第3讲物质的量气体摩尔体积.docx
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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
【考纲解读】
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。
【考点解析】
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,单位符号为__________。
(2)物质的量的规范表示方法:
(3)阿伏加德罗常数(NA)
0.012kg12C所含的碳原子数为阿伏加德罗常数,其数值约为6.02×1023,单位为__________。
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__________。
公式:
M=
。
(2)数值:
以__________为单位时,任何粒子的摩尔质量在_________都等于该粒子的__________。
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。
【随堂练习1】
1.标准状况下有①0.112L水 ②0.5NA个HCl分子
③25.6gSO2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______________________。
2.计算或判断下列电解质溶液中的粒子数目
(1)含0.4molAl2(SO4)3的溶液中,含________molSO
,Al3+的物质的量________0.8mol(填“>”、“<”或“=”)。
(2)1L0.1mol·L-1的CH3COOH溶液中,n(CH3COOH)________0.1mol,n(CH3COO-)________0.1mol,n(H2O)________0.1mol(填“大于”“小于”或“等于”)。
3.最近材料科学家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。
4.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
A.①③B.②④C.①②D.②③
思维建模
有关微粒数目比较的思维方法
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_______,标准状况下,Vm=_______。
(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)
相同
条件
结论
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
=
温度、体积相同的气体,其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
【随堂练习2】
1.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________。
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
2.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( )
A.
B.
C.
D.
3.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( )
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
4.同温同压下,xg甲气体和yg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
4.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)所得混合气体的密度折合成标准状况为ρg·L-1,则混合气体的平均摩尔质量为________________。
(3)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__________________。
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
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。
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+O22SO3 2NO2
N2O4
N2+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只作氧化剂,而Cl2和NaOH反应,Cl2既作氧化剂,又作还原剂。
②Na2O2与CO2或H2O反应,Na2O2既作氧化剂,又作还原剂,而Na2O2与SO2反应,Na2O2只作氧化剂。
(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。
【随堂练习3】
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()
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()
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()
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℃时,pH=13的1.0LBa(OH)2溶液中含有的OH-数目为0.2NA()
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()
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()
考点四 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。
装置B测量收集气体体积时,应先将气体冷却至室温,再慢慢将量筒下移,使量筒内外的液面高度相同,再读取体积。
C装置则是直接将一种反应物置于倒置的漏斗中,另一反应物置于水槽中,二者反应产生的气体的体积可以直接测量。
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。
读数时,应先冷却至室温,再上下移动量筒,使量筒中液面和广口瓶内的液面相平后再读数。
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:
在利用B、C装置测定气体的质量时,要防止空气中的相关气体的干扰。
【例1】.为了测定已部分变质的过氧化钠样品的纯度,设计如图所示的实验装置,图中Q为弹性良好的气球,称取一定量的样品放入其中,按如图所示的装置安装好仪器,打开分液漏斗的活塞,将稀硫酸滴入气球中。
请回答下列问题:
(1)Q内发生反应生成________种气体,其中的反应有________个氧化还原反应。
(2)为测定反应时生成气体的总体积,滴稀H2SO4前必须关闭________(填“K1”、“K2”或“K3”,下同),打开___________________________________________________。
(3)当上述反应停止时,将K1、K2、K3均关闭,然后先打开K2,再缓缓打开K1,这时可观察到的现象是_________________________________________________________。
(4)b中装的固体试剂是__________,为何要缓缓打开K1?
__________。
(5)实验结束时,量筒Ⅰ中有xmL水,量筒Ⅱ中收集到ymL气体,则过氧化钠的纯度是________(用含x、y的式子表示,上述体积均已折算成标准状况)。
【例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)。
【针对训练】
1.(2012·四川理综,7)设NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( )
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
D.某密闭容器盛有0.1molN2和0.3molH2,在一定条件下充分反应,转移电子的数目为0.6NA
2.(2010·四川理综,7)NA表示阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.标准状况下,22.4L二氯甲烷的分子数约为NA个
B.盛有SO2的密闭容器中含有NA个氧原子,则SO2的物质的量为0.5mol
C.17.6g丙烷中所含的极性共价键为4NA个
D.电解精炼铜时,若阴极得到电子数为2NA个,则阳极质量减少64g
3.(2013·新课标全国卷Ⅱ,9)N0为阿伏加德罗常数的值。
下列叙述正确的是( )
A.1.0L1.0mol·L-1的NaAlO2水溶液中含有的氧原子数为2N0
B.12g石墨烯(单层石墨)中含有六元环的个数为0.5N0
C.25℃时pH=13的NaOH溶液中含有OH-的数目为0.1N0
D.1mol的羟基与1mol的氢氧根离子所含电子数均为9N0
4.(2013·上海,15)NA代表阿伏加德罗常数。
已知C2H4和C3H6的混合物的质量为ag,则该混合物( )
A.所含共用电子对数目为(a/7+1)NA
B.所含碳氢键数目为aNA/7
C.燃烧时消耗的O2一定是33.6a/14L
D.所含原子总数为aNA/14
5.(2013·江苏,7)设NA为阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是( )
A.1L1mol·L-1的NaClO溶液中含有ClO-的数目为NA
B.78g苯含有C===C双键的数目为3NA
C.常温常压下,14g由N2与CO组成的混合气体含有的原子数目为NA
D.标准状况下,6.72LNO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA
6.(2013·大纲全国卷,8)下列关于同温同压下的两种气体12C18O和14N2的判断正确的是
( )
A.体积相等时密度相等
B.原子数相等时具有的中子数相等
C.体积相等时具有的电子数相等
D.质量相等时具有的质子数相等
7.在同温同压下,A容器中盛有H2,B容器中盛有NH3,若使它们所含的原子数相等,则两个容器的体积之比是( )
A.2∶1B.1∶5C.2∶3D.5∶1
8.将ag二氧化锰粉末加入cLbmol·L-1的浓盐酸中加热完全溶解,反应中转移电子d个,设NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( )
A.可以收集到氯气
L
B.反应后溶液中的Cl-数目为
C.NA可表示为
D.反应后溶液中的H+数目为bc-2d
9.阿伏加德罗常数用NA表示,下列叙述正确的是( )
A.室温时,0.1L0.1mol·L-1的盐酸溶液中水电离出的H+数为10-13NA
B.1L0.2mol·L-1MgSO4溶液中的阳离子数小于0.2NA
C.2.88gND
中含有的电子数是1.8NA
D.常温常压下,3gHCHO和CH3COOH混合物中含有0.4NA个原子
10.右图所示实验装置用于测定气体摩尔体积,相关叙述正确的是()
A.用CCl4代替水,测得氢气的体积更准确
B.量气管压入漏斗的水过多而溢出,会导致测定失败
C.必须待体系温度降低到0℃时才可进行读数
D.上提水准管,量气管液面高度不断改变,说明装置漏气
11.在标准状况下15gCO与CO2的混合气体,体积为11.2L。
则:
(1)混合气体的平均摩尔质量是______________________________________________。
(2)CO的体积分数是______________________________________________________。
(3)CO2和CO的质量之比是________________________________________________。
(4)CO的质量分数是______________________________________________________。
(5)混合气体中所含氧原子的物质的量是_____________________________________。
(6)混合气体中所含碳原子的物质的量是______________________________________。
12.在120℃时分别进行如下四个反应:
A.2H2S+O2===2S+2H2OB.2H2S+3O2===2SO2+2H2O
C.C2H4+3O2―→2CO2+2H2OD.C4H8+6O2―→4CO2+4H2O
(1)若反应在容积固定的密闭容器内进行,反应前后气体密度(d)和气体总压强(p)同时符合关系式d前=d后和p前>p后的是________;符合关系式d前=d后和p前=p后的是________(填反应代号)。
(2)若反应在压强恒定、容积可变的密闭容器内进行,反应前后气体密度(d)和气体体积(V)同时符合关系式d前>d后和V前<V后的是________;符合关系式d前>d后和V前>V后的是________(填反应代号)。
13.某同学设计如图所示的装置分别进行不同的探究实验(夹持装置已略去),请回答下列问题:
实验
药品
制取气体
量气管中液体
Ⅰ
Cu、稀HNO3
NO
H2O
Ⅱ
NaOH(s)、浓氨水
NH3
Ⅲ
电石、饱和NaCl溶液
C2H2
H2O
Ⅳ
镁铝合金、NaOH溶液
H2
H2O
(1)如何检验如图所示装置的气密性:
_______________________________________。
(2)该同学认为实验Ⅰ可通过收集并测量NO气体的体积来探究铜样品的纯度,你认为是否可行?
__________(填“可行”或“不可行”),原因是_______________________。
(3)实验Ⅲ烧瓶中发生反应的化学方程式是____________________________________,
打开开关K,产生的气体经验纯后点燃
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