化学计量在实验中的应用第讲物质的量气体摩尔体积.docx

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化学计量在实验中的应用第讲物质的量气体摩尔体积

第一章化学计量在实验中的应用

第一讲　物质的量　气体摩尔体积

考试说明

1．了解定量研究的方法是化学发展为一门学科的重要标志。

理解摩尔是物质的量的基本单位，可用于进行简单的化学计算。

2．了解物质的量的单位——摩尔、摩尔质量、气体摩尔体积和阿伏加德罗常数的含义。

3．根据物质的量与微粒数目、气体体积之间的关系进行有关计算。

一、物质的量

1．物质的量

物质的量实际上表示含有一定数目微观粒子的集合体。

符号为n，单位是摩尔（简称摩，符号mol），每摩尔物质含有阿伏加德罗常数个微粒。

适用于微观粒子或微观粒子的特定组合。

2．阿伏加德罗常数

12gC所含有的碳原子个数即为阿伏加德罗常数，即1mol物质所含有的微粒数。

符号：

NA，单位：

mol－1，数值约为6.02×1023，公式：

NA＝（N代表微粒个数）。

3．摩尔质量

单位物质的量的物质所具有的质量。

符号：

M，单位：

g·mol－1；数值等于该粒子的相对分子（或原子）质量，表达式：

M＝。

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。

考点导析

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＋3H22NH3,

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＋O22CO2＋3H2O①

C2H2＋O22CO2＋H2O②

C3H6＋O23CO2＋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＋O22H2O,2CO＋O22CO2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40