粒直径的
10倍左右。
因此气体体积取决于微粒间距离,
气体微粒间平均距离与温度和压强有关。
当温度和压强一定时,
不同
气体微粒间的平均距离几乎是相等的。
2、气体摩尔体积
单位物质的量的气体所占的体积,叫气体的摩尔体积,其符号是
Vm,即Vm=V/n,单位是L/mol或
L·mol-1。
在标准状况下,1mol任何气体所占的体积都约是
22.4L。
进行有关计算时常写成
22.4L/mol
。
对于气体摩尔体积的理解,应注意以下几点:
(1)气体摩尔体积的适用范围是
气态物质。
因为固态或液态物质其微粒之间的距离很小,且不同
的固态或液态物质的微粒大小是不相同的,
因而固态或液态物质的体积主要由微粒本身的大小决定。
气
体分子间的平均距离比分子的直径大得多,在标准状况下不同气体的分子间的平均距离几乎是相等的,
所以在标准状况下,1mol任何气体所占的体积都约是22.4L。
(2)气体的体积与温度、压强有关,只有在
标准状况下(0℃、1.01×105Pa)1mol任何气体的体
积才是22.4L。
(标准状况可用
S、P、T表示)
(3)气体物质的量是1mol。
(4)“22.4L”这个数值是近似值,但在计算时就取
22.4L/mol
即可。
(5)气体摩尔体积不仅适用于纯气体,也适用于混合气体。
如
0.3mol
H与0.7molO的混合气在
2
2
标准状况下的体积约为
22.4L。
(6)1mol气体在非标准状况下的体积,可能是
22.4L,也可能不是22.4L。
应用气体摩尔体积的两个公式
①气体物质的量(
mol)
标准状况下气体的体积
L
气体摩尔体积
22.4L/mol
②标准状况下气体的密度(
g/L)
气体的摩尔质量
g/mol
气体摩尔体积
22.4L/mol
气体摩尔质量
=气体密度(S、P、T)×气体摩尔体积(
M=22.4)
3、阿佛加德罗定律及其推论
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。
这就是阿佛加德罗定律。
这个定律也可以记忆成:
同T、同P、同V时,N、n(气体)相同。
A.由三同推一同。
B.联系理想气体状态方程PV=nRT,可以得出一系列正比、反比关系。
阿佛加德罗定律的推论:
(1)同温、同压下,气体的体积之比等于其物质的量之比。
即同
V1
n1
T、同P时
n2
V2
(2)同温下,同体积气体的压强之比等于其物质的量之比。
即同
P1
n1
T、同V时
n2
P2
(3)同温、同压下,不同气体的密度之比等于其摩尔质量之比(或气体的分子量之比)
。
即同T、同P时
1
M1
M2
2
3
(4)同温、同压下,同体积的任何气体的质量之比等其分子量之比,也等于其密度之比。
即同T、同P、同V时
m1
M1
1
m2
M2
2
(5)同温、同压下,同质量的不同气体的体积之比等于其分子量的倒数之比。
即同T、
1
V1
M1
M2
同P、同m时
1
V2
M1
M2
【典型例题】
[例1]在标况下,某气体的密度是
1.25g/L,求该气体摩尔质量。
解析:
M
M
22.4Lmol1
Vm
M1.25g/L
22.4L/mol
28g/mol
点评:
此方法称为“绝对密度法”
[例2]在同温同压下,某气体对氢气的相对密度为
16,则该气体的摩尔质量是多少?
解析:
M1
1
D
M1
16
M116
2g/mol32g/mol
M2
2
M(H2)
点评:
此法称为“相对密度法”
[例3]在标况下,将1molN2
、2molO2、1molH2
混合,求混合气体的平均相对分子质量。
解析:
M
m总
M1n1
M2n2
n总
n1
n2
M
1
28
2
32
1
2
23.5
1
2
1
点评:
这个公式用于求混合气体的平均分子量
[例4]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
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公式:
36.5g/mol
x
29g/mol
(1L
x)
34.6g/mol
x0.75L
1L
1L
答案:
C
4
点评:
本题运用到了空气的平均相对分子质量(29),判断空气的存在应用了平均摩尔质量的方法。
【模拟试题】
1.下列有关气体体积的叙述中,正确的是()。
(上海市高考题)
A.一定温度、压强下,气态物质体积的大小由构成气体的分子大小决定。
B.一定温度、压强下,气态物质体积的大小由构成气体的分子数决定。
C.不同的气体,若体积不同,则它们所含的分子数也不同。
D.气体摩尔体积是指
1mol任何气体所占的体积约为
22.4L。
2.
某温度下,在一密闭容器中有适量的
Cl2和NH3
,完全反应后容器中只有
N2和NH4Cl颗粒,
则容器中反应前后的压强之比为(
)。
A.1:
11B.
11:
7C.
11:
1
D.
7:
11
3.
设NA代表阿伏加德罗常数,下列说法正确的是(
)。
(全国高考题)
A.2.7g金属铝变为铝离子时失去的电子数目为
0.3NA
B.在常温、常压下,11.2LN2含有的分子数为0.5NA
C.在常温、常压下,1molNe(氖气)含有的原子数为NA
4.在同温、同压下,有同质量的气体X和Y。
已知此时Y的体积大于X的体积,则它们的相对分
子质量关系是()。
(陕西省会考题)
A.MX
MY
B.
MX
MY
C.
MX
MY
D.
无法确定
5.
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(
)。
(云南省会考题)
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
6.
在150℃时,加热高氯酸铵发生分解反应
NHClO
N
Cl
O
HO,其气
2
4
4
2
2
2
2
4
2
态生成物组成的混合气的平均相对分子质量为(
)。
A.40.75
B.
29.375
C.
14.69
D.
无法计算
7.
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(
)。
(石家庄市测试题)
A.44
B.
48
C.
64
D.
71
8.下列物质分解时,若产生的气体在常温、常压时体积相同,则消耗下列物质的物质的量最小的是
()。
A.NaHCO3B.KClO3C.KMnO4D.NH4HCO3
9.1mol氧气在放电条件下,有30%转化为臭氧(O3),则放电后所得混合气体对氢气的相对密度是
()。
(北京市会考题)
A.16B.17.8C.18.4D.35.6
10.今有H2和CO(体积比为1:
2)的混合气体VL,当其完全燃烧时所需O2的体积为()。
(湖
5
南省会考题)
A.3VLB.2VLC.VLD.0.5VL
11.在一定温度、压强下,1体积X2(气)和3体积Y2(气)化合生成2体积的气体化合物,则该气体
化合物的化学式为()。
(苏州市测试题)
A.XY3B.XYC.X3YD.X2Y3
12.将m1g锌加到m2g20%的HCl溶液中去,反应结果共放出nL氢气(在标准状况下),则被还
原的HCl的物质的量是()。
(高考科研题)
A.m1molB.5m2molC.m2molD.nmol
6536.536.511.2
13.在同温、同压的条件下,相同体积的氧气和氢气的质量比为,密度比为,氧气对氢气
的相对密度为。
14.在标准状况下,1.6g某气态氧化物RO2的体积为0.56L。
该气体的物质的量是,摩尔质
量是,R的相对原子质量是。
15.30mL某气体NxHy全部分解生成30mLN2和60mLH2,上述气体的体积均在同温、同压的条
件下测定,由此推断该气体的相对分子质量是。
(浙江省联考题)
16.
实验测量CO与O2的混合气体的密度是相同状况下
H2密度的14.5倍,则该气体的平均摩尔质
量是
,CO与O2的物质的量之比为
,CO的质量分数是
。
17.
在一定温度和压强下,H2、O2、Cl2按体积比
10:
4:
1混合,将此混合气体在密闭容器内用电
火花引燃,待反应完全后冷却到室温。
容器内产生了盐酸,则盐酸溶液中溶质的质量分数为
。
(广
西自治区竞赛题)
18.
每升天然水中通入0.002g氯气就达到消毒作用,可供饮用。
0.002g
氯气在标准状况下的体积
为
mL。
19.
在同温、同压下,测得氢气密度为
0.089g/L,某种有刺激性的气体
X密度为2.927g/L。
又
知气体X是三原子分子并由两种元素组成,
两种元素的质量比为1:
1。
则气体X的化学式为
。
(河
北省测试题)
20.计算11.2L下列气体在标准状况下的质量:
(1)N2和O2体积比为4:
1的混合气体;
(2)N2质量分数为20%的N2和O2的混合气体。
(南昌市测试题)
6
试题答案
1.B
2.C
3.
AC
4.A
5.D
6.B
7.A
8.D
9.B
10.D
11.A
12.D
13.
16:
1;16:
1;16
14.
0.025mol;64g/mol;32
15.32
16.
29g/mol;3:
1;72.4%
17.
33.6%
18.
0.63
19.
SO2
20.
(1)14.4g
(2)15.56g
4、相对密度、平均分子量、平均摩尔质量及其计算。
①平均分子量:
对组成一定的混合物而言,可根据各组分的组成和分子量来计算平均分子量。
M
=MA·a%+MB·b%+,
②平均摩尔质量在数值上等于平均分子量。
③相对密度:
D=MA/MB
两种气体的密度之比称为相对密度。
如
A气体对B气体的相对密度用
DB表示为:
A
MA
DB
MB
B
由某气体对H2的相对密度DH
某
M某
2
,可知M某2DH
。
MH2
2
H2
由某气体对空气的相对密度
D空,可以知道M某
29D空。
5、在气体反应的化学方程式中,化学计量数之比等于各气体的体积之比,也等于各气体物质的量之比。
例如:
6、气体的质量、体积及微粒数、物质的量之间的换算关系
7
三.物质的量在化学实验中的应用
容量瓶的使用之一
1.使
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