人教版 (2019)必修 第一册第三节 物质的量优秀学案
展开第三课时 物质的量浓度
【学习目标】1. 通过阅读教材,联系生活实际,理解“物质的量浓度”的概念及应用,培养宏观辨识与微观探析的核心核心素养。
2.通过典例剖析,练习巩固,能运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度之间的相互关系进行有关简单的计算。
【学习重点】物质的量浓度定义及相关计算
【学习难点】不同类型计算的思维模型的建立
【课前预习】
旧知回顾:1.溶液的组成及特征:溶液是由 溶质 和 溶剂 两部分组成,其特征是 均一、稳定、透明 。
2.溶液浓度的表示方法:溶液溶质质量分数是指溶液中溶质质量与溶液质量之比。也指混合物中某种物质质量占总质量的百分比。其表达式为 ω=(m质/m液)×100% 。
3.溶解度:在一定温度下,某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的溶质的质量,叫做这种物质在这种溶剂中的溶解度。物质的溶解度属于物理性质。若溶液中某溶质的溶解度用S表示,则该温度下此饱和溶液中溶质的质量分数可表示为 W=s/(100+s)×100% 。
新知预习: 1.物质的量浓度:物质的量浓度的定义为 单位体积(1L)溶液里所含溶质B的物质的量 。符号为 CB ,单位是 ml/L ,表达式为 CB=nB/V 。
2.已知溶质B的摩尔质量为M g·ml-1,饱和溶液的密度为ρ g·mL-1,溶解度为S g·100 g-1,物质的量浓度为cB ml·L-1。
①溶解度S换算为物质的量浓度:cB=1 000 mL×ρg·mL-1×Sg(100+S) gMg·ml-1×1 L=1 000ρS(100+S)M
②物质的量浓度换算为溶解度:S=cBml·L-1×1 L×Mg·ml-1ρg·mL-1×1 000 mL−cBml·L-1×1 L×Mg·ml-1×100=100cBM1 000ρ-cBM
【课中探究】
情景导入:生活中表示溶液的浓度,实际有很多方法,白酒中的酒精含量是体积百分数,食用油用的质量分数,矿泉水中的矿物质含量用的是mg/L,而检验或体检报告单中使用了mml/L这样的单位,即表示在1L的溶液中含有的溶质是多少mml(毫摩尔即10-3ml)。所以本节课我们将学习表示溶液组成的另一种方法——物质的量浓度。(见PPT图片)
一、物质的量浓度
活动一、物质的量浓度定义
任务一、 阅读教材P57页内容,思考什么是物质的量浓度?有何特点?
【答案要点】①物质的量浓度定义: 单位体积(1L)溶液里所含溶质B的物质的量,表达式:cB=nB/ V,符合:cB,单位:1ml/L或ml·L-1。
②特点:在一定物质的量浓度溶液中取出任意体积的溶液,其物质的量浓度不变,但所含溶质的物质的量或质量因体积的不同而不同。
任务二、问题探究:①1 ml NaCl溶于1 L水所得溶液物质的量浓度是1 ml·L-1吗?为什么?
【答案】不是。物质的量浓度表示的是单位体积溶液(注意不是溶剂)中所含溶质的物质的量。
②1 L 58.5 g NaCl溶液的物质的量浓度是不是1 ml·L-1?
【答案】不是。因为58.5 g NaCl溶液中溶质的质量不是1 ml。
③从1 ml·L-1 NaOH溶液中取出100 mL,取出的溶液中NaOH的物质的量浓度是多少?哪些量变了,哪些量没变?
【答案】还是1 ml·L -1 。因为溶液是均一的。溶液的物质的量浓度没变,但溶质的物质的量减少了。
【对应练习】1.某同学体检的血液化验单中,葡萄糖为0.0059 ml·L-1。表示该体检指标的物理量是( )
A.溶解度(S) B.物质的量浓度(c)
C.质量分数(ω) D.摩尔质量(M)
【答案】B
【解析】葡萄糖为0.0059 ml·L-1,涉及单位为ml·L-1,为物质的量浓度的单位,溶解度的单位为g,质量分数无单位,摩尔质量单位为g·ml-1,答案为B项。
2.1 ml·L-1硫酸溶液的含义是( )
A.1 L水中含有1 ml硫酸 B.1 L溶液中含有1 ml氢离子
C.将98 g硫酸溶于1 L水中配成溶液 D.1 L硫酸溶液中含98 g硫酸
【答案】D
【解析】A.lml•L-1硫酸溶液是指1L硫酸溶液中含有lml H2SO4,不是1L水,故A错误;B.1L lml•L-1硫酸溶液中含有氢离子的物质的量为:1ml/L×2×1L=2ml,故B错误;C.98g硫酸的物质的量为1ml,1ml硫酸溶于1L水所配成的溶液体积不是1L,溶液浓度不是1ml/L,故C错误;D.lml•L-1硫酸溶液是指1L该硫酸溶液中含有lml H2SO4,lml H2SO4的质量为1ml×98g/ml=98g,故D正确;故选:D。
活动二、溶质的质量分数、溶解度和物质的量浓度概念比较
任务一、根据下表内容,列表比较溶质的质量分数、溶解度和物质的量浓度。
【答案要点】
任务二、讨论交流:你认为计算物质的量浓度的关键时什么?结合教材P58页【例题】计算配制500mL0.1ml/LNaOH溶液,需要NaOH的质量是多少?
【答案要点】①计算溶质的物质的量浓度的关键是从已知条件中找出溶质的物质的量(ml)和溶液的体积(L),据此求出溶质的物质的量浓度cB。
②可以先通过物质的量浓度的定义,根据 nB=cB∙V,求得NaOH的物质的量。然后通过质量与物质的量的关系,根据m=n∙M,求得NaOH的质量。
【解答】500 mL0.1ml/LNaOH溶液中NaOH的物质的量为:
n(NaOH)=c(NaOH)· V[NaOH(aq)]
=0.1ml/L× 0.5L
=0.05ml
0.05 ml NaOH的质量为 :
m(NaOH)=n(NaOH)· M(NaOH)
=0.05ml× 40g/ml
=2g
答:需要NaOH的质量是2g。
注意:规范书写。
【对应练习】1.下列溶液中溶质的物质的量浓度为1 ml·L-1的是( )
A.将40 g 氢氧化钠溶解于1 L水中
B.将22.4 L氯化氢气体溶于水配成1 L溶液
C.将1 L 10 ml·L-1 的浓盐酸与9 L水混合
D.将10.6 g碳酸钠溶解于水得到100 mL溶液
【答案】D
【解析】选项B中没有指明氯化氢处于标准状况下;选项C中两种溶液混合后的体积不一定是二者的体积之和。
2.欲配制100 mL 1.0 ml·L-1 Na2SO4溶液,正确的方法是( )
①将14.2 g Na2SO4,溶于100 mL水中
②将32.2 g Na2SO4•10H2O溶于少量水中,再用水稀释至100 mL
③将20 mL 5.0 ml·L-1 Na2SO4溶液用水稀释至100 mL
A.①②B.②③ C.①③ D.①②③
【答案】B
【解析】①14.2 g Na2SO4的物质的量为 EQ \f(14.2 g,142 g·ml-1)=0.1 ml,但溶液的体积不等于溶剂的体积,所以无法计算出物质的量浓度,故①错误;②32.2 g Na2SO4•10H2O物质的量为 EQ \f(32.2 g,322 g·ml-1)=0.1 ml,硫酸钠的物质的量等于硫酸钠晶体的物质的量,硫酸钠的物质的量浓度c= EQ \f(0.1 ml,0.1 L)=1.0 ml·L-1,故②正确;③根据稀释定律,稀释前后溶质硫酸钠的物质的量不变,则20 mL×5 ml·L-1=100 mL×c(硫酸钠),则c(硫酸钠)=1.0 ml·L-1,故③正确;②③正确,故答案为B项。
二、物质的量浓度有关计算
活动一、对物质的量浓度表达式的理解
任务一、思考交流:在用物质的量浓度表示溶液的组成时,你是如何理解表达式中的各物理量的?
【答案要点】①单位体积的溶液(1L),溶液的体积不等于溶剂的体积;
②nB是溶质B的物质的量;
③物质溶于水,其溶质不一定是该物质。如将CuSO4·5H2O晶体溶于水,其溶质是CuSO4;将Na、Na2O、Na2O2溶于水,其溶质是NaOH;将SO3溶于水,所得溶液的溶质是H2SO4;
④特殊物质:如NH3溶于水后溶质为NH3·H2O,但计算浓度时仍以NH3作为溶质。
任务二、在进行有关物质的量浓度溶液的计算时,如何确定溶液的体积?溶液稀释时,有何规律?
【答案要点】①在物质的量浓度的表达式中不是溶剂体积,也不是溶剂体积与溶质体积之和,而是溶液的体积,可以根据溶液的密度计算:V=eq \f(m气体或固体+m溶剂,ρ)。
②同溶质不同物质的量浓度溶液混合时,可抓住溶质的质量或物质的量不变进行计算。
A.混合后溶液体积保持不变时,c1V1+c2V2=c混·(V1+V2)。
B.混合后溶液体积发生变化时,c1V1+c2V2=c混V混,其中V混=eq \f(m混,ρ混)。
C.两种稀溶液混合时,常近似看作密度都与水的密度相同。
【对应练习】1.下列溶液中溶质的物质的量浓度为1 ml·L-1的是( )
A.将40 g NaOH溶解于1 L水中配成NaOH溶液
B.常温常压下,将22.4 L HCl气体溶于水配成1 L的盐酸
C.将1 L 0.5 ml·L-1的盐酸加热浓缩为0.5 L
D.从1 000 mL 1 ml·L-1的NaCl溶液中取出100 mL的溶液
【答案】D
【解析】A项,40g氢氧化钠固体溶于1 L水所得的溶液的体积已不是1L,物质的量浓度不是1 ml·L—1,故A错误;B项,常温常压下,22.4 L HCl的物质的量不是1 ml,所得盐酸的物质的量浓度不是1 ml·L—1,故B错误;C项,盐酸是恒沸液,将1 L 0.5 ml·L-1的盐酸加热浓缩为0.5 L的过程中,氯化氢和水都受热挥发,所得盐酸的物质的量浓度不是1 ml·L—1,故C错误;D项,从1 000 mL 1 ml·L-1的NaCl溶液中取出100 mL的溶液,氯化钠溶液的物质的量浓度仍为1 ml·L-1,故D正确;故选D。
2.下列溶液中,溶质的物质的量浓度不是1 ml·L-1的是( )
A.10 g NaOH固体溶解在水中配成250 mL溶液
B.将80 g SO3溶于水并配成1 L的溶液
C.将0.5 ml·L-1的NaNO3溶液100 mL加热蒸发掉50 g水的溶液
D.标况下,将 22.4 L氯化氢气体溶于水配成1 L溶液
【答案】C
【解析】A项,10 g NaOH固体的物质的量为 EQ \f(10 g,40 g·ml-1)=0.25 ml,溶解在水中配成250 mL溶液,NaOH的物质的量浓度为 EQ \f(0.25 ml,0.25 L)=1 ml·L-1,不符合题意;B项,80 g SO3的物质的量为 EQ \f(80 g,80 g·ml-1)=1 ml,SO3溶于水和水反应:SO3+H2O=H2SO4,硫酸的物质的量也为1 ml,配成1 L溶液,溶液体积为1 L,所以H2SO4的物质的量浓度为 EQ \f(1 ml,1 L)=1 ml·L-1,不符合题意;C项,将100 mL NaNO3溶液加热蒸发掉50 g水,溶液体积不是50 mL,所以蒸发后的溶液中溶质的物质的量浓度无法计算,符合题意;D项,标况下,22.4 L氯化氢气体的物质的量为 EQ \f(22. 4 L,22.4 L·ml-1)=1 ml,溶于水配成1 L溶液,溶质的物质的量浓度为 EQ \f(1 ml,1 L)=1 ml·L-1,不符合题意。
活动二、溶液中溶质的质量分数、溶解度与物质的量浓度的换算
任务一、思考讨论:如何推导溶液中溶质的质量分数与物质的量浓度的关系?
【答案要点】①换算公式:c=eq \f(1 000ρw,M ) ml·L-1。(c为溶质的物质的量浓度,单位ml·L-1,ρ为溶液的密度,单位g·cm-3,w为溶质的质量分数,M为溶质的摩尔质量,单位g·ml-1)
②推导方法:设溶液体积为1 L,则cB=eq \f(nB,V)=eq \f(\f(ρg·mL-1×1 000 mL×w,Mg·ml-1),1 L)=eq \f(1 000ρw,M) ml·L-1。
任务二、如何确定溶解度与物质的量浓度的关系?计算溶液中离子浓度时有何规律?
【答案要点】①可以溶液中溶质的质量分数为桥梁,现推出溶解度与溶液中溶质的质量分数的关系,再计算对应的物质的量浓度。某温度下饱和溶液质量分数(w)与溶解度(S)的换算公式:w=eq \f(S,100+S)×100%=eq \f(cM,1 000ρ)(M:摩尔质量,单位:g·ml-1;ρ:密度,单位:g·cm-3)。
②溶液中离子浓度的计算规律:溶液中阴、阳离子的物质的量浓度之比=化学组成中的离子个数之比。如K2SO4溶液中:c(K+)=2c(SOeq \\al(2-,4))=2c(K2SO4),满足电荷守恒规律。
【对应练习】1.将50 mL 0.3 ml·L-1 NaOH溶液加水稀释到500 mL,稀释后溶液中NaOH的物质的量浓度为( )
A.0.3 ml·L-1B.0.03 ml·L-1
C.0.05 ml·L-1D.0.04 ml·L-1
【答案】B
【解析】根据溶液稀释前后溶质的物质的量不变得到0.05 L×0.3 ml·L-1=c×0.5 L,c=0.03 ml·L-1,故B项符合题意。
2.据此分析下列说法错误的是 ( )
A.该硫酸的物质的量浓度为9.2 ml·L-1
B.100 mL该硫酸的质量是184 g
C.硫酸的摩尔质量与磷酸(H3PO4)的摩尔质量相同
D.10 g 98%的硫酸(密度为1.84 g·cm-3)与10 mL 18.4 ml·L-1的硫酸的浓度是相同的
【答案】A
【解析】A项,该硫酸的物质的量浓度为eq \f(1 000 mL·L-1×1.84 g·mL-1×98%,98 g·ml-1)=18.4 ml·L-1,错误,符合题意;B项,100 mL该硫酸的质量为100 mL×1.84 g·mL-1=184 g,正确,不符合题意;C项,硫酸和磷酸的摩尔质量均为98 g·ml-1,正确,不符合题意;D项,由A项分析可知,10 g 98%的硫酸(密度为1.84 g·cm-3)其物质的量浓度为18.4 ml·L-1,正确,不符合题意。
【课后巩固】1.(易)教材作业:P18-19页练习3、4、8、9
2.(易)下列说法不正确的是( )
A.报告单表示葡萄糖指标的物理量是物质的量浓度
B.报告单各项目指标的物理量只有胱抑素C不是物质的量浓度
C.根据以上体检报告可以诊断为缺钙
D.若另外某人血液中葡萄糖(C6H12O6,简称血糖,相对分子质量为180)的指标单位为mg·L-1,检查结果为360 mg·L-1,经换算,结合以上参考范围,可诊断为高血糖
【答案】D
【解析】A项,由表可知报告单表示葡萄糖指标的物理量—mml·L-1,是物质的量浓度,正确;B项,报告单各项目指标的物理量—mg·L-1,不是物质的量浓度,正确;C项,由报告单可知钙的量0.68,低于2.13~2.70,正确;D项,若另外某人血液中葡萄糖(C6H12O6,简称血糖,相对分子质量为180)的指标单位为mg·L-1,检查结果为360 mg·L-1,c(葡萄糖)= EQ \f( EQ \f(1360,180) mml,1 L)=2 mml·L-1,结合以上参考范围,低于血糖浓度的最低值,可诊断为低血糖,错误。
3.(易)关于1 ml·L-1 K2SO4溶液的下列说法正确的是( )
A.溶液中含有1 ml K2SO4
B.1 ml K2SO4溶于1 L水中
C.溶液中c(K+)=2 ml·L-1
D.1 L溶液中含2 ml K+,2 ml SOeq \\al(2-,4)
【答案】C
【解析】因溶液的体积不确定,故无法求解K2SO4的物质的量,A错误;B项水是1 L,溶液的体积不是1 L,B错误;据K2SO4的组成可知,K+与SOeq \\al(2-,4)的个数比是2∶1,所以溶液中c(K+)=2 ml·L-1,1 L溶液中含2 ml K+,1 ml SOeq \\al(2-,4),C正确,D错误。
4.(易)下列关于0.1 ml·L-1Na2CO3溶液的叙述错误的是( )
A.该溶液中含有Na2CO3的质量为10.6 g
B.1 L该溶液中Na+的物质的量浓度为0.2 ml·L-1
C.从1 L该溶液中取出100 mL,则取出溶液中Na2CO3的物质的量浓度为0.1 ml·L-1
D.取该溶液10 mL,加水稀释至100 mL后所得溶液中Na2CO3的物质的量浓度为0.01 ml·L-1
【答案】A
【解析】A项,题中没有给出溶液的体积,故不可能求出溶质的质量,A项错误;B项,c(Na+)与溶液的体积没有关系,c(Na+)=2c(Na2CO3)=0.2 ml·L-1,B项正确;C项,溶液是均一、稳定的,从1 L该溶液中取出100 mL,c(Na2CO3)不变,仍为0.1 ml·L-1,C项正确;D项,溶液进行稀释时,根据溶质的物质的量守恒c1V1=c2V2,可以求出稀释后溶液的浓度为0.01 ml·L-1,D项正确;故选A。
5.(易) 下列溶液中氯离子浓度与50 mL 1 ml·L-1 AlCl3溶液中Cl-浓度相等的是( )
A.150 mL 1 ml·L-1的NaCl溶液 B.75 mL 2 ml·L-1的NH4Cl溶液
C.150 mL 3 ml·L-1 的KCl溶液 D.75 mL 2 ml·L-1的FeCl3溶液
【答案】C
【解析】1 ml·L-1的AlCl3溶液中c(Cl-)=3 ml·L-1。A项c(Cl-)=1 ml·L-1;B项,c(Cl-)=2 ml·L-1;C项c(Cl-)=3 ml·L-1;D项c(Cl-)=6 ml·L-1。
6.(中)36.5 g氯化氢溶解在1 L水中(水的密度近似为 1 g·mL-1),所得溶液的密度为ρ g·mL-1,质量分数为w,物质的量浓度为c ml·L-1,NA表示阿伏加德罗常数的值,则下列叙述正确的是( )
A.所得溶液的物质的量浓度为1 ml·L-1 B.36.5 g氯化氢含有NA个原子
C.36.5 g HCl气体占有的体积为22.4 L D.所得溶液的质量分数为w=36.5c1 000ρ
【答案】D
【解析】所得溶液的物质的量浓度为1 ml÷(36.5+1 000)g1 000ρg·L-1=1 000ρ36.5+1 000 ml·L-1,A项错误;36.5 g 氯化氢物质的量为1 ml,含有2NA个原子,B项错误;36.5 g HCl在标准状况下的体积为22.4 L,C项错误;设溶液的体积为V L,则w=36.5cV1 000Vρ=36.5c1 000ρ,D项正确。
7.(难)t ℃时,A的溶解度是S g,其饱和溶液密度为d g·cm-3,物质的量浓度为c ml·L-1,溶液的质量分数为w,A的摩尔质量为M g·ml-1。实验测得向一定量含A的溶液中加入m g无水A或蒸发掉n g水后恢复到t ℃,均为饱和溶液,下列关系式不正确的是( )
A.S= B.c=
C.S= D.w= ×100%
【答案】C
【解析】向一定量含A的溶液中加入mg无水A或蒸发掉ng水后恢复到t°C,均为饱和溶液,则t°C时A的溶解度为;该饱和溶液的质量分数为;再结合、计算。A. 由分析知,S=,故A正确;B. 已知、,则 ,故B正确;C. 由分析知,S= ,故C错误;D.由分析知,w= ×100%,故D正确;故选C。
8.(中) (1)在100 g浓度为c ml·L-1,密度为ρ g·cm-3的硫酸中加入一定量的水稀释成eq \f(c,2) ml·L-1的硫酸,则加入水的体积________ 100 mL(填“=”“>”或“<”,下同)。
(2)若把(1)中的H2SO4改成氨水,应加入水的体积______ 100 mL。
(3)若把(1)(2)中的物质的量浓度均改为溶质的质量分数,则加入水的体积________ 100 mL。
(4)将溶质质量分数为48%的H2SO4溶液与水等体积混合,所得溶液的质量分数________24%。
【答案】(1)< (2)> (3)= (4)>
【解析】(1)eq \f(100,ρ)·c=eq \f(100+V水,\a\vs4\al(ρ′))·eq \f(c,2),V水=eq \f(200ρ′,ρ)-100,由于ρ′<ρ,所以V水<100 mL。(2)由于ρ′>ρ,所以V水>100 mL。(3)根据溶质质量分数=eq \f(溶质质量,溶液质量)×100%知,溶质不变,质量分数减半,则溶液质量加倍,所以均应加入100 mL水。(4)等体积H2SO4溶液的质量大于等体积水的质量,故混合液的质量分数大于24物质的量浓度c
溶解度s
溶质质量分数w
概念
以单位体积溶液中所含溶质的物质的量来表示溶液组成的物理量
固体物质的溶解度是在一定温度下,某物质在100克溶剂里达到饱和状态时所溶解的溶质的质量(单位:g),
以溶质质量与溶液质量的比值来表示溶液组成的物理量
单位
ml/L
g/100g溶剂
-
表达式
c=eq \f(nB,V)
S=100g×m溶质/m溶剂
w=eq \f(溶质质量,溶液质量)×100%
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