高一化学《气体摩尔体积》知识点详解.pdf
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1、第二节 气体摩尔体积 新课指南 1. 在了解气体的体积与温度和压强有密切关系的基础上,理解气体摩尔体积的概念. 2. 掌握有关气体摩尔体积的计算. 3. 通过气体摩尔体积和有关计算的学习,培养分析、推理、归纳、总结的能力. 本节重点:气体摩尔体积的概念和有关气体摩尔体积的计算. 本节难点:气体摩尔体积的概念及其推论的应用. 教材解读精华要义 1. 物质的体积、密度和质量之间的关系 物质的质量跟它的体积的比叫做这种物质的密度,即物质在单位体积中所含的质量,叫做该物质的密度. 2. 计算 1mol 不同固态物质和液态物质的体积(见下表 ) 物质1 mol 该物质的质量密度1 mol 的物质所具有的
2、体积 Fe 56g 7.8g/cm 3(20) 7.2cm 3 Al 27g 2.7g/cm 3(20) 10cm 3 Pb 207g 11.3g/cm 3(20 ) 18.3cm 3 H2O 18g 1g/cm 3(4) 18cm 3 H2SO498g 1.83g/cm 3(20 ) 53.6cm 3 3. 归纳 1mol 不同固态物质和液态物质体积的特点并分析其形成差异的主要原因 对于固态物质和液态物质来说,1 mol 不同物质的体积一般是不同的( 如图 3-2 所示 ). 决定物质的体积大小有三大因素. (1)物质粒子数的多少. (2)物质粒子之间距离的大小. (3)物质粒子的大小 (
3、直径为 d). 形成差异的主要原因. 构成液态、固态物质的粒子间的距离是很小的,在粒子数相同的条件下,固态、液态物质的体积主要决定 于原子、分子或离子本身的大小;由于构成不同, 物质的原子、 分子或离子的大小也是不同的,所以它们 1 mol 的体积也就有所不同(如图 3-3所示 ). 知识详解 知识点 1 气体摩尔体积 (重点、难点 ) 决定气体体积大小的主要因素 (1) 决定气体所含有的分子数(或气体的物质的量). 在一定温度,一定压强下,气体中所含的分子数目(或物质的量)越多,气体的体积就越大. (2) 分子的直径和分子之间的距离. 一般来说,气体分子的直径约为0.4 nm ,而分子之间的
4、距离则约为4 nm, 即分子之间的距离约是分子直径的10 倍. 因此,当分子数目相同时,气体 体积的大小主要决定于气体分子之间的距离,而不是分子本身体积的大小 ( 如图 3-4 所示 ). 思维拓展如图 3-5 与图 3-6 所示,讨论气体分子之间的距离受哪些因素的 影响 ?是怎样影响的 ? 点拨 受温度和压强的影响。一定质量的气体,当温度升高时,气体分子之 间的距离增大,体积变大,当温度降低时,气体分子之间的距离减小,体 积变小;当压强增大时,气体分子之间的距离减小,体积变小,当压强减小时,气体分子之间的距离增大, 体积变大;当温度和压强一定时,气体分子之间的平均距离大小几乎是一定值,故粒子
5、数是一定值,其体积 是一定值 . 【注意】要比较一定质量气体的体积,就必须要在相同的温度和压强下进行才有意义. 1 mol 不同气体在标准状况下的体积( 见下表 ) 1 mol不同气体在标准状况下的体积 物质1 mol 该物质的质量密度1 mol 该物质所具有的 H22.016g 0.0899g/L(标准状况 ) 22.4L O232.00g 1.429g/L(标准状况 ) 22.4L CO 244.01g 1.977g/L(标准状况 ) 22.3L 结论:在标准状况下,1 mol 任何气体所占的体积都约为22.4 L. 气体摩尔体积 (1) 概念:单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积
6、. (2)符号: Vm. (3)计算关系式: Vm n V . (4)单位: L/mol 或 m 3/mol. (5)特定条件(标准状况)下的数值22.4 L/mol或 2.24 10 -2m3/mol( 如 图 3-7 所示 ). (6)对象:气体中任何一种单一组分的气体或不相互反应的混合气体. (7)标准状况下的气体摩尔体积,与常温、常压下固、液体摩尔体积的比较与分析(见下表). 标准状况下,气体摩尔体积(L/mol) 常温、常压下,固、液体摩尔体积(cm 3/mo 体积比较体积近似,约为22.4 L/mol 体积各异 分 析 特点气体粒子大小 粒子间平均距离 影 响 体 积 的因素 粒子
7、间的平均距离 标准状况下,各种气体的粒子间平均距离近似,故体积近似 粒子的大小 常温、常压下,各固、液态的粒子的大小各异 积各异 思维误区气体摩尔体积的特定值约是22.4L/mol ,该数值与气体物质的量、温度和压强三者的任意一项 都有直接的关系,观察下表中的数值并思考整理,正确理解“22.4 L/mol”的含义 . 气体物质的量气体温度气体压强气体体积 1 mol 0101 kPa 22.4L 1 mol 40101 kPa 25.7L22.4L 1 mol 02101kPa 11.2L22.4L 1 mol 40116 kPa 22.4L 0.5mol 050.5kPa 22.4L 点拨
8、在标准状况下, 1 mol 任何气体的体积都( 约) 为 22.4 L, 在标准状况下的气体摩尔体积( 约) 为 22.4 L/mol ; 在非标准状况下,1 mol 任何气体的体积不一定为22.4 L,但也有可能为22.4 L 的气体摩尔体积 ( 约)为 22.4 L/mol ;在非标准状况下,1 mol 任何气体的体积不一定为22.4L ,但也有可能为22.4 L. 说明 在回答有关概念性的问题时,“22.4L ”或“ 22.4L/mol ”之前要加一个“约”字,在解答有关计算 的问题时,这个“约”字可以略去. 气体摩尔体积描述的对象,可以是任何一种单一组分的气体或不相互反应 的混合气体
9、. 例如:下列说法中,正确的是 ( ) A.1 mol O2和 1 mol N2所占的体积都约为22.4 L B.H2的气体摩尔体积约为22.4 L C. 在标准状况下,1 mol H2和 1 mol H2O所占的体积都约为22.4L D. 在标准状况下,22.4L 由 N2和 N2O组成的混合气体中所含有的N的物质的量约为2 mol 分析本题主要考查对气体摩尔体积的理解和应用能力. A 项中没有明确温度和压强,无法比较,无法确定气体的体积;B项中气体摩尔体积的单位不是“L” ,而是 “L/mol ”或“ m 3/mol ” ;C 项中在标准状况下 H2O为冰状, 1 mol 冰的体积远远小于
10、22.4 L ;D项中该气体的 物质的量约为1 mol ,再结合N2、N2O的分子组成可知,N的物质的量约为2 mol. 答案: D 又如:下列叙述中,不正确的是 ( ) A.1 mol任何气体所占的体积,都约为22.4L. B. 在标准状况下,任何气体的摩尔体积都约为22.4 L C. 在标准状况下,1 L 任何气体所含该气体的粒子数约为 4.22 1 6.02 10 23 D.0.1 mol CO ,0.2mol CO2,0.3 molO2,0.4 mol N2组成的混合气体,在标准状况下,占有的体积约为22.4 L 分析 A 项没指明“标准状况” ;B 项中气体摩尔体积的单位应是L/mo
11、l. 答案: AB 再如: 0.17g 某气体在标准状况下的体积是100 mL,这种气体的相对分子质量是_. 分析在标准状况下,设22.4 L某气体的质量为x,得 0.17 g:0.1 L=x:22.4L,x38.08g ,即标准状 况下, 22.4L 某气体的质量为38.08g ,该气体的摩尔质量为38.08g/mol ,它的相对分子质量是38.08. 答案: 38.08 还如:下列数量的各物质中所含的原子数按由大到小的顺序排列,正确的是 ( ) 0.5mol 氨气;标准状况下22.4L 氦; 4时 9mL水; 0.2mol 磷酸钠 A. B. C. D. 分析本题把气体摩尔体积、物质的量、
12、物质的质量等物理量融合在一起考查,解题步骤是:把所 有物理量换算戍物质的量;计算每摩尔物质所含的原子数;求出题中每种物质所含的原子数. 0.5 molNH3中所含的原子的物质的量:0.5mol 42 mol ; 22.4L 氦中所含的原子的物质的量: 1 4 .22 4.22 molL L 1=1 mol ; 9 mL 水中所含的原于的物质的量:9 mL1 g/ml 18 g/mol 3=1.5 mol ; 0.2 mol磷酸钠 (Na3PO4) 中所舍的原子的物质的量:0.2 mol 81.6 mol. 比较的计算结果可得答案. 答案: A 说明 物质的量是计算中心,解题比较关键的一步是先把
13、微粒数、气体的体积、物质的质量等有关数据 转换成物质的量,然后再进行比较. 阿伏加德罗定律( 难点) 通过学习气体摩尔体积的概念可知,气体的体积主要决定于组成气体的分子数目和分子之间的平均距离, 而分子之间的平均距离又受气体的温度和压强的直接影响. 所含分子数日相同的气体,在同温、同压下,分子 之间的平均距离基本相等,因此,在相同温度和相同压强下,所含分子数目相同的任意气体的体积相同. 同理, 在相同温度和相同压强下,相同体积的任意气体都含有相同数目的分子,这个规律叫做阿伏加德罗定律. 说明 阿伏加德罗定律适用于任何气体,包括混合气体,不适用于非气体. 同温、同压、同体积和问分子数。四“同”共
14、同存在,相互制约,只要有三个“同”成立,第四个“同” 必定成立,称作“三同定一同”. 标准状况下的气体摩尔体积是阿伏加德罗定律的一个特例.( 明确规定了温度为0和压强为101 kPa) 阿伏加德罗定律的推论( 难点 ) 根据阿伏加德罗定律,限定不同的条件。便可得到阿伏加德罗定律的多种形式( 推论 ) ,熟练地掌握它们, 在解答有关问题时,可达到事中功倍的效果. (1)推论:同温、同压下,气体体积与物质的量成正比;或气体密 度与式量成正比. 数学表达式: 2 1 2 1 2 1 2 1 M M n n V V 或 . 物理模型:同温、同压下,两个体积不同且装有两种不同气体的集气 瓶(如图 3-8
15、 所示). 例如:关于a g H2和 b g He ,下列说法中,正确的是 ( ) A. 同温、同压下。 H2与 He的体积比为a:2b B. 同温、同压下,若ab,则 H2与 He的物质的量之比为2:1 C. 体积相同时, He的质量一定大于H2的质量 D. 同温、同压下,若二者的物质的量相同,其体积也相同 分析 A 项中两种气体的体积比等于它们的物质的量之比,即 11 4 : 2molg bg molg ag 2a:b ,B 项正 确; C项中如果仅知道两种气体的体积相同,无法判断出 二者的物质的量的多少,也就很难判断出质量的大小,因为两种气体所处的温度、压强不一定相等,因而体 积相同时,
16、物质的量不一定相同;D项中相同温度、相同压强、相同物质的量的气体,体积一定相同. 答案: BD 又如:在相同温度和压强下,1 体积氯化氢和9 体积水蒸气组成的混合气体,完全冷凝后所得盐酸中HCl 的质量分数是 ( ) A.10 B.18.4 C.4.910 -4 D.80.2 分析 根据阿伏加德罗定律的推论可知,同温、同压下气体体积比等于其物质的量之比,设 HCl、H2O(气) 的物质的量分别为1 mol ,9 mol ,然后将物质的量换算成质量,则可求出盐酸中HCl的质量分数 . W(HCl)= %100 91815.36 1/5 .36 11 molmolgmolmolg molmolg
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