内容正文:
2.3 物质的量
序号
核心难点
难点实质
1
阿伏加德罗常数判断题的陷阱
忽略物质状态、条件、微粒组成、反应是否完全与可逆
2
气体摩尔体积的适用条件
把“常温常压”当作“标准状况”,把液、固体当作气体
3
混合气体的定量计算
不会用平均摩尔质量与方程组处理混合体系
4
溶液配制的误差分析
不清楚每个操作究竟改变了 n 还是改变了 V
难点一:阿伏加德罗常数判断题的陷阱
【难点诊断】看到“22.4 L”就用 1 mol,看到“1 mol”就认为粒子数是,不关注物质的状态、条件与微粒构成,也不考虑反应是否完全。
【突破方法】解题时逐条执行“五查”:
①查状态——标准状况下水、、苯、等不是气体;
②查条件——常温常压下不能用 22.4 L/mol;
③查微粒组成——含 3 mol 原子、10 mol 电子,含 3 mol 离子();
④查电子转移——与足量 NaOH 反应转移 1 mol 电子,1 mol Fe 与足量盐酸反应转移 2 mol 电子;
⑤查反应限度——可逆反应(如)不能进行完全,浓盐酸与反应中 HCl 不能全部被氧化。
【典例精讲】判断下列说法是否正确,并说明理由。
(1)标准状况下,中含有个分子。
(2)与足量 NaOH 溶液完全反应,转移电子数为。
(3)标准状况下,22.4 L 的和混合气体中含有的分子数为。
【解析】(1)错误。标准状况下水不是气体,22.4 L 水的物质的量远大于 1 mol。
(2)错误。中发生自身氧化还原,转移 1 mol 电子,即个。
(3)正确。标准状况下任何气体的摩尔体积都约为 22.4 L/mol,与气体种类无关,故 22.4 L 混合气体的物质的量为 1 mol,分子数为。
【即时训练】设为阿伏加德罗常数的值,判断下列说法是否正确,并说明理由。
(1)中含有的离子总数为。
(2)1 mol Fe 与足量氯气完全反应,转移电子数为。
(3)常温常压下,中含有的分子数为。
【答案】
(1)错误。由和构成,含和,离子总数为。
(2)错误。氯气把铁氧化为,1 mol Fe 失去 3 mol 电子,转移电子数为。
(3)错误。常温常压不是标准状况,不能用 22.4 L/mol 计算。
难点二:气体摩尔体积的适用条件
【难点诊断】把 22.4 L/mol 当成“万能数字”,不分状况、不分状态地使用。
【突破方法】使用 22.4 L/mol 前问“三问”:是不是标准状况(0 ℃、101 kPa)?物质是不是气体?物质的量是不是 1 mol?只有三问都答“是”,才能直接用。若不满足,则用计算,或先由 m/M 求 n 再结合密度求体积。
标准状况下,气体摩尔体积的有关计算
(1)气体的物质的量n= mol;
(2)气体的摩尔质量M=Vm·ρ=22.4ρ g·mol-1;
(3)气体的分子数N=n·NA=·NA;
(4)气体的质量m=n·M=·M g;
(5)混合气体的平均摩尔质量==22.4ρ混 g·mol-1。
【典例精讲】下列物质在标准状况下的体积约为 22.4 L 的是( )
A. B. C. D.1 mol 苯
【答案】C
【解析】标准状况(0 ℃)下水是液态或固态,是固态,苯是液态,均不适用。只有是气体,在标准状况下的体积约为 22.4 L。故选 C。
【即时训练】某气体在 25 ℃、101 kPa 下的体积为 24.5 L,其物质的量是否为 1 mol?为什么?标准状况下它的体积是多少(假设可理想化处理)?
【答案】不是 1 mol。因为 25 ℃、101 kPa 不是标准状况,不能用 22.4 L/mol 计算。规范作答:由理想气体状态方程可知,该气体在标准状况下的体积小于 24.5 L,需按状态方程换算后才能与 22.4 L/mol 比较。
难点三:混合气体的定量计算
【难点诊断】面对“混合气体的总质量与总体积”这类条件,不会设未知数、不会用平均摩尔质量,凭感觉猜比例。
【突破方法】混合气体计算固定用“两把钥匙”:①平均摩尔质量:M(平均) = m(总)/n(总);②方程组:设各组分物质的量为 x、y,列出“总物质的量方程”和“总质量方程”联立求解。若已知平均摩尔质量,还可用十字交叉法快速求两组分的物质的量之比。
【典例精讲】标准状况下,CO 与的混合气体 8.96 L,质量为 14.4 g。求混合气体中 CO 与的物质的量之比和平均摩尔质量。
【解析】n(总) = 8.96 L ÷ 22.4 L/mol = 0.4 mol。设 CO 为 x mol、为 y mol,则 x + y = 0.4,28x + 44y = 14.4。解得 x = 0.2 mol,y = 0.2 mol,物质的量之比为 1∶1。M(平均) = 14.4 g ÷ 0.4 mol = 36 g/mol。用十字交叉法检验:44 与 28 中间值为 36,两侧差值均为 8,故比例为 1∶1,与计算结果一致。
【即时训练】标准状况下,由和组成的混合气体 11.2 L,质量为 14.4 g。求混合气体中与的物质的量之比及平均摩尔质量。
【答案】n(总) = 11.2/22.4 = 0.5 mol。设为 x mol、为 y mol,则 x + y = 0.5,16x + 32y = 14.4,解得 x = 0.2 mol、y = 0.3 mol,物质的量之比为 2∶3。M(平均) = 14.4 ÷ 0.5 = 28.8 g/mol。
难点四:溶液配制的误差分析
【难点诊断】靠记忆背“偏高偏低”,遇到没见过的操作就无从下手,也不会处理“定容时俯视仰视”这类视角问题。
【突破方法】只记一句话:“看 n,看 V”。凡是使溶质的物质的量减少的操作(未洗涤、洒出、加水超刻度后吸出),浓度偏低;凡是使溶液体积偏小的操作(俯视刻度线、未冷却即定容),浓度偏高;凡是既不改变 n 也不改变 V 的操作(容量瓶内残留蒸馏水),无影响。
能引起误差的操作
因变量
c
n
V
称量
①少量氯化钠粘在称量纸上
偏小
不变
偏小
②使用游码,且药品砝码位置颠倒
偏小
不变
偏小
移液
③有少量液体溅出
偏小
不变
偏小
④容量瓶内有少量水
不变
不变
不变
⑤未洗涤或洗涤液未注入容量瓶
偏小
不变
偏小
定容
⑥超过刻度线,吸出一部分水
偏小
不变
偏小
⑦摇匀后液面下降,补充水
不变
偏大
偏小
【典例精讲】配制一定物质的量浓度的 NaCl 溶液时,下列操作会使结果偏高的是( )
A.未洗涤烧杯和玻璃棒 B.定容时仰视刻度线
C.定容时俯视刻度线 D.转移时有少量溶液洒出
【答案】C
【解析】A 中溶质损失,n 偏小,偏低;B 中加水偏多,V 偏大,偏低;D 中溶质损失,n 偏小,偏低;C 中加水偏少,V 偏小,偏高。故选 C。
【即时训练】用固体 NaOH 配制一定物质的量浓度的溶液时,若所用 NaOH 固体因久置而潮解,则所配溶液的浓度将________(填“偏高”“偏低”或“不变”),理由是________________。
【答案】偏低。NaOH 潮解后其中含有水分,实际称取的 NaOH 质量偏小,溶质的物质的量 n 偏小,而溶液体积 V 不变,由 c = n/V 可知浓度偏低。
(共 13 题,合计 80 分)
A 级 巩固基础(每题 4 分,共 20 分)
1.设为阿伏加德罗常数的值,下列判断正确的是( )
A.标准状况下,中含个水分子
B.标准状况下,中含个氧分子
C.常温常压下,中含个氮分子
D.标准状况下,1 mol 苯的体积约为 22.4 L
2.下列关于物质的量浓度的说法正确的是( )
A.c = n/V 中的 V 指的是溶剂的体积
B.1 L 水中溶解 1 mol NaCl,所得溶液浓度为 1 mol/L
C.1 L 溶液中含有 1 mol NaCl,则该溶液浓度为 1 mol/L
D.把 1 mol NaCl 溶于 1 L 水中即得到 1 mol/L 的溶液
3.同温同压下,等物质的量的和相比较,下列说法不正确的是( )
A.分子数相同 B.体积相同 C.质量相同 D.物质的量相同
4.下列说法正确的是( )
A.中含 1 mol 氢原子 B.中含 6 mol 电子
C.中含 1 mol 氧原子 D.中含 3 mol 原子
5.按要求计算(标准状况):
(1)的物质的量为________mol,体积为________L。
(2)标准状况下的质量为________g,所含分子数为________。
(3)配制 200 mL 1.5 mol/L NaOH 溶液,需要 NaOH________g。
(4)把 50 mL 2 mol/L 的盐酸稀释到 250 mL,浓度为________mol/L。
B 级 训练综合(每题 6 分,共 30 分)
6.设为阿伏加德罗常数的值,下列判断正确的是( )
A.1 mol Fe 与足量盐酸完全反应,转移电子数为
B.与足量 NaOH 溶液完全反应,转移电子数为
C.1 mol Na 与足量水完全反应,生成分子数为
D.标准状况下,中含有的分子数为
7.标准状况下,由 CO 和组成的混合气体 4.48 L,质量为 8.0 g。求:
(1)混合气体的总物质的量;
(2)混合气体中 CO 的物质的量分数;
(3)混合气体的平均摩尔质量。
8.某同学配制 500 mL 0.2 mol/L 的溶液,操作如下:
① 计算需要的质量并称量;② 在烧杯中溶解后立即转入容量瓶;③ 用蒸馏水洗涤烧杯 2~3 次,洗涤液全部转入容量瓶;④ 加水至刻度线附近改用胶头滴管定容,定容时仰视刻度线;⑤ 摇匀后装瓶。
(1)需要称取的质量为________g(M = 160 g/mol)。
(2)指出操作中的两处错误:________________、________________。
(3)按上述操作所配溶液的浓度将________(填“偏高”“偏低”或“不变”),并说明原因。
9.已知标准状况下某气体的密度为 1.96 g/L。请回答:
(1)该气体的摩尔质量约为________g/mol(保留整数)。
(2)该气体可能是________(填一种常见气体的化学式)。
(3)若把 8.8 g 该气体溶于水配成 200 mL 溶液(设溶质不反应),所得溶液的物质的量浓度为________mol/L。
10.某浓硫酸的质量分数为 98%,密度为。
(1)求该浓硫酸的物质的量浓度(M = 98 g/mol)。
(2)欲配制 250 mL 2 mol/L 的稀硫酸,需要量取该浓硫酸多少毫升?
(3)稀释浓硫酸时,应将________沿器壁缓缓倒入________中,并不断搅拌,原因是________________。
C 级 对接高考情境(第 11 题 10 分,第 12 题 10 分,第 13 题 10 分,共 30 分)
11.设为阿伏加德罗常数的值,判断下列说法是否正确,并逐条说明理由。
(1)标准状况下,22.4 L 的 NO 和 CO 混合气体中含有的原子数为。
(2)与足量水完全反应,转移电子数为。
(3)1 L 1 mol/L 的溶液中,的数目为。
(4)密闭容器中充入和,充分反应后生成的分子数为。
(5)常温常压下,1.8 g 的中含有的氧原子数为。
12.某研究性学习小组用标准状况下的空气(含、及少量其他气体)与足量碳在高温下充分反应,得到 CO 和的混合气体。已知参加反应的空气体积为 22.4 L(标准状况),其中的体积分数为 21%。
(1)求参加反应的的物质的量。
(2)若碳足量且反应产物中 CO 与的物质的量之比为 1∶1,求生成气体的总物质的量和总质量。
(3)若反应生成的气体中 CO 的物质的量为 0.28 mol,求的物质的量和参加反应的碳的质量。
13.实验室需要配制 480 mL 0.5 mol/L 的溶液,请完成下列各问:
(1)应选用________mL 的容量瓶;需要称取固体________g(M = 106 g/mol)。
(2)简述完整的操作步骤(按顺序写出关键操作)。
(3)下列操作会使所配溶液浓度偏低的是________(填序号):① 未洗涤烧杯和玻璃棒;② 定容时俯视刻度线;③ 转移时少量溶液溅出;④ 容量瓶内残留少量蒸馏水;⑤ 定容加水超过刻度线后又用胶头滴管吸出多余液体。
(4)取所配溶液 20.00 mL,加水稀释至 100 mL,稀释后溶液的物质的量浓度为________mol/L。
参考答案:
(一)难点突破·即时训练答案
1.难点一即时训练:(1)错误。含和,离子总数为。(2)错误。氯气把铁氧化为,1 mol Fe 失去 3 mol 电子,转移电子数为。(3)错误。常温常压不是标准状况,不能用 22.4 L/mol 计算。
2.难点二即时训练:不是 1 mol。25 ℃、101 kPa 不是标准状况,不能用 22.4 L/mol 换算;该气体在标准状况下的体积需按气体状态方程由 25 ℃、101 kPa 下的 24.5 L 折算得到,数值小于 24.5 L。
3.难点三即时训练:n(总) = 0.5 mol;与的物质的量之比为 2∶3;M(平均) = 28.8 g/mol。(由 16x + 32y = 14.4 与 x + y = 0.5 联立解得 x = 0.2、y = 0.3。)
4.难点四即时训练:偏低;NaOH 潮解后含有水分,实际称取的 NaOH 质量偏小,溶质的物质的量 n 偏小,而溶液体积不变,由 c = n/V 可知浓度偏低。
(二)分级练习答案与解析
1.B。A 中标准状况下水不是气体;C 中常温常压不是标准状况;D 中苯是液体;只有 B 正确。
2.C。c = n/V 中的 V 是溶液体积,不是溶剂体积,故 A、B、D 均错。
3.C。物质的量相同则分子数相同、体积相同(同温同压);质量之比等于摩尔质量之比 44∶32,不相同。
4.D。含 2 mol 氢原子(A 错)、10 mol 电子(B 错);含 2 mol 氧原子(C 错);含 1 mol 碳原子和 2 mol 氧原子,共 3 mol 原子(D 正确)。
5.(1)0.1 mol;2.24 L。(2)8.8 g;个。(3)12 g(0.2 L × 1.5 mol/L × 40 g/mol)。(4)0.4 mol/L。
6.B。A 中铁与盐酸反应生成,转移;C 中 2Na ~,1 mol Na 生成;D 中标准状况下是固体;B 中自身氧化还原,转移个电子,正确。
7.(1)n(总) = 4.48/22.4 = 0.2 mol。(2)设 CO 为 x mol、为 y mol,x + y = 0.2,28x + 44y = 8.0,解得 x = 0.05 mol、y = 0.15 mol,CO 的物质的量分数 = 0.05/0.2 = 25%。(3)M(平均) = 8.0 ÷ 0.2 = 40 g/mol。
方法点拨:混合气体计算必须“先设元、再列方程”,总物质的量与总质量两个方程缺一不可。
8.(1)16.0 g(0.500 L × 0.2 mol/L × 160 g/mol)。(2)错误一:溶解后未冷却至室温就转入容量瓶;错误二:定容时仰视刻度线。(3)偏低。未冷却使热溶液体积偏大、冷却后 V 偏小(偏高);仰视刻度线使加水量偏多、V 偏大(偏低),综合结果偏低。
9.(1)M = 1.96 × 22.4 ≈ 44 g/mol。(2)(或等摩尔质量约为 44 g/mol 的气体)。(3)n = 8.8/44 = 0.2 mol,c = 0.2/0.200 = 1 mol/L。
10.(1)c = 1000 × 1.84 × 98%/98 = 18.4 mol/L。(2)由得。(3)浓硫酸沿器壁缓缓倒入水中并不断搅拌;原因是浓硫酸溶于水放出大量热,密度比水大,若把水倒入浓硫酸中会因局部剧烈放热而使液体飞溅,造成危险。
11.(1)正确。标准状况下 22.4 L 混合气体的物质的量为 1 mol;NO 和 CO 都是双原子分子,故原子数为。(2)错误。中既作氧化剂又作还原剂,生成转移 2 mol 电子,故参加反应转移 1 mol 电子,即个。(3)错误。在水溶液中会部分水解生成和,故的数目小于。(4)错误。与合成是可逆反应,反应不能进行完全,生成的少于 2 mol。(5)正确。,含氧原子 0.1 mol,即个;此计算与温度、压强无关。
方法点拨:阿伏加德罗常数判断题的“五查”——查状态、查条件、查微粒组成、查电子转移、查反应限度。本题正好覆盖全部五类陷阱。
12.(1)。(2)碳足量时氧元素全部进入 CO 和,由氧原子守恒:设生成 CO 为 a mol、为 b mol,则 a + 2b = 2 × 0.21 = 0.42。由题设 a∶b = 1∶1 得 a = b = 0.14 mol,故生成气体的总物质的量为 0.28 mol,总质量 = 0.14 × 28 + 0.14 × 44 = 10.08 g。(3)由氧原子守恒 a + 2b = 0.42,当 a = 0.28 mol 时 2b = 0.42 - 0.28 = 0.14,b = 0.07 mol,即为 0.07 mol;参加反应的碳的物质的量 = a + b = 0.28 + 0.07 = 0.35 mol,质量为 0.35 × 12 = 4.2 g。
方法点拨:本题的关键是建立“氧原子守恒”这一主线——密闭体系中碳足量时,氧元素全部来自并全部进入 CO 和,据此可以不解化学方程式而直接列式,这是气体混合物计算的高效模型。
13.(1)500;26.5 g(0.500 L × 0.5 mol/L × 106 g/mol = 26.5 g)。(2)①计算所需的质量;②用天平称量;③在烧杯中加入适量蒸馏水溶解,并用玻璃棒搅拌;④冷却至室温后,用玻璃棒引流把溶液转入 500 mL 容量瓶;⑤用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒 2~3 次,洗涤液全部转入容量瓶;⑥加蒸馏水至液面接近刻度线 1~2 cm 处,改用胶头滴管滴加至凹液面最低处与刻度线相切;⑦塞紧瓶塞,上下颠倒摇匀;⑧装入试剂瓶并贴好标签。(3)①③⑤。①未洗涤、③溶液溅出、⑤加水超刻度后吸出,都使溶质的物质的量偏小,浓度偏低;②俯视刻度线使浓度偏高;④残留蒸馏水无影响。(4)0.1 mol/L(0.5 mol/L × 20.00 mL ÷ 100 mL = 0.1 mol/L)。
方法点拨:配制溶液类综合题按“算、称、溶、冷、移、洗、定、摇”八字诀逐条检查,误差分析按“n 变没变、V 变没变”两步判断,即可覆盖绝大多数设问。
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