内容正文:
第一节 物质的量 气体摩尔体积
第一章 物质的量
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第一章 物质的量
高考总复习 化学
知识复盘 考点突破
01
感悟真题 高考知势
02
课时冲关
03
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课后冲关一
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第一章 物质的量
高考总复习 化学
课程标准
核心素养
1.了解物质的量及其相关物理量的含义和应用,体会定量研究对化学科学的重要作用
2.能基于物质的量认识物质组成及其化学变化,运用物质的量、摩尔质量、阿伏加德罗常数、气体摩尔体积之间的相互关系进行简单计算
1.宏观辨识与微观探析:认识物质的量在宏观物质与微观粒子之间的桥梁作用,并从微观粒子数认识物质的多少
2.证据推理与模型认知:在有关物质的量的计算时,通过分析、推理、数据处理等角度领悟计算方法;建立阿伏加德罗常数、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度的模型认知
考点一 物质的量 摩尔质量
一、物质的量(n)和阿伏加德罗常数(NA)
1.基本概念及相互关系
[微点拨] 摩尔(mol)作为物质的量的单位,其计量对象是微观粒子(如分子、原子、离子、原子团、质子、中子、电子等),也可以是化学键(如H—H、H—O等),但不适用于宏观物质。
2.物质的量的规范表示方法
如0.2 mol H2中含有的氢原子个数约为 2.408×1023 ,6.02×1022个Na+的物质的量为 0.1 mol 。
3.物质的量与粒子数、阿伏加德罗常数之间的关系为n= eq \f(N,NA) 。
二、摩尔质量
1.易错辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)12 g 12C中所含碳原子的数目约为6.02×1023( √ )
(2)CO2的摩尔质量就是NA个CO2分子的质量之和( × )
(3)一个钠原子的质量为eq \f(23,6.02×1023)( × )
(4)等质量的乙烯和丙烯中含有相等的共用电子对数( √ )
(5)1 mol OH-的质量为17 g·mol-1( × )
(6)12.0 g熔融的NaHSO4中含有的阳离子数为0.2NA( × )
(7)常温下,将5.6 g铁片投入足量浓硝酸中,充分反应后转移电子数为0.3NA( × )
(8)1 mol H3PO4与1 mol H2SO4的质量相同,溶于水后电离出的阴离子数目也相同( × )
2.思考回答:
(1)阿伏加德罗常数(NA)与6.02×1023完全相同吗?
答案:阿伏加德罗常数(NA)与6.02×1023不完全相同,6.02×1023是阿伏加德罗常数(NA)的近似值。
(2)摩尔质量、相对分子质量、1 mol物质的质量三者的区别和联系。
答案:摩尔质量、相对分子质量、1 mol物质的质量三者数值相等,单位不同。摩尔质量的单位为g·mol-1,相对分子质量的单位为“1”,通常省略不写,1 mol物质的质量的单位为g。
(3)1 mol OH-中约含有多少个原子?多少个质子?多少个电子?
答案:2×6.02×1023 9×6.02×1023 6.02×1024
◆[题组1] 物质的量、阿伏加德罗常数及摩尔质量的概念
1.国外宇航员吃着“牙膏和砖块”时,中国宇航员已经在太空泡茶了,茶装在特制包装袋中,注水后用加热器进行加热就可以喝了,但要插上吸管以防止水珠飘起来。下列说法正确的是( )
A.宇航员喝茶时注入的2 mol H2O的摩尔质量是36
B.1 mol水的质量是18 g
C.1 mol H2O含有3 mol电子
D.在标准状况下,1 mol冰水混合物的体积约是22.4 L
解析:B [A.H2O的摩尔质量是18 g/mol,A错误;B.H2O的摩尔质量是18 g/mol,故1 mol水的质量是18 g,B正确;C.1个H2O分子中含有10个电子,则1 mol H2O中含有10 mol电子,C错误;D.在标准状况下,水不是气态,因此不能计算1 mol的水的体积大小,D错误。]
◆[题组2] 摩尔质量和相对分子(原子)质量求算
2.某硫原子的质量是a g,12C原子的质量是b g,若NA表示阿伏加德罗常数的值,则下列说法正确的是( )
A.该硫原子的相对原子质量为eq \f(12b,a)
B.m g该硫原子的物质的量为eq \f(m,aNA) mol
C.该硫原子的摩尔质量是aNA g
D.a g该硫原子中所含的电子数目为16NA
解析:B [该硫原子的相对原子质量为该原子的质量除以12C原子质量的eq \f(1,12),即eq \f(12a,b),A项错误;m g该硫原子的个数为eq \f(m,a),其物质的量为eq \f(m,aNA) mol,B项正确;该硫原子的摩尔质量是aNA g· mol-1,C项错误;一个硫原子所含的电子数为16,则16NA为1 mol硫原子所含电子数目,D项错误。]
摩尔质量M的常用求算方法
(1)根据物质的质量(m)和物质的量(n):M=eq \f(m,n);
(2)根据一定质量(m)的物质中粒子数目(N)和阿伏加德罗常数(NA):M=eq \f(NAm,N);
(3)根据标准状况下气体的密度ρ:M=ρ×22.4(g·mol-1);
(4)根据气体的相对密度(D=eq \f(ρ1,ρ2)):eq \f(M1,M2)=D;
(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:eq \o(M,\s\up6(-))=M1×a%+M2×b%+M3×c%+……,a%、b%、c%指混合物中各成分的物质的量分数(或体积分数)。
◆[题组3] 物质的量与粒子数目之间的换算
3.含有1.806×1024个电子的OH- 的物质的量为 ________;0.5 mol H2O分子中所含质子数与________________个NH3中所含质子数相等。
答案:0.3 mol 3.01×1023
4.最近材料科学家研究发现了首例带结晶水的晶体在5 K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的值,试计算12.2 g该晶体中含氧原子数约为________,氢原子的物质的量约为________ mol。
答案:0.33NA 0.26
计算判断物质中所含指定粒子数目的技巧
弄清楚粒子与所给物质的关系:原子(电子)的物质的量=分子(或特定组合)的物质的量×1个分子(或特定组合)中所含这种原子(电子)的个数。如:第4题中,Na0.35CoO2·1.3H2O是整体,计算对象氧原子、氢原子为部分,它们的关系为Na0.35CoO2·1.3H2O~3.3O~2.6H。
考点二 气体摩尔体积及阿伏加德罗定律
一、影响物质体积的因素
二、气体摩尔体积
三、阿伏加德罗定律
1.定义:在相同的温度和压强下,相同 体积 的任何气体都含有 相同 数目的粒子。
2.适用范围:单一气体或相互不反应的混合气体。
3.推论(可通过pV=nRT及n=eq \f(m,M)、ρ=eq \f(m,V)导出)
结论
公式
语言叙述
T、p相同
eq \f(V1,V2)=eq \f(n1,n2)
同温、同压下,气体的体积与其物质的量成正比
T、p相同
eq \f(ρ1,ρ2)=eq \f(M1,M2)
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
T、V相同
eq \f(p1,p2)=eq \f(n1,n2)
温度、体积相同的气体,其压强与其物质的量成正比
备注
n为物质的量,M为摩尔质量,V为气体体积,ρ为密度,p为压强
1.易错辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)标准状况下,6.02×1023个分子所占的体积约是22.4 L( × )
(2)相同质量的CO与N2所含分子数、原子数均相同( √ )
(3)17 g —OH与17 g OH-所含电子数均为10NA( × )
(4)在标准状况下,1 mol气体的体积约是22.4 L;在非标准状况下,1 mol气体的体积则一定不是22.4 L( × )
(5)32 g甲醇中所含共价键数目为5NA( √ )
(6)同温同体积条件下,等质量的SO2和O2对应的压强之比为1∶2( √ )
(7)用惰性电极电解饱和食盐水,若电路中通过1 mol电子,则阳极产生标准状况下气体11.2 L( √ )
(8)足量Zn与一定量的浓硫酸反应,产生标准状况下22.4 L气体时,转移的电子数一定为2NA( √ )
2.如图所示三只气球,其中A、B的体积均为1.12 L,则A、 B中气体的物质的量________是0.05 mol(填“一定”或“不一定”);标准状况下,A、B气球中的分子个数比是 ________ ;在相同温度和压强下,A、C气球中气体的质量相同,则两气球的体积之比是________。
答案:不一定 1∶1 2∶1
◆[题组1] 有关n=eq \f(m,M)=eq \f(N,NA)=eq \f(V,Vm)的计算
1.CH4 与Cl2光照条件下充分反应生成一系列卤代烃,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,22.4 L CHCl3含有的氯原子数为3NA
B.标准状况下,22.4 L Cl2完全反应后得到的HCl分子数为2NA
C.16 g CH4与足量Cl2充分反应后得到的卤代烃分子总数为NA
D.1 mol CH4和1 mol Cl2充分反应可以得到CH3Cl的分子数为NA
解析:C [A项,标准状况下,三氯甲烷不是气态,无法使用22.4 L/mol计算物质的量,选项A错误;B项,标准状况下,22.4 L Cl2与CH4完全反应,无论生成哪种卤代烃,每消耗1 mol Cl2都生成1 mol HCl,所以得到HCl分子数为NA,选项B错误;C项,根据碳原子守恒,16 g CH4为1 mol,与足量Cl2充分反应后得到的卤代烃分子总数为NA,选项C正确;D项,甲烷和氯气发生多步反应,生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和HCl,无法计算得到的CH3Cl的分子数,选项D错误。]
气体摩尔体积(22.4 L·mol-1)应用的“四大误区”
(1)使用“条件”是标准状况,即0 ℃、101 kPa,而不是常温、常压。
(2)使用对象必须是气态物质,可以是单一气体,也可以是混合气体。标准状况下不是气态而又常在题中出现的物质有:SO3、乙醇、水、己烷、CCl4等。
(3)标准状况下的气体摩尔体积约为22.4 L·mol-1,其他条件下,Vm一般不是22.4 L·mol-1。
(4)物质的质量、物质的量一定时,所含粒子数与物质处于何种条件无关。如常温常压下32 g O2所含的原子数目是2NA。注意不要形成思维定势,看到“常温常压”就排除选项。
◆[题组2] 阿伏加德罗定律及应用
2.在两个密闭容器中,分别充有质量相等的甲、乙两种气体,它们的温度和密度均相同。根据甲、乙的摩尔质量(M)的关系判断,下列说法中正确的是( )
A.若M(甲)<M(乙),则分子数:甲<乙
B.若M(甲)>M(乙),则气体摩尔体积:甲<乙
C.若M(甲)<M(乙),则气体的压强:甲>乙
D.若M(甲)>M(乙),则气体的体积:甲<乙
解析:C [等质量的气体,摩尔质量与其物质的量(或分子数)成反比,若M(甲)<M(乙),则分子数:甲>乙,A项错误;若M(甲)>M(乙),则物质的量:甲<乙,又气体体积相等,故气体摩尔体积:甲>乙,B项错误;同温同体积同质量的气体或混合气体,压强与其摩尔质量成反比,C项正确;由质量和密度相等可知气体体积相等,D项错误。]
3.在一定条件下,m g NH4HCO3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)若所得混合气体的密度折合成标准状况为ρ g·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________。
解析:(1)NH4HCO3eq \o(=====,\s\up17(△))NH3↑+H2O↑+CO2↑,M=eq \f(m,\f(m,MNH4HCO3)×3)=eq \f(MNH4HCO3,3)。依题意有eq \f(M,MH2)=d,则M=2d=eq \f(MNH4HCO3,3),所以M(NH4HCO3)=6d g·mol-1。混合气体的n(混)=eq \f(m,MNH4HCO3)×3=eq \f(m,2d) mol。
(2)M=ρ标V标=22.4ρ g·mol-1。
(3)M=M(NH3)·φ(NH3)+M(CO2)·φ(CO2)+M(H2O)·φ(H2O)=17a%+44b%+18c%。
答案:(1)eq \f(m,2d) mol 6d g·mol-1
(2)22.4ρ g·mol-1
(3)17a%+44b%+18c%
[例] (2025·湖南卷)加热时,浓硫酸与木炭发生反应:2H2SO4(浓)+Ceq \o(=====,\s\up17(△))CO2↑+2SO2↑+2H2O。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.12 g 12C含质子数为6NA
B.常温常压下,6.72 L CO2含σ键数目为0.6NA
C.1.0 L pH=1的稀硫酸中含H+数目为0.2NA
D.64 g SO2与16 g O2充分反应得到SO3的分子数为NA
试题立意
本题立意在于考查学生对化学反应的理解和计算能力,特别是对化学方程式的掌握和阿伏加德罗常数的应用。
考查内容
核素中质子数、σ键数目的计算、pH与c(H+)之间换算、可逆反应的原理。
核心素养
符合《课程标准》中“能运用化学反应原理分析和解决实际问题”的要求,考查学生的数据分析和推理能力。
解析:A [A.12 g 12C的物质的量为1 mol,每个12C原子含有6个质子,因此总质子数为6NA,A正确;B.常温常压下,6.72 L CO2的物质的量小于0.3 mol,每个CO2分子含2个σ键,总σ键数小于0.6NA,B错误;C.pH=1的稀硫酸中,H+浓度为0.1 mol/L,1 L溶液中H+数目为0.1NA,而非0.2NA,C错误;D.SO2与O2生成SO3的反应为可逆反应,无法完全转化,实际生成的SO3分子数小于NA,D错误。]
1.(2025·云南卷)NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.22.4 L CH4中原子的数目为5NA
B.1 mol 18O所含中子的数目为10NA
C.28 g Fe粉和足量S完全反应,转移电子的数目为1.5NA
D.0.1 L 12 mol·L-1盐酸与足量MnO2反应,生成Cl2的数目为0.3NA
解析:B [A.未指明气体是否处于标准状况,22.4 L CH4的物质的量无法确定,因此原子数目无法确定,A错误;B.18O的中子数为18-8=10,1 mol 18O含10 mol中子,数目为10NA,B正确;C.28 g Fe(0.5 mol)与S反应生成FeS,Fe的化合价为+2,转移电子数为0.5 mol×2=1 mol=NA,而非1.5NA,C错误;D.浓盐酸与MnO2反应时,随反应进行浓度降低,反应停止,实际生成Cl2的物质的量小于理论值0.3 mol,D错误。]
2.(2025·河北卷)设NA是阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是( )
A.18 g H2O晶体内氢键的数目为2NA
B.1 L 1 mol·L-1的NaF溶液中阳离子总数为NA
C.28 g环己烷和戊烯的混合物中碳原子的数目为2NA
D.铅酸蓄电池负极增重96 g, 理论上转移电子数为2NA
解析:B [18 g H2O即1 mol H2O,1 mol H2O平均能形成2 mol氢键,即18 g H2O晶体内氢键数目为2NA,A正确;1 L 1 mol·L-1NaF溶液中阳离子有Na+、H+,则阳离子总数大于NA,B错误;环己烷与戊烯的最简式均为CH2,N(C)=1×eq \f(28 g,12+2g·mol-1)·NAmol-1=2NA,C正确;放电时,铅酸蓄电池负极反应式为Pb+SOeq \o\al(2-,4)-2e-===PbSO4,负极生成PbSO4沉淀,电池负极增加的质量即消耗SOeq \o\al(2-,4)的质量,n消耗(SOeq \o\al(2-,4))=eq \f(Δm,M)=eq \f(96 g,96 g·mol-1)=1 mol,由负极反应式可知,消耗1 mol SOeq \o\al(2-,4)时,转移电子数为2NA,D正确。]
3.(2025·广东卷)设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.1 mol 18O2的中子数,比1 mol 16O2的多2NA
B.1 mol Fe与水蒸气完全反应,生成H2的数目为2NA
C.在1 L 0.1 mol/L的NH4Cl溶液中,NHeq \o\al(+,4)的数目为0.1NA
D.标准状况下的22.4 L Cl2与足量H2反应,形成的共价键数目为2NA
解析:D [A.eq \o\al(18, 8)O的中子数为10,eq \o\al(16, 8)O的中子数为8,每个O2分子含2个O原子,1 mol eq \o\al(18, 8)O2比1 mol eq \o\al(16, 8)O2多4NA个中子,A错误;B.Fe与水蒸气反应生成Fe3O4和H2,1 mol Fe生成eq \f(4,3) mol H2,数目为eq \f(4,3)NA,B错误;C.NHeq \o\al(+,4)在水中会水解,溶液中NHeq \o\al(+,4)的数目小于0.1NA,C错误;D.1 mol Cl2与H2反应生成2 mol HCl,形成2 mol H—Cl键,共价键数目为2NA,D正确。]
4.(化学与环境探索)柴油汽车常用尿素()溶液处理尾气,发生反应:4NO+O2+2CO(NH2)2===4N2+2CO2+4H2O。设NA表示阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.上述反应涉及的元素中,基态原子第一电离能最大的为O
B.常温下,22.4 L CO2含有共用电子对数目为4NA
C.反应4 mol NO时转移的电子数目为8NA
D.1个尿素分子中含有7个σ键
解析:D [A项,同一周期随着原子序数变大,第一电离能变大,N的2p轨道为半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,故C、N、O的第一电离能大小:N>O>C;A错误;B项,常温下,22.4 L CO2不是1 mol,则含有共用电子对数目不是4NA,B错误; C项,该化学反应尿素中N化合价由-3变为0,则转移电子情况为4NO~ 2CO(NH2)2~12e-,反应4 mol NO时转移的电子数目为12NA,C错误;D项,单键均为σ键,双键中含有1个σ键、1个π键,1个尿素分子中含有7个σ键,D正确。]
体系构建
核心巧记
1.摩尔质量的1个数量关系
摩尔质量以g·mol-1为单位时,数值上都等于该粒子的相对原子质量或相对分子质量。
2.熟知1个“状况”和2个数值
(1)标准状况是指温度是0 ℃、压强为101 kPa。
(2)NA≈6.02×1023mol-1,
Vm≈22.4 L·mol-1(标准状况)。
3.熟练应用的2组公式
(1)n=eq \f(m,M)=eq \f(V,Vm)=eq \f(N,NA);
(2)eq \f(V1,V2)=eq \f(n1,n2)=eq \f(N1,N2)(同温、同压)。
$