高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第二单元 物质的化学计量第二课时导学案及答案

第二课时　气体摩尔体积

1．由决定物质体积大小的三个因素出发，讨论1 mol不同状态物质体积大小的决定因素，最终形成气体摩尔体积的概念，逐步培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。

2．根据公式Vm＝逐步建立气体体积与气体物质的量之间的换算关系，熟练掌握22.4 L·mol－1的应用，逐步形成证据推理与模型认知的化学学科核心素养。

3．初步了解阿伏加德罗定律及简单推论，并能将该推论应用于有关气体的体积、压强、物质的量间的关系判断或计算，培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．物质体积大小的影响因素

2．微粒数目相同的物质的体积关系

3．气体摩尔体积

①在273 K和101 kPa(标准状况)的条件下，气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1。

②在293 K和101 kPa的条件下，气体摩尔体积约为24.5 L·mol－1。

4．标准状况下气体体积的计算

(1)气体的物质的量：n＝ ；

(2)气体的摩尔质量：M＝Vm·ρ；

(3)气体的分子数：N＝n·NA＝·NA；

(4)气体的质量：m＝n·M＝·M。

[问题探讨]

1．气体摩尔体积的影响因素有哪些？如何影响？

提示：气体摩尔体积的影响因素有温度和压强。温度越高，压强越小，气体摩尔体积越大。

2．气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1时，一定是在标准状况下吗？

提示：不一定。同时改变温度和压强，气体摩尔体积可能保持不变。

3．在标准状况下，混合气体的气体摩尔体积也是22.4 L·mol－1吗？为什么？

提示：是。在标准状况下，混合气体中的不同分子间距相同，故1 mol混合气体的体积与1 mol单一气体的体积相同，均约为22.4 L。

4．标准状况下，32 g CH4所占体积约为多少？

提示：n＝＝＝2 mol，V＝n×Vm＝2 mol×22.4 L·mol－1＝44.8 L。

1．同温同压下，两种气体的体积不同，其主要原因是(　　)

A．气体的分子大小不同

B．气体分子间的平均距离不同

C．气体的物质的量不同

D．气体的性质不同

解析：选C　同温同压时，气体分子之间的距离相等，而分子本身的大小又远小于气体分子之间的距离，故体积不同的主要原因是气体的物质的量不同。

2．下列说法正确的是(　　)

A．1 mol H2的质量只有在标准状况下为2 g

B．在标准状况下，1 mol水蒸气的体积约为22.4 L

C．273 ℃、1.01×105 Pa时，1 mol气体体积大于22.4 L

D．0.5 mol O2和0.5 mol N2组成的混合气体体积约为22.4 L

解析：选C　1 mol H2的质量为2 g，与温度、压强无关，A项错误；在标准状况下，水蒸气凝结为液体或固体，不是气体，B项错误；273 ℃高于0 ℃，温度升高，气体分子间的距离增大，气体的体积增大，C项正确；无论是混合气体还是单一气体，在标准状况下，1 mol任何气体的体积均约为22.4 L，非标准状况下不一定是22.4 L，D项错误。

3．设NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)

A．在常温常压下，11.2 L CO2含有的分子数为0.5NA

B．在常温常压下，1 mol氦气含有的原子数为NA

C．32 g氧气含原子数为NA

D．NA个O2的质量只有在标准状况下才是32 g

解析：选B　在标准状况下，11.2 L CO2含有的分子数为0.5NA，A项错误；氦气为单原子分子，1 mol氦气含有的原子数为NA，B项正确；O2的摩尔质量为32 g·mol－1，且O2为双原子分子，所以32 g O2含原子数为×2NA＝2NA，C项错误；NA个O2的质量为32 g，与外界条件无关，D项错误。

4．(1)相同温度和压强下，等质量的SO2和O2。二者体积比为_______，分子个数比为_______，密度比为________。

(2)在标准状况下，由CO和CO2组成的混合气体为6.72 L，质量为12 g，此混合物中CO和CO2物质的量之比是________，CO的体积分数是________，CO的质量分数是________，C和O原子个数比是________，混合气体的平均相对分子质量是________，密度是________g·L－1。

解析：(1)二者的摩尔质量之比为2∶1，等质量时物质的量之比为1∶2，由阿伏加德罗定律可推出体积之比和分子数之比均为1∶2，密度之比为2∶1。

(2)气体的总物质的量为n＝＝6.72 L÷22.4 L·mol－1＝0.3 mol，所以n(CO)＋n(CO2)＝0.3 mol；n(CO)×28 g·mol－1＋n(CO2)×44 g·mol－1＝12 g，求得n(CO)＝0.075 mol，n(CO2)＝0.225 mol。

答案：(1)1∶2　1∶2　2∶1

(2)1∶3　25%　17.5%　4∶7　40　1.79

[名师点拨]

使用气体摩尔体积的注意事项

(1)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。如标准状况下，0.2 mol H2与0.8 mol O2组成的混合气体的体积约为22.4 L。

(2)使用22.4 L·mol－1时的注意事项

①条件必须为标准状况。因此一定要看清气体所处的状况。

②物质状态必须为气体。如水、酒精、苯、四氯化碳(CCl4)、SO3等物质在标准状况下不是气体。

③数值“22.4 L·mol－1”是近似值。

1．阿伏加德罗定律

可总结为“三同”定“一同”，即同温同压下，同体积的任何气体具有相同的分子数。

2．阿伏加德罗定律的常用推论

[问题探讨]

1．同温同压下，1 mol O2和1 mol H2所含的分子个数是否相等？气体体积是否相等？

提示：均相等。同温同压下，气体的物质的量之比等于其气体分子个数之比，也等于其气体体积之比。

2．根据密度的计算公式ρ＝，推断同温同压下，不同气体的密度之比与气体的摩尔质量有何关系？

提示：同温同压下，气体的密度之比等于其摩尔质量之比。

3．同温同压下，向两个容积相同的密闭容器中分别充满O2、O3气体，则两种气体的质量之比为多少？物质的量之比为多少？密度之比为多少？

提示：2∶3；1∶1；2∶3。

[名师点拨]

正确理解阿伏加德罗定律的应用

(1)阿伏加德罗定律的适用对象是气体(单一气体或混合气体)，不适用于液体或固体。

(2)“三同”定“一同”。同温、同压、同体积和同分子数，四“同”共同存在，相互制约，只要有三“同”成立，则另一“同”就必定成立。

(3)“二同”定比例。温度、压强、气体体积、气体物质的量，若其中两个量相同，则另两个量成正比或反比。

(4)气体摩尔体积是阿伏加德罗定律的一个特例。

(5)公式pV＝nRT的应用：阿伏加德罗定律的推论可根据公式pV＝nRT进行推导，其中：p为压强(单位Pa)，V为体积(单位L)，n为物质的量(单位mol)，R为常数，T为绝对温度(单位K)。

1．下列有关气体体积叙述正确的是(　　)

A．一定温度、压强下，气体的体积由其分子的大小决定

B．一定温度、压强下，气体的体积由其物质的量的多少决定

C．气体摩尔体积是指1 mol任何气体所占的体积约为22.4 L

D．不同的气体，若体积不等，则它们所含的分子数一定不等

解析：选B　在温度、压强一定时，气体的体积与其物质的量成正比，A项错误，B项正确；非标准状况下，气体摩尔体积不一定为22.4 L·mol－1，C项错误；不同的气体，若体积不等，改变它们所处的温度和压强时，所含的分子数有可能相等，D项错误。

2．同温同压下，盛有氧气的A容器与盛有NH3的B容器中，所含的原子个数相等，则A容器与B容器的体积之比是(　　)

A．1∶1    B．2∶1

C．1∶2    D．2∶3

解析：选B　假设n(O2)＝1 mol，n(O)＝2 mol，那么n(NH3)＝0.5 mol，根据n1∶n2＝V1∶V2，所以V(A)∶V(B)＝n(O2)∶n(NH3)＝2∶1。

3．(1)同温同压下，同体积的NH3和氧气的质量之比是________；相同质量的NH3和氧气的体积之比是________。

(2)同温同压下，同体积的H2和A气体的质量分别是0.2 g和1.6 g，则A气体的相对分子质量为________，含有A的分子数为________。

解析：(1)同温同压下，同体积气体的质量之比等于其摩尔质量之比，即m(NH3)∶m(O2)＝17∶32；相同质量的NH3和O2的体积之比等于物质的量之比，等于摩尔质量之比的倒数，即32∶17。

(2)应用第(1)问的规律，知2∶Mr(A)＝0.2 g∶1.6 g＝1∶8，则Mr(A)＝16，1.6 g A气体的物质的量为0.1 mol，即分子数是6.02×1022。

答案：(1)17∶32　32∶17　(2)16　6.02×1022

4．同温同压下，若A容器中充满气体O2，B容器中充满气体O3。

(1)若所含分子总数相等，则A容器和B容器的容积之比是________。

(2)若两容器中所含原子总数相等，则A容器和B容器的容积比是________。

(3)若两容器的容积比为3∶2，则O2和O3物质的量之比为________，质量之比为________，密度之比为________。

解析：(1)同温同压下，气体的Vm相等，根据n＝＝可知：气体的分子数之比等于气体的体积之比，即容积之比是1∶1。

(2)若两容器中所含原子总数相等，则根据分子组成可知，两容器中的分子数之比等于3∶2，根据n＝＝可知：气体的分子数之比等于气体的体积之比，为3∶2。

(3)若两容器的容积比为3∶2，根据n＝可知O2和O3物质的量之比为3∶2，质量之比为(3 mol×32 g·mol－1)∶(2 mol×48 g·mol－1)＝1∶1，根据ρ＝计算，密度之比为∶＝2∶3。

答案：(1)1∶1　(2)3∶2　(3)3∶2　1∶1　2∶3

[分级训练·课课过关]_________________________________________________________

1．下列叙述正确的是(　　)

A．1 mol任何气体的体积都为22.4 L

B．1 mol任何物质在标准状况下所占的体积都为22.4 L

C．标准状况下，1 mol水所占的体积是22.4 L

D．标准状况下，22.4 L任何气体的物质的量都是1 mol

解析：选D　A项，没有指明该物质所处的温度、压强；B项，气体摩尔体积只适用于气体；C项，水在标准状况下不是气体。

2．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)

A．常温常压下，2.24 L CO和CO2混合气体中含有的碳原子数为0.1NA

B．常温常压下，18 g H2O中含有的分子数为NA

C．标准状况下，11.2 L CCl4中含有的分子数为0.5NA

D．标准状况下，2.24 L氖气中含有的原子数目为0.2NA

解析：选B　A项，常温常压下，气体摩尔体积大于22.4 L·mol－1，故2.24 L混合气体的物质的量小于0.1 mol，故含有的碳原子数小于0.1NA个，错误；B项，18 g水的物质的量为1 mol，而分子数N＝nNA＝NA个，正确；C项，标准状况下四氯化碳为液体，故不能根据气体摩尔体积来计算其物质的量，错误；D项，标准状况下，2.24 L氖气的物质的量为0.1 mol，氖气为单原子分子，则0.1 mol氖气含有的氖原子数目为0.1NA，错误。

3．如图所示，相同状况下，分别用氯化氢和四种不同的混合气体吹出体积相等的五个气球。A、B、C、D四个气球中所含原子数与氯化氢气球中所含原子数一定相等的是(　　)

解析：选C　相同状况下，五个气球的体积相同，则所含气体的物质的量相等，气体的分子数相同；HCl、N2、O2都为双原子分子，故C气球中所含原子数一定与HCl气球中所含原子数相同；而A气球中所含原子数会因Ar与O3的混合比例不同而变化，不一定与HCl气球中所含原子数相同；B、D气球中气体无论以怎样的比例混合，都大于HCl气球中所含原子数。

4．同温同压下，向两个密闭容器中分别充满等质量的NO2、N2O4气体。下列说法正确的是(　　)

A．两气体的物质的量之比为2∶1

B．两种容器的体积之比为1∶2

C．两种气体的分子数目相等

D．两种气体的密度之比是2∶1

解析：选A　因NO2和N2O4质量相等，故两气体物质的量之比为92∶46，即2∶1，A项正确；同温同压下，气体的体积之比等于其物质的量之比，即2∶1，B项错误；同温同压下，气体的分子数目之比等于其物质的量之比，即2∶1，C项错误；同温同压下，气体的密度之比等于其摩尔质量之比，即46∶92＝1∶2，D项错误。