鲁科版 (2019)必修 第一册第1章 认识化学科学第1节 走进化学科学学案

气体摩尔体积

一、物质体积的影响因素

注意：气体的体积不但与物质的量有关，而且与温度和压强有关，描述或判断一定物质的量的气体的体积时，必须指明相关的温度和压强。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)一定温度、压强下，气体体积由其分子的大小和数目决定 (　　)

(2)固态物质和液态物质的体积决定于粒子大小和粒子数目 (　　)

(3)同温同压下，若两种气体所占体积不同，其主要原因是气体分子间平均距离不同 (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)×

二、气体摩尔体积

1．气体摩尔体积

(1)概念：在一定的温度和压强下，单位物质的量的气体所占的体积。

(2)符号：Vm。

(3)单位：L·mol－1或m3·mol－1。

(4)物质的量、气体的体积与气体摩尔体积之间的关系：n＝或者V＝nVm。

2．标准状况下的气体摩尔体积

(1)标准状况的含义：温度为0 ℃、压强为101 kPa。

(2)标准状况下气体的摩尔体积约为22.4 L·mol－1。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)1 mol任何气体的体积都为22.4 L  (　　)

(2)1 mol任何物质在标准状况下所占的体积都为22.4 L (　　)

(3)标准状况下，1 mol水所占的体积是22.4 L (　　)

(4)在常温常压下，11.2 L Cl2含有的分子数为0.5NA (　　)

(5)在常温常压下，1 mol氦气含有的原子数为NA (　　)

(6)标准状况下，H2的气体摩尔体积是22.4 L (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×

三、阿伏加德罗定律

1．内容：在同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。

2．内容总结：“三同”定“一同”

　相同温度和压强下，相同体积的任何气体所含的原子数一定相同吗？

[提示]　不一定。相同温度和压强下，相同体积的任何气体的物质的量相同，即所含分子数相同。分子中所含原子数可能相同，也可能不同(如N2、O3、NH3)。

标准状况时的气体摩尔体积示意图

[问题1]　标准状况下，1 mol任何物质的体积都约为22.4 L吗？

[提示]　不是。物质的状态有气体、固体或液体，在标准状况下，1 mol气体的体积约为22.4 L，而1 mol固体或液体的体积均不是22.4 L。

[问题2]　气体摩尔体积的适用范围是气体，是否必须为纯净的气体？

[提示]　不是。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，并且混合气体中气体之间不能发生化学反应。如标准状况下，0.2 mol H2和0.8 mol N2组成的混合气体的体积约为22.4 L。

[问题3]　当1 mol气体的体积为22.4 L时，能否说明该气体一定处于标准状况？

[提示]　不能。标准状况下，1 mol气体的体积约为22.4 L，但1 mol气体的体积为22.4 L时，并不一定说明该气体处于标准状况下，比如适当的升高温度(气体膨胀)、增大压强(压缩气体)，也能使1 mol气体的体积变为22.4 L。

[问题4]　标准状况下，1 000 L汽车尾气的物质的量约为多少？

[提示]　n＝＝≈44.6 mol。

1．正确理解气体摩尔体积

(1)条件：标准状况，即0 ℃、101 kPa；

(2)标准：1 mol，即分子数为6.02×1023；

(3)对象：气体，可为单一气体，也可为混合气体；

(4)数值：约为22.4 L，非精确值。

2．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。

【例题】　(1)标准状况下，33.6 L Cl2的物质的量是_________________mol,16 g O2所占体积是________L；

(2)标准状况下，含有1 mol Cl2和1.5 mol O2的混合气体所占体积是________L。

[解析]　(1)标准状况下，n＝＝＝1.5 mol，V(O2)＝n·Vm＝·Vm＝×22.4 L·mol－1＝0.5 mol×22.4 L·mol－1＝11.2 L。

(2)同温同压下的混合气体体积等于各成分气体体积之和，所以V(混)＝V(Cl2)＋V(O2)＝1 mol×22.4 L·mol－1＋1.5 mol×22.4 L·mol－1＝56 L。

[答案]　(1)1.5　11.2　(2)56

【变式旁通】　(1)第(2)问中混合气体在标准状况下的密度是多少？

(2)第(2)问中混合气体的平均摩尔质量是多少？

[提示]　(1)2.125 g·L－1。1 mol Cl2和1.5 mol O2的混合气体的质量为1 mol×71 g·mol－1＋1.5 mol×32 g·mol－1＝119 g，因此混合气体的密度为ρ＝＝＝2.125 g·L－1。

(2)47.6 g·mol－1。混合气体的总质量为1 mol×71 g·mol－1＋1.5 mol×32 g·mol－1＝119 g，因此混合气体的平均摩尔质量为＝＝＝47.6 g·mol－1。

1．下列说法中，正确的是(　　)

A．气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1

B．1 mol H2的质量是2 g，它所占的体积约是22.4 L·mol－1

C．在标准状况下，1 mol任何物质所占的体积都约为22.4 L·mol－1

D．在标准状况下，1 mol任何气体所占的体积都约为22.4 L

D　[A项没有指明是否是标准状况；B项没有指明是否是标准状况，且气体体积的单位为L或m3，而不是L·mol－1；C项“任何物质”不一定是气体，且单位不正确。   ]

2．(1)标准状况下，含有1.5 mol H2和0.5 mol O2的混合气体所占体积约是________。

(2)标准状况下，34 g NH3的物质的量是________，所占体积约是________，所含的NH3分子数是__________________________。

(3)某常见气体在标准状况下的密度为1.25 g·L－1。

①该气体的相对分子质量为________。

②若该气体的分子式为A2型，其名称为________；

若该气体的分子式为AB型，其名称为________。

[答案]　(1)44.8 L　(2)2 mol　44.8 L　1.204×1024　(3)①28　②氮气　一氧化碳

阿伏加德罗定律：

在相同温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。即：

N1＝N2⇒n1＝n2

[问题1]　同温同压下，两种气体的体积大小与什么有关？

[提示]　同温同压下，气体分子之间的距离相同，所以分子数越多，气体体积越大，即同温同压下，气体的体积与其物质的量的多少有关。

[问题2]　同温同压下，相同体积的任何气体都具有相同的质量吗？为什么？

[提示]　不一定。同温同压下，相同体积的任何气体都具有相同的物质的量，气体的摩尔质量不同时，相同物质的量的气体的质量也不相同。

[问题3]　同温同压下，不同气体的密度相同吗？为什么？

[提示]　不一定相同。因为＝＝，不同气体的摩尔质量不一定相同，故密度也不一定相同。

[问题4]　相同体积的甲、乙两个容器，甲中盛放1 mol氮气，乙中盛放2 mol氮气，则在相同温度下，甲、乙两容器中压强相同吗？

[提示]　不相同。同温同体积时，气体的物质的量越大，压强越大。

阿伏加德罗定律的推论

1．同温同压下，体积相同的两种气体C2H6和NO，二者不同的是(　　)

A．物质的量   B．密度

C．质量   D．含有的原子数   

D　[题中限定条件下的C2H6和NO具有相同的分子数，即物质的量相同，二者的摩尔质量相同，则具有相同的质量，由于体积相同，则两气体的密度相同，1个C2H6分子和1个NO分子中分别含有8个原子和2个原子，故含有的原子数不相同。]

2．同温同压下，甲容器中的NH3和乙容器中的CH4所含的原子总数相同，则甲容器与乙容器的体积之比为(　　)

A．1∶1  B．2∶1  C．3∶4  D．5∶4

D　[由NH3和CH4所含原子数相同知：n(NH3)×4＝n(CH4)×5⇒＝，同温同压下＝＝。]

3．同温同压下，同体积的N2和SO2分子数之比为________________，物质的量之比为________，原子总数之比为________________，摩尔质量之比为________，质量之比为________，密度之比为________。

[解析]　根据阿伏加德罗定律知：同温同压下，同体积的N2和SO2具有相同的分子数，故＝；＝＝；二者原子数之比为＝；＝＝；＝＝；＝＝。

[答案]　1∶1　1∶1　2∶3　7∶16　7∶16　7∶16

1．下列说法中正确的是(　　)

A．32 g O2的体积为22.4 L

B．22.4 L N2含有阿伏加德罗常数个氮气分子

C．在标准状况下，22.4 L水的物质的量为1 mol

D．在0 ℃、1.01×105 Pa下，22 g CO2和16 g O2混合后的体积约为22.4 L

D　[32 g O2为1 mol，但1 mol气体的体积不一定是22.4 L，同样22.4 L气体的物质的量也不一定为1 mol，即22.4 L N2不一定含有阿伏加德罗常数个氮气分子，故A、B均不正确；在标准状况下，水为液态，22.4 L水的物质的量不是1 mol，故C不正确；0 ℃、1.01×105 Pa就是标准状况下对应的温度和压强，在该条件下，1 mol任何气体(包括混合气体)的体积都约为22.4 L。]

2．同温同压下的1 mol H2和1 mol O2，它们的(　　)

A．质量相同，体积不同

B．分子数相同，质量不同

C．体积相同，分子数不同

D．体积相同，原子数不同

B　[同温同压下，1 mol H2和1 mol O2具有相同的分子数、原子数和体积，但质量不同。]

3．瓦斯中甲烷与氧气的质量比为1∶4时极易发生爆炸，此时甲烷与氧气的体积比为(　　)

A．1∶4  B．1∶2  C．1∶1  D．2∶1

B　[甲烷与氧气的质量比为1∶4，令甲烷与氧气的质量分别为1 g、4 g，则：1 g甲烷的物质的量为＝ mol,4 g氧气的物质的量为＝ mol，同温同压下，甲烷与氧气的体积之比等于物质的量之比为 mol∶ mol＝1∶2。]

4．同温同压下，等质量的SO2气体和SO3气体相比较，下列叙述中正确的是(　　)

A．密度之比为4∶5　 B．物质的量之比为4∶5

C．体积之比为1∶1   D．原子数之比为3∶4

A　[根据＝＝＝，A正确；＝＝＝＝，B错误；＝＝，C错误；原子数之比为＝，D错误。]

5．(1)标准状况下，33.6 L氧气的物质的量为________mol；标准状况下，2 mol氢气的体积为________L。

(2)标准状况下，6 g氢气的体积为________L；标准状况下，体积为11.2 L的CO2的质量为________g。

(3)标准状况下，11.2 L氯气的分子数目是________；标准状况下，1.204×1023个氧气分子的体积是________L。

(4)标准状况下，某气体的密度为1.25 g·L－1，则其摩尔质量为________g·mol－1。

[解析]　(1)n＝＝＝1.5 mol；V＝nVm＝2 mol×22.4 L·mol－1＝44.8 L。(2)V＝nVm＝Vm＝×22.4 L·mol－1＝67.2 L；m＝nM＝M＝×44 g·mol－1＝22 g。(3)N＝nNA＝·NA＝×6.02×1023mol－1＝3.01×1023；V＝nVm＝Vm＝×22.4 L·mol－1＝4.48 L。(4)M＝ρVm＝1.25 g·L－1×22.4 L·mol－1＝28 g·mol－1。

[答案]　(1)1.5　44.8　(2)67.2　22　(3)3.01×1023　4.48　(4)28