2023_2024学年新教材高中化学第1章认识化学科学第3节化学中常用的物理量__物质的量第2课时气体摩尔体积学生用书鲁科版必修第一册

第2课时　气体摩尔体积

学业要求

1．通过对1 mol气体的体积的交流研讨，提出气体摩尔体积这个概念，理解气体摩尔体积的定义及影响因素，养成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。

2．了解物质的量与微观粒子数之间的关系，能够运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积的相互关系进行简单计算，形成证据推理与模型认知的化学核心素养。

3．通过对相同状况下不同气体的体积的研究，理解阿伏加德罗定律及其推论，并能够解决实际问题，养成证据推理和模型认知的化学核心素养。

知识网络,

学业基础——自学·思记·尝试

一、气体摩尔体积

1．决定物质体积大小的因素

2．气体摩尔体积

3．标准状况下的气体摩尔体积

4．理解气体摩尔体积应注意的几个问题

(1)标准状况下的气体摩尔体积，非标准状况时不能使用，而质量、物质的量不受温度、压强的影响。

(2)n＝，在标准状况下，只适用于气态物质(单一或者混合气体)，对于固态和液态物质(如水、酒精、碳、三氧化硫等)均不适用。

[即学即练]

1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)一定温度和压强下，气体体积是由构成气体的分子数决定的(　　)

(2)标准状况下，1 mol水所占的体积是22.4 L(　　)

(3)在常温常压下，11.2 LCl2含有的分子数为0.5NA(　　)

(4)标准状况下，H2的气体摩尔体积是22.4 L(　　)

(5)在标准状况下，1 mol气体的体积约是22.4 L，在非标准状况下，1 mol气体的体积则一定不是22.4 L(　　)

2．交流思考

对一定量的气体的体积的探究。

已知1 mol不同气体在不同条件下的体积：

(1)从上表分析得出结论：

①1 mol任何气体，在标准状况下的体积都约为________。

②1 mol不同的气体，在不同的温度和压强下，体积________(填“一定”“一定不”或“不一定”)相等，则在说明气体体积时必须指定温度和压强。

(2)理论依据：相同条件下，1 mol任何气体的体积几乎相等，原因是①________________________________________________________________________，

②________________________________________________________________________。

3．下列有关气体摩尔体积的描述中正确的是(　　)

A．气体摩尔体积的数值是固定不变的，都约为22.4 L

B．通常状况下，气体摩尔体积约为22.4 L

C．标准状况下，气体摩尔体积约为22.4 L

D．标准状况下，气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1

4．下列叙述正确的是(　　)

A．一定温度、压强下，气体体积大小由其分子的大小决定

B．一定温度、压强下，气体体积大小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为22.4 L

D．不同的气体，若体积不同，则它们所含的分子数一定不同

5．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 mol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

6．(1)标准状况下，33.6 LCl2的物质的量是______，16 gO2所占体积约是________。

(2)标准状况下，含有1.5 molH2和0.5 molO2的混合气体所占体积约是________。

(3)标准状况下，11.2 L二氧化碳和氧气的混合气体中含有的氧原子数是________。

7．(1)标准状况下，某气体的密度为1.43 g·L－1，则该气体的摩尔质量约为________。

(2)标准状况下，0.51 g某气体的体积为672 mL，则该气体的摩尔质量为________。

(3)在标准状况下，CO和CO2的混合气体共39.2 L，质量为61 g，则混合气体的平均摩尔质量约为________(保留一位小数)。

(4)在标准状况下，H2和HCl的混合气体密度为1.25 g·L－1，则该混合气体的平均摩尔质量为________。

二、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________数目的分子。

2．应用：“三同”定“一同”

[即学即练]

1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)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(　　)

(2)1 mol一氧化碳和1 mol氧气所含的分子数相同，体积也相同(　　)

(3)同温同压下，同体积的物质所含的分子数一定相等(　　)

(4)同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的原子(　　)

(5)同温同压下，氧气的密度是氢气的16倍(　　)

(6)在相同条件下，相同物质的量的CO、N2的混合气体与O2的分子个数相同，原子个数也相同(　　)

(7)同温同体积条件下，等质量的SO2和O2对应的压强之比为1∶2(　　)

2．交流思考

在同温同压(以0 ℃，1.01×105Pa即标准状况为例)下，完成下列问题。

(1)1 molO2的体积是________，2 molH2的体积是________，＝________，由此可推知：同温同压下，气体的体积之比等于其________________之比。

(2)44.8 LO2的物质的量是________，质量是________，44.8 LH2的物质的量是________，质量是________，＝________，由此可推知：同温同压下，同体积的气体的质量之比等于其________之比。

(3)1 molO2的质量是________，体积是________，ρ(O2)＝＝________(列式不化简，不同)。1 molH2的质量是________，体积是________，ρ(H2)＝＝________。＝________，由此可推知：

①同温同压下，气体的密度之比等于其____________之比。

②在标准状况下，气体的密度＝_______________________________________________。

3．质量相同的CH4和NH3比较，下列结论错误的是(　　)

A．分子个数之比为17∶16

B．同温同压下两种气体的体积之比是17∶16

C．氢原子个数之比为17∶12

D．原子个数之比为17∶16

4．如果同温同压下两种气体具有相同的分子数，则下列说法成立的是(　　)

A．具有相同的质量      B．具有相同的体积

C．具有相同的原子数      D．彼此以等体积化合

核心素养——合作·探究·分享

一、气体摩尔体积的理解与相关计算

[例1]　下列说法正确的是(　　)

①标准状况下，6.02×1023个分子所占的体积约是22.4 L　

②0.5 molH2所占体积为11.2 L　

③标准状况下，1 molH2O的体积为22.4 L　

④标准状况下，28 gCO与N2的混合气体的体积约为22.4 L　

⑤各种气体的气体摩尔体积都约为　

⑥标准状况下，体积相同的气体所含的分子数相同

A．①③⑤ B．④⑥

C．②④⑥ D．①④⑥

[提升1]　下列说法正确的是(　　)

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 ℃、1.01×105Pa下，22 gCO2和16 gO2混合后的体积约为22.4 L

状元随笔　计算中使用“22.4 L·mol－1”的三注意

(1)使用“条件”：标准状况。

(2)使用对象：必须是气体物质，可以是单一气体，也可以是混合气体。水、乙醇、SO3、CCl4等物质在标准状况下不是气体。

(3)在标准状况下，气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1。其他条件下的气体摩尔体积不一定不是22.4 L·mol－1。

关键能力

标准状况下，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。

二、气体摩尔质量或相对分子质量的计算

[例2]　下列关于物质的相对分子质量的说法不正确的是(　　)

A．某气体在常温常压下的密度为1.429 g·L－1，则该气体的相对分子质量为32

B．在同温同压下，某气体的密度是氢气密度的22倍，则该气体的相对分子质量为44

C．在一定条件下，16 g某双原子分子中含有原子数为NA，其相对分子质量为32

D．假设空气只由氮气和氧气组成且二者体积比为4∶1，则空气的平均相对分子质量约为29

状元随笔　此题主要考查气体的摩尔质量(或相对分子质量)的几种求法，要求学生必须熟记几种解法的基本公式，根据题目所给已知物理量来选择合适的方法。除此之外还要注意物质的聚集状态、分子组成及气体是否处于标准状况下。

[提升2]　某密闭容器中盛有一氧化碳和二氧化碳气体，容积为22.4 L，此时温度为273 K，容器内压强为1个标准大气压，混合气体相对氢气的密度为15，则该容器中CO的质量为(　　)

A．5.5 g　　B．24.5 g　　C．28 g　　D．30 g

关键能力

气体摩尔质量或相对分子质量的计算方法

1．利用气体的摩尔体积和密度

在标准状况下，M＝22.4·ρ标。

2．利用相对密度

在同温同压下，若A气体相对B气体的密度为D，即＝D，则＝＝D，MA＝DMB。

3．利用摩尔质量的定义

M＝

4．根据混合气体中各组分的物质的量分数或体积分数求混合气体的平均摩尔质量

＝＝＝M1n1%＋M2n2%＋…Mini%

其中，ni%＝，表示混合气体中某一组分的物质的量分数。

由于同温同压下，气体的体积之比等于气体的物质的量之比，因此，混合气体中某一组分的物质的量分数等于该组分的体积分数。

则＝＝

＝M1V1%＋M2V2%＋…MiVi%

Vi%＝，表示混合气体中某一组分的体积分数。

三、阿伏加德罗定律及其推论

[例3]　下列叙述不正确的是(　　)

A．常温常压下，两种气体的密度之比等于摩尔质量之比

B．在同温同体积下，两种气体的物质的量之比等于压强之比

C.在标准状况下，两种气体的体积之比等于摩尔质量之比

D．在同温同压下，相同体积的两种气体的质量之比等于摩尔质量之比

状元随笔　(1)阿伏加德罗定律及推论主要适用于任意气体，可以是单一气体，也可以是混合气体。

(2)阿伏加德罗定律的适用范围是气体，可概括为“三同定一同”，即在同温、同压、同体积的条件下，才有分子数相等这一结论，但所含原子数不一定相等。

(3)阿伏加德罗定律及其所有推论不必死记硬背，用时可以通过理想气体状态方程pV＝nRT(式中R为常数)以及n＝＝、ρ＝进行简单的推导而得到。

[提升3]　下列说法不正确的是(　　)

A．温度相同、体积相同的O2(g)和N2(g)所含的分子数一定相同

B．等温等压下，SO2气体与CO2气体的密度之比等于16∶11

C．温度和容积相同的两容器中分别盛有5 mol O2(g)和2 mol N2(g)，则压强之比为5∶2

D．等温等压条件下，5 mol O2(g)和2 mol H2(g)的体积之比等于5∶2

状元随笔　有关阿伏加德罗定律及其推论题的分析思路

第一步，分析“条件”：分析题干中的条件，找出相同与不同。第二步，明确“要求”：分析题目要求，明确所要求的比例关系。第三步，利用“规律”：利用阿伏加德罗定律及其推论，根据条件和要求进行分析判断。

关键能力

1.阿伏加德罗定律

(1)内容

(2)解释：同温同压下，气体粒子间的平均距离相等，故体积相同时，气体粒子数相等，其物质的量也相等。

注意：①阿伏加德罗定律适用于任何气体，包括混合气体，但不适用于非气体。

②同温、同压、同体积和同分子数，“四同”共同存在，相互制约，即“三同定一同”。

2．阿伏加德罗定律的六大推论

状元随笔　阿伏加德罗定律及其推论也可以通过理想气体状态方程pV＝nRT(p为压强，V为气体的体积，R为常数，T是温度)推导得到。

学考评价——夯实·测控·演练

1．下列说法正确的是(　　)

A．1 mol固体或液体的体积主要由微粒间距离决定

B.1 mol气体的体积主要由微粒的大小决定

C．O2的气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1

D．气体微粒间的距离受温度和压强影响大，固体或液态微粒间的距离受温度和压强影响小

2．用NA表示阿伏加德罗常数的值，下列叙述正确的是(　　)

A．常温常压下，含有NA个氮原子的氮气体积约为11.2 L

B．标准状况下，64 g SO2中含有的原子数为3NA

C．在常温常压下，11.2 L Cl2含有的分子数为0.5NA

D.标准状况下，11.2 L H2O含有的分子数为0.5NA

3．下列有关说法正确的是(　　)

A．22.4 L任何气体，其物质的量均为1 mol

B．非标准状况下，1 mol任何气体体积一定是22.4 L

C.0.6 mol H2、0.2 mol O2和0.2 mol CO2组成的混合气体在标准状况下体积约为22.4 L

D．气体摩尔体积指的是在标准状况下1 mol气体的体积

4．下列示意图中，白球代表氢原子，黑球代表氦原子，方框代表容器，容器中间有一个可以上下滑动的隔板(其质量忽略不计)。其中能表示等质量的氢气与氦气的是(　　)

5．下列说法正确的是(　　)

A．同温同压下，甲烷和氧气的密度之比为2∶1

B．1 g甲烷和1 g氧气的原子数之比为5∶1

C．等物质的量的甲烷和氧气的质量之比为2∶1

D．在标准状况下，等质量的甲烷和氧气的体积之比为1∶2

6．在一个密闭容器中盛有11 g X气体(X的摩尔质量为44 g·mol－1)时，压强为1×104 Pa。如果在相同温度下，把更多的气体X充入容器，使容器内压强增至5×104 Pa，这时容器内气体X的分子数约为(　　)

A．3.3×1025 B．3.3×1024

C．7.5×1023 D．7.5×1022

7．在体积相同的两个密闭容器中分别充满O2、O3气体，当这两个容器内气体的温度和密度相等时，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

第2课时　气体摩尔体积

学 业 基 础

一、

1．大小　距离

2．单位物质的量的气体　Vm　L·mol－1　m3·mol－1　Vm＝　　温度　压强

[即学即练]

1．答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

2．答案：(1)①22.4 L　②不一定　(2)①气体的微粒数相同　②粒子间的距离相同

3．解析：标准状况下，气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1，故D正确。

答案：D

4．解析：一定温度、压强下，气体分子间的距离近似相等，气体分子间的距离远大于分子本身的大小，其体积大小主要取决于分子数目的多少，A错误；一定温度、压强下，气体分子间的距离近似相等，气体体积大小由气体物质的量的多少决定，物质的量越大，气体体积越大，B正确；气体摩尔体积是指一定温度和压强下，单位物质的量的气体所占有的体积，不同条件下，气体摩尔体积的数值不同，标准状况下约为22.4 L/mol，C错误；一定物质的量的气体体积大小与温度和压强有关，外界条件不同，体积不同，不同条件下体积不同的气体所含分子数可能相等，D错误。

答案：B

5．解析：决定物质体积大小的因素有粒子数目、微粒之间的距离和粒子的大小，故A正确；气体中气体分子之间的距离远大于分子直径，所以决定气体体积大小的因素是粒子数目和分子间距离，相同条件下，粒子数相同的任何气体，分子之间的平均距离相同，所以都具有相同体积，故B正确；同温同压下，1 mol固体、液体所占有的体积不相同，故C错误；等质量的H2，物质的量相同，压强越小、温度越高，气体所占体积越大，故D正确。

答案：C

6．答案：(1)1.5 mol　11.2 L　(2)44.8 L　(3)NA(6.02×1023)

7．答案：(1)32 g·mol－1　(2)17 g·mol－1　(3)34.9 g·mol－1　(4)28 g·mol－1

二、

1．相同

2．温　压　体积　分子数

[即学即练]

1．答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√

2．答案：(1)22.4  L　44.8 L　　物质的量　(2)2 mol　64 g　2 mol　4 g　　摩尔质量　(3)32 g　22.4 L　　2 g　22.4 L　 g·L－1　　①摩尔质量　②g·L－1

3．解析：质量相同的CH4和NH3的物质的量之比为∶＝17∶16。分子个数之比等于物质的量之比，为17∶16，故A正确；同温同压下两种气体的体积之比等于物质的量之比，为17∶16，故B正确；氢原子个数之比为(×4)∶(×3)＝17∶12，故C正确；原子个数之比为(×5)∶(×4)＝85∶64，故D错误。

答案：D

4．解析：同温同压下，两种气体具有相同的分子数，即物质的量相等，所以两种气体的体积相等，分子组成不知，则质量、原子数目无法确定，故选B。

答案：B

核心 素 养

[例1]　解析：①该物质在标准状况下不一定是气体；②没有限定处于标准状况下，0.5 mol H2所占体积不一定为11.2 L；③标准状况下，H2O不是气体；⑤各种气体的气体摩尔体积在标准状况下都约为22.4 L·mol－1。

答案：B

[提升1]　解析：32 g O2的物质的量为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，在标准状况下，1 mol任何气体(包括混合气体)的体积都约为22.4 L。

答案：D

[例2]　解析：A项，常温常压下1 mol气体的体积大于22.4 L，则该气体的摩尔质量M>22.4 L·mol－1×1.429 g·L－1＝32 g·mol－1，故其相对分子质量大于32，错误。B项，由MA＝DMB，该气体的摩尔质量为22×M(H2)＝22×2 g·mol－1＝44 g·mol－1，其相对分子质量为44，正确。C项，由n＝可求出双原子分子的物质的量为0.5 mol，所以其摩尔质量M＝＝32 g·mol－1，其相对分子质量为32，正确。D项，由氮气和氧气的体积比可以求出氮气和氧气的体积分数分别为80%、20%，所以由＝M1V1%＋M2V2%＋…＋MiVi%可知，＝M(O2)×20%＋M(N2)×80%＝28.8 g·mol－1，故空气的平均相对分子质量约为29，正确。

答案：A

[提升2]　解析：由混合气体相对氢气的密度为15可知，混合气体的平均摩尔质量为15×2 g/mol＝30 g/mol，根据题意可知，一氧化碳与二氧化碳的总物质的量为1 mol，则混合气体的质量为30 g，设CO的质量为x g，则CO2的质量为(30－x)g，＋＝1 mol，解得x＝24.5，B项正确。

答案：B

[例3]　解析：常温常压下，由ρ＝＝可知，密度与摩尔质量成正比，即气体的密度之比等于摩尔质量之比，故A正确；由阿伏加德罗定律的推论可知，同温同体积时，两种气体的物质的量之比等于压强之比，故B正确；如质量相等，由＝可知，气体的体积与摩尔质量成反比，如质量未知，则不能比较体积和摩尔质量的关系，故C错误；根据阿伏加德罗定律，在同温同压下，相同体积的两种气体含有的分子数相同，根据n＝可知气体的物质的量相等，再根据m＝nM可知，气体的质量之比等于摩尔质量之比，故D正确。

答案：C

[提升3]　解析：压强未知，无法判断温度相同、体积相同的O2(g)和N2(g)所含分子数是否相同，A错误；等温等压下，气体的密度之比等于其摩尔质量之比，B正确；同温同体积的气体的压强之比等于物质的量之比，C正确；等温等压条件下，气体的体积之比等于其物质的量之比，D正确。

答案：A

学考评价

1．解析：物质三态中气体分子之间的间隔最大，固体或液体中粒子间隔较小，则1 mol固体或液体的体积主要由粒子的大小决定，A错误；气体的体积受分子数目、分子之间距离及粒子大小影响，相同条件下气体分子间的距离远大于粒子的大小，则气体的体积大小主要受分子数目、分子之间距离影响，因此在相同条件下1 mol气体的体积主要由分子间距离决定，B错误；状况未知，气体的摩尔体积不确定，在标准状况下O2的气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1，C错误；气体微粒间的距离受温度和压强影响大，固体或液态微粒间的距离受温度和压强影响小，D正确。

答案：D

2．解析：含有NA个氮原子的氮气的物质的量为0.5 mol，标准状况下体积为11.2 L，常温常压下气体摩尔体积大于22.4 L·mol－1，故A错误；标准状况下，64 g SO2的物质的量为＝1 mol，含有的原子数为3NA，故B正确；常温常压下，气体摩尔体积大于22.4 L·mol－1，故11.2 L氯气的物质的量小于0.5 mol，则分子数小于0.5NA，故C错误；标准状况下，H2O不是气体，故D错误。

答案：B

3．解析：在非标准状况条件下，1 mol气体的体积不一定是22.4 L，故A错误，B错误；标准状况下气体摩尔体积是22.4 L·mol－1，0.6 mol H2、0.2 mol O2和0.2 mol CO2组成的混合气体共1 mol，混合气体的体积约为22.4 L，故C正确；气体摩尔体积指的是单位物质的量的气体所占的体积，不一定在标准状况下，故D错误。

答案：C

4．解析：等质量的He与H2的物质的量之比为1∶2，则H2的体积是He的2倍，H2的分子个数是He的2倍，且氢气为双原子分子，而He为单原子分子。

答案：A

5．解析：同温同压下，甲烷和氧气的密度之比等于摩尔质量之比，即16 g·mol－1∶ 32 g·mol－1＝1∶2，A错误；根据N＝nNA＝可知，1 g甲烷和1 g氧气的原子数之比为∶＝5∶1，B正确；根据m＝nM可知，等物质的量的甲烷和氧气的质量之比为16∶32＝1∶2，C错误；根据公式V＝nVm＝可知，在标准状况下等质量的甲烷和氧气的体积之比为∶＝2∶1，D错误。

答案：B

6．解析：11 g X气体的物质的量n1＝＝0.25 mol，由＝得＝，n2＝1.25 mol，N＝1.25 mol×6.02×1023mol－1≈7.5×1023。

答案：C

7．答案：D