第04讲物质的量气体摩尔体积（讲）-2023年高考化学一轮复习

第04讲物质的量气体摩尔体积1.了解物质的量及其单位摩尔质量、阿伏加德罗常数的含义与应用，利用物质的量将宏观的物理量与微观粒子的个数联系起来，并能从宏观和微观结合的视角分析解决问题。2.能从物质的量的角度认识物质的组成及变化，建立物质的量、物质的质量和微观粒子数之间计算的思维模型。3.能从宏观和微观相结合的角度理解影响物质体积大小的因素，知道气体摩尔体积的含义，能叙述阿伏加德罗定律的内容。4.能基于物质的量认识物质的组成及变化，建立n、m、Vm之间计算的模型，熟悉阿伏加德罗定律的应用。【核心素养分析】1.宏观辨识与微观探析：认识物质的量是联系宏观物质和微观粒子的重要工具，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。2.证据推理与模型认知：在有关物质的最计算过程中，通过分析、推理等理解计算的方法，建立阿伏加德罗常数、气体摩尔体积等题目解答的模型。知识点一物质的量摩尔质量1．物质的量、阿伏加德罗常数(1)基本概念间的关系(2)物质的量的规范表示方法eq\x(x)eq\x(mol)eq\x(H2SO4)↓↓↓数值单位指定微粒符号或微粒名称(3)物质的量与粒子数、阿伏加德罗常数之间的关系为n＝N/NA。【特别提醒】(1)摩尔后面应为确切的微粒名称；如1mol氢(不确切)和1mol大米(宏观物质)皆为错误说法。(2)物质的量是物理量，摩尔是物质的量的单位，不是物理量。(3)6.02×1023是个纯数值，没有任何物理意义，而阿伏加德罗常数(NA)是指1mol任何微粒所含的粒子数，它与0.012kg12C所含的碳原子数相同，数值约为6.02×1023。2．摩尔质量(1)单位物质的量的物质所具有的质量。常用的单位是g·mol－1。公式：M＝eq\f(m,n)。(2)数值：以g·mol－1为单位时，任何粒子的摩尔质量在数值上都等于该粒子的相对分子(原子)质量。【易错警示】(1)物质的量是计量微观粒子“集体”的物理量，只适用于微观粒子(即分子、原子、离子、质子、中子、电子等)，不适用于宏观物质。(2)摩尔质量、相对原子(或分子)质量的含义不同，不是同一个物理量。二者单位也不同，摩尔质量的单位是g·mol－1或kg·mol－1，相对原子(或分子)质量的单位为1。(3)对具体的物质，其摩尔质量是确定的，不随物质的量的多少而变化，也不随物质的聚集状态而变化。知识点二气体摩尔体积阿伏加德罗定律1．影响物质体积的因素(1)微粒的大小(物质的本性)(2)微粒间距的大小(由温度与压强共同决定)(3)微粒的数目(物质的量的大小)2．气体摩尔体积(1)定义：一定温度和压强下，单位物质的量的气体所占的体积，符号为Vm。(2)常用单位：L/mol(或L·mol－1)。(3)数值：在标准状况下(指温度为0℃，压强为101kPa)约为22.4L·mol－1。(4)计算公式：Vm＝eq\f(V,n)。(5)影响因素：气体摩尔体积的数值不是固定不变的，它决定于气体所处的温度和压强。【误区警示】气体摩尔体积(22.4L·mol－1)应用的“五大误区”(1)使用“条件”是标准状况，即0℃、101kPa，而不是常温、常压。(2)使用对象必须是气体物质，可以是单一气体，也可以是混合气体。标准状况下不是气体而又常在题中出现的物质有：SO3、乙醇、水、己烷、CCl4等。(3)标准状况下的气体摩尔体积约为22.4L·mol－1，其他条件下Vm一般不是22.4L·mol－1。(4)22.4L气体，在标准状况下的物质的量是1mol，在非标准状况下，可能是1mol，也可能不是1mol。(5)物质的质量、物质的量一定时，所含微粒数与物质处于何种条件无关。如常温常压下32gO2所含的原子数目是2NA。注意不要形成定势思维，看到“常温常压”就排除选项。3．阿伏加德罗定律及推论(1)阿伏加德罗定律：在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。即“三同”(T、p、V)eq\o(――→,\s\up7(定))“一同”(n)。(2)适用范围：单一气体或相互不反应的混合气体。(3)阿伏加德罗定律的推论以下用到的符号：ρ为密度，p为压强，n为物质的量，M为摩尔质量，m为质量，V为体积，T为热力学温度。描述关系三正比同温同压下，气体的体积比等于它们的物质的量之比eq\f(V1,V2)＝eq\f(n1,n2)同温同体积下，气体的压强比等于它们的物质的量之比eq\f(p1,p2)＝eq\f(n1,n2)同温同压下，气体的密度比等于它们的摩尔质量之比eq\f(ρ1,ρ2)＝eq\f(M1,M2)二反比同温同压下，相同质量的任何气体的体积与它们的摩尔质量成反比eq\f(V1,V2)＝eq\f(M2,M1)同温同体积时，相同质量的任何气体的压强与它们的摩尔质量成反比eq\f(p1,p2)＝eq\f(M2,M1)一连比同温同压下，同体积的任何气体的质量比等于它们的摩尔质量之比，也等于它们的密度之比eq\f(m1,m2)＝eq\f(M1,M2)＝eq\f(ρ1,ρ2)【方法技巧】(1)气体的体积受温度和压强影响，和分子大小无关。(2)标准状况(0℃，101kPa)，水、苯、SO3、HF、CCl4、己烷、CS2、CHCl3、Br2、乙醇等物质不是气体，慎用22.4L·mol－1。(2)应用阿伏加德罗定律推论时可通过pV＝nRT及n＝eq\f(m,M)、ρ＝eq\f(m,V)导出。高频考点一物质的量摩尔质量例1.(2018·全国卷Ⅲ)下列叙述正确的是()A．24g镁与27g铝含有相同的质子数B．等质量的氧气和臭氧，电子数相同C．1mol重水与1mol水中，中子数比为2∶1D．1mol乙烷和1mol乙烯，化学键数目相同【解析】24gMg与27gAl所含质子的物质的量分别为eq\f(24g,24g·mol－1)×12＝12mol、eq\f(27g,27g·mol－1)×13＝13mol，二者所含质子的物质的量不相等，A项错误；同质量的O2和O3中的O原子数相同，则电子数也相同，B项正确；1molD2O中的中子数为10NA,1molH2O中的中子数为8NA，比为5∶4，C项错误；1molC2H6中含有7mol化学键，1molCH2===CH2中含有5mol化学键(4molC—H键，1mol键)，D项错误。【答案】B【误区警示】(1)物质的量是计量微观粒子“集体”的物理量，只适用于微观粒子(即分子、原子、离子、质子、中子、电子等)，不适用于宏观物质。(2)摩尔质量、相对原子(或分子)质量的含义不同，不是同一个物理量。二者单位也不同，摩尔质量的单位是g·mol－1或kg·mol－1，相对原子(或分子)质量的单位为1。(3)对具体的物质，其摩尔质量是确定的，不随物质的量的多少而变化，也不随物质的聚集状态而变化。【变式探究】下列说法正确的是()A．1molN2的质量是14gB．H2SO4的摩尔质量是98g·mol－1C．H2O的摩尔质量是18D．1molHCl的质量是36.5g·mol－1【答案】B【解析】1mol氮气质量＝1mol×28g·mol－1＝28g，A错误；摩尔质量单位是g·mol－1，摩尔质量在数值上等于其相对分子质量，硫酸的摩尔质量是98g·mol－1，水的摩尔质量是18g·mol－1，B正确，C错误；质量的单位是g，m(HCl)＝nM＝1mol×36.5g·mol－1＝36.5g，D错误。【方法技巧】求解气体摩尔质量“五”方法(1)根据物质的质量(m)和物质的量(n)：M＝eq\f(m,n)。(2)根据一定质量(m)的物质中粒子数目(N)和阿伏加德罗常数(NA)：M＝NA·eq\f(m,N)。(3)根据标准状况下气体的密度ρ：M＝ρ×22.4(g·mol－1)。(4)根据同温同压下气体的相对密度(D＝eq\f(ρ1,ρ2))：eq\f(M1,M2)＝D。(5)对于混合气体，求其平均摩尔质量，上述计算式仍然成立；还可以用下式计算：M＝M1×a%＋M2×b%＋M3×c%……a%、b%、c%指混合物中各成分的物质的量分数(或体积分数)。高频考点二阿伏加德罗常数例2.（2022·浙江卷）为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是A．中含有个阳离子B．乙烷和丙烯的混合气体中所含碳氢键数为C．含有中子数为D．和于密闭容器中充分反应后，分子总数为【答案】C【解析】由钠离子和硫酸氢根离子构成，其中的阳离子只有钠离子，的物质的量为0.1mol，因此，其中只含有个阳离子，A说法不正确；没有指明气体的温度和压强，无法确定乙烷和丙烯的混合气体的物质的量是多少，因此，无法确定其中所含碳氢键的数目，B说法不正确；分子中有6个中子，的物质的量为0.5mol，因此，含有的中子数为，C说法正确；和发生反应生成，该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，因此，和于密闭容器中充分反应后，分子总数小于，D说法不正确。综上所述，本题选C。【举一反三】（2022·海南卷）在2.8gFe中加入100mL3mol/LHCl，Fe完全溶解。NA代表阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是A.反应转移电子为0.1mol B.HCl溶液中数为3NAC.含有中子数为1.3NA D.反应生成标准状况下气体3.36L【答案】A【解析】2.8gFe的物质的量为0.05mol；100mL3mol·L1HCl中H+和Cl的物质的量均为0.3mol，两者发生反应后，Fe完全溶解，而盐酸过量。Fe完全溶解生成Fe2+，该反应转移电子0.1mol，A正确；HCl溶液中Cl的物质的量为0.3mol，因此，Cl数为0.3NA，B不正确；56Fe的质子数为26、中子数为30，2.8g56Fe的物质的量为0.05mol，因此，2.8g56Fe含有的中子数为1.5NA，C不正确；反应生成H2的物质的量为0.05mol，在标准状况下的体积为1.12L，D不正确；综上所述，本题A。【变式探究】（2022·全国甲卷）为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是A．25℃，下，氢气中质子的数目为B．溶液中，的数目为C．苯甲酸完全燃烧，生成的数目为D．电解熔融，阴极增重，外电路中通过电子的数目为【答案】C【解析】25℃、101kPa不是标准状况，不能用标况下的气体摩尔体积计算氢气的物质的量，故A错误；Al3+在溶液中会发生水解生成Al(OH)3，因此2.0L1.0mol/L的AlCl3溶液中Al3+数目小于2.0NA，故B错误；苯甲酸燃烧的化学方程式为，1mol苯甲酸燃烧生成7molCO2，则0.2mol苯甲酸完全燃烧生成1.4molCO2，数目为1.4NA，故C正确；电解熔融CuCl2时，阳极反应为，阴极反应为，阴极增加的重量为Cu的质量，6.4gCu的物质的量为0.1mol，根据阴极反应可知，外电路中通过电子的物质的量为0.2mol，数目为0.2NA，故D错误；答案选C。高频考点三气体摩尔体积例3.某中学有甲、乙两个探究性学习小组，他们拟用小颗粒的铝铜合金与足量的稀硫酸反应测定通常状况(约20℃、1.01×105Pa)下的气体摩尔体积(Vm)。Ⅰ.甲组同学拟设计如图1所示的装置来完成实验。(1)写出装置Ⅰ中发生反应的离子方程式：______________________________________。(2)实验开始时，先打开分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻旋开其活塞，一会儿后发现稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶中。请帮助他们分析其原因：_______________________________________________________。(3)实验结束时，生成氢气的体积近似等于__________________________。(4)锥形瓶中残存的氢气对实验结果是否有影响：__________(填“有”“没有”或“不能判断”)，简述理由：_________________________________________________________________________________。Ⅱ.乙组同学仔细分析了甲组同学的实验装置后以为，稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶中的空气排出，使所测氢气的体积偏大；实验结束后，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气的体积偏小，于是他们设计了如图2所示的实验装置。实验中准确测定出4个数据，如表：实验前实验后铝铜合金质量/gm1m2量液管(C)体积/mLV1V2(注：量液管大刻度在上方，小刻度在下方)利用上述数据计算通常状况下的气体摩尔体积：Vm＝________。【解析】Ⅰ.(1)铝和稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气，其离子方程式为2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。(2)铝与稀硫酸反应生成的氢气使锥形瓶内气压增大，锥形瓶内的压强大于大气压，所以稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶中。(3)气体产生的压强导致水从集气瓶中排出，且氢气不易溶于水，所以收集到的水的体积近似等于氢气的体积。(4)装置中有空气存在，生成的氢气不溶于水，在相同温度和压强下，生成的氢气的体积与排出空气的体积相等，所以没有影响。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。【答案】Ⅰ.(1)2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑(2)铝与稀硫酸反应生成的氢气使锥形瓶内气压增大(3)收集到水的体积(4)没有相同温度和压强下，生成氢气的体积与排出空气的体积相等Ⅱ.eq\f(9（V2－V1）,500（m1－m2）)L·mol－1【方法技巧】气体体积的测量气体体积的测定既可通过测量气体排出的液体体积来确定(二者体积值相等)。也可直接测量收集的气体体积。测量气体体积的常用方法：(1)直接测量法。如图A、B、C、D、E是5种直接测量气体体积的常见装置。A装置：测量前可先通过调整左右两管的高度使左管(有刻度)充满液体，且两管液面相平。B装置：排液体法收集气体后直接测量其体积。C装置：直接将一种反应物置于倒置的量筒中，另一反应物置于水槽中，二者反应产生的气体可以直接测量。D装置：用于测量混合气体中被吸收(或不被吸收)的气体的体积。读数时，球形容器和量气管液面相平，量气管内增加的液体的体积等于被反应管吸收后剩余气体的体积。(2)间接测量法。如图F装置是通过测量气体排出的液体体积来确定气体体积。(3)消除外因(温度、压强)对气体体积的影响。(4)读数时，请勿使用“视线与凹液面相切”之类的描述，“相切”表达语意不准确，仰视、俯视的情况下，视线都能与凹液面相切。【变式探究】某中学有甲、乙两个探究性学习小组，他们拟用小颗粒的铝铜合金与足量的稀硫酸反应测定通常状况(约20℃、1.01×105Pa)下的气体摩尔体积(Vm)。Ⅰ.甲组同学拟设计如图1所示的装置来完成实验。(1)写出装置Ⅰ中发生反应的离子方程式：______________________________________。(2)实验开始时，先打开分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻旋开其活塞，一会儿后发现稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶中。请帮助他们分析其原因：_________________________________。(3)实验结束时，生成氢气的体积近似等于________。(4)锥形瓶中残存的氢气对实验结果是否有影响：________(填“有”“没有”或“不能判断”)，简述理由：______________________________________________________。Ⅱ.乙组同学仔细分析了甲组同学的实验装置后以为，稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶中的空气排出，使所测氢气的体积偏大；实验结束后，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气的体积偏小，于是他们设计了如图2所示的实验装置。实验中准确测定出4个数据，如下表：实验前实验后铝铜合金质量/gm1m2量液管(C)体积/mLV1V2利用上述数据计算通常状况下的气体摩尔体积：Vm＝________。【解析】Ⅰ.(1)铝和稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气，其离子方程式为2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。(2)铝与稀硫酸反应产生的氢气使锥形瓶内气压增大，锥形瓶内的压强大于大气压，所以稀硫酸不能顺利滴入锥形瓶中。(3)气体产生的压强导致水从集气瓶中排出，且氢气不易溶于水，所以收集到的水的体积近似等于氢气的体积。(4)装置中有空气存在，生成的氢气不溶于水，在相同温度和压强下，生成的氢气的体积与排出空气的体积相等，所以没有影响。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。【答案】Ⅰ.(1)2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑(2)铝与稀硫酸反应产生的氢气使锥形瓶内气压增大(3)收集到水的体积(4)没有相同温度和压强下，生成氢气的体积与排出空气的体积相等Ⅱ.eq\f(9(V2－V1),500(m1－m2))L·mol－1高频考点四阿伏加德罗定律及其应用例4．在两个密闭容器中，分别充有质量相等的甲、乙两种气体，它们的温度和密度均相同。根据甲、乙的摩尔质量(M)的关系判断的值，下列说法中正确的是()A．若M(甲)＜M(乙)，则分子数：甲＜乙B．若M(甲)>M(乙)，则气体摩尔体积：甲＜乙C．若M(甲)＜M(乙)，则气体的压强：甲>乙D．若M(甲)>M(乙)，则气体的体积：甲＜乙【答案】C【解析】等质量的气体，其摩尔质量与物质的量(或分子数)成反比，若M(甲)＜M(乙)，则分子数：甲>乙，A项错误；若M(甲)>M(乙)，则物质的量：甲＜乙，又因为气体体积相等，故气体摩尔体积：甲>乙，B项错误；同温同体积同质量的气体或混合气体，压强与摩尔质量成反比，若M(甲)<M(乙)，则气体的压强：甲>乙，C项正确；由质量和密度相等可知气体体积相等，则甲、乙摩尔质量与气体的体积无关，即甲＝乙，D项错误