名師精講|第1講 物質的量和氣體的摩爾體積

2020-12-05 文學與化學

【知識梳理】

一、物質的量

1.物質的量(n)

(1)概念:是用來表示一定數目粒子集合體的物理量,其單位為摩爾,符號為mol。

(2)物質的量是一個專用名詞,在表述時不可增減,不能將其理解成「物質的數量」或「物質的質量」。

(3)使物質的量的單位是摩爾,只用於表示微觀粒子的多少,不適合表示宏觀物質。用摩爾必須指明物質微粒的名稱、符號或化學式。

溫馨提示:在化學方程式中,化學計量數不僅表示反應物和生成物之間微粒個數的關係,還可表示反應物和生成物之間的物質的量的關係。如2H2+O2===2H2O,既可以理解成2個氫分子與1個氧分子反應生成2個水分子,也可以說2摩爾氫氣與1摩爾氧氣反應生成2摩爾水。在化學方程式中,化學計量數之比等於微粒數之比,也等於物質的量之比。

二、氣體摩爾體積

1.影響物質體積的因素

影響物質體積的因素有粒子數目的多少,粒子大小,粒子間距離。在粒子數目相同的情況下,固體、液體的體積大小主要由粒子本身大小決定,氣體體積主要由粒子間距離決定,而氣體的粒子間距離又由溫度和壓強決定。

2.氣體摩爾體積

【指點迷津】有關阿伏加德羅常數試題的設陷方式

1、狀態條件:考查氣體時經常給出非標準狀況(如常溫常壓)下的氣體體積,這就不能直接用「22.4L/mol」進行計算。

2、物質的狀態:考查氣體摩爾體積時,命題者常用在標準狀況下一些易混淆的液體或固體作「氣體」來設問,迷惑考生。如標準狀況下,水(液態)、SO3(固態)、CCl4(液態)、甲苯(液態)、戊烷(液態)等。這樣也不能應用「22.4L/mol」進行計算。

3、物質的組成和結構:考查包括原子、分子(含有機物和無機物)等各種粒子變換或轉化關係、分子結構(所含質子數、電子數、中子數、化學鍵數等)。如CO2、H2S等分子中的共用電子對數目。

4、氧化還原反應:考查指定物質參加氧化還原反應時,常設置氧化還原反應中氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物、被氧化、被還原、電子轉移數目方面的陷阱。特別要注意一些常見歧化反應電子轉移的情況,如Na2O2+CO2(或H2O)、Cl2+NaOH(或H2O)、NO2+H2O等。

5、電解質溶液:考查電解質溶液中微粒數目或濃度時,常涉及弱電解質的電離、鹽類水解、化學平衡等方面的陷阱。解題時要認真審題,充分挖掘這一隱含條件。

6、同位素的影響:考查同位素原子質子數、電子數分別相同,但中子數不同,引起其質量數、相對原子質量不同,也經常以此為出題點來迷惑考生。如果不注意H、D的區別,按H2O的摩爾質量計算,其結果顯然是錯誤的。

三、物質的量應用於化學方程式的計算

物質的量架起了宏觀物質的量如質量、體積等與微觀粒子數目之間的關係,尤其巧妙的是,利用0.012kg12C中所含的碳原子數作為計量標準,與相對原子質量的計量標準——1/1212C的質量統一在了一起,使得物質的摩爾質量在用g·mol-1做單位時在數值上等於其相對原子質量或相對分子質量,大大地方便了計算和計量。又由於物質的量與粒子的個數成正比,因此,利用化學方程式計算時各物質的化學計量數、各物質的粒子數、各物質的物質的量成正比,可以直接列在化學方程式中進行計算。

1.化學方程式在量方面的含義:化學方程式可以明確地表示出化學反應中粒子之間的數目關係,即化學計量數之比等於反應中各物質的化學計量數之比。

2.根據方程式計算的基本步驟

(1)根據題意寫出配平的化學方程式。

(2)求出已知物和未知物的物質的量(有時可用質量、體積等表示,分別寫在化學方程式中有關的化學式下面)。

(3)把已知和待求的量[用m(B)、n(B)、V(B)或設未知數xy等表示]分別寫在化學方程式中有關化學式的下面。

(4)將有關的量列出比例式,求出待求的量。

(1)該小組同學必須選用的裝置依次連接的合理順序為A、_____________。

(2)實驗開始時,先打開分液漏鬥上口的玻璃塞,再輕輕打開其活塞,開始時稀硫酸能滴人錐形瓶中,一段時間後稀硫酸不能順利滴入錐形瓶中,其原因是_________。

(3)金屬鋁與稀硫酸反應的離子方程式為_________________。

(4)實驗結束時,測量實驗中生成H2體積的操作方法是_______________。

(5)實驗中準確測得3個數據:實驗前鋁矽合金的質量m1g,實驗後殘留固體的質量m2g,實驗後量筒中液面讀數為V ml。。則通常狀況下氣體摩爾體積Vm=____L·mol-l。若合金中含少量銅,則所測得的Vm將____________(填「偏大」「偏小」或「無影響」)。

參考答案

例題1、①②⑥

【解析】碳是由原子構成的,根據規定0.012 kg 12C中所含的碳原子數即為阿伏加德羅常數,其近似值為6.02×1023 mol-1,①正確;48 g O3的物質的量為1 mol,含O3分子6.02×1023個,②正確;摩爾質量的單位為g/mol而不是g,③錯誤;水的摩爾質量為定值,與其物質的量的多少無關,④錯誤;有些物質是由分子組成(例如水、硫酸等),有些物質是由離子組成(例如NaCl、Ca(OH)2等),還有些物質是由原子直接構成的(例如金剛石等),⑤錯誤;氖原子核外有10個電子,則1 mol Ne也應含有10×6.02×1023個電子,⑥正確;標準狀況下,CHCl3為液態,不能用22.4L/mol進行計算,⑦錯誤;Na2O2固體中,含有的是Na+和O22-兩種離子,1mol固體中含有3mol離子,故其中的離子總數為4 NA,⑧錯誤;由於不知道CuCl2溶液的體積,故無法確定Cu2+離子的數目,⑨錯誤;由於在水溶液中CO32-要水解,故CO32-數目應小於0.5NA,⑩錯誤。

例題2、⑤

【解析】常溫常壓(25℃,1.01×105 Pa)下,11.2L氧氣物質的量小於0.5mol,其所含原子數必小於NA,①錯誤;等物質的量不一定是1mol,②錯誤;由於存在2NO2N2O4這一隱含條件,故4.6g NO2氣體中含有的NO2分子數應界於0.1NA 和0.05NA之間,③錯誤;不是標準狀況下,甲烷的物質的量不是0.5 mol,④錯誤;乙烯和丙烯的最簡式為CH2,其最簡式的物質的量為14g/14g·mol-1=1mol,故其總原子數為3NA,⑤正確;未指明溫度、壓強,無法確定N2的物質的量,⑥錯誤;NA個CO為1mol,其質量為28g,0.5mol甲烷質量為8g,故其質量比為7:2,⑦錯誤;0.5mol Cl2若只作氧化劑生成Cl-時應轉移電子1mol,⑧錯誤;2mol Na2O2與過量CO2反應轉移2mol電子,故0.2mol Na2O2參與此反應轉移0.2mol電子,⑨錯誤。

例題3、(1)3

(2)

B項:據阿伏加德羅定律,等溫等壓下,相同體積的乙烯和乙炔、乙烷的混合氣體的分子總數相同,其原子總數不一定相等;

C項:據阿伏加德羅定律,等溫等壓相同體積的氧氣和臭氧分子總數相同,氧原子數之比為2:3;

D項:相同物質的量的氨氣和甲烷兩種氣體中,分子數相等,氫原子數之比為3:4;

本題選A。

【解析】(1)裝置的組裝順序:合金與水反應,用排水量氣法測定氫氣的體積,其中盛水的試劑瓶導管一定要短進長出,利用增大壓強原理將水排出,量筒中水的體積就是生成氫氣的體積,量筒內導管應伸入量筒底部,故連接順序為:E、D、G;

(2)鎂、鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體,使錐形瓶中氣體壓強變大,導致硫酸不能順利滴入錐形瓶;答案為:鋁與稀硫酸反應放熱且生成氣體,使錐形瓶中氣體壓強變大;

(3)根據氣壓原理,待實驗裝置冷卻後,上下移動量筒使其中液面與廣口瓶中液面相平,再平視讀取量筒中水的體積,此時的體積即為常溫常壓下的體積,即氫氣在通常狀況時的體積,故答案為待實驗裝置冷卻後,上下移動量筒使其中液面與廣口瓶中液面相平,再平視讀取量筒中水的體積,即氫氣在通常狀況時的體積;

(4)實驗前鋁矽合金的質量m1g,實驗後殘留固體的質量m2g,則金屬鋁的質量是m1-m2,實驗後量筒中液面讀數為VmL,即產生的氣體物質的量是V×10-3/VM根據化學反應原理:金屬鋁與硫酸反應,矽與硫酸不反應;

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