高中化学人教版 (2019)必修 第一册第三节 物质的量第2课时导学案及答案
展开目标与素养:1.知道气体摩尔体积的概念,能够利用物质的量、气体摩尔体积、标准状况下气体的体积三者之间的关系,进行简单的计算。(宏观辨识)2.了解阿伏加德罗定律及其推论,并能够运用阿伏加德罗定律解决简单问题。(证据推理与模型认知)
一、影响物质体积大小的因素
在相同条件下粒子数相同的不同固态或液态物质的体积是否相同?
[提示] 不同。因为固体、液体体积主要受分子数和分子本身大小不同影响,而不同的固体、液体的分子大小各不相同。
二、气体摩尔体积
(1)气体摩尔体积适用范围是气体,是否必须为纯净气体?
[提示] 气体摩尔体积的适用范围是气体,可以是单一气体,也可为混合气体,如标准状况下0.2 ml H2和0.8 ml O2的混合气体约为22.4 L,但要特别注意以混合气体中气体之间不发生化学反应为前提。
(2)气体在非标准状况下的气体摩尔体积,一定不是22.4 L·ml-1吗?
[提示] 不一定。气体在标准状况下的气体摩尔体积是22.4 L·ml-1,升高温度,体积增大,增大压强,体积减小。所以,在温度和压强适当的情况下,气体摩尔体积也可能为22.4 L·ml-1。
三、阿伏加德罗定律
1.内容:同温同压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:阿伏加德罗定律及其推论仅仅适用于气体,可以是单一气体,也可以是混合气体,对固体和液体不适用。
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”。
相同体积的两个容器,一个盛放氧气,一个盛放氢气,在同温、同压下,两容器中气体分子的数目有何关系?
[提示] 相同。同温同压下,同体积的不同气体具有相同的粒子数。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)在相同条件下,1 ml任何物质的体积均相同( )
(2)同温同压下,1 ml气体的体积均为22.4 L( )
(3)标准状况下,1 ml任何物质的体积都约为22.4 L( )
(4)同温同压下,相同物质的量的气体的体积相同( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√
2.设NA表示阿伏加德罗常数的值,下列叙述中正确的是( )
A.常温常压下,11.2 L CO2所含的原子数为1.5NA
B.常温常压下,48 g O3含有的氧原子数为3NA
C.标准状况下,22.4 L H2O所含分子数为NA
D.标准状况下,22.4 L H2所含原子数为NA
B [常温、常压(非标准状况)下11.2 L CO2的物质的量不是0.5 ml,所含原子数不是1.5NA;48 g O3的物质的量为1 ml,所含氧原子数为3NA;标准状况下H2O为液态,不能应用气体摩尔体积计算其物质的量;标准状况下22.4 L H2的物质的量为1 ml,所含氢原子数为2NA。]
3.常温下34.0 g氨气的物质的量是________,标准状况下氨气的体积是________,所含的氨气分子数是________。
[解析] 根据气体相关计算公式n=eq \f(m,M)=eq \f(N,NA)=eq \f(V,22.4)(标准状况)可知:
n(NH3)=eq \f(34.0 g,17 g·ml-1)=2.0 ml。V(NH3)=n(NH3)·Vm=2.0 ml×22.4 L·ml-1=44.8 L。N(NH3)=n(NH3)·NA=2.0 ml×6.02×1023 ml-1=1.204×1024。
[答案] 2.0 ml 44.8 L 1.204×1024
1.标准状况下的气体摩尔体积
(1)1个条件:必须为标准状况。非标准状况下,1 ml气体的体积不一定是22.4 L。因此在使用气体摩尔体积时。一定要看清气体所处的状态。
(2)1种状态:必须为气体,且任何气体均可,包括混合气体。如水、酒精、汽油、CCl4等物质在标准状况下不是气体。
(3)2个数据:“1 ml”“约22.4”。
2.气体摩尔体积的计算
①气体的物质的量n=eq \f(V,Vm)。
②气体的密度ρ=eq \f(m,V)=eq \f(m,n·Vm)=eq \f(M,Vm)。
③气体的分子数N=n·NA=eq \f(V,Vm)·NA。
④气体的质量m=n·M=eq \f(V,Vm)·M。
3.求解气体摩尔质量“五”方法
(1)根据物质的质量(m)和物质的量(n):M=m/n。
(2)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=NA·m/N。
(3)根据标准状况下气体的密度ρ: M=ρ×22.4(g·ml-1)。
(4)根据同温同压下气体的相对密度(D=ρ1/ρ2):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:M=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)。
1.下列说法中,正确的是( )
A.一定状况下,N2的摩尔体积可能恰好为11.2 L·ml-1
B.在标准状况下1 ml N2的体积是22.4 L·ml-1
C.1 ml N2的体积约是22.4 L,则N2是处于标准状况
D.在标准状况下H2O的摩尔体积约是22.4 L·ml-1
A [由于温度和压强影响气体摩尔体积,则一定状况下N2的摩尔体积可能恰好为11.2 L·ml-1,A项正确;在标准状况下,1 ml N2的体积是22.4 L·ml-1×1 ml=22.4 L,B项错误;1 ml N2的体积约是22.4 L,气体摩尔体积为22.4 L·ml-1,由于温度和压强影响气体体积,则N2不一定是处于标准状况,C项错误;标准状况下水不是气体,则水的摩尔体积不是22.4 L·ml-1,D项错误。]
2.CO和CO2的混合气体18 g,完全燃烧后测得CO2体积为11.2 L(标准状况)。
(1)混合气体中CO的质量是________g。
(2)混合气体中CO2在标准状况下的体积是________L。
(3)混合气体在标准状况下的密度是________g·L-1。
(4)混合气体的平均摩尔质量是________g·ml-1。
[解析] CO燃烧发生反应:2CO+O2eq \(=====,\s\up14(点燃))2CO2,CO的体积与生成CO2的体积相等,燃烧后CO2的总体积为11.2 L,故18 g CO和CO2的混合气体的总体积为11.2 L,在标准状况下,18 g CO和CO2的混合气体的物质的量为0.5 ml,设CO的物质的量为x ml,CO2的物质的量为y ml,则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(28x+44y=18,x+y=\f(11.2 L,22.4 L·ml-1))),解得x=0.25,y=0.25。
(1)混合气体中CO的质量=28 g·ml-1×0.25 ml=7 g;
(2)故原混合气体中,CO2的体积为0.25 ml×22.4 L·ml-1=5.6 L;
(3)原混合气体的密度=eq \f(18 g,11.2 L)≈1.61 g·L-1;
(4)解法一:eq \x\t(M)=ρ×22.4 L·ml-1=1.61 g·L-1×22.4 L·ml-1≈36 g·ml-1;
解法二:eq \x\t(M)=eq \f(18 g,\f(11.2,22.4) ml)=36 g·ml-1;
解法三:eq \x\t(M)=28 g·ml-1×50%+44 g·ml-1×50%=36 g·ml-1;
故平均摩尔质量为36 g·ml-1。
[答案] (1)7 (2)5.6 (3)1.61 (4)36
3.常温常压下,用等质量的CH4、CO2、O2、SO2四种气体分别吹出四个气球,其中气体为CH4的是( )
A B C D
D [将n=eq \f(m,M)代入V=Vm·n=eq \f(Vm·m,M),由此可知相同质量、相同温度和压强下,气体体积与摩尔质量成反比。该四种气体中CH4摩尔质量最小,故体积最大。]
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 [由n=eq \f(m,M)=eq \f(V,Vm)可知,ρ=eq \f(m,V)=eq \f(M,Vm),在相同条件下气体的相对分子质量之比等于其密度之比,所以两种气体的密度之比为64∶80=4∶5,A项正确;设气体的质量均为m g,则n(SO2)=eq \f(m,64) ml,n(SO3)=eq \f(m,80) ml,所以二者物质的量之比为eq \f(m,64)∶eq \f(m,80)=80∶64=5∶4,B项错误;根据V=n·Vm可知,同温同压下,气体的体积之比等于物质的量之比,所以两种气体的体积之比为5∶4,C项错误;根据分子组成可知,两种气体的原子数之比为(5×3)∶(4×4)=15∶16,D项错误。]
1.下列关于决定物质体积的因素的说法不正确的是( )
A. 物质的体积取决于粒子数目、粒子大小和粒子间距
B. 相同条件下,粒子数相同的任何气体都具有相同体积
C. 同温同压下,1 ml任何物质所占有的体积均相同
D. 等质量的H2,压强越小、温度越高,气体所占体积越大
C [从微观角度来说,物质的体积由粒子数目、粒子大小和粒子间距决定, A正确;粒子数相同的气体的物质的量相同,相同条件下体积也相同, B正确;C项结论只适用于气态物质, C错误;压强越小、温度越高,气体体积越大, D正确。]
2.下列有关气体摩尔体积的描述中正确的是( )
A.一定温度和压强下,单位物质的量的气体所占的体积就是气体摩尔体积
B.通常状况下的气体摩尔体积约为22.4 L
C.标准状况下的气体摩尔体积约为22.4 L
D.标准状况下,1 ml O2的体积是22.4 L·ml-1
A [一定温度和压强下,单位物质的量的气体所占的体积就是气体摩尔体积,A正确;标准状况下的气体摩尔体积约为22.4 L·ml-1,1 ml O2的体积是22.4 L,B、C、D错误。]
3.下列说法中正确的是( )
A.标准状况下,1 ml水的体积是22.4 L
B.1 ml任何气体体积均为22.4 L
C.在标准状况下,0.3 ml N2和0.7 ml O2混合气体总体积约为22.4 L
D.通常状况下,1 ml N2的体积约为22.4 L
C [A项水为液体,不适用气体摩尔体积;B项未指明气体所处状况;C项混合气体共1 ml,在标准状况下体积约为22.4 L, C正确;D项通常状况下,1 ml N2体积不是22.4 L。]
4.在同温同压下,相同体积的甲、乙两种气体的质量比是17∶14。若乙气体是CO,则甲气体可能是( )
A. H2S B. HCl
C. NH3 D. Cl2
A [同温同压下,同体积的甲乙两种气体物质的量相同,质量比是17∶14,根据m=nM可知,甲与乙的摩尔质量之比为17∶14,若乙气体是CO,则M(甲)∶28 g·ml-1=17∶14,故M(甲)=34 g·ml-1,各选项中只有H2S符合。]
5.对一定量气体体积的探究。
已知1 ml不同气体在不同条件下的体积:
(1)从上表分析得出的结论:
①1 ml任何气体,在标准状况下的体积都约为________。
②1 ml不同的气体,在不同的条件下,体积________(填“一定”“一定不”或“不一定”)相等。
(2)理论依据:相同条件下,1 ml任何气体的体积几乎相等,原因是①________________,②________________。
(3)应用:在标准状况下,4 g O2的体积为多少升?(写出计算过程)
[解析] (1)从表中的数据可以看出:1 ml 任何气体在标准状况下,体积都约为22.4 L;1 ml不同气体,在不同条件下,体积不一定相同。
(2)因为在相同的温度和压强下,任何气体分子间的平均距离几乎相同且1 ml气体的分子数目也相同,所以在相
同条件下,1 ml任何气体的体积几乎相等。
(3)4 g O2的物质的量n(O2)=eq \f(4 g,32 g·ml-1)=0.125 ml。在标准状况下的体积为0.125 ml×22.4 L·ml-1=2.8 L。
[答案] (1)①22.4 L ②不一定
(2)①气体分子数目相等 ②相同条件下,气体分子间的平均距离几乎相等
(3)V(O2)=n×22.4 L·ml-1=eq \f(m,M)×22.4 L·ml-1=eq \f(4 g,32 g·ml-1)×22.4 L·ml-1=2.8 L。
气体摩尔体积及相关计算
阿伏加德罗定律及其推论
相同条件
结论
公式
语言叙述
同温同压
eq \f(V1,V2)=eq \f(n1,n2)=eq \f(N1,N2)
同温同压下,体积比等于物质的量之比,等于分子数之比
同温同容
eq \f(p1,p2)=eq \f(n1,n2)=eq \f(N1,N2)
同温同容下,压强比等于物质的量之比,等于分子数之比
同温同物质的量
eq \f(p1,p2)=eq \f(V2,V1)
同温同物质的量下,压强比等于体积的反比
同温同压
eq \f(ρ1,ρ2)=eq \f(M1,M2)
同温同压下,密度比等于摩尔质量之比
同温同压同体积
eq \f(m1,m2)=eq \f(M1,M2)
同温同压下,体积相同的气体,其摩尔质量与质量成正比
化学式
条件
1 ml气体体积/L
H2
0 ℃,101 kPa
22.4
O2
22.4
CO
22.4
H2
0 ℃,202 kPa
11.2
CO2
11.2
N2
273 ℃,202 kPa
22.4
NH3
22.4
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