人教版 (2019)必修 第一册第三节 物质的量学案

2022-2023学年高一化学同步学习高效学与练（自主学案）

第二章  海水中的重要元素——钠和氯

第三节  物质的量

第2课时  气体摩尔体积

课程学习目标

1.了解气体摩尔体积的含义和应用，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，并运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积之间的相互关系进行简单计算。

学科核心素养

1.变化观念：认识气体摩尔体积在化学定量研究中的重要作用。

2.宏观辨识与微观探析：建立气体摩尔体积的概念，基于气体摩尔体积定量认识物质的组成及物质的化学变化。

【新知学习】

通过学习我们已经知道，1mol任何粒子集体所含的粒子数目     相同   ，1mol粒子的质量   数值上 

等于摩尔质量  。那么1mol物质的体积是否相同呢？

一．物质体积大小的影响因素

1.物质在固态或液态时，粒子间的平均距离比气态小的多，决定固体、液体的体积的主要因素    粒子大小和粒子数目   ，由于粒子的大小是 不同的 ，所以，1mol不同的固态或液态物质的体积是   不同的   。而气体物质分子之间的距离很大，远大于粒子大小，故气体物质的体积主要决定于     粒子数目和粒子间的距离      。

①粒子  大小 

②粒子  数目 

③粒子间的  距离 

2.决定气体粒子间距离的主要因素是温度和压强（有何影响？），不同气体在相同的温度和压强下，气体粒子之间的距离  相同   。所以，粒子数相同的气体在相同条件下有着相同的体积。

3.    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。    这就是阿伏伽德罗定律。

【结论】

（1）在相同条件下粒子数相同的不同固态或液态物质的体积   不同    ；

（2）在同温同压条件下，粒子数相同的任何气体的体积     相同    。

【注意】气体的体积受温度、压强的影响很大，因此，说到气体的体积时，必须指明外界条件，否则就没有意义。

【典例1】下列四种因素：①温度和压强；②所含粒子数；③粒子本身大小；④粒子间的距离。其中对气态物质体积有显著影响的是(　　)

A．②③④ B．②④

C．①③④ D．①②④

【答案】D

【解析】

气态物质粒子之间的距离要比粒子本身的直径大很多倍，故粒子本身的大小对气态物质体积无显著影响。

二．气体摩尔体积（符号  Vm  ）

1.定义：    单位物质的量的任何气体在相同条件下占有相同的体积。这个体积称为气体摩尔体积。   

2.单位:       L·mol－1或L/mol           

3.表达式：气体摩尔体积＝，即Vm＝。

4.影响因素：气体摩尔体积的数值取决于气体所处的温度和压强。

温度越高，体积  越大  ；压强越大，体积  越小  。

5.标准状况（   0℃，101kpa  ）下，气体摩尔体积约为  22.4   L·mol－1，常温常压下，Vm≈24.5 L·mol－1。

【注意】（1）气体摩尔体积的数值取决于气体所处的温度和压强。

（2）只适用于气态物质，对于固态物质和液态物质来讲不适用。这里所指的“气体”，可以是纯净物，也可是混合物。

6.气体摩尔体积的相关计算

①气体的物质的量n＝

②气体的密度ρ＝＝＝

③气体的分子数N＝n·NA＝·NA

④气体的质量m＝n·M＝·M

【典例2】现有同温同压下1 mol H2和1 mol O2，下列说法正确的是(　　)

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

【答案】B

【解析】

同温同压下，1 mol H2和1 mol O2的分子数相同，原子数相同，体积也相同，但质量一定不同。

【知识进阶】

三．阿伏伽德罗定律及其应用

1.内容：    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：任何气体，可以是单一气体，也可以是混合气体。

3.“三同定一同”规律：同温、同压、同体积、同分子数中只要有“三同”则必有第“四同”。

阿伏伽德罗定律又称为“四同定律”。

4．阿伏加德罗定律的推论

【典例3】在体积相同的两个密闭容器中分别充满O2、O3气体，当这两个容器内温度和气体密度相等时，下列说法正确的是（    ）

A．两种气体的压强相等

B．O2比O3的质量小

C．两种气体的分子数目相等

D．两种气体的氧原子数目相等

【答案】D　

【解析】

氧气和臭氧等温度、等体积、等密度时，其质量一定相等；因二者的摩尔质量不相等，其物质的量一定不相等，压强不相等，分子数目不相等，但含有的氧原子数目相等。

四．掌握求算气体摩尔质量的五种常用方法

1.根据标准状况下气体的密度(ρ)：M＝ρ×22.4 L·mol－1。

2.根据气体的相对密度   ，   D＝。

3.根据物质的质量(m)和物质的量(n)：M＝。

4.根据一定质量(m)的物质中微粒数目(N)和阿伏加德罗常数(NA)：M＝。

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：

M＝×a%＋×b%＋×c%＋…，

其中a%、b%、c%指混合物中各成分的物质的量分数(或体积分数)。

【典例4】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的为________(用含m、d的代数式表示)。

(2)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______________________。　　　

【答案】(1) mol　6d g·mol－1　(2)22.4ρ g·mol－1  (3)17a%＋44b%＋18c%

【解析】

(1)混合气体对H2的相对密度为d，则混合气体平均相对分子质量等于2d，混合气体总质量为m g，则混合气体的物质的量为  mol。

NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O↑

1         1       1       1

NH4HCO3与生成气体的物质的量之比为1∶3，则n(NH4HCO3)＝ mol，M(NH4HCO3)＝ g·mol－1＝6d g·mol－1。

(2)混合气体的平均摩尔质量(混合气体)＝ρVm＝22.4ρ g·mol－1。

(3)混合气体的平均相对分子质量等于各气体的摩尔质量乘以各成分的体积分数之和，

(混合气体)＝M(NH3)×a%＋M(CO2)×b%＋M(H2O)×c%＝17a%＋44b%＋18c%。

【效果检测】

1．（2020·安徽省六安中学高一期中）下列各组物质中原子数相同的是（   ）

A．2LCO和2LN2

B．9gH2O和标准状况下11.2LCO2

C．标准状况下1molO2和22.4LH2O

D．0.2molNH3和4.48LHCl气体

【答案】B

【解析】

A．若CO和N2分别处于不同温度压强下，则2L两种气体所含分子数不一定相同，则所含原子数不同，故A不符合题意；

B．9gH2O的物质的量为=0.5mol，所含原子为1.5mol；标准状况下11.2LCO2的物质的量为=0.5mol，所含原子为1.5mol，故B符合题意；

C．标况下水不是气体，22.4L水的物质的量不是1mol，故C不符合题意；

D．未指明温度压强，无法确定4.48LHCl气体的物质的量，故D不符合题意；

综上所述答案为B。

2．（2019·江苏省江都中学高一期中）下列说法中正确的是（   ）

A．1 mol H2 的体积是 22.4 L

B．O2 的摩尔质量是 48 g

C．标准状况下，22.4 L H2O 含有 6.02×1023 个 H2O

D．常温常压下，28g N2 与标准状况下 22.4 L CO2 含有相同的分子数

【答案】D

【解析】

A. 没有指明气体所处温度和压强，气体摩尔体积未知，无法计算1mol H2的体积，故A错误；

B. O2的摩尔质量为32g/mol，故B错误；

C. 标准状况下水不是气体，不能使用标准状况下气体摩尔体积计算水的物质的量，故C错误；

D. 28g N2的物质的量为，标准状况下22.4L CO2的物质的量为，根据N=nNA可知，二者含有分子数相同，故D正确；

故选D。

3．（2020·伊美区第二中学高一月考）同温同压下，等质量的下列气体所占有的体积最大的是（   ）

A．O2 B．CH4 C．CO2 D．SO2

【答案】B

【解析】

根据阿伏加德罗定律可知，在相同条件下体积之比是气体的物质的量之比；在质量相同时，摩尔质量越小，物质的量越大；选项中CH4的摩尔质量最小，所以答案选B。

4．下列说法正确的是 （   ）

A．22.4 L任何气体的物质的量均为1 mol

B．在标准状况下，0.2 mol H2和0.8 mol CO2组成的混合气体的体积约为22.4 L

C．标准状况下，1 mol任何物质的体积必定是22.4 L

D．22.4 L CO2和18 g H2O所含的分子数相等

【答案】B　

【解析】A项、D项，未指明标准状况；C项，物质不一定是气体。

5．一定温度和压强下，用m g的CH4、CO2、O2、SO2四种气体分别吹出四个体积大小不同的气球，下列说法中正确的是（   ）

A．气球②中装的是O2

B．气球①和气球③中气体分子数相等

C．气球①和气球④中气体物质的量之比为4∶1

D．气球③和气球④中气体密度之比为2∶1

【答案】D　

【解析】

A项，根据阿伏加德罗定律的推论：同温同压下，同质量的气体体积与其摩尔质量成反比，四种气体的摩尔质量的大小关系为M(SO2)>M(CO2)>M(O2)>M(CH4)，所以气球①、②、③、④中的气体分别为SO2、CO2、O2、CH4，错误；同质量的气体，分子数之比等于其物质的量之比，也等于其摩尔质量的反比，气球①和气球③中气体分子数不相等，气球①和气球④中气体物质的量之比为1∶4，故B、C错误；D项，同温同压下，气体的密度与其摩尔质量成正比，气球③和气球④中气体密度之比为2∶1，正确。

6．（2020·甘肃省西北师大附中高一期中）下列说法正确的是（   ）

A．硫酸、磷酸的摩尔质量均为98g

B．20℃、1.0×10 5Pa时，同体积的O2与CO2含有相同的分子数

C．标准状况下，16gO2与24g Mg所占的体积相同

D．当1mol气态物质的体积为22.4L时，该气体一定处于标准状况

【答案】B

【解析】

A. 摩尔质量的单位为g/mol，故A错误；

B. 同温、同压、同体积的气体物质的量相同，分子数相同，20℃、1.0×105Pa，同体积的O2与CO2含有相同的分子数，故B正确；

C. 16g氧气物质的量为0.5mol，24gMg的物质的量是1mol，但Mg是固体，24gMg的体积小于16gO2，故C错误；

D. 依据PV=nRT分析，压强和温度同倍数增大，1mol气态物质的体积也可以为22.4L，不一定处于标准状况，故D错误；

故答案选B。

7．(1)标准状况下，44.8 L H2的质量约为________ g。

(2)标准状况下，3.01×1023个氧气分子所占的体积约为____L。

(3)标准状况下，16 g氧气和42 g N2的混合气体的体积约为___ L。

(4)标准状况下，X2的密度为1.429 g/L，则X2的摩尔质量为__。

【答案】　(1)4　(2)11.2　(3)44.8　(4)32 g/mol

【解析】

(1)44.8 L H2的物质的量为＝2 mol，m(H2)＝2 mol×2 g·mol－1＝4 g。

(2)n(O2)＝＝0.5 mol，

V(O2)＝0.5 mol×22.4 L·mol－1＝11.2 L。

(3)n(O2)＝＝0.5 mol，

n(N2)＝＝1.5 mol，故混合气体的体积约为(0.5＋1.5) mol×22.4 L·mol－1＝44.8 L。

(4)M＝ρ标×22.4 L/mol≈32 g/mol。

8．现有14.4 g CO和CO2的混合气体，在标准状况下所占的体积约为8.96 L。回答下列问题：

(1)该混合气体的平均摩尔质量：__________________。

(2)混合气体中碳原子的个数：__________。(用NA表示阿伏加德罗常数的值)

(3)将混合气体依次通过如图装置，最后收集在气球中。

①气球中收集到的气体摩尔质量：_______________；

②标准状况下气球中收集到的气体的体积为__________________；

③气球中收集到的气体的电子总数为______________________。(用NA表示阿伏加德罗常数的值)

【答案】(1)36 g·mol－1　(2)0.4NA

(3)①28 g·mol－1　②4.48 L　③2.8NA

【解析】

(1)混合气体的体积为8.96 L，则其物质的量为n＝＝＝0.4 mol，混合气体的平均摩尔质量为＝36 g·mol－1。(2)设混合气体中 CO的物质的量为x mol，CO2的物质的量为y mol，则根据混合物的质量为14.4 g可得28x＋44y＝14.4　①；根据气体的物质的量为0.4 mol，可得x＋y＝0.4　②；解得x＝0.2，y＝0.2；由于CO和CO2中均含1个碳原子，故0.2 mol CO和0.2 mol CO2中共含0.4 mol C原子即0.4NA个。(3)将混合气体依次通过图中装置，则CO2会被NaOH溶液吸收，剩余CO，被浓硫酸干燥后，则在气球中收集到的是干燥纯净的CO气体；①气球中收集到的气体为CO，摩尔质量为28 g·mol－1；②气球中CO的体积V＝nVm＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L；③一个CO分子含有14个电子，则电子的物质的量为0.2 mol×14＝2.8 mol，电子总数为2.8NA。