一轮学案第2讲物质的量物质的聚集状态

第2讲物质的量物质的聚集状态【课标要求】1.了解物质的量(n)及其单位摩尔(mol)、摩尔质量(M)、气体摩尔体积(Vm)、物质的量浓度(c)、阿伏加德罗常数(NA)的含义。2.能根据粒子(原子、分子、离子等)数目、物质的量、气体体积(标准状况下)之间的相互关系进行有关计算。考点1物质的量摩尔质量1．物质的量(1)物质的量(n)表示含有一定数目粒子的集合体的物理量，单位为摩尔(mol)。(2)物质的量的规范表示方法：(3)阿伏加德罗常数(NA)0．012kg12C中所含的碳原子数为阿伏加德罗常数，其数值约为6.02×1023，单位为mol－1。公式：NA＝eq\f(N,n)。[提醒]“物质的量”的计量对象是微观粒子(如：分子、原子、离子、原子团、质子、中子、电子等)，而不是宏观物质。2．摩尔质量(1)1molNaCl和1molHCl含有相同的粒子数目。()(2)1mol任何物质都含有6.02×1023个分子。()(3)NaOH的摩尔质量为40g。()(4)1molCO2的质量与它的相对分子质量相等。()(5)1molNHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))的质量为18g·mol－1。()(6)2molH2O的摩尔质量是1molH2O的摩尔质量的2倍。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×1．阿伏加德罗常数(NA)与6.02×1023是否相同？___________________________________________________________________。答案：不相同。6.02×1023是纯数值，没有任何物理意义，而阿伏加德罗常数(NA)是指1mol任何粒子所含的粒子数，它与0.012kg12C所含的碳原子数相同，2．摩尔质量、相对分子(或原子)质量、1mol物质的质量三者有何区别与联系？请以钠为例加以说明。___________________________________________________________________。答案：三者是三个不同的物理量，具有不同的单位。其单位分别为g·mol－1、1、g。若摩尔质量、1mol物质的质量分别以g·mol－1、g为单位时，三者在数值上是相同的。例如：钠的摩尔质量为23g·mol－1，钠的相对原子质量为23，1mol钠的质量为23g题组一基本概念的理解与应用1．下列说法正确的是()A．物质的量是物质所含粒子数目B．1molO2的质量与它的相对分子质量相等C．1molOH－的质量为17g·mol－1D．氖气的摩尔质量(单位g·mol－1)在数值上等于它的相对原子质量答案：D2．下列关于物质的量、摩尔质量的叙述正确的是()A．0.012kg12C中含有约6.02×10B．1molH2O中含有2mol氢和1mol氧C．氢氧化钠的摩尔质量是40gD．2mol水的摩尔质量是1mol水的摩尔质量的2倍答案：A题组二粒子数与相关物理量之间的换算3．填空答案：6.02×10231.204×10246.02×10231mol2mol4．最近材料科学家研究发现了首例带结晶水的晶体在5K下呈现超导性。据报道，该晶体的化学式为Na0.35CoO2·1.3H2O。若用NA表示阿伏加德罗常数，试计算12.2g该晶体中含氧原子数为________，氢原子的物质的量为________mol。答案：0.33NA0.265．0.3molCH4分子中所含质子数与________个H2O分子中所含质子数相等。2.4gTeq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O中所含中子数为________，1.5gCHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(3))中的电子数为________，15.6gNa2O2中的阴离子数目为________。解析：CH4分子和H2O分子的质子数都是10，所以H2O分子个数为0.3NA；Teq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O中的中子数为14，2.4gTeq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O中所含中子数为1.4NA；CHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(3))中的电子数为8，1.5gCHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(3))中的电子数为0.8NA；Na2O2中的阴离子为Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(2))，15.6gNa2O2中的阴离子数目为0.2NA。答案：0.3NA(或1.806×1023)1.4NA0.8NA0.2NA6．(1)某氯原子的质量是ag，12C原子的质量是bg，用NA①该氯原子的相对原子质量为________；②该氯原子的摩尔质量是____________；③mg该氯原子的物质的量为________；④ng该氯原子所含的电子数为________。(2)12.4gNa2R含Na＋0.4mol，则Na2R的摩尔质量为________，R的相对原子质量为________。含R的质量为1.6g的Na2R，其物质的量为________。解析：(2)据电离方程式Na2R=2Na＋＋R2－，得1molNa2R电离生成2molNa＋，题目中有Na＋0.4mol，则有0.2molNa2R。M(Na2R)＝eq\f(m（Na2R）,n（Na2R）)＝eq\f(12.4g,0.2mol)＝62g/mol。由Mr(Ma2R)＝62，求得Ar(R)＝62－2×23＝16，已知m(R)，根据n＝eq\f(m,M)，得n(R)＝0.1mol，则n(Na2R)＝0.1mol。答案：(1)①eq\f(12a,b)②aNAg·mol－1③eq\f(m,aNA)mol④eq\f(17n,a)(2)62g/mol160.1mol考点2气体摩尔体积阿伏加德罗定律1．影响物质体积的因素2．气体摩尔体积(1)含义：单位物质的量的气体所占的体积，符号Vm，单位是L·mol－1；基本表达式是Vm＝eq\f(V,n)。(2)基本关系式：n＝eq\f(V,Vm)＝eq\f(m,M)＝eq\f(N,NA)。(3)影响因素：气体摩尔体积的数值不是固定不变的，它取决于气体所处的温度和压强。3．阿伏加德罗定律及其推论(1)阿伏加德罗定律：同温同压下，相同体积的任何气体，含有相同数目的分子(或气体的物质的量相同)。(2)阿伏加德罗定律的推论相同条件结论公式语言叙述T、p相同eq\f(n1,n2)＝eq\f(V1,V2)同温、同压下，气体的体积与其物质的量成正比T、V相同eq\f(p1,p2)＝eq\f(n1,n2)温度、体积相同的气体，其压强与其物质的量成正比T、p相同eq\f(ρ1,ρ2)＝eq\f(M1,M2)同温、同压下，气体的密度与其摩尔质量(或相对分子质量)成正比[提醒]对于同一种气体，当压强相同时，密度与温度成反比例关系。(1)在标准状况下，1mol气体的体积约是22.4L，在非标准状况下，1mol气体的体积则一定不是22.4L。()(2)标准状况下，1molO2和1molSO3的体积相同。()(3)常温常压下，22.4L氯气与足量铁粉充分反应，转移的电子数为2NA。()(4)常温常压下，9gH2O和0.5molBr2所含分子数相同。()(5)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。()(6)相同温度、压强下，相同质量的CO和N2所占的体积相同。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√1．如图有三只气球，其中VA＝VB＝1.12L。(1)A、B中气体的物质的量________(填“一定”或“不一定”)是0.05mol。(2)标准状况下，A、B气球中的分子个数比为________。(3)相同温度和压强下，A、C气球中气体的质量相等，则V(A)∶V(C)＝________。答案：(1)不一定(2)1∶1(3)2∶12．由阿伏加德罗常数(NA)和一个水分子的质量(m水)、一个水分子的体积(V水)不能确定的物理量是________(填序号)。①1摩尔水的质量②1摩尔水蒸气的质量③1摩尔水蒸气的体积答案：③题组一有关n＝eq\f(m,M)＝eq\f(N,NA)＝eq\f(V,Vm)的计算1．设NA为阿伏加德罗常数的值，如果ag某气态双原子分子的分子数为p，则bg该气体在标准状况下的体积V(L)是()A.eq\f(22.4ap,bNA)B．eq\f(22.4ab,pNA)C．eq\f(22.4NAb,a)D．eq\f(22.4pb,aNA)解析：双原子分子的物质的量为eq\f(p,NA)mol，双原子分子的摩尔质量为eq\f(ag,\f(p,NA)mol)＝eq\f(aNA,p)g·mol－1，故bg气体在标准状况下的体积为eq\f(bg,\f(aNA,p)g·mol－1)×22.4L·mol－1＝eq\f(22.4bp,aNA)L。答案：D2．0.2molNaeq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O2与足量CO2完全反应后，下表对生成物Na2CO3和O2的描述中正确的是()Na2CO3的质量关于O2的描述A21.2gO2的摩尔质量是36g·mol－1B21.6g生成标准状况下O2的体积为2.24LC21.6gO2的摩尔质量是34g·mol－1D22.4g生成标准状况下O2的体积为2.24mL解析：2Naeq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O2＋2CO2=2Na2C16Oeq\o\al(\s\up1(18),\s\do1(2))O＋18O22mol216g0.2mol21.6g即生成21.6gNa2CO3、2.24L(标准状况)O2，生成O2的摩尔质量为36g·mol－1。答案：B3．(2021·陕西省延安检测)同温同压下相同体积的两种气体12C18O和14N2A．分子数目相等B．中子数相等C．密度之比为14∶15D．电子数之比为2∶3解析：A.同温同压下，其体积之比＝物质的量之比＝分子个数之比，相同体积的两种气体12C18O和14N2含有相同的分子数，故A正确；B.每个12C18O和14N2分子中的中子数分别是16、14，相同体积的两种气体12C18O和14N2含有相同的分子数，其分子中的中子数之比为8∶7，故B错误；C.同温同压下，气体摩尔体积相等，两种气体12C18O和14N2的摩尔质量分别是30g/mol、28g/mol，根据ρ＝eq\f(M,Vm)知，其密度之比等于摩尔质量之比，二者的摩尔质量之比为15∶14，所以其密度之比为15∶14，故C错误；D.同温同压下，其体积之比＝物质的量之比＝分子个数之比，每个12C18O和14N2分子中电子数都是14个，所以二者的电子数相等答案：A题组二阿伏加德罗定律及其推论的应用4．(双选)等温等压下，有质子数相等的CO、N2、C2H2三种气体，下列叙述正确的是()A．体积之比为1∶1∶1B．密度之比为14∶14∶13C．质量之比为1∶1∶1D．原子数之比为1∶1∶1解析：A项，三种气体分子的质子数分别为14、14、14，质子数相等的CO、N2、C2H2三种气体，物质的量相等，等温等压下，气体的体积与其物质的量成正比，所以三者体积之比为1∶1∶1，故A正确；B项，CO、N2、C2H2摩尔质量分别为28g·mol－1、28g·mol－1、26g·mol－1，等温等压下，气体摩尔体积相同，根据ρ＝eq\f(nM,nVm)＝eq\f(M,Vm)知，密度与摩尔质量成正比，则密度之比为28∶28∶26＝14∶14∶13，故B正确；C项，三种气体分子的质子数分别为14、14、14，质子数相等的CO、N2、C2H2三种气体，物质的量相等，CO、N2、C2H2摩尔质量分别为28g·mol－1、28g·mol－1、26g·mol－1，根据m＝nM知：质量之比与摩尔质量成正比，则质量之比为28∶28∶26＝14∶14∶13，故C错误；D项，三种气体分子的质子数分别为14、14、14，质子数相等的CO、N2、C2H2三种气体，物质的量相等，1分子CO、N2、C2H2分别含原子数为2、2、4，所以三种气体原子数之比为1∶1∶2，故D错误。答案：AB5．在某温度时，一定量的元素A的氢化物AH3在一定体积密闭容器中可完全分解成两种气态单质，此时密闭容器中气体分子总的物质的量增加了75%。则A单质的一个分子中有________个A原子，AH3分解反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：44AH3eq\o(题组三气体物质的摩尔质量的计算6．CO和CO2的混合气体18g，完全燃烧后测得CO2体积为11.2L(标准状况)，(1)混合气体中CO的质量是________g；(2)混合气体中CO2在标准状况下的体积是________L；(3)混合气体在标准状况下的密度是________g·L－1；(4)混合气体的平均摩尔质量是________g·mol－1。解析：CO燃烧发生反应：2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2，CO的体积与生成CO2的体积相等，燃烧后CO2的总体积为11.2L，故18gCO和CO2的混合气体的总体积为11.2L，在标准状况下，18gCO和CO2的混合气体的物质的量为0.5mol，设CO的物质的量为xmol，CO2的物质的量为ymol，则eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(28x＋44y＝18,x＋y＝\f(11.2L,22.4L·mol－1)))，解得x＝0.25，y＝0.25。(1)混合气体中CO的质量＝28g·mol－1×0.25mol＝7g；(2)故原混合气体中，CO2的体积为0.25mol×22.4L·mol－1＝5.6L；(3)原混合气体的密度＝eq\f(18g,11.2L)≈1.61g·L－1；(4)解法一：eq\x\to(M)＝ρ×22.4L·mol－1＝1.61g·L－1×22.4L·mol－1≈36g·mol－1；解法二：eq\x\to(M)＝eq\f(18g,\f(11.2L,22.4L·mol－1))＝36g·mol－1；解法三：eq\x\to(M)＝28g·mol－1×50%＋44g·mol－1×50%＝36g·mol－1；故平均摩尔质量为36g·mol－1。答案：(1)7(2)5.6(3)1.61(4)36计算气体摩尔质量的四种方法序号前提条件公式①任意状态的任意物质M＝eq\f(m,n)(定义式)②已知一个分子的质量M＝m(分子)×NA③标准状况下的气体M＝ρ×22.4L·mol－1④同温同压下的气体M(A)＝M(B)×D(相对密度)阿伏加德罗常数的综合应用[考能突破练]1．抓“两看”，突破气体与状况陷阱(1)标准状况下，2.24LCCl4含有的共价键数为0.4NA。()(2)标准状况下，5.6LCO2气体中含有的氧原子数为0.5NA。()(3)常温常压下11.2L甲烷气体含有的甲烷分子数为0.5NA。()解析：(1)标准状况下CCl4为液态，故无法求算2.24LCCl4的物质的量，则其含有的共价键数不是0.4NA，错误。(2)标准状况下CO2为气态，5.6LCO2气体的物质的量为0.25mol，0.25molCO2中氧原子数为0.5NA，正确。(3)常温常压下11.2L甲烷无法求算物质的量，或者说小于0.5mol，所以甲烷分子数为小于0.5NA，错误。答案：(1)×(2)√(3)×[突破陷阱](1)看“气体”是否处在“标准状况(0℃和101kPa)”。注意常温常压下的气体摩尔体积大于22.4L/mol。(2)看“标准状况”下，物质是否为气体[如H2O、溴、SO3、含碳原子数大于4的烃(新戊烷除外)、CCl4、CH2Cl2、HF、苯等在标准状况下均不为气体]。2．突破质量(或物质的量)与状况无关陷阱(1)常温常压下，4.4g乙醛所含σ键数目为0.7NA。()(2)标准状况下，18gH2O所含的氧原子数目为NA。()(3)室温下，1molCH4中含有5NA原子。()解析：(1)质量与物质的量间的转化与温度压强无关，可求算4.4g乙醛物质的量为0.1mol，每个乙醛分子中含有6个σ键，故4.4g乙醛所含σ键数目为0.6NA，错误。(2)质量与物质的量间的转化与温度、压强无关，18gH2O为1mol，含的氧原子数目为NA，正确。(3)直接知道物质的量，CH4为5个原子分子，正确。答案：(1)×(2)√(3)√[突破陷阱]给出非标准状况下气体的物质的量或质量，干扰学生的正确判断，误以为无法求解物质所含的粒子数，实际上，此时物质所含的粒子数与温度、压强等外界条件无关。3．记“组成”突破物质与结构陷阱(1)14g乙烯和丙烯混合气体中的氢原子数为2NA。()(2)18gD2O和18gH2O含有质子数均为10NA。()(3)17g—OH与17gOH－所含电子数均为10NA。()(4)62g白磷中所含共价键数目为NA。()解析：(1)运用极值法分别求算，14g乙烯物质的量为0.5mol，氢原子物质的量为0.5×4＝2mol，所以氢原子数目为2NA，同理14g丙烯物质的量为eq\f(1,3)mol，氢原子物质的量为eq\f(1,3)×6＝2mol，所以氢原子数目为2NA，两者相同，正确。(2)D2O和H2O质子数相同(均为10)，但D2O、H2O的摩尔质量不同，分别为20g·mol－1和18g·mol－1，所以18gD2O和H2O的物质的量不同，质子数不同，错误。(3)考查根和基的差别，—OH为中性基团所含电子数为9，OH－则为10，错误。(4)考查白磷(P4)结构为正四面体，62g白磷中所含共价键数目为3NA，错误。答案：(1)√(2)×(3)×(4)×[突破陷阱](1)一定质量的两种或两种以上最简式相同的物质以任意比混合后，求所含粒子的数目，运用极值法分别求算所含粒子数。(2)记特殊物质中所含粒子(分子、原子、电子、质子、中子等)的数目，如Ne、D2O、18O2、—OH、OH－等。(3)记最简式相同的物质，如NO2和N2O4、乙烯(C2H4)和丙烯(C3H6)等。(4)记摩尔质量相同的物质，如N2、CO、C2H4等。(5)记物质中所含化学键的数目，如一分子H2O2、CnH2n＋2中化学键的数目分别为3、3n＋1。4．运用化学平衡思想，突破电离、水解等平衡陷阱(1)1molN2与4molH2反应生成的NH3分子数为2NA。()(2)0.1L0.5mol/LCH3COOH溶液中含有的H＋数为0.05NA。()(3)密闭容器中2molNO与1molO2充分反应，产物的分子数为2NA。()(4)1L0.1mol·L－1的NaHCO3溶液中HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))和COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))的数目之和为0.1NA。()(5)室温下，1LpH＝13的NaOH溶液中，由水电离的OH－数目为0.1NA。()解析：(1)合成氨是可逆反应，则1molN2与4molH2反应生成的NH3分子数小于2NA，错误。(2)醋酸是弱酸，部分电离：CH3COOH⇌CH3COO－＋H＋，含0.05molCH3COOH的溶液中H＋数目小于0.05NA，错误。(3)发生反应：2NO＋O2=2NO2，生成2molNO2，常温下NO2和N2O4之间存在平衡：2NO2⇌N2O4，所以产物分子数少于2NA，错误。(4)HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))既电离又水解，根据电解质溶液中物料守恒可知，1L0.1mol·L－1的NaHCO3溶液中HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))和H2CO3粒子数之和为0.1NA，错误。(5)NaOH溶液中有n(OH－)水电离＝n(H＋)溶液＝10－13mol·L－1×1L＝10－13mol，则水电离出的OH－数目为10－13NA，错误。答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×[突破陷阱](1)可逆在高中有以下几种情况：一是可逆反应；二是弱电解质的电离；三是弱酸阴离子或弱碱阳离子的水解；四是沉淀溶解平衡。(2)溶液给了物质的量浓度时看是否指明了溶液的体积。5．关注化合价突破氧化还原反应中电子转移数目(1)1molFe溶于过量稀硝酸，电子转移数为2NA。()(2)2.4gMg在足量的O2中燃烧，转移的电子数为0.1NA。()(3)过氧化钠与水反应时，生成0.1mol氧气转移的电子数为0.2NA。()(4)标准状况下，5.6LCO2与足量Na2O2反应转移的电子数为0.5NA。()(5)3mol单质Fe完全转变为Fe3O4，失去8NA个电子。()(6)氢氧燃料电池正极消耗22.4L(标准状况)气体时，电路中通过的电子数目为2NA。()解析：(1)铁和过量稀硝酸反应生成硝酸铁，故1molFe电子转移数为3NA，错误。(2)0.1molMg完全反应转移电子数为0.2NA，错误。(3)发生的反应是2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，转移电子数为2e－，所以生成0.1mol氧气转移的电子数为0.2NA，正确。(4)根据2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2，转移电子数为2e－，标准状况下，5.6LCO2为0.25mol，所以反应转移的电子数为0.25NA，错误。(5)3molFe生成1molFe3O4，根据Fe3O4中Fe原子的化合价共为＋8价，可知反应中3mol单质铁失去8NA个e－，(或者把Fe3O4看成Fe2O3·FeO)正确。(6)氢氧燃料电池正极消耗的气体是O2，当消耗1molO2时，电路中通过的电子数目为4NA，错误。答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×[突破陷阱](1)同一种物质在不同反应中氧化剂、还原剂的判断。如①Cl2和Fe、Cu等反应，Cl2只做氧化剂，而Cl2和NaOH反应，Cl2既做氧化剂，又做还原剂；②Na2O2与CO2或H2O反应，Na2O2既做氧化剂，又做还原剂，而Na2O2与SO2反应，Na2O2只做氧化剂。(2)量不同，所表现的化合价不同。如Fe和HNO3反应，Fe不足，生成Fe3＋，Fe过量，生成Fe2＋。(3)氧化剂或还原剂不同，所表现的化合价不同。如Cu和Cl2反应生成CuCl2，而Cu和S反应生成Cu2S。(4)注意氧化还原的顺序。如向FeI2溶液中通入Cl2，Cl2首先氧化I－，再氧化Fe2＋。6．关注“复合式”，突破特殊反应(1)50mL12mol/L盐酸与足量MnO2共热，转移的电子数为0.3NA。()(2)1molFeCl3完全转化为Fe(OH)3时，可得到Fe(OH)3胶粒的数目为NA。()(3)1mol熔融NaHSO4中含有阳离子数目为2NA。()解析：(1)随着反应的进行浓盐酸变成稀盐酸，不再和MnO2反应，故50mL12mol/L的盐酸与足量的MnO2共热转移的电子数小于0.3NA，错误。(2)Fe(OH)3胶粒是很多个Fe(OH)3的聚合体，所以数目小于NA，错误。(3)NaHSO4熔融时不破坏共价键，电离方程式为NaHSO4=Na＋＋HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))，而在水溶液中的电离方程式为NaHSO4=Na＋＋H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，所以1mol熔融NaHSO4中含有阳离子数目为NA，错误。答案：(1)×(2)×(3)×[突破陷阱](1)2NO2⇌N2O4使分子数目减少。(2)定量浓硝酸与金属反应、定量浓硫酸与活泼金属反应、浓盐酸与足量MnO2共热等随着浓度变化引起反应发生变化。(3)气体溶于水或可逆反应不能进行到底，则生成的量比理论值小。如Cl2溶于水。1．(2020·高考全国卷Ⅲ)NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是()A．22.4L(标准状况)氮气中含有7NA个中子B．1mol重水比1mol水多NA个质子C．12g石墨烯和12g金刚石均含有NA个碳原子D．1L1mol·L－1NaCl溶液含有28NA个电子解析：标准状况下22.4L氮气的物质的量是1mol，1个eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N2中有14个中子，则1mol氮气有14NA个中子，A错误；重水和水中的质子数相同，B错误；石墨烯和金刚石是碳的同素异形体，是由碳元素组成的不同单质，12g石墨烯和12g金刚石均含有1mol碳原子，即NA个碳原子，C正确；1L1mol·L－1NaCl溶液中含有1molNaCl(含有28NA个电子)和大量的水(水分子也含有电子)，D错误。答案：C2．(2019·高考全国卷Ⅱ)已知NA是阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是()A．3g3He含有的中子数为