版新教材高中化学第2章第3节第2课时气体摩尔体积教案新人教版必修第一册.docx
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第2课时 气体摩尔体积
学业要求
核心素养对接
1.了解气体摩尔体积的含义和应用。
2.能运用气体摩尔体积进行简单计算。
1.在微观与宏观转换中提升对气体摩尔体积概念的理解。
2.通过分析、推理认识气体摩尔体积的构成要素及其相互关系。
[知识梳理]
知识点一 决定物质体积大小的因素
气球在挤压下体积很容易变小,而铅球在挤压下体积很难发生变化,为什么会这样,带着这个问题完成下面知识点:
1.物质体积大小的影响因素
结论:
(1)在相同条件下粒子数相同的不同固态或液态物质的体积不相同;
(2)在同温同压条件下,粒子数相同的任何气体的体积都相同。
2.阿伏加德罗定律
同温同压下,相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子。
T、p相同:
=
提醒:
由于气体体积受温度和压强的影响较大,温度和压强不同时,体积相同的两种气体的物质的量不一定相同,所含的分子数也不一定相同。
知识点二 气体摩尔体积
用打气筒给篮球打气时,气体源源不断的被打进去,而篮球的体积不发生变化,气体都去哪儿了?
气体的体积与什么因素有关?
只有气体才具有的性质
气体摩尔体积的数值不是固定不变的,它决定于气体所处环境的温度和压强。
微判断
(1)在相同条件下,1mol任何物质的体积均相同。
( )
(2)同温同压下,1mol气体的体积均为22.4L。
( )
(3)0.5molH2的体积约是11.2L。
( )
(4)标准状况下,1mol任何物质的体积都约为22.4L。
( )
(5)两种气体分子的分子数相同,体积也相同。
( )
(6)同温同压下,相同物质的量的气体的体积相同。
( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
微训练
1.下列说法正确的是( )
A.1mol任何气体的气体摩尔体积都约为22.4L·mol-1
B.20℃、1.0×105Pa时,同体积的O2与CO2含有相同的分子数
C.当1mol气态物质的体积为22.4L时,该气体一定处于标准状况
D.2mol气体的体积约为44.8L
答案 B
2.下列说法中,正确的是( )
A.1molO2和1molN2所占的体积都约为22.4L
B.在标准状况下,H2的气体摩尔体积约为22.4L
C.在标准状况下,1molH2和1molH2O所占的体积都约为22.4L
D.在标准状况下,22.4L由N2、N2O组成的混合气体中所含有的氮原子的物质的量约为2mol
答案 D
微思考
1.如何利用理想气体状态方程pV=nRT,推出阿伏加德罗定律及推论?
提示 由理想气体状态方程pV=nRT
假设同一气体不同状态方程分别为p1V1=n1RT1
p2V2=n2RT2
两式做比
=
①温度、压强相同时,
=
②温度、体积相同时
=
同理pV=nRT⇒p
=nRT⇒pM=ρRT
当温度压强相同时,
=
。
2.标准状况下,气体摩尔体积约为22.4L/mol,那么当气体摩尔体积为22.4L/mol时是否处于标准状况?
提示 不一定。
学习任务1 气体摩尔体积概念的理解
标准状况时的气体摩尔体积示意图如图。
同时还知道:
①在0℃和101kPa(标准状况)的条件下,气体摩尔体积约为22.4L·mol-1。
②在25℃和101kPa的条件下,气体摩尔体积约为24.5L·mol-1。
又查阅资料知道:
③在0℃和202kPa的条件下,气体摩尔体积约为11.2L·mol-1。
④在273℃和202kPa时,气体摩尔体积约为22.4L·mol-1。
1.由上述资料可知气体体积大小受哪些因素影响?
提示 气体的体积大小受温度和压强的影响。
2.标准状况下,如何由气体的体积求算气体的质量?
提示 设气体体积为V、摩尔质量为M
n=
,m=n·M=
1.标准状况下的气体摩尔体积
(1)1个条件:
必须为标准状况。
非标准状况下,1mol气体的体积不一定是22.4L。
因此在使用气体摩尔体积时,一定要看清气体所处的状态
(2)1种状态:
必须为气体。
如水、酒精、CCl4等物质在标准状况下不是气体。
(3)2个数据:
“1mol”“约22.4L”。
2.气体摩尔体积的适用范围
气体摩尔体积的适用范围是气体,可以是单一气体,也可以是混合气体,如0.2molH2与0.8molO2的混合气体在标准状况下的体积约为22.4L。
3.气体摩尔体积的计算
①气体的物质的量n=
②气体的密度ρ=
=
=
③气体的分子数N=n·NA=
·NA。
④气体的质量m=n·M=
·M。
特别提醒:
(1)气体摩尔体积的描述对象是气态物质,可以是单一气体,也可以是混合气体。
(2)不同温度和压强下,气体摩尔体积不同,例如在25℃、101kPa时,Vm=24.5L·mol-1。
因此,在讨论气体摩尔体积时,必须注明气体所处的温度和压强。
【例题1】 设NA表示阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是 注意标准状况与物质状态( )
A.0.5molO3与11.2LO2所含的分子数一定相等
B.常温常压下,18gH2O中含有的原子总数为3NA
C.标准状况下,22.4L的CCl4中含有的CCl4分子数为NA
D.常温常压下,22.4L的NO2和CO2混合气体含有2NA个氧原子
解析 因为不知道11.2LO2是否处于标准状况下,所以无法计算其物质的量,A选项错误;18g水为1mol,每个水分子中有3个原子,所以18g水所含的原子总数为3NA,B正确;标准状况下四氯化碳为液态,故无法计算其物质的量,C错误;D项中已知气体的体积求物质的量,必须知道气体摩尔体积,所以条件错误,D错误。
答案 B
变式训练1 下列说法正确的是( )
A.22.4L任何气体的物质的量均为1mol
B.0.2molH2和0.8molCO2组成的混合物气体在标准状况下的体积约为22.4L温度、压强很重要
C.标准状况下,1mol任何物质的体积必定是22.4L
D.22.4LCO2和18gH2O所含的分子数相等
解析 没有指明标准状况,A项错误;气体摩尔体积适用于单一气体,也可以是混合气体,只要符合物质的量为1mol,且为标准状况下,体积都约为22.4L,B项正确;标准状况下,1mol任何气体的体积都约为22.4L,C项错误;18gH2O是1molH2O,但22.4LCO2不一定是1mol,因为其所处条件不确定,D项错误。
答案 B
学习任务2 阿伏加德罗定律及其推论
1.相同体积的两个容器,一个盛放氧气,一个盛放氢气,在同温、同压下,两容器中气体分子的数目有何关系?
提示 同温同压下,同体积的不同气体具有相同的分子数。
2.相同体积的甲、乙两个容器,甲中盛放1mol氮气,乙中盛放2mol氮气,则在相同温度下,甲、乙两容器中压强之比是多少?
提示 同温同体积时,气体的压强与其物质的量成正比,故甲、乙两容器中压强之比是1∶2。
阿伏加德罗定律的推论
相同条件
结论
公式
语言叙述
同温同压
=
=
同温同压下,体积比等于物质的量之比,等于分子数之比
同温同容
=
=
同温同容下,压强比等于物质的量之比,等于分子数之比
同温同物
质的量
=
同温同物质的量下,压强比等于体积的反比
同温同压
=
同温同压下,密度比等于摩尔质量之比
同温同压
同体积
=
同温同压下,体积相同的气体,其摩尔质量与质量成正比
【例题2】 在容积相同的两个密闭容器中分别充满气体O2、O3,当这两个容器内温度和压强相等时,下列说法正确的是 T、p相同( )
A.两种气体的物质的量不相等
B.两种气体的质量相等
C.两种气体所含的原子数目相等
D.两种气体所含的分子数目相等
解析 等温等压等体积的气体具有相等的物质的量和分子数,A错误,D正确;因其摩尔质量不相等,故其质量不相等,B错误;因分子的组成不相同,在分子数相同的前提下,其原子数是不相同的,C错误。
答案 D
变式训练2 下列叙述正确的是( )
A.同温同压下,相同体积的物质,其物质的量必然相等
B.任何条件下,等物质的量的乙烯(C2H4)和一氧化碳所含的分子数必然相等 注意条件
C.1L一氧化碳气体一定比1L氧气的质量小
D.同温同压下,等体积的物质所含的分子数一定相等
解析 只有气态物质才符合阿伏加德罗定律——在同温同压下,具有相同体积的气体的分子数相等;具有相同物质的量的两种由分子构成的物质具有相同的分子数;因温度、压强不能确定,故1LCO和1LO2的物质的量大小也不能确定,即二者的质量大小无法确定。
答案 B
学习任务3 (核心素养)气体摩尔体积的应用要点
一、知识要点
外部条件
①标准状况
②相同条件
物质状态
标准状况下,H2O、SO3、HF、CCl4等都为非气态
二、核心素养
(1)V→气体⇒提升学生的宏观辨识素养
(2)Vm→模型参数⇒培养学生的模型认识水平
【素养解题】
[典例示范] 下列说法中正确的是( )
A.标准状况下,1mol水的体积是22.4L
B.1mol任何气体体积均为22.4L
C.在标准状况下,0.3molN2和0.7molO2混合气体总体积约为22.4L
D.通常状况下,1molN2的体积约为22.4L
[气体摩尔体积问题解题思维模型]
明晰聚集状态
明确气体状态
易错防范、智能储备
A项,水在标准状况下为液体,B、C、D三项中的物质均为气态
B项未指明为标准状况;D项通常状况
(1)审题时注意是否注明标准状况
(2)常见易混物质,以下物质标准状况下不是气体:
H2O、SO3、Br2、HF、CCl4、乙醇
(3)气体可以为单一气体、混合气体(各成分间不能相互反应)
答案 C
三、对点训练
1.在两个容积相同的容器中,一个盛装氯化氢气体,另一个盛装氢气和氯气的混合气体。
在同温同压下,两容器内的气体一定具有相同的( )
A.原子数B.密度
C.质量D.相对分子质量
解析 同温同压下,相同体积的气体所含分子数相等,由于H2、Cl2、HCl都是双原子分子,故它们所含原子数也相等。
答案 A
2.设NA为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的CCl4中含有的CCl4分子数为NA
B.标准状况下,22.4L空气含有NA个单质分子
C.常温常压下,2.24LCO和CO2混合气体中含有的碳原子数目为0.1NA
D.常温下,23gNO2含有NA个氧原子
解析 CCl4在标准状况下为液态,不能用气体摩尔体积进行计算,A错误;空气是由氧气、氮气和CO2等组成的混合物,B错误;C项为非标准状况下,不能使用标准状况下的气体摩尔体积,该体积的气体物质的量小于0.1mol,错误。
答案 D
3.阿伏加德罗定律之所以能够成立的本质原因是在一定温度和压强下( )
A.气体体积的大小只随分子数的多少变化
B.相同体积的气体含有相同的分子数
C.不同气体分子的大小几乎相等
D.不同气体分子间的平均距离几乎相等
解析 分子的直径相对于分子间的距离而言太小,所以气体的体积主要决定于分子间的距离。
答案 D
4.下列两种气体的分子数一定相等的是( )
A.质量相等、密度不等的N2和C2H4
B.等温等密度的CO和C2H4
C.等温等体积的O2和N2
D.等压等体积的N2和CO2
解析 N2和C2H4的摩尔质量相等,故质量相等,则物质的量相等。
答案 A
5.
(1)与17gNH3所含有分子数相同的氧气的体积(标准状况)是________L,氧原子数是________。
(2)某3.65g气体在标准状况下的体积是2.24L,则其摩尔质量是__________。
解析
(1)17gNH3分子的物质的量是1mol,故氧气在标准状况下的体积是22.4L,氧原子数是l.204×1024。
(2)标准状况下2.24L气体的物质的量是0.1mol,故其摩尔质量是
=36.5g·mol-1。
答案
(1)22.4 1.204×1024
(2)36.5g·mol-1
[合格练]
1.同温同压下,两种气体的体积如果不相同,请你推测其主要原因是( )
A.气体的分子大小不同
B.气体的物质的量不同
C.气体分子的化学性质不同
D.气体分子间的平均距离不同
解析 同温同压下,气体的体积取决于其物质的量,物质的量不同,则其体积不同。
答案 B
2.常温常压下,用等质量的CH4、CO2、O2、SO2四种气体分别吹出四个气球,其中气体为CH4的是( )
解析 将n=
代入V=Vm·n=
,由此可知相同质量、相同温度和压强下,气体体积与摩尔质量成反比。
该四种气体中CH4摩尔质量最小,故体积最大。
答案 D
3.下列叙述正确的是( )
A.一定温度、压强下,气体体积由其分子的大小决定
B.一定温度、压强下,气体体积由气体的物质的量的多少决定
C.气体摩尔体积是指1mol任何气体所占的体积为22.4L
D.不同的气体,若体积不等,则它们所含的分子数一定不相等
解析 一定温度和一定压强下,气体的体积由分子数多少决定,故A项错误;气体摩尔体积是指1mol任何气体在一定温度和压强下所占的体积,22.4L是标准状况下的体积,故C项错误;对于不同的气体,气体体积不等,它们所含的分子数有可能相等,故D项错误。
答案 B
4.如图两瓶体积相等的气体,在同温、同压下瓶内气体的关系一定正确的是( )
A.原子数相等B.密度相等
C.质量相等D.摩尔质量相等
解析 由同温、同压可得Vm相同,再由公式n=
可得两瓶内分子的物质的量相同,又都是双原子分子,所以原子的物质的量相同,由个数之比等于物质的量之比可得两瓶中所含原子数相同,A项正确;两瓶内分子的物质的量相等,由m=nM,M不一定相等,故m不一定相等,同时由ρ=
也可得ρ不一定相等。
答案 A
5.在标准状况下,与12gH2的体积相等的N2的( )
A.质量为12gB.物质的量为6mol
C.体积为22.4LD.物质的量为12mol
解析 12gH2的物质的量为6mol,因二者体积相等,所以N2的物质的量也为6mol,B正确,N2的质量为:
28g/mol×6mol=168g,A错误;体积为22.4L/mol×6mol=134.4L,C错误。
答案 B
6.关于同温、同压下等体积的N2O(气体)和CO2的叙述:
①质量相同;②所含碳原子数与氮原子数相等;③所含分子数相等,其中正确的是( )
A.①②③ B.②③
C.①② D.①③
解析 同温、同压下等体积的两种气体N2O和CO2,其物质的量相等,所含的分子数也相等,二者的摩尔质量均为44g·mol-1,故二者的质量也相等;由于二者分子中所含的碳原子数与氮原子数不同,故②错误。
答案 D
7.下列说法中正确的是( )
A.32gO2占有的体积约为22.4L
B.22.4LN2含阿伏加德罗常数个氮分子
C.在标准状况下,22.4L水的质量约为18g
D.22g二氧化碳与标准状况下11.2LHCl含有相同的分子数
解析 A、B项都没有指明在标准状况下,因而是错误的;C项在标准状况下水是液体;D项中22gCO2的物质的量与标准状况下的11.2LHCl的物质的量相等,所含分子数也相等。
答案 D
8.下列示意图中,白球代表氢原子,黑球代表氦原子,方框代表容器,容器中间有一个可以上下滑动的隔板(其质量可忽略不计)。
其中能表示等质量的氢气与氦气的是( )
解析 等质量的H2与He的物质的量的关系为n(H2)∶n(He)=2∶1,相同条件下气体的物质的量与体积成正比,所以其体积关系为V(H2)∶V(He)=2∶1,C、D均错误;B中氦气应为单原子分子。
答案 A
9.
(1)现有34g某气体,摩尔质量为17g·mol-1,则:
①该气体为________mol。
②该气体所含分子数为________NA。
③该气体在标准状况下的体积为________L。
(2)________gH2O中的氧原子数目与标准状况下22.4LCO2中的氧原子数目相同。
解析
(1)该气体的物质的量为34g/(17g·mol-1)=2mol,分子数为2NA,在标准状况下的体积为22.4L·mol-1×2mol=44.8L。
(2)标准状况下22.4LCO2是1mol,氧原子的物质的量是2mol,故水是2mol,即36g。
答案
(1)①2 ②2 ③44.8
(2)36
10.同温同压下,若A容器中充满O2,B容器中充满O3。
(1)若所含分子总数相等,则A容器和B容器的容积之比是________。
(2)若两容器中所含原子总数相等,则A容器和B容器的容积比是________。
(3)若两容器的体积比为3∶2,则O2和O3物质的量之比为________,质量之比为________,密度之比为________。
解析
(1)根据阿伏加德罗定律:
同温同压同体积的气体具有相同的分子数,故A容器和B容器的容积比是1∶1。
(2)原子总数相等,则分子总数之比为3∶2,物质的量之比为3∶2,故两容器容积比是3∶2。
(3)两容器的体积比为3∶2,则两气体的物质的量之比为3∶2,质量之比为(3×32)∶(2×48)=1∶1,密度之比为(1÷3)∶(1÷2)=2∶3。
答案
(1)1∶1
(2)3∶2 (3)3∶2 1∶1 2∶3
[能力练]
11.
(1)质量之比为16∶7∶6的三种气体SO2、CO、NO,分子数之比为________;氧原子数之比为________;相同条件下的体积之比为________。
(2)标准状况下,1.7gNH3的体积为________L,它与标准状况下________LH2S含有相同数目的氢原子。
(3)某气体氧化物的化学式为RO2,标准状况下,1.28g该氧化物的体积为448mL,则该氧化物的摩尔质量为________,R的相对原子质量为________。
解析
(1)质量之比为16∶7∶6,说明SO2、CO、NO的物质的量之比为
∶
∶
=5∶5∶4,所以其分子数之比为5∶5∶4,氧原子数之比为10∶5∶4,相同条件下的体积之比为5∶5∶4。
(2)1.7gNH3的物质的量为1.7g÷17g·mol-1=0.1mol,标准状况下的体积为0.1mol×22.4L·mol-1=2.24L,0.1molNH3含有0.3molH,与0.15molH2S含有相同数目的氢原子,则标准状况下0.15molH2S的体积为0.15mol×22.4L·mol-1=3.36L。
(3)标准状况下,1.28g该氧化物的体积为448mL,其物质的量为0.448L÷22.4L·mol-1=0.02mol,摩尔质量为1.28g÷0.02mol=64g·mol-1,R的相对原子质量为64-16×2=32。
答案
(1)5∶5∶4 10∶5∶4 5∶5∶4
(2)2.24
3.36 (3)64g·mol-1 32
12.标准状况下,①6.72LCH4 ②3.01×1023个HCl分子 ③0.2molNH3,这三种气体按质量由大到小排列的顺序是(填物质的数字代号,下同)________,按氢原子数由少到多排列的顺序是________,密度由大到小排列的顺序是________。
解析 先计算出三种气体的物质的量:
n(CH4)=
=0.3mol,n(HCl)=
=0.5mol,n(NH3)=0.2mol。
质量分别是:
m(CH4)=0.3mol×16g·mol-1=4.8g,m(HCl)=0.5mol×36.5g·mol-1=18.25g,m(NH3)=0.2mol×17g·mol-1=3.4g,故顺序由大到小是:
②>①>③。
氢原子数分别为0.3mol×4=1.2mol,0.5mol×1=0.5mol,0.2mol×3=0.6mol,故氢原子数由少到多的顺序为②<③<①;相同状况下气体相对分子质量越大,密度越大,故密度②>③>①。
答案 ②>①>③ ②<③<① ②>③>①
13.现有mg某气体,它由双原子分子构成,它的摩尔质量为Mg/mol。
若阿伏加德罗常数用NA表示,则:
(1)该气体的物质的量为________mol。
(2)该气体所含原子总数为________个。
(3)该气体在标准状况下的体积为________L。
(4)该气体在标准状况下的密度为________g/L。
解析
(1)由n=m/M可求;
(2)由物质的量可求得该气体的分子数,进一步可求得原子数;(3)由V=nVm可求得该气体在标准状况下的体积;(4)由质量和已求得的标准状况下的体积可求得密度,也可以由M=Vm·ρ求得密度。
答案
(1)m/M
(2)2mNA/M (3)22.4m/M
(4)M/22.4
14.
(1)在标准状况下,CO和CO2的混合气体共39.2L,质量为61g,则两种气体的物质的量之和为________mol,其中CO2为________mol,CO占总体积的________,混合气体的摩尔质量为________。
(2)同温同压下,同体积的甲烷(CH4)和二氧化碳中,所含分子数之比为________,物质的量之比为________,原子数之比为________,质量之比为________,密度之比为________。
(3)在标准状况下,4gH2、11.2LO2、1molH2O中,所含分子数最多的是________,原子数最多的是________,质量最大的是________,体积最小的是________。
解析
(1)混合气体的物质的量之和为
=1.75mol。
设混合气体中CO的物质的量为x,CO2的物质的量为y,则有x+y=1.75mol,28g·mol-1x+44g·mol-1y=61g,解得x=1mol,y=0.75mol。
CO的体积分数即为物质的量分数,即
×100%≈57.1%。
M(混)=
=
≈34.9g/mol。
(2)同温同压下,同体积的CH4、CO2的物质的量相同。
(3)n(H2)=
=2mol,n(O2)=
=0.5mol,再转化为其他的相关的量进行比较。
答案
(1)1.75 0.75 57.1% 34.9g/mol
(2)1∶1 1∶1 5∶3 4∶11 4∶11
(3)H2 H2 H2O H2O
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