气体摩尔体积.pdf

第 2 课时气体摩尔体积 学习目标定位 1.知道决定气体体积的主要因素，能叙述阿伏加德罗定律的内容。2.知道气 体摩尔体积的含义，记住标准状况下的气体摩尔体积。3.能进行气体体积、物质的量、微粒 数目之间的换算。 一、决定物质体积大小的因素 1.在温度和压强一定时，决定物质体积大小的主要因素：微粒的数目、微粒的大小、微粒间 的距离。 2.根据表格中的数据完成下列填空： 状态物质密度 1mol 该 物 质 的 质量 1mol 该物 质的体积 结论 固态 Fe7.86g ·cm 3(20) 56g7.12cm 3 相同条件下1 mol 固体、液体的体积 差别较大 Al 2.70g ·cm 3(20) 27g 10cm 3 液态 H2O 0.998g ·cm 3(20) 18g 18.04cm 3 H2SO41.83g ·cm 3(20) 98g 53.55cm 3 气态 O2 1.429g ·L 1 (0、 101kPa)(标准状况 ) 32g 22.39L 相同条件下，1mol 气体的体积近似相 等，在标准状况下 约为 22.4L H2 0.0899g ·L 1(0、 101kPa)(标准状况 ) 2.016g 22.42L 3.分析出现上述结论的原因。 (1)在温度和压强一定时，任何1mol 固态物质或液态物质所含微粒数目相同。微粒之间的距 离很小，但微粒的大小不同，所以1mol 固态物质或液态物质的体积往往是不同的。 (2)对气态物质来说：通常情况下微粒之间的距离要比微粒本身的直径大很多倍，因此，当微 粒数相同时，气态物质体积的大小则主要取决于气体微粒间的距离。 (3)在温度和压强一定时，微粒间的距离近似相等，因此，在相同温度和压强下，任何具有相 同微粒数的气体都具有大致相同的体积。 1.物质体积大小的影响因素 2.粒子数目相同物质的体积关系 1.下列四种因素：温度和压强所含微粒数微粒本身大小微粒间的距离，其中 对气态物质体积有显著影响的是() A. B. C. D. 答案D 解析气态物质微粒之间的距离要比微粒本身的直径大很多倍，故微粒本身的大小对气态物 质体积无显著影响。 2.同温同压下，若两种气体所占体积不同，其主要原因是() A.气体分子的大小不同 B.气体分子间平均距离不同 C.气体的物质的量不同 D.气体的摩尔质量不同 答案C 二、气体摩尔体积 1.气体摩尔体积是单位物质的量的气体所占的体积，符号是Vm，表达式： Vm V n。 常用的单位是L· mol 1。标准状况下，气体摩尔体积约为 22.4L· mol 1。 2.对于气体摩尔体积的理解，应注意以下几点： (1)气体摩尔体积的适用范围是气态物质。在标准状况下，1mol 气体所占的体积约是22.4L。 (2)气体的体积与温度、压强有关。相同温度下，单位物质的量的气体压强越小，气体体积越 大；相同压强下，单位物质的量的气体温度越高，气体体积越大。 (3)气体摩尔体积不仅适用于纯气体，也适用于混合气体。如0.3molH2与 0.7molO2的混合气 在标准状况下的体积约为22.4L。 (4)1mol 气体在非标准状况下的体积，可能是22.4L，也可能不是22.4L。 3.标准状况下，气体摩尔体积的有关计算 气体的物质的量n V 22.4mol； 气体的摩尔质量M Vm· 22.4 g· mol 1； 气体的分子数Nn· NA V 22.4· N A； 气体的质量mn· M V 22.4· Mg。 1.标准状况下的气体摩尔体积 2.计算公式 n m M N NA V 22.4(标准状况 ) 3.下列叙述正确的是() A.1mol 任何气体的体积都为22.4L B.1mol 任何物质在标准状况下所占的体积都为22.4L C.只有在标准状况下，气体摩尔体积才约为22.4L ·mol 1 D.标准状况下，22.4L 任何气体的物质的量都是1mol 答案D 解析A 中没有指明该物质所处的状况，即温度、压强，错误；B 中没有指明该物质的状态， 错误； C 中在非标准状况下，气体的摩尔体积也可能是22.4L· mol 1，错误； D 中是对气体摩 尔体积概念的应用，正确。 4.设 NA表示阿伏加德罗常数的值，下列叙述中正确的是 () A.常温常压下，11.2LCO2所含的原子数为 1.5NA B.常温常压下， 48gO3含有的氧原子数为 3NA C.标准状况下， 22.4LH2O 所含分子数为NA D.标准状况下，22.4LH2所含原子数为 NA 答案B 解析A 项，常温、常压下11.2LCO2的物质的量不是0.5mol，因此所含原子数不是1.5NA； B 项， n(O3) 48g 48g· mol 11mol，含氧原子数为3NA；C 项，标准状况下H2O 为液态，不能 应用 22.4L· mol 1； D 项， n(H 2) 22.4L 22.4L ·mol 11mol，含氢原子数为2NA。 方法点拨气体摩尔体积使用时注意事项 (1)1 个条件：必须指明条件。非标准状况下，1mol 气体的体积不一定是22.4L。 (2)1 种状态：必须为气态。如水、酒精、SO3、CCl4等物质在标准状况下不是气体。 (3)1 个单位：气体摩尔体积单位是L· mol 1，而不是 L。 三、阿伏加德罗定律 1.实验探究气体的体积与物质的量的关系 (1)下图为电解水的实验装置。图中A 试管中收集到的气体是H2，B 试管中收集到的气体是 O2，二者的体积之比是 2 1。 (2)物质的量比与气体体积比的关系 若有 1.8gH2O 电解，产生 H2的质量为 0.2g，物质的量为0.1mol；产生 O2的质量为1.6g，物 质的量为0.05mol；二者物质的量之比为21。 (3)实验结论 在同温同压下，气体的物质的量之比等于体积之比。 在同温同压下，1mol 的不同气体，其体积相同。 2.判断正误，正确的打“”，错误的打“×”。 (1)标准状况下，1mol 任何气体的体积都约是22.4L() (2)同温同压下，1mol(含有相同的粒子数)任何气体的体积相同() (3)同温同压下，相同体积的任何气体含有相同数目的分子数() (4)标准状况下，16g 氧气与 2g 氢气的体积比是12() 答案(1)(2)(3)(4) 阿伏加德罗定律 (1)阿伏加德罗定律：相同温度相同压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子(分 子)。 (2)相同条件下的气体，同体积时，分子数相同；反之，分子数相同时，体积也相同；气体的 体积之比等于分子数(或物质的量 )之比。 (3)同温同压下，气体的体积之比等于其物质的量之比。 (4)同温同体积时，气体的压强之比等于其物质的量之比。 5.下列叙述正确的是() A.同温同压下，相同体积的物质，其物质的量必然相等 B.任何条件下，等物质的量的氧气和一氧化碳所含的分子数必然相等 C.1L 一氧化碳气体一定比1L 氧气的质量小 D.同温同压下，等体积的物质所含的分子数一定相等 答案B 解析只有气体物质才符合阿伏加德罗定律 在同温同压下，具有相同体积的气体的物质 的量相等。具有相同物质的量的两种由分子构成的物质具有相同的分子数。因温度、压强不 能确定，故1LCO 和 1LO2的物质的量大小也不能确定，即二者的质量大小无法比较。 6.如图两瓶体积相等的气体，在同温同压下瓶内气体的关系一定正确的是() A.原子数相等B.密度相等 C.质量相等D.摩尔质量相等 答案A 解析由同温同压可得Vm相同，再由公式n V Vm可得两瓶内分子的物质的量相同， 又都是双 原子分子，所以原子的物质的量相同，由原子个数之比等于其物质的量之比可得两瓶内分子 所含原子数相同，A 项正确；两瓶内分子的物质的量相等，由mnM，M 不一定相等，故m 不一定相等，同时由 m V也可得 不一定相等。 1.阿伏加德罗定律可适用于任何气体(纯净的或是互不反应的混合气体)， 但不适用于液体或固 体。 2.同温、同压、同体积、同分子数称为“四同”，四“同”共同存在，相互制约，只要有三 个“同”成立，第四个“同”就必定成立，在实际应用中往往是知道三“同”而求导另一 “同”。 3.标准状况下气体的摩尔体积是阿伏加德罗定律的特例，与m、N、V 之间的换算关系是 n m M N NA V 22.4L ·mol 1。 1.下列有关气体体积叙述正确的是() A.一定温度、压强下，气体体积由其分子的大小决定 B.一定温度、压强下，气体体积由其物质的量的多少决定 C.气体摩尔体积是指1mol 任何气体所占的体积约为22.4L D.不同的气体，若体积不等，则它们所含的分子数一定不等 答案B 解析气体的体积在温度、压强一定时，体积与其物质的量成正比；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，所以A、 D 错 误， B 正确；非标准状况下气体摩尔体积不一定为22.4L· mol 1，C 错误。 2.下列说法正确的是() A.20、 1.01×10 5Pa 时，同体积的 O2和 CO2含有相同数目的分子数 B.1mol 气态物质，当体积为22.4L 时，该气体一定处于标准状况 C.2mol 任何气体体积都约为44.8L D.同温同压下，相同体积的任何气体单质所含分子数和原子数都相同 答案A 解析根据阿伏加德罗定律，同温同压下，同体积的任何气体都含有相同数目的分子数，故 A 正确， D 错误； B 中， 1mol 气态物质在非标准状况时，体积也有可能等于22.4L；C 中缺 少标准状况条件。 3.标准状况下，若11.2L 氧气含有n 个氧原子，则阿伏加德罗常数的数值可表示为() A.4nB.3nC.2nD.n 答案D 解析根据恒等式 V 22.4 N NA 可知 NAn×22.4L · mol 1 2×11.2L nmol 1。 4.现有 mg 某气体，它由双原子分子构成，它的摩尔质量为Mg· mol 1。若阿伏加德罗常数的 值用 NA表示，则： (1)该气体的物质的量为mol。 (2)该气体所含原子总数为个。 (3)该气体在标准状况下的体积为L。 (4)该气体在标准状况下的密度为g· L 1。 (5)该气体一个分子的质量为g。 答案(1) m M (2)2mNA M (3)22.4m M (4) M 22.4 (5) M NA 解析(1)由 nm/M 可求。 (2)由物质的量可求得该气体的分子数，进一步可求得原子数。 (3)由 VnVm可求得该气体在标准状况下的体积。 (4)由质量和已求得的标准状况下的体积可 求得密度，也可以由MVm· 求得密度。 (5)由摩尔质量为 Mg· mol 1，知每一个分子的质量 为 M NAg。 5.同温同压下，同体积的氨气和硫化氢气体(H2S)的质量比为；同质量的氨气和硫化氢气体的 体积比为，其中含有的氢的原子个数比为；若二者氢原子数相等，它们的体积比为。 答案122 1312 3 解析根据阿伏加德罗定律，同温同压下，同体积的气体物质的量相同。故氨气和硫化氢气 体(H2S)的质量比为 173412；同质量的氨气和硫化氢的物质的量之比为 1 17 1 3421， 氢的原子个数比为(2×3)(1×2)3 1；二者氢原子数相等时，物质的量之比等于 1 3 1 2 23，故体积之比为23。 基础过关 题组一正确理解有关概念 1.下列有关气体摩尔体积的描述中，正确的是() A.单位物质的量的气体所占的体积就是气体摩尔体积 B.气体摩尔体积一定是22.4L ·mol 1 C.1mol 气体体积为22.4L，则一定是标准状况 D.相同物质的量的气体摩尔体积也相同 答案A 解析气体体积受温度、压强的影响， 随着条件的不同，气体摩尔体积对应的数值有无数种， 不一定是22.4L· mol 1，B 错误；非标准状况通过调节温度和压强也可以使 1mol 气体体积达 到 22.4L， C 错误；气体摩尔体积与物质的量无关，当条件不同时气体的摩尔体积不一定相 同， D 错误。 2.下列说法中正确的是() A.标准状况下，18g 水的体积为22.4L B.1molH2的质量只有在标准状况下才约为 2g C.气体摩尔体积指1mol 任何气体所占的体积约为22.4L D.H2和 O2的混合气体 1mol 在标准状况下的体积约为22.4L 答案D 解析1molH 2的质量与是否是标准状况无关， B 项不正确；标准状况下，水不是气体，18g 水的体积不是22.4L，A 项不正确。 题组二n V Vm m M N NA的应用 3.NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 () A.标准状况下，0.1NA个水分子所占的体积约为 2.24L B.11.2LCO2的物质的量为 0.5mol C.NH3的摩尔质量等于 NA个氨分子的质量之和 D.101kPa、4时， 18mL 水和 202kPa、27时 32gO2所含分子数均为 NA 答案D 解析在标准状况下水不是气体，不能用气体摩尔体积来计算，A 项错误；题中没有指明温 度、压强，因此不能确定11.2LCO2的物质的量就是0.5mol，B 项错误； NH3的相对分子质量 为 17，其摩尔质量为17g· mol 1，N A个 NH3分子的质量之和为 17g，三者在数值上相同，但 单位不同， C 项错误； 4时，18mL 水就是 18g 水，其物质的量为1mol ，含有 NA个水分子； 32gO2的物质的量是 1mol ，不管在什么温度和压强下，1molO2都含有 NA个 O2分子。 4.如果 ag 某气体中含有的分子数为b， 则 cg 该气体在标准状况下的体积是(式中 NA为阿伏加 德罗常数的值)() A. 22.4ab cNA L B.22.4bc aNA L C.22.4ac bNA L D.22.4b acNA L 答案B 解析设该气体的摩尔质量为M，则 ag· NAmol 1 M b，所以M aNA b g· mol 1。cg 该气体在标 准状况下的体积为 cg aNA b g· mol 1× 22.4L· mol 122.4bc aNA L。 5.在标准状况下有：6.72LCH4 3.01×1023个 HCl 分子13.6gH2S 0.2molNH3。下 列对这四种气体的描述正确的是() a.体积 b.密度 c.质量 d.氢原子个数 A.abcB.bcdC.cbdD.abcd 答案D 解析先把题中提供的量都分别转化为各物质的物质的量，然后再比较它们的体积、密度等。 标 准 状 况 下6.72LCH 4 的 物 质 的 量 为0.3mol,3.01 ×1023个HCl分 子 的 物 质 的 量 为 0.5mol,13.6gH2S 的物质的量为0.4mol，然后进行比较即可得出结论。 题组三阿伏加德罗定律 6.同温同压下，用等质量的CH4、CO2、O2、SO2四种气体分别吹出四个气球，其中气体为 CH4的是 ( ) 答案D 解析在同温同压下，气体的物质的量越大，气体所占的体积就越大，对等质量的气体，其 相对分子质量越小，气体的物质的量越大(n m M )。CH4的相对分子质量为 16，最小，相等质 量的 4种气体中，其物质的量最大，故其体积最大。 7.在下列条件下，两种气体的分子数一定相等的是() A.同密度、同压强的N2和 C2H4 B.同温度、同体积的O2和 N2 C.同体积、同密度的C2H4和 CO D.同压强、同体积的O2和 N2 答案C 解析根据阿伏加德罗定律及其推论可以判断A、B、D 错误；C 项，同体积、 同密度的C2H4 和 CO 质量相等， C2H4和 CO 的相对分子质量都是28，所以等质量时两者物质的量相等，分 子数也相等。 8.在两个容积相同的容器中，一个盛有NH3气体，另一个盛有 H2和 O2的混合气体。在同温 同压下，两容器内的气体不可能具有相同的() A.原子数 B.分子数 C.质量 D.电子数 答案A 解析同温同压下相同体积的气体，具有相同的物质的量和分子数；由于NH3、H2、O2含有 原子数不等，故原子数不可能相同；NH 3、 H2、O2的相对分子质量分别为 17、 2、32， H2、 O2的混合气体的平均摩尔质量可能为 17g· mol 1，故气体的质量可能相同； NH3、H2、O2含 有电子数分别为10、2、16，H2、O2混合气体中分子含有电子数的平均数可能为10，故气体 可能具有相同的电子数。 能力提升 9.(1)同温同压下，同体积的甲烷(CH4)和二氧化碳物质的量之比为，原子总数之比为，密度之 比为。 (2)在标准状况下，4gH2、11.2LO2、1molH2O 中，所含分子数最多的是，含原子数最多的是， 质量最大的是，体积最小的是。 答案(1)1153411(2)H2H2H2O H2O 解析(1)同温同压下，同体积CH4、CO2的物质的量相同，原子总数之比等于分子中原子 个数之比，即53；物质的量相等时，质量之比等于摩尔质量之比，即411；相同状况下， 气体密度之比等于相对分子质量之比，即411。 (2)3 种物质的物质的量分别为n(H2) 4g 2g· mol 12mol，n(O2) 11.2L 22.4L ·mol 10.5mol，n(H2O) 1mol。物质的量越大，所含分子数越多，故所含分子数最多的是H2；所含原子数分别为 2mol× 24mol,0.5mol ×21mol,1mol ×33mol，故所含原子数最多的是H2；质量分别为 4g,0.5mol ×32g· mol 116g,1mol×18g· mol118g，故质量最大的是 H2O；体积分别为 V(H2) 22.4L· mol 1×2mol44.8L，V(O 2)11.2L，而水在标准状况下为液态，其体积只有18mL， 故体积最小的是H2O。 10.已知 1mol 不同气体在不同条件下的体积： 化学式条件1mol 气体体积 /L H20， 101kPa 22.4 O20， 101kPa 22.4 CO 0， 101kPa 22.4 H20， 202kPa 11.2 CO20， 202kPa 11.2 N2273， 202kPa 22.4 NH3273， 202kPa 22.4 (1)从上表分析得出的结论： 1mol 任何气体，在标准状况下的体积都约为。 1mol 不同的气体，在不同的条件下，体积(填“一定”“一定不”或“不一定”)相等。 (2)理论依据：相同条件下，1mol 任何气体的体积几乎相等，原因是， 。 (3)应用：在标准状况下，4gO2的体积为多少升？ (写出计算过程) 答案(1)22.4L不一定 (2)气体分子数目相等相同条件下，气体分子间的平均距离几乎相等 (3)V(O2)n×22.4L ·mol 1m M ×22.4L· mol 14g 32g· mol 1×22.4L· mol 12.8L。 解析(1)从表中的数据可以看出：1mol 任何气体在标准状况下，体积都约为22.4L； 1mol 不同气体，在不同条件下，体积不一定相同。 (2)因为在相同的温度和压强下，任何气体分子间的平均距离几乎相同且1mol 气体的分子数 目也相同，所以在相同条件下，1mol 任何气体的体积几乎相等。 (3)4gO2 的 物 质 的 量n(O2) 4g 32g· mol 1 0.125mol 。 在 标 准 状 况 下 的 体 积 为 0.125mol× 22.4L ·mol 1 2.8L。 11.在标准状况下，CO 和 CO2的混合气体共 39.2L，质量为 61g，则两种气体的物质的量之和 为 mol，其中 CO2为 mol， CO 占总体积的，混合气体的摩尔质量为。 答案1.750.7557.1%34.9g· mol 1 解析任何气体在标准状况下的摩尔体积都是22.4L· mol 1，所以， 题中两气体的物质的量之 和为 39.2L 22.4L ·mol 11.75mol。设混合气体中CO 为 xmol， CO2为 ymol，则有xy1.75,28x 44y61，解得 x1，y0.75。CO 的体积分数即为物质的量分数，即 1 1.75× 100%57.1%。 M(混 ) m n 61g 1.75mol 34.9g· mol 1 。