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第三节 物质的量
第1课时 物质的量的单位——摩尔
学业水平目标
学科核心素养
1.能说出物质的量及阿伏加德罗常数和摩尔质量的含义
2.能运用物质的量、摩尔质量之间的相互关系进行简单计算
1.了解物质的量及其单位摩尔质量、阿伏加德罗常数的含义与应用,利用物质的量将宏观的物理量与微观粒子的个数联系起来,并能从宏观和微观结合的视角分析解决问题
2.能从物质的量的角度认识物质的组成及变化,建立物质的量、物质的质量和微观粒子数之间计算的思维模型
1.物质的量
(1)物质的量及其单位
①物质的量是表示含有 一定数目粒子 的集合体的物理量,用符号 n 表示。
[基础梳理]
物质的量、阿伏加德罗常数
②物质的量的单位——摩尔。
(2)国际单位制(SI)中的七个基本单位
物理量
长度
质量
时间
电流
热力学温度
物质的量
发光强度
单位(符号)
米(m)
千克(kg)
秒(s)
安(A)
开(K)
摩尔(mol)
坎(cd)
2.阿伏加德罗常数
(1)国际上规定,1 mol粒子集合体所含的粒子数约为 6.02×1023 。
(2)阿伏加德罗常数是1 mol任何粒子的粒子数,符号是 NA ,单位是 mol-1 。
(3)物质的量、阿伏加德罗常数与粒子数(N)之间的关系:n= eq \f(N,NA) 。
摩尔质量
[预习质检]
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)物质的量可以理解为物质的微观粒子数目。( × )
(2)摩尔是国际单位制中七个基本物理量之一。( × )
(3)3 mol NH3中含有3 mol N原子、9 mol H原子。 ( √ )
(4)1 mol任何粒子所含有的粒子数都相等。( √ )
(5)阿伏加德罗常数就是6.02×1023。( × )
(6)H2O的摩尔质量在数值上等于18。( × )
(7)0.5 mol H2中含有3.01×1023个氢原子。( × )
物质的量的有关概念的理解
1.对基本概念的理解
物质的量
“物质的量”四个字是一个整体,不能添字、漏字或换字,如不能说成“物质量”“物质的质量”“物质的数量”等
摩尔
只能用来描述微观粒子,如原子、分子、离子、电子、质子、中子等,也可以是这些微粒的特定组合,如1 mol NaOH
阿伏加德罗常数
NA的基准是1 mol粒子集合体所含的粒子数约为6.02×1023,表示微观粒子数目时,可以用NA来表示,也可以用6.02×1023mol-1表示,如1 mol O2中含有氧分子数为NA个或6.02×1023个
摩尔质量
(1)适用于任何微观粒子
(2)混合物的摩尔质量一般称为平均摩尔质量
(3)以g·mol-1为单位时数值上等于物质的相对原子(分子)质量(单位为1),等于1 mol物质的质量(单位:g)
2.使用物质的量和阿伏加德罗常数时的注意事项
(1)使用摩尔时,必须指明微粒的种类。如1 mol H2中含有2 mol H,含1 mol H的H2的物质的量为0.5 mol。
其标准的写法是数字+mol+化学式,例如2 mol HCl即表示2 mol的氯化氢分子。
(2)阿伏加德罗常数应是一个准确的数值。
2018年11月16日,国际计量大会通过决议,将1摩尔定义为“精确包含6.022 140 76×1023个原子或分子等基本单元的系统的物质的量”。同时修改了阿伏加德罗常数为6.022 140 76×1023,而不再是原来的0.012 kg12C具有的碳原子数称为1 mol。在实际计算中,我们一般将阿伏加德罗常数取为6.02×1023mol-1。
◆[典例示范]
[例1] 下列说法正确的是( )
A.物质的量是一个基本物理量,表示物质所含粒子的多少
B.1 mol氢中含有2 mol氢原子和2 mol电子
C.1 mol H2O的质量等于NA个H2O分子质量的总和(NA表示阿伏加德罗常数的值)
D.SOeq \o\al(2-,4)的摩尔质量为96 g
[解题指南] 解答本题要明确以下两点:
(1)明确物质的量的含义。
(2)了解摩尔质量的单位和阿伏加德罗常数的意义。
[解析] “物质的量是一个基本物理量”是对的,但物质的量不是表示物质所含“粒子的多少”,而是表示物质所含“一定数目粒子的集合体”的多少,A错误;在用物质的量来表示物质多少时,必须指明粒子的种类,“1 mol氢”指代不明确,B错误;1 mol H2O中含NA个水分子,1 mol H2O的质量就等于NA个H2O分子质量的总和,C正确;SOeq \o\al(2-,4)的摩尔质量为96 g·mol-1,D错误。
[答案] C
[规律方法] 使用物质的量、摩尔质量时易犯的错误
(1)用物质的量描述宏观物质。
(2)描述的对象不明确。如1 mol氮的表示方法错误,应指明对象,如1 mol N2表示1 mol氮分子,1 mol N表示1 mol氮原子。
(3)换算错误。如1 mol CH4中含有4 mol H,而不是1 mol H。
(4)将摩尔质量与质量的单位混淆。
(5)误认为摩尔质量与相对原子质量或相对分子质量完全等同。
◆[学以致用]
1.下列对物质的量的理解正确的是( )
A.物质的量是物质所含微粒的数目
B.物质的量就是物质的质量
C.物质的量就是1 mol物质的质量
D.物质的量是一种基本物理量
解析:D [物质的量是一定数目粒子的集合体,是一种基本物理量,是七个国际基本物理量之一,其单位是mol。物质的量,不是物质的质量,不是物质的数量,一字之差,但含义完全不同。故选D。]
物质的量、物质的质量、微粒数目之间的计算关系
1.n=eq \f(N,NA)
(1)n、N、NA三个量中,已知任意两项可求第三项。
(2)求N时,概念性问题用NA,数字性问题用6.02×1023mol-1。
(3)N与n成正比,比较微粒数多少时只判断其n的大小即可。
2.n=eq \f(m,M)
m、n、M三个量中,已知任意两项可求第三项。
3.eq \f(N,NA)=eq \f(m,M)
(1)N、NA、m、M四个量中,已知任意三项可求第四项。
(2)该等式中一般NA、M为已知,则N与m可互求。
◆[典例示范]
[例2] 下列各组物质中所含氧原子的物质的量相同的是( )
A.0.3 mol O2和0.3 mol H2O
B.6.02×1023个CO2与0.1 mol KMnO4
C.0.1 mol CuSO4·5H2O和0.1 mol C6H12O6
D.0.1 mol H2SO4和0.4NA个H2O
[解题指南] 做有关物质的量的计算时要注意两点:
(1)明确分子与原子或离子的数量关系;
(2)看清题目中所要求的是粒子的物质的量还是数量。
[解析] 0.3 mol O2含有氧原子0.6 mol,0.3 mol H2O含有氧原子0.3 mol,A项不相等;6.02×1023个CO2含有氧原子2 mol,0.1 mol KMnO4含有氧原子0.4 mol,B项不相等;0.1 mol CuSO4·5H2O含有氧原子0.9 mol,0.1 mol C6H12O6含有氧原子0.6 mol,C项不相等;D项中0.1 mol H2SO4中含氧原子0.4 mol,在0.4NA个H2O中氧原子也为0.4 mol。
[答案] D
◆[学以致用]
2.下列说法和理解正确的是( )
A.阿伏加德罗常数是指1 mol任何物质所含的粒子数,其数值约等于6.02×1023
B.摩尔质量在数值上等于它的相对原子质量
C.摩尔既能用来计量纯净物,又能用来计量混合物
D.国际上规定,0.012 kg碳原子所含有的碳原子数目为1摩
解析:C [A.阿伏加德罗常数是指1mol任何粒子所含的粒子数,其数值约等于6.02×1023,故A错误;B.摩尔质量以g/mol为单位时,在数值上等于它的相对原子质量或相对分子质量,故B错误;C.摩尔既能用来计量纯净物,又能用来计量混合物,故C正确;D.国际上规定,0.012 kg 12C所含有的碳原子数目为1摩,故D错误;故选C。]
利用太阳能等能源分解水制备氢气,是实现绿色氢能经济的必由之路,也是未来氢燃料电池的氢源发展方向。2019年,中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室和太阳能研究部李灿院士团队开发出新一代电解水催化剂,达到目前已知的规模化电解水制氢的最高效率。
若光解0.02 mol水:
(1)生成H2的质量为 ________ ;
(2)可生成氢的原子数为 ________ ;
(3)生成O2的物质的量为 ________ ;
(4)生成H2的量理论上等于 ________ mol Fe与稀硫酸反应产生H2的量。
解析:根据2H2Oeq \o(=====,\s\up17(光解))2H2↑+O2↑,光解0.02 mol 水,可产生0.02 mol H2和0.01 mol O2;生成H2的质量为0.04 g;可生成氢的原子数为2.408×1022;0.02 mol Fe与稀硫酸反应产生0.02 mol H2。
答案:(1)0.04 g (2)2.408×1022 (3)0.01 mol (4)0.02
1.下列说法正确的是( )
A.物质的量是物质粒子的数量的简称
B.摩尔是用来描述物质所含微粒数目多少的基本物理量
C.我们把含有6.02×1023个粒子的任何粒子的集合体计量为1摩尔
D.1 mol H2中含2 mol电子
解析:D [物质的量是一个固定概念,专有名词,是用来描述微观粒子数量的物理量,不是物质的数量或质量,A错;摩尔是物质的量的单位,不是物理量,B错;含有6.02×1023个粒子的集合体不一定计量为1摩尔,如含6.02×1023个O的O2的物质的量为0.5 mol,C错,每个H2中含有2个电子,故6.02×1023个H2中含有2×6.02×1023个电子,即1 mol H2中含有2 mol电子。]
2.下列叙述错误的是( )
①摩尔是国际单位制中七个基本物理量之一;
②1 mol任何物质都含有约6.02×1023个原子;
③6.02×1023就是阿伏加德罗常数;
④氢原子的摩尔质量是1 g;
⑤HCl的摩尔质量等于1 mol HCl分子的质量;
⑥1 mol CO2中含有1 mol碳和2 mol氧;
⑦0.012 kg 12C中含有12C的数目为1 mol。
A.①②③
B.②③④
C.②③④⑥
D.全部
解析:D [①中,摩尔不是物理量,是物质的量的单位;②中,物质不一定是由单个原子构成的,可能是由离子或多原子构成的;③中,阿伏加德罗常数为6.02×1023mol-1;④中,H的摩尔质量为1 g·mol-1,⑤中,摩尔质量与质量单位不同;⑥中,1 mol碳和2 mol氧均未指明粒子种类;⑦中,0.012 kg12C的物质的量为1 mol,数目为NA或约为6.02×1023。]
3.物质的量是联系宏观与微观的桥梁。下列有关物质的量的说法,正确的是( )
A.物质的量就是指物质的多少
B.原子、电子、中子、桌子等都可用物质的量来描述
C.物质的量是用来描述微观粒子的物理量
D.相同物质的量的SO2和SO3的质量相同
解析:C [物质的量是表示一定数目微观粒子的集合体,并不是指物质的多少,不能用来描述桌子,A、B错误;1 mol SO2和1 mol SO3的分子数目相等,但SO2和SO3的摩尔质量不相等,因此二者的质量不相同,D错误。]
4.下列说法正确的是( )
A.1 mol任何物质都含有6.02×1023个分子
B.1 mol SOeq \o\al(2-,4)中含有4 mol氧
C.物质的摩尔质量等于其相对分子(原子)质量
D.1 mol氢原子和1 mol氢离子所含的质子数相同
解析:D [构成物质的微粒有离子、分子、原子等多种,A项错误;1 mol SOeq \o\al(2-,4)中含有4 mol氧原子,B项错误;当物质的摩尔质量以g·mol-1为单位时,在数值上等于其相对分子(原子)质量,C项错误;1 mol氢原子和1 mol氢离子中均含有1 mol质子,D项正确。]
5.12.4 g Na2R含Na+ 0.4 mol,则Na2R的摩尔质量为 ________ ,R的相对原子质量为 ________ 。含R的质量为1.6 g的Na2R,其物质的量为 ________ 。
解析:1 mol Na2R含有2 mol Na+,题目中有Na+ 0.4 mol,则有0.2 mol Na2R。M(Na2R)=eq \f(mNa2R,nNa2R)=eq \f(12.4 g,0.2 mol)=62 g·mol-1。则M(R)=(62-2×23)g·mol-1=16 g·mol-1,则R的相对原子质量为16。已知m(R),根据n=eq \f(m,M),得n(R)=0.1 mol,则n(Na2R)=0.1 mol。
答案:62 g·mol-1 16 0.1 mol
[课堂小结]
1.物质的量:表示含有一定数目粒子的集合体的物理量。
2.阿伏加德罗常数:1 mol任何粒子的粒子数,符号为NA,单位为mol-1,通常用6.02×1023mol-1表示。
3.摩尔质量是指单位物质的量的物质的质量,以g/mol为单位时,其数值等于相对分子质量或相对原子质量。
4.以物质的量为中心的计算公式:n=eq \f(N,NA)=eq \f(m,M)。
$$