内容正文:
第1章 认识化学科学
第3节 化学中常用的物理量——物质的量
第2课时 气体摩尔体积
核心素养发展重点 学业要求
发展严谨求实的科学态度,基于物质的量定量认识物质的组成及物质的化学变化。 1.能运用物质的量、气体摩尔体积之间的相互关系进行简单计算。
2.会应用阿伏加德罗定律及其推论进行有关的计算和现象的解释。
学生自主学习
01
课堂互动探究
02
目录
CONTENTS
课时作业
03
学生自主学习
温度和压强
单位物质的量的气体
Vm
L·mol-1或m3·mol-1
22.4 L·mol-1
n×Vm
相同体积的任何气体都含有相同数目的分子
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6
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)标准状况下,1 mol任何物质的体积都约为22.4 L。( )
(2)11.2 L N2的物质的量为0.5 mol。( )
(3)在标准状况下,H2的气体摩尔体积约为22.4 L。( )
(4)1 mol O2和1 mol N2所占的体积都约为22.4 L。( )
(5)同温同压下,相同物质的量的气体的体积相同。( )
(6)标准状况下,18 g H2O所占的体积为22.4 L。( )
×
×
√
×
×
×
答案
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7
解析:(1)标准状况下,1 mol固(或液)体所占的体积不是22.4 L。
(2)没有指明标准状况。
(3)气体摩尔体积的单位是L/mol。
(4)没有指明状况。
(6)水在标准状况下为非气态。
解析
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8
2.下列关于气体摩尔体积的说法不正确的是( )
A.指单位物质的量的气体所占的体积
B.常用单位为L·mol-1或m3·mol-1
C.常温常压下,1 mol任何气体的体积均约为22.4 L
D.其数值不是固定不变的,受温度和压强影响
答案
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9
解析:体积相同的甲、乙两容器,同温同压下,两容器内气体的物质的量相等,所以分子总数相等。1 mol CO中含有2 mol原子、14 mol电子和14 mol质子。1 mol C2H4中含有6 mol原子、16 mol电子和16 mol质子。
3.体积相同的甲、乙两容器,同温同压下,一个充满CO气体,另一个充满C2H4气体。两容器内气体一定具有相同的( )
A.原子总数 B.分子总数
C.电子总数 D.质子总数
答案
解析
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10
解析:未明确是否为标准状况,不能用22.4 L/mol来计算气体的体积,A错误;因为CO和N2的摩尔质量相等,所以等质量的CO和N2的物质的量相等,但题目中没有明确两气体所处的温度和压强是否相同,所以无法判断二者的体积是否相等,C错误;未明确是否为标准状况,不能用22.4 L/mol来计算气体的体积,D错误。
4.下列叙述正确的是( )
A.1.5 mol O2的体积是33.6 L
B.在标准状况下,2 mol H2的体积是44.8 L
C.等质量的CO和N2的体积相等
D.32 g O2的物质的量是1 mol,其体积是22.4 L
答案
解析
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11
解析:气体体积受外界温度和压强的影响较大,题给Cl2和HCl的物质的量相等,但未说明二者所处的温度和压强是否相同,则二者的体积无法比较。
5.1 mol Cl2和1 mol HCl气体相比较,二者的体积关系为( )
A.前者大 B.后者大
C.相等 D.无法确定
答案
解析
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12
课堂互动探究
探究一 气体体积、气体摩尔体积与物质的量间的关系
课堂互动探究
14
课堂互动探究
15
2.气体摩尔体积使用时注意的问题
(1)气体体积与气体摩尔体积是两个不同的概念,使用时要避免混淆。如标准状况下,1 mol O2的体积是22.4 L,O2的气体摩尔体积是22.4 L·mol-1。
(2)使用22.4 L·mol-1时应该注意的问题
①条件必须是标准状况(0 ℃、101 kPa)。
②物质必须是气体,可以是单一气体也可以是混合气体。
(3)条件对气体摩尔体积的影响
温度与压强都影响气体的体积,不同温度和压强下,气体摩尔体积的数值也可能相同,如改变温度和压强,在非标准状况下气体摩尔体积也可能是22.4 L·mol-1。
课堂互动探究
16
[特别提示] ①气体摩尔体积不仅适用于单一、纯净的气体,也适用于混合气体。
②只有气体且在标准状况时,计算时才用Vm=22.4 L·mol-1,在标准状况下的非气态物质或气体在非标准状况下,都不能用22.4 L·mol-1进行计算。
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17
1.下列有关气体体积的叙述正确的是( )
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,气体体积由其物质的量的多少决定
C.气体摩尔体积是指1 mol任何气体所占的体积为22.4 L
D.不同的气体,若体积不等,则它们所含的分子数一定不等
答案
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18
解析:在温度、压强一定时,气体的体积与物质的量成正比;气体的体积受温度和压强的影响,体积不等的气体,若温度、压强相同,分子数一定不同,若温度、压强不同,则分子数不确定是否相等,所以A、D错误,B正确;非标准状况下气体摩尔体积不一定为22.4 L·mol-1,C错误。
解析
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19
2.用NA表示阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( )
A.非标准状况下,1 mol NH3的体积不可能是22.4 L
B.含有NA个氦原子的氦气在标准状况下的体积为11.2 L
C.11.2 L Cl2含有的分子数为0.5NA
D.标准状况下,11.2 L H2中含有的分子数为0.5NA
解析:同时改变温度与压强,在非标准状况下,1 mol NH3的体积也可能是22.4 L,A错误。氦气为单原子分子,故含有NA个氦原子的氦气的物质的量为1 mol,在标准状况下的体积为22.4 L,B错误。未指明气体所处状况,不能确定11.2 L Cl2的物质的量,C错误。标准状况下,11.2 L H2的物质的量为0.5 mol,D正确。
答案
解析
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20
3.(1)标准状况下,33.6 L N2的物质的量为_____mol,其分子数为__________。
(2)0.4 mol某气体的体积为9.8 L,则该气体的气体摩尔体积为___________,气体所处的条件________(填“是”或“不是”)标准状况。
答案
1.5
9.03×1023
24.5 L·mol-1
不是
解析
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21
探究二 阿伏加德罗定律及推论
1.阿伏加德罗定律
(1)阿伏加德罗定律适合于任何气体,可以是单一气体,也可以是混合气体。
(2)阿伏加德罗定律的内容可归纳为“三同定一同”,即T、p、V、N中任意三个量相同,另一个量一定相同。
(3)阿伏加德罗定律中的“分子数”相同,原子数不一定相同。
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22
课堂互动探究
23
4.下列说法中不正确的是( )
A.常温常压下,1 L H2和1 L O2混合,体积等于2 L
B.等温等压时,气体密度与其摩尔质量成正比
C.等温等物质的量时,气体压强与气体的体积成反比
D.等温等体积等质量时,气体压强与气体相对分子质量成正比
答案
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24
解析:相同条件下,气体体积可以相加,所以常温常压下1 L H2和1 L O2混合,体积等于2 L,A正确;等温等压时,气体密度与其摩尔质量成正比,摩尔质量越大,密度越大,B正确;根据pV=nRT,等温等物质的量时,气体压强与气体的体积成反比,C正确;等温等体积等质量时,气体压强与气体物质的量成正比,物质的量与摩尔质量成反比,D错误。
解析
课堂互动探究
25
5.向三个密闭容器中分别充入Ne、H2、O2三种气体,下列有关这三种气体的叙述正确的是( )
A.同温、同压、同体积时,三种气体的密度关系:ρ(H2)>ρ(Ne)>ρ(O2)
B.温度、密度相同时,三种气体的压强关系:p(H2)>p(Ne)>p(O2)
C.质量、温度、压强均相同时,三种气体的体积关系:V(O2)>V(Ne)>V(H2)
D.温度、压强、体积均相同时,三种气体的质量关系:m(H2)>m(Ne)>m(O2)
答案
课堂互动探究
26
解析:根据阿伏加德罗定律的推论,同温、同压时,气体的密度与摩尔质量成正比,A错误;温度、密度相同时,气体的压强与摩尔质量成反比,B正确;质量、温度、压强均相同时,气体的体积与摩尔质量成反比,C错误;温度、压强、体积均相同时,气体的质量与摩尔质量成正比,D错误。
解析
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27
本课小结
标准状况下气体的m、N、V之间的换算关系:
。
课堂互动探究
28
课时作业
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★
对点 阿伏加德罗定律及其推论 阿伏加德罗定律的推论 气体摩尔体积 气体摩尔体积与外界条件的关系 阿伏加德罗定律及其推论的应用 质量、体积与微粒数目的关系 气体体积与分子数的相互换算 阿伏加德罗定律的推论的应用
题号 9 10 11 12 13 14 15
难度 ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★ ★ ★★★
对点 阿伏加德罗定律的推论的应用 质量、体积、摩尔体积与微粒数的关系 阿伏加德罗常数及其应用 阿伏加德罗定律及其推论的应用 阿伏加德罗定律及其推论的应用 质量、体积、密度、物质的量、微粒数的计算 阿伏加德罗定律的推论的应用
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一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.下列叙述正确的是( )
A.同温同压下,相同体积的气体,其分子数一定相等,原子数也一定相等
B.任何条件下,等物质的量的甲烷(CH4)气体和CO气体所含有的原子数一定相等
C.1 L CO气体一定比1 L O2的质量小
D.同温同压下的CO和N2,若它们体积相同,那么它们的质量也一定相等
答案
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解析:根据阿伏加德罗定律,同温、同压、同体积的气体,其分子数一定相等,但原子数不一定相等,A错误;等物质的量的甲烷(CH4)气体和CO气体所含有的分子数一定相等,原子数一定不相等,B错误;不知气体的温度、压强,不能比较1 L CO和1 L O2的质量,C错误。
解析
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2.(2024·杭州高一质检)在一定温度和压强下,2体积X2气体与3体积Y2气体恰好完全反应,生成2体积Z,则Z的化学式可能是( )
A.XY3 B.XY
C.X3Y D.X2Y3
答案
解析:同温同压下,气体的体积之比等于气体的物质的量之比,在化学反应中,参加反应的各物质的物质的量之比又等于各物质的化学计量数之比。由题意可得化学方程式:2X2+3Y2===2Z,由质量守恒定律可得Z的化学式为X2Y3或Y3X2。
解析
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3.下列有关气体摩尔体积的描述中正确的是( )
A.相同条件下,气体物质的量越大,气体摩尔体积越大
B.通常状况下的气体摩尔体积大于22.4 L·mol-1
C.非标准状况下的气体摩尔体积不可能为22.4 L·mol-1
D.在标准状况下,混合气体的气体摩尔体积比22.4 L·mol-1大
答案
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解析:气体摩尔体积的数值与气体的物质的量无关,A错误;标准状况下,气体摩尔体积约为22.4 L·mol-1,通常状况下,由于温度高于0 ℃,气体分子间间隔增大,故气体摩尔体积大于22.4 L·mol-1,B正确;标准状况下,气体摩尔体积约为22.4 L·mol-1,但当气体摩尔体积为22.4 L·mol-1时,不一定是标准状况下的气体,因为温度和压强都可以影响气体的体积,C错误;气体摩尔体积的数值只受状态的影响,与气体的种类无关,D错误。
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4.用NA表示阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( )
A.含有NA个氮原子的氮气的体积约为11.2 L
B.标准状况下,11.2 L H2O中含有的分子数为0.5NA
C.常温常压下,11.2 L Cl2中含有的分子数为0.5NA
D.常温常压下,64 g SO2中含有的原子数为3NA
答案
解析:A项,N2为0.5 mol,但没有给出气体所处的条件,无法确定气体的体积。B项,水在标准状况下不是气体。C项,该条件下11.2 L Cl2的物质的量不是0.5 mol。D项,64 g SO2为1 mol,含有3 mol原子,即原子数为3NA。
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5.同温、同压下,等质量的SO2和CO2相比较,下列叙述中正确的是( )
A.体积之比1∶1 B.体积之比16∶11
C.密度之比16∶11 D.密度之比11∶16
答案
解析:在同温、同压下,气体体积之比等于物质的量之比,密度之比等于摩尔质量之比。
解析
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6.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CO B.等压等体积的N2和CO2
C.等体积等密度的CO2和CO D.等温等体积的O2和N2
答案
解析:N2和CO的摩尔质量均为28 g/mol,故两者质量相等时,物质的量相等,则分子数相等,故A正确;只是体积和压强相等,温度是否相等不明确,则气体摩尔体积的数值是否相等不明确,故物质的量是否相等、分子数是否相等无法确定,故B错误;等体积等密度的CO2和CO的质量相等,但由于CO2和CO的摩尔质量不相等,故两者的物质的量不相等,分子数不相等,故C错误;只是温度和体积相等,压强是否相等不明确,则气体摩尔体积的数值是否相等不明确,故物质的量是否相等、分子数是否相等无法确定,故D错误。
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答案
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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自由滑动的隔板(其质量忽略不计)。其中能表示等质量的氢气与氦气的是( )
答案
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解析:氢气与氦气质量之比为1∶1,则二者的物质的量之比为2∶1,则同温同压下体积之比为2∶1。白球代表氢原子,黑球代表氦原子,符合物质的量之比为2∶1,体积之比为2∶1的是选项A。
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9.(2024·泉州市四校高一期中联考)在相同容积的密闭容器中,1 g O2与1 g X气体的压强(p)与温度(T)的关系如图所示,则X气体可能是( )
A.CO B.CO2
C.CH4 D.NO
答案
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11.用NA表示阿伏加德罗常数的值。下列叙述中正确的是( )
A.常温常压下,14 g由N2与CO组成的混合气体含有的原子数目为NA
B.标准状况下,22.4 L N2和H2混合气体中含NA个原子
C.标准状况下,22.4 L盐酸含有NA个HCl分子
D.23 g Na与足量H2O反应完全后可生成NA个H2分子
答案
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12.同温、同压下,质量忽略不计的两气球A和B,分别充入X气体和Y气体,且充气后两气球的体积相同。若相同条件下,A气球放在CO中静止不动,B气球放在O2中上浮。则下列叙述正确的是( )
A.X气体的摩尔质量比Y气体的摩尔质量大
B.X可能是N2,Y可能是CH4
C.X气体的密度小于Y气体的密度
D.充气后A气球的质量比B气球的质量大
答案
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解析:同温、同压下,气体的密度之比等于其摩尔质量之比。A气球放在CO中静止不动,说明X气体与CO的密度相等,摩尔质量也相等,B气球放在O2中上浮,说明Y气体的密度小于O2的,摩尔质量也小于O2的。X气体与Y气体的摩尔质量无法比较,A错误。X气体与Y气体的密度无法比较,C错误。充气后A气球的质量与B气球的质量无法比较,D错误。
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13.在两个密闭容器中,分别充有质量相等的甲、乙两种气体。若两容器的温度和压强均相等,且甲的密度大于乙的密度,则下列说法正确的是( )
A.甲的分子数比乙的分子数多
B.甲的物质的量比乙的物质的量少
C.甲的气体摩尔体积比乙的气体摩尔体积小
D.甲的相对分子质量比乙的相对分子质量小
答案
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二、非选择题
14.某双原子分子构成的气体,其摩尔质量为M g·mol-1,该气体质量为m g,设阿伏加德罗常数的值为NA,则:
(1)该气体的物质的量为________mol。
(2)该气体在标准状况下的体积为______L。
(3)该气体在标准状况下的密度为________g·L-1。
(4)该气体所含原子总数为________个。
(5)该气体的一个分子的质量为________g。
答案
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15.(1)标准状况下,1.92 g某气体的体积为672 mL,则此气体的相对分子质量为____。
(2)在25 ℃、101 kPa的条件下,同质量的CH4和A气体的体积之比是15∶8,则A的摩尔质量为________。
(3)两个相同容积的密闭容器X、Y,在25 ℃下,X中充入a g A气体,Y中充入a g CH4气体,X与Y内的压强之比是4∶11,则A的摩尔质量为________。
(4)相同条件下,体积比为a∶b和质量比为a∶b的H2和O2的两种混合气体,其平均摩尔质量分别是__________________和__________________。
答案
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30 g/mol
44 g/mol
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答案
1.75
45.9%
A4
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R
1.气体摩尔体积:一定的eq \x(\s\up1(01))_____________下,eq \x(\s\up1(02))____________________所占有的体积;符号为eq \x(\s\up1(03))___;常用单位为eq \x(\s\up1(04))__________________;标准状况(温度为0 ℃、压强为101 kPa)下,气体摩尔体积约为eq \x(\s\up1(05))_____________。
2.物质的量、气体摩尔体积和气体体积之间的关系:n=eq \x(\s\up1(01))___或V=eq \x(\s\up1(02))______或Vm=eq \x(\s\up1(03))___。
3.阿伏加德罗定律
同温同压下,___________________________________________。
eq \f(V,Vm)
eq \f(V,n)
1.影响物质体积的因素
决定物质体积大小的因素有粒子数目、粒子大小、粒子间距。
(1)固体物质、液体物质
固体物质、液体物质eq \o(―――――→,\s\up24(粒子间的距离),\s\do18(很小))取决于eq \o(―――――→,\s\up24(粒子的直径和),\s\do18(粒子的数目))
eq \o(―――――→,\s\up24(不同粒子的),\s\do18(直径不同))1 mol不同固体或液体物质的体积不同
(2)气体物质
气体物质eq \o(―――――――――――→,\s\up24(分子间的平均距离远远大于),\s\do18(分子直径))取决于eq \o(――――――――――→,\s\up24(分子间的平均距离),\s\do18(和分子的数目))
eq \o(――――――――→,\s\up24(分子间的平均距离受),\s\do18(温度和压强影响))
同温同压下1 mol不同气体物质的体积大致相等
解析:(1)n=eq \f(33.6 L,22.4 L·mol-1)=1.5 mol,N=1.5 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1023。
(2)根据Vm=eq \f(V,n)可得,Vm=eq \f(9.8 L,0.4 mol)=24.5 L·mol-1。由于标准状况下的气体摩尔体积Vm为22.4 L·mol-1,故该气体所处的条件不是标准状况。
2.阿伏加德罗定律的推论
(1)同温同压下,气体的体积之比等于其物质的量之比:eq \f(V1,V2)=eq \f(n1,n2)。
(2)同温同体积下,气体的压强之比等于其物质的量之比:eq \f(p1,p2)=eq \f(n1,n2)。
(3)同温同压下,气体的密度之比等于其摩尔质量之比,等于相对分子质量之比:eq \f(ρ1,ρ2)=eq \f(M1,M2)。
(4)同温同压同体积下,气体的质量之比等于其摩尔质量之比:eq \f(m1,m2)=eq \f(M1,M2)。
(5)同温同压下,相同质量的气体的体积与其摩尔质量成反比:eq \f(V1,V2)=eq \f(M2,M1)。
n=eq \f(m,M)=eq \f(N,NA)=eq \f(V,22.4 L·mol-1)
7.如果a g某气体中含有该气体的分子数为b,则c g该气体在标准状况下的体积是(阿伏加德罗常数的值用NA表示)( )
A.eq \f(22.4bc,aNA) L
B.eq \f(22.4ab,cNA) L
C.eq \f(22.4ac,bNA) L
D.eq \f(22.4,acNA) L
解析:V=n·Vm=eq \f(N,NA)·22.4 L=eq \f(22.4bc,aNA) L。
解析:由题图可知,相同温度时,p(O2)>p(X),根据阿伏加德罗定律的推论,同温同体积下,气体的压强之比等于其物质的量之比,则n(O2)>n(X);又因两种气体的质量相同,根据M=eq \f(m,n),可推断出X气体的相对分子质量大于32。
10.下列说法正确的是( )
A.标准状况下,22 g CO和CH4的混合气体中所含的分子数约为6.02×1023
B.标准状况下,a L氧气和氮气的混合物含有的分子数约为eq \f(a,22.4)×6.02×1023
C.常温常压下,48 g O3和O2的混合气体含有的分子数约为1.806×1024
D.2.24 L CO2中含有的原子数为0.3×6.02×1023
解析:22 g CO的物质的量为eq \f(11,14) mol,22 g CH4的物质的量为eq \f(11,8) mol,所以22 g CO和CH4的混合气体的物质的量在eq \f(11,14)~eq \f(11,8) mol之间,不一定为1 mol,A错误;48 g O3和O2的混合气体中所含氧原子的物质的量为48 g÷16 g·mol-1=3 mol,即48 g O3和O2的混合气体含有的氧原子数为3×6.02×1023,分子数不确定,C错误;没有指明气体所处的状况,所以2.24 L CO2的物质的量不确定,故原子数不确定,D错误。
解析:可设N2的质量为x g,则CO的质量为(14-x) g,则混合气体含原子的物质的量为eq \f(x g,28 g·mol-1)×2+eq \f((14-x) g,28 g·mol-1)×2=1 mol,原子数目为NA,A正确;标准状况下,22.4 L N2和H2混合气体中含有2NA个原子,B错误;盐酸在标准状况下是液态,C错误;由化学方程式2Na+2H2O===2NaOH+H2↑知,23 g Na与足量H2O反应生成0.5NA个H2分子,D错误。
解析:同温同压下,甲、乙质量相同,且甲的密度大于乙的密度,则甲的体积小于乙的体积,由阿伏加德罗定律可推知甲气体的物质的量小于乙,则甲的分子数小于乙的分子数,A错误,B正确;两容器的温度和压强均相同,则Vm相等,C错误;气体质量相同,甲的物质的量比乙的物质的量小,由M=eq \f(m,n) 可知甲的相对分子质量大于乙的相对分子质量,D错误。
eq \f(M,NA)
eq \f(m,M)
eq \f(22.4m,M)
eq \f(M,22.4)
eq \f(2mNA,M)
eq \f(2a+32b,a+b) g/mol
eq \f(32(a+b),16a+b) g/mol
(5)在标准状况下,CO和CO2的混合气体共39.2 L,其质量为61 g,则两种气体的物质的量之和为________ mol,CO的质量分数约为________。
(6)在某温度时,一定量的元素A的氢化物AH3,在恒温恒压的密闭容器中完全分解为两种气态单质,此时容器的体积变为原来的eq \f(7,4),则元素A单质的分子式为________。
解析:(2)在同温同压条件下,体积之比等于物质的量之比,设CH4、A气体的质量均为m g,则15∶8=eq \f(m g,16 g/mol)∶eq \f(m g,M(A)),计算得出M(A)=30 g/mol。
(3)在同温同体积条件下,压强之比等于物质的量之比,即4∶11=eq \f(a g,M(A))∶eq \f(a g,16 g/mol),计算得出M(A)=44 g/mol。
(4)平均摩尔质量为M=eq \f(m,n),相同条件下,氢气和氧气的体积比为a∶b,物质的量之比为a∶b,二者平均摩尔质量为eq \f(2a+32b,a+b) g/mol;质量比为a∶b的H2和O2的混合气体,物质的量之比为eq \f(a,2)∶eq \f(b,32)=16a∶b,平均摩尔质量为eq \f(16a×2+32b,16a+b) g/mol=eq \f(32(a+b),16a+b) g/mol。
(5)标准状况下,39.2 L CO和CO2的混合气体的物质的量为eq \f(39.2 L,22.4 L/mol)=1.75 mol,设混合气体中CO和CO2的物质的量分别为x mol、y mol,则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(28x+44y=61,x+y=1.75)),计算得出x=1,y=0.75,则混合气体中CO的质量为28 g/mol×1 mol=28 g,混合气体中CO的质量分数为eq \f(28 g,61 g)×100%≈45.9%。
(6)AH3分解完毕,容器的体积变为原来的eq \f(7,4),因为在恒温恒压条件下,体积与气体分子数成正比,所以气体分子数也为原来的eq \f(7,4),AH3完全分解为两种气态单质,其中一种必然为H2,另一种设为Am,则mAH3===Am+eq \f(3m,2)H2,m×eq \f(7,4)=1+eq \f(3m,2),解得m=4,则元素A单质的分子式为A4。
$$