第04講物質(zhì)的量氣體摩爾體積（講）-2023年高考化學一輪復習

第04講物質(zhì)的量氣體摩爾體積1.了解物質(zhì)的量及其單位摩爾質(zhì)量、阿伏加德羅常數(shù)的含義與應(yīng)用，利用物質(zhì)的量將宏觀的物理量與微觀粒子的個數(shù)聯(lián)系起來，并能從宏觀和微觀結(jié)合的視角分析解決問題。2.能從物質(zhì)的量的角度認識物質(zhì)的組成及變化，建立物質(zhì)的量、物質(zhì)的質(zhì)量和微觀粒子數(shù)之間計算的思維模型。3.能從宏觀和微觀相結(jié)合的角度理解影響物質(zhì)體積大小的因素，知道氣體摩爾體積的含義，能敘述阿伏加德羅定律的內(nèi)容。4.能基于物質(zhì)的量認識物質(zhì)的組成及變化，建立n、m、Vm之間計算的模型，熟悉阿伏加德羅定律的應(yīng)用?！竞诵乃仞B(yǎng)分析】1.宏觀辨識與微觀探析：認識物質(zhì)的量是聯(lián)系宏觀物質(zhì)和微觀粒子的重要工具，能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實際問題。2.證據(jù)推理與模型認知：在有關(guān)物質(zhì)的最計算過程中，通過分析、推理等理解計算的方法，建立阿伏加德羅常數(shù)、氣體摩爾體積等題目解答的模型。知識點一物質(zhì)的量摩爾質(zhì)量1．物質(zhì)的量、阿伏加德羅常數(shù)(1)基本概念間的關(guān)系(2)物質(zhì)的量的規(guī)范表示方法eq\x(x)eq\x(mol)eq\x(H2SO4)↓↓↓數(shù)值單位指定微粒符號或微粒名稱(3)物質(zhì)的量與粒子數(shù)、阿伏加德羅常數(shù)之間的關(guān)系為n＝N/NA。【特別提醒】(1)摩爾后面應(yīng)為確切的微粒名稱；如1mol氫(不確切)和1mol大米(宏觀物質(zhì))皆為錯誤說法。(2)物質(zhì)的量是物理量，摩爾是物質(zhì)的量的單位，不是物理量。(3)6.02×1023是個純數(shù)值，沒有任何物理意義，而阿伏加德羅常數(shù)(NA)是指1mol任何微粒所含的粒子數(shù)，它與0.012kg12C所含的碳原子數(shù)相同，數(shù)值約為6.02×1023。2．摩爾質(zhì)量(1)單位物質(zhì)的量的物質(zhì)所具有的質(zhì)量。常用的單位是g·mol－1。公式：M＝eq\f(m,n)。(2)數(shù)值：以g·mol－1為單位時，任何粒子的摩爾質(zhì)量在數(shù)值上都等于該粒子的相對分子(原子)質(zhì)量?！疽族e警示】(1)物質(zhì)的量是計量微觀粒子“集體”的物理量，只適用于微觀粒子(即分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子等)，不適用于宏觀物質(zhì)。(2)摩爾質(zhì)量、相對原子(或分子)質(zhì)量的含義不同，不是同一個物理量。二者單位也不同，摩爾質(zhì)量的單位是g·mol－1或kg·mol－1，相對原子(或分子)質(zhì)量的單位為1。(3)對具體的物質(zhì)，其摩爾質(zhì)量是確定的，不隨物質(zhì)的量的多少而變化，也不隨物質(zhì)的聚集狀態(tài)而變化。知識點二氣體摩爾體積阿伏加德羅定律1．影響物質(zhì)體積的因素(1)微粒的大小(物質(zhì)的本性)(2)微粒間距的大小(由溫度與壓強共同決定)(3)微粒的數(shù)目(物質(zhì)的量的大小)2．氣體摩爾體積(1)定義：一定溫度和壓強下，單位物質(zhì)的量的氣體所占的體積，符號為Vm。(2)常用單位：L/mol(或L·mol－1)。(3)數(shù)值：在標準狀況下(指溫度為0℃，壓強為101kPa)約為22.4L·mol－1。(4)計算公式：Vm＝eq\f(V,n)。(5)影響因素：氣體摩爾體積的數(shù)值不是固定不變的，它決定于氣體所處的溫度和壓強?！菊`區(qū)警示】氣體摩爾體積(22.4L·mol－1)應(yīng)用的“五大誤區(qū)”(1)使用“條件”是標準狀況，即0℃、101kPa，而不是常溫、常壓。(2)使用對象必須是氣體物質(zhì)，可以是單一氣體，也可以是混合氣體。標準狀況下不是氣體而又常在題中出現(xiàn)的物質(zhì)有：SO3、乙醇、水、己烷、CCl4等。(3)標準狀況下的氣體摩爾體積約為22.4L·mol－1，其他條件下Vm一般不是22.4L·mol－1。(4)22.4L氣體，在標準狀況下的物質(zhì)的量是1mol，在非標準狀況下，可能是1mol，也可能不是1mol。(5)物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的量一定時，所含微粒數(shù)與物質(zhì)處于何種條件無關(guān)。如常溫常壓下32gO2所含的原子數(shù)目是2NA。注意不要形成定勢思維，看到“常溫常壓”就排除選項。3．阿伏加德羅定律及推論(1)阿伏加德羅定律：在相同的溫度和壓強下，相同體積的任何氣體都含有相同數(shù)目的分子。即“三同”(T、p、V)eq\o(――→,\s\up7(定))“一同”(n)。(2)適用范圍：單一氣體或相互不反應(yīng)的混合氣體。(3)阿伏加德羅定律的推論以下用到的符號：ρ為密度，p為壓強，n為物質(zhì)的量，M為摩爾質(zhì)量，m為質(zhì)量，V為體積，T為熱力學溫度。描述關(guān)系三正比同溫同壓下，氣體的體積比等于它們的物質(zhì)的量之比eq\f(V1,V2)＝eq\f(n1,n2)同溫同體積下，氣體的壓強比等于它們的物質(zhì)的量之比eq\f(p1,p2)＝eq\f(n1,n2)同溫同壓下，氣體的密度比等于它們的摩爾質(zhì)量之比eq\f(ρ1,ρ2)＝eq\f(M1,M2)二反比同溫同壓下，相同質(zhì)量的任何氣體的體積與它們的摩爾質(zhì)量成反比eq\f(V1,V2)＝eq\f(M2,M1)同溫同體積時，相同質(zhì)量的任何氣體的壓強與它們的摩爾質(zhì)量成反比eq\f(p1,p2)＝eq\f(M2,M1)一連比同溫同壓下，同體積的任何氣體的質(zhì)量比等于它們的摩爾質(zhì)量之比，也等于它們的密度之比eq\f(m1,m2)＝eq\f(M1,M2)＝eq\f(ρ1,ρ2)【方法技巧】(1)氣體的體積受溫度和壓強影響，和分子大小無關(guān)。(2)標準狀況(0℃，101kPa)，水、苯、SO3、HF、CCl4、己烷、CS2、CHCl3、Br2、乙醇等物質(zhì)不是氣體，慎用22.4L·mol－1。(2)應(yīng)用阿伏加德羅定律推論時可通過pV＝nRT及n＝eq\f(m,M)、ρ＝eq\f(m,V)導出。高頻考點一物質(zhì)的量摩爾質(zhì)量例1.(2018·全國卷Ⅲ)下列敘述正確的是()A．24g鎂與27g鋁含有相同的質(zhì)子數(shù)B．等質(zhì)量的氧氣和臭氧，電子數(shù)相同C．1mol重水與1mol水中，中子數(shù)比為2∶1D．1mol乙烷和1mol乙烯，化學鍵數(shù)目相同【解析】24gMg與27gAl所含質(zhì)子的物質(zhì)的量分別為eq\f(24g,24g·mol－1)×12＝12mol、eq\f(27g,27g·mol－1)×13＝13mol，二者所含質(zhì)子的物質(zhì)的量不相等，A項錯誤；同質(zhì)量的O2和O3中的O原子數(shù)相同，則電子數(shù)也相同，B項正確；1molD2O中的中子數(shù)為10NA,1molH2O中的中子數(shù)為8NA，比為5∶4，C項錯誤；1molC2H6中含有7mol化學鍵，1molCH2===CH2中含有5mol化學鍵(4molC—H鍵，1mol鍵)，D項錯誤?！敬鸢浮緽【誤區(qū)警示】(1)物質(zhì)的量是計量微觀粒子“集體”的物理量，只適用于微觀粒子(即分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子等)，不適用于宏觀物質(zhì)。(2)摩爾質(zhì)量、相對原子(或分子)質(zhì)量的含義不同，不是同一個物理量。二者單位也不同，摩爾質(zhì)量的單位是g·mol－1或kg·mol－1，相對原子(或分子)質(zhì)量的單位為1。(3)對具體的物質(zhì)，其摩爾質(zhì)量是確定的，不隨物質(zhì)的量的多少而變化，也不隨物質(zhì)的聚集狀態(tài)而變化。【變式探究】下列說法正確的是()A．1molN2的質(zhì)量是14gB．H2SO4的摩爾質(zhì)量是98g·mol－1C．H2O的摩爾質(zhì)量是18D．1molHCl的質(zhì)量是36.5g·mol－1【答案】B【解析】1mol氮氣質(zhì)量＝1mol×28g·mol－1＝28g，A錯誤；摩爾質(zhì)量單位是g·mol－1，摩爾質(zhì)量在數(shù)值上等于其相對分子質(zhì)量，硫酸的摩爾質(zhì)量是98g·mol－1，水的摩爾質(zhì)量是18g·mol－1，B正確，C錯誤；質(zhì)量的單位是g，m(HCl)＝nM＝1mol×36.5g·mol－1＝36.5g，D錯誤。【方法技巧】求解氣體摩爾質(zhì)量“五”方法(1)根據(jù)物質(zhì)的質(zhì)量(m)和物質(zhì)的量(n)：M＝eq\f(m,n)。(2)根據(jù)一定質(zhì)量(m)的物質(zhì)中粒子數(shù)目(N)和阿伏加德羅常數(shù)(NA)：M＝NA·eq\f(m,N)。(3)根據(jù)標準狀況下氣體的密度ρ：M＝ρ×22.4(g·mol－1)。(4)根據(jù)同溫同壓下氣體的相對密度(D＝eq\f(ρ1,ρ2))：eq\f(M1,M2)＝D。(5)對于混合氣體，求其平均摩爾質(zhì)量，上述計算式仍然成立；還可以用下式計算：M＝M1×a%＋M2×b%＋M3×c%……a%、b%、c%指混合物中各成分的物質(zhì)的量分數(shù)(或體積分數(shù))。高頻考點二阿伏加德羅常數(shù)例2.（2022·浙江卷）為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法正確的是A．中含有個陽離子B．乙烷和丙烯的混合氣體中所含碳氫鍵數(shù)為C．含有中子數(shù)為D．和于密閉容器中充分反應(yīng)后，分子總數(shù)為【答案】C【解析】由鈉離子和硫酸氫根離子構(gòu)成，其中的陽離子只有鈉離子，的物質(zhì)的量為0.1mol，因此，其中只含有個陽離子，A說法不正確；沒有指明氣體的溫度和壓強，無法確定乙烷和丙烯的混合氣體的物質(zhì)的量是多少，因此，無法確定其中所含碳氫鍵的數(shù)目，B說法不正確；分子中有6個中子，的物質(zhì)的量為0.5mol，因此，含有的中子數(shù)為，C說法正確；和發(fā)生反應(yīng)生成，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物，因此，和于密閉容器中充分反應(yīng)后，分子總數(shù)小于，D說法不正確。綜上所述，本題選C?！九e一反三】（2022·海南卷）在2.8gFe中加入100mL3mol/LHCl，F(xiàn)e完全溶解。NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法正確的是A.反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子為0.1mol B.HCl溶液中數(shù)為3NAC.含有中子數(shù)為1.3NA D.反應(yīng)生成標準狀況下氣體3.36L【答案】A【解析】2.8gFe的物質(zhì)的量為0.05mol；100mL3mol·L1HCl中H+和Cl的物質(zhì)的量均為0.3mol，兩者發(fā)生反應(yīng)后，F(xiàn)e完全溶解，而鹽酸過量。Fe完全溶解生成Fe2+，該反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子0.1mol，A正確；HCl溶液中Cl的物質(zhì)的量為0.3mol，因此，Cl數(shù)為0.3NA，B不正確；56Fe的質(zhì)子數(shù)為26、中子數(shù)為30，2.8g56Fe的物質(zhì)的量為0.05mol，因此，2.8g56Fe含有的中子數(shù)為1.5NA，C不正確；反應(yīng)生成H2的物質(zhì)的量為0.05mol，在標準狀況下的體積為1.12L，D不正確；綜上所述，本題A?！咀兪教骄俊浚?022·全國甲卷）為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法正確的是A．25℃，下，氫氣中質(zhì)子的數(shù)目為B．溶液中，的數(shù)目為C．苯甲酸完全燃燒，生成的數(shù)目為D．電解熔融，陰極增重，外電路中通過電子的數(shù)目為【答案】C【解析】25℃、101kPa不是標準狀況，不能用標況下的氣體摩爾體積計算氫氣的物質(zhì)的量，故A錯誤；Al3+在溶液中會發(fā)生水解生成Al(OH)3，因此2.0L1.0mol/L的AlCl3溶液中Al3+數(shù)目小于2.0NA，故B錯誤；苯甲酸燃燒的化學方程式為，1mol苯甲酸燃燒生成7molCO2，則0.2mol苯甲酸完全燃燒生成1.4molCO2，數(shù)目為1.4NA，故C正確；電解熔融CuCl2時，陽極反應(yīng)為，陰極反應(yīng)為，陰極增加的重量為Cu的質(zhì)量，6.4gCu的物質(zhì)的量為0.1mol，根據(jù)陰極反應(yīng)可知，外電路中通過電子的物質(zhì)的量為0.2mol，數(shù)目為0.2NA，故D錯誤；答案選C。高頻考點三氣體摩爾體積例3.某中學有甲、乙兩個探究性學習小組，他們擬用小顆粒的鋁銅合金與足量的稀硫酸反應(yīng)測定通常狀況(約20℃、1.01×105Pa)下的氣體摩爾體積(Vm)。Ⅰ.甲組同學擬設(shè)計如圖1所示的裝置來完成實驗。(1)寫出裝置Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：______________________________________。(2)實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕旋開其活塞，一會兒后發(fā)現(xiàn)稀硫酸不能順利滴入錐形瓶中。請幫助他們分析其原因：_______________________________________________________。(3)實驗結(jié)束時，生成氫氣的體積近似等于__________________________。(4)錐形瓶中殘存的氫氣對實驗結(jié)果是否有影響：__________(填“有”“沒有”或“不能判斷”)，簡述理由：_________________________________________________________________________________。Ⅱ.乙組同學仔細分析了甲組同學的實驗裝置后以為，稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶中的空氣排出，使所測氫氣的體積偏大；實驗結(jié)束后，連接廣口瓶和量筒的導管中有少量水存在，使所測氫氣的體積偏小，于是他們設(shè)計了如圖2所示的實驗裝置。實驗中準確測定出4個數(shù)據(jù)，如表：實驗前實驗后鋁銅合金質(zhì)量/gm1m2量液管(C)體積/mLV1V2(注：量液管大刻度在上方，小刻度在下方)利用上述數(shù)據(jù)計算通常狀況下的氣體摩爾體積：Vm＝________?！窘馕觥竣?(1)鋁和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和氫氣，其離子方程式為2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。(2)鋁與稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣使錐形瓶內(nèi)氣壓增大，錐形瓶內(nèi)的壓強大于大氣壓，所以稀硫酸不能順利滴入錐形瓶中。(3)氣體產(chǎn)生的壓強導致水從集氣瓶中排出，且氫氣不易溶于水，所以收集到的水的體積近似等于氫氣的體積。(4)裝置中有空氣存在，生成的氫氣不溶于水，在相同溫度和壓強下，生成的氫氣的體積與排出空氣的體積相等，所以沒有影響。Ⅱ.2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑2mol3moleq\f(m1－m2,27)moleq\f(（V2－V1）×10－3,Vm)molVm＝eq\f(9（V2－V1）,500（m1－m2）)L·mol－1?！敬鸢浮竣?(1)2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑(2)鋁與稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣使錐形瓶內(nèi)氣壓增大(3)收集到水的體積(4)沒有相同溫度和壓強下，生成氫氣的體積與排出空氣的體積相等Ⅱ.eq\f(9（V2－V1）,500（m1－m2）)L·mol－1【方法技巧】氣體體積的測量氣體體積的測定既可通過測量氣體排出的液體體積來確定(二者體積值相等)。也可直接測量收集的氣體體積。測量氣體體積的常用方法：(1)直接測量法。如圖A、B、C、D、E是5種直接測量氣體體積的常見裝置。A裝置：測量前可先通過調(diào)整左右兩管的高度使左管(有刻度)充滿液體，且兩管液面相平。B裝置：排液體法收集氣體后直接測量其體積。C裝置：直接將一種反應(yīng)物置于倒置的量筒中，另一反應(yīng)物置于水槽中，二者反應(yīng)產(chǎn)生的氣體可以直接測量。D裝置：用于測量混合氣體中被吸收(或不被吸收)的氣體的體積。讀數(shù)時，球形容器和量氣管液面相平，量氣管內(nèi)增加的液體的體積等于被反應(yīng)管吸收后剩余氣體的體積。(2)間接測量法。如圖F裝置是通過測量氣體排出的液體體積來確定氣體體積。(3)消除外因(溫度、壓強)對氣體體積的影響。(4)讀數(shù)時，請勿使用“視線與凹液面相切”之類的描述，“相切”表達語意不準確，仰視、俯視的情況下，視線都能與凹液面相切?！咀兪教骄俊磕持袑W有甲、乙兩個探究性學習小組，他們擬用小顆粒的鋁銅合金與足量的稀硫酸反應(yīng)測定通常狀況(約20℃、1.01×105Pa)下的氣體摩爾體積(Vm)。Ⅰ.甲組同學擬設(shè)計如圖1所示的裝置來完成實驗。(1)寫出裝置Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：______________________________________。(2)實驗開始時，先打開分液漏斗上口的玻璃塞，再輕輕旋開其活塞，一會兒后發(fā)現(xiàn)稀硫酸不能順利滴入錐形瓶中。請幫助他們分析其原因：_________________________________。(3)實驗結(jié)束時，生成氫氣的體積近似等于________。(4)錐形瓶中殘存的氫氣對實驗結(jié)果是否有影響：________(填“有”“沒有”或“不能判斷”)，簡述理由：______________________________________________________。Ⅱ.乙組同學仔細分析了甲組同學的實驗裝置后以為，稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氫氣，也會將瓶中的空氣排出，使所測氫氣的體積偏大；實驗結(jié)束后，連接廣口瓶和量筒的導管中有少量水存在，使所測氫氣的體積偏小，于是他們設(shè)計了如圖2所示的實驗裝置。實驗中準確測定出4個數(shù)據(jù)，如下表：實驗前實驗后鋁銅合金質(zhì)量/gm1m2量液管(C)體積/mLV1V2利用上述數(shù)據(jù)計算通常狀況下的氣體摩爾體積：Vm＝________。【解析】Ⅰ.(1)鋁和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和氫氣，其離子方程式為2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。(2)鋁與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣使錐形瓶內(nèi)氣壓增大，錐形瓶內(nèi)的壓強大于大氣壓，所以稀硫酸不能順利滴入錐形瓶中。(3)氣體產(chǎn)生的壓強導致水從集氣瓶中排出，且氫氣不易溶于水，所以收集到的水的體積近似等于氫氣的體積。(4)裝置中有空氣存在，生成的氫氣不溶于水，在相同溫度和壓強下，生成的氫氣的體積與排出空氣的體積相等，所以沒有影響。Ⅱ.2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑2mol3moleq\f(m1－m2,27)moleq\f((V2－V1)×10－3L,Vm)Vm＝eq\f(9(V2－V1),500(m1－m2))L·mol－1?！敬鸢浮竣?(1)2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑(2)鋁與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣使錐形瓶內(nèi)氣壓增大(3)收集到水的體積(4)沒有相同溫度和壓強下，生成氫氣的體積與排出空氣的體積相等Ⅱ.eq\f(9(V2－V1),500(m1－m2))L·mol－1高頻考點四阿伏加德羅定律及其應(yīng)用例4．在兩個密閉容器中，分別充有質(zhì)量相等的甲、乙兩種氣體，它們的溫度和密度均相同。根據(jù)甲、乙的摩爾質(zhì)量(M)的關(guān)系判斷的值，下列說法中正確的是()A．若M(甲)＜M(乙)，則分子數(shù)：甲＜乙B．若M(甲)>M(乙)，則氣體摩爾體積：甲＜乙C．若M(甲)＜M(乙)，則氣體的壓強：甲>乙D．若M(甲)>M(乙)，則氣體的體積：甲＜乙【答案】C【解析】等質(zhì)量的氣體，其摩爾質(zhì)量與物質(zhì)的量(或分子數(shù))成反比，若M(甲)＜M(乙)，則分子數(shù)：甲>乙，A項錯誤；若M(甲)>M(乙)，則物質(zhì)的量：甲＜乙，又因為氣體體積相等，故氣體摩爾體積：甲>乙，B項錯誤；同溫同體積同質(zhì)量的氣體或混合氣體，壓強與摩爾質(zhì)量成反比，若M(甲)<M(乙)，則氣體的壓強：甲>乙，C項正確；由質(zhì)量和密度相等可知氣體體積相等，則甲、乙摩爾質(zhì)量與氣體的體積無關(guān)，即甲＝乙，D項錯誤