2-3-2-气体摩尔体积

2022-2023学年高一化学同步学习高效学讲练（精品学案）第二章海水中的重要元素——钠和氯第三节物质的量第2课时气体摩尔体积课程学习目标1.了解气体摩尔体积的含义和应用，体会定量研究对化学科学的重要作用。2.能基于物质的量认识物质组成及其化学变化，并运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积之间的相互关系进行简单计算。学科核心素养1.变化观念：认识气体摩尔体积在化学定量研究中的重要作用。2.宏观辨识与微观探析：建立气体摩尔体积的概念，基于气体摩尔体积定量认识物质的组成及物质的化学变化。【新知学习】通过学习我们已经知道，1mol任何粒子集体所含的粒子数目相同，1mol粒子的质量数值上等于摩尔质量。那么1mol物质的体积是否相同呢？一．物质体积大小的影响因素1.物质在固态或液态时，粒子间的平均距离比气态小的多，决定固体、液体的体积的主要因素粒子大小和粒子数目，由于粒子的大小是不同的，所以，1mol不同的固态或液态物质的体积是不同的。而气体物质分子之间的距离很大，远大于粒子大小，故气体物质的体积主要决定于粒子数目和粒子间的距离。决定固体或液体的体积=1\*GB3①粒子大小决定固体或液体的体积决定气体的体积=2\*GB3②粒子数目决定气体的体积=3\*GB3③粒子间的距离2.决定气体粒子间距离的主要因素是温度和压强（有何影响？），不同气体在相同的温度和压强下，气体粒子之间的距离相同。所以，粒子数相同的气体在相同条件下有着相同的体积。3.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粒子。这就是阿伏伽德罗定律。【结论】在相同条件下粒子数相同的不同固态或液态物质的体积不同；在同温同压条件下，粒子数相同的任何气体的体积相同。【注意】气体的体积受温度、压强的影响很大，因此，说到气体的体积时，必须指明外界条件，否则就没有意义。二．气体摩尔体积（符号Vm）1.定义：单位物质的量的任何气体在相同条件下占有相同的体积。这个体积称为气体摩尔体积。2.单位:L·mol－1或L/mol3.表达式：气体摩尔体积＝eq\f(气体所占的体积,气体的物质的量)，即Vm＝eq\f(V,n)。4.影响因素：气体摩尔体积的数值取决于气体所处的温度和压强。温度越高，体积越大；压强越大，体积越小。5.标准状况（0℃，101kpa）下，气体摩尔体积约为22.4L·mol－1，常温常压下，Vm≈24.5L·mol－1。【注意】（1）气体摩尔体积的数值取决于气体所处的温度和压强。（2）只适用于气态物质，对于固态物质和液态物质来讲不适用。这里所指的“气体”，可以是纯净物，也可是混合物。6.气体摩尔体积的相关计算①气体的物质的量n＝eq\f(V,Vm)②气体的密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(m,n·Vm)＝eq\f(M,Vm)③气体的分子数N＝n·NA＝eq\f(V,Vm)·NA④气体的质量m＝n·M＝eq\f(V,Vm)·M【典例1】下列有关气体体积的叙述正确的是A．一定温度和压强下，各种气态物质体积的大小，由构成气体的分子大小决定B．一定温度和压强下，各种气态物质体积的大小，由构成气体的分子数决定C．不同的气体，若体积不同，则它们所含的分子数也不同D．气体摩尔体积指1mol任何气体所占的体积，约为22.4L【答案】B【详解】A．相同条件下，气体的体积由气体的分子数决定，故A错误；B．一定温度和压强下，各种气态物质体积的大小，由构成气体的分子数决定，故B正确；C．气体的体积不同时，所含的分子数可能相同，故C错误；D．气体的摩尔体积的单位是L/mol，且在标注状况下气体体积为22.4L/mol，其数值随温度和压强的改变而改变，故D错误。故选B。【典例2】NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是A．在常温常压下，11.2LN2含有的分子数为0.5NAB．在常温常压下，1molO2含有的原子数为2NAC．在常温常压下，11.2LO2所含的原子数目为NAD．在同温同压下，相同体积的任何气体所含的原子数相同【答案】B【详解】A．在常温常压下，气体摩尔体积大于22.4L/mol，因此该条件下11.2LN2的物质的量小于0.5mol，则其中含有的分子数小于0.5NA，A错误；B．O2是双原子分子，1个分子中含有2个O原子，则1molO2中含有的原子数为2NA，B正确；C．在常温常压下，气体摩尔体积大于22.4L/mol，因此该条件下11.2LO2的物质的量小于0.5mol，但O2是双原子分子，1个分子中含有2个O原子，则其中含有的O原子数目小于NA，C错误；D．在同温同压下，相同体积的任何气体所含的分子数相同，但由于物质分子中含有的原子数可能不同，因此气体分子数相同时所含有的原子数目不一定相同，D错误；故合理选项是B。【知识进阶】三．阿伏伽德罗定律及其应用1.内容：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粒子。2.适用范围：任何气体，可以是单一气体，也可以是混合气体。3.“三同定一同”规律：同温、同压、同体积、同分子数中只要有“三同”则必有第“四同”。阿伏伽德罗定律又称为“四同定律”。4．阿伏加德罗定律的推论相同条件结论公式语言表达T、p相同eq\f(V1,V2)＝eq\f(n1,n2)同温、同压下，气体的体积与物质的量成正比T、V相同eq\f(p1,p2)＝eq\f(n1,n2)同温、同体积的气体，其压强与物质的量成正比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成正比【典例3】一定温度和压强下，用mg的CH4、CO2、O2、SO2四种气体分别吹出四个体积大小不同的气球，下列说法中正确的是（）A．气球②中装的是O2B．气球①和气球③中气体分子数相等C．气球①和气球④中气体物质的量之比为4∶1D．气球③和气球④中气体密度之比为2∶1【答案】D【解析】A项，根据阿伏加德罗定律的推论：同温同压下，同质量的气体体积与其摩尔质量成反比，四种气体的摩尔质量的大小关系为M(SO2)>M(CO2)>M(O2)>M(CH4)，所以气球①、②、③、④中的气体分别为SO2、CO2、O2、CH4，错误；同质量的气体，分子数之比等于其物质的量之比，也等于其摩尔质量的反比，气球①和气球③中气体分子数不相等，气球①和气球④中气体物质的量之比为1∶4，故B、C错误；D项，同温同压下，气体的密度与其摩尔质量成正比，气球③和气球④中气体密度之比为2∶1，正确。四．掌握求算气体摩尔质量的五种常用方法1.根据标准状况下气体的密度(ρ)：M＝ρ×22.4L·mol－1。2.根据气体的相对密度eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(D＝\f(ρ1,ρ2)))，D＝eq\f(M1,M2)。3.根据物质的质量(m)和物质的量(n)：M＝eq\f(m,n)。4.根据一定质量(m)的物质中微粒数目(N)和阿伏加德罗常数(NA)：M＝eq\f(NA·m,N)。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＝eq\x\to(M1)×a%＋eq\x\to(M2)×b%＋eq\x\to(M3)×c%＋…，其中a%、b%、c%指混合物中各成分的物质的量分数(或体积分数)。【典例4】在一定条件下，mgNH4HCO3完全分解生成NH3、CO2、H2O(g)，按要求填空。(1)若所得混合气体对H2的相对密度为d，则混合气体的物质的量为________，NH4HCO3的eq\a\vs4\al(摩尔质量)为________(用含m、d的代数式表示)。(2)所得混合气体的密度折合成标准状况为ρg·L－1，则混合气体的平均摩尔质量为__________。(3)在该条件下，所得NH3、CO2、H2O(g)的体积分数分别为a%、b%、c%，则混合气体的平均相对分子质量为______________________。【答案】(1)eq\f(m,2d)mol6dg·mol－1(2)22.4ρg·mol－1(3)17a%＋44b%＋18c%【解析】(1)混合气体对H2的相对密度为d，则混合气体平均相对分子质量等于2d，混合气体总质量为mg，则混合气体的物质的量为eq\f(m,2d)mol。NH4HCO3eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋CO2↑＋H2O↑1111NH4HCO3与生成气体的物质的量之比为1∶3，则n(NH4HCO3)＝eq\f(m,6d)mol，M(NH4HCO3)＝eq\f(m,\f(m,6d))g·mol－1＝6dg·mol－1。(2)混合气体的平均摩尔质量eq\x\to(M)(混合气体)＝ρVm＝22.4ρg·mol－1。(3)混合气体的平均相对分子质量等于各气体的摩尔质量乘以各成分的体积分数之和，eq\x\to(M)(混合气体)＝M(NH3)×a%＋M(CO2)×b%＋M(H2O)×c%＝17a%＋44b%＋18c%。【效果检测】1．（2021·上海市奉贤中学高一期中）对于给定温度和压强的理想气体，影响其所占体积大小的主要因素是A．分子直径的大小 B．分子间距离的大小C．分子间引力的大小 D．分子数目的多少【答案】D【详解】对于给定温度和压强的理想气体，气体分子之间的距离相同，则影响其所占体积大小的主要因素是分子数目的多少，气体分子数目越多，气体体积就越大，故合理选项是D。2．（2022·福建福州·高一期中）下列物质所含分子数最多的是A．0.8molO2 B．标准状况下22.4LH2C．5.4gH2O D．0.6NA个CO【答案】B【详解】0.8molO2含有0.8NA个分子；标准状况下22.4LH2的物质的量为=1mol，含有NA个分子；5.4gH2O的物质的量为=0.3mol，含有0.3NA个分子；0.6NA个CO即含有0.60NA个分子；综上所述所含分子数最多的是B，故答案为B。3．（2021·上海·华东理工大学附属闵行科技高级中学高一期中）下列物质的体积一定约是22.4L的是A．常温常压下1molH2 B．标准状况下1mol水C．标准状况下1mol甲烷 D．标准状况下1mol食盐【答案】C【详解】A．常温常压下1mol气体体积不是22.4L，选项A错误；B．1mol水，标准状况水不是气体，体积不是22.4L，选项B错误；C．依据n=计算物质的量得到气体体积22.4L，选项C正确；D．标准状况下食盐为固体，1mol食盐的体积小于22.4L，选项D错误；答案选C。4．（2021·上海·华东理工大学附属闵行科技高级中学高一期中）关于1molO2和1molO3，下列说法中正确的是A．同温同压下体积相同 B．质量相同C．所含氧原子数目相同 D．同温同压下密度相同【答案】A【详解】A．同温同压下1molO2和1molO3占有相同的体积，选项A正确；B．1molO2和1molO3的质量分别为32g和48g，二者质量不相等，选项B错误；C．1molO2和1molO3所含有氧原子数目分别为2NA和3NA，二者氧原子数目不相等，选项C错误；D．同温同压下气体的密度之比等于摩尔质量之比，故1molO2和1molO3的密度之比为32：48，密度不相等，选项D错误；答案选A。5．（2021·上海市市西中学高一期中）下列关于阿伏伽德罗定律说法中，正确的是A．含有相同分子数的两种气体，占有相同的体积B．同温同压下，相同质量的两种任何气体，含有相同的分子数C．相同物质的量两种气体，占有相同的体积D．同温同压下，2升O2与2升CO2含有相同的分子数【答案】D【详解】A．含有相同分子数的两种气体，说明物质的量相等，根据PV=nRT，未知压强和温度，所以体积不一定相同，故A错误；B．根据m=nM，由于两种气体的摩尔质量不一定相等，则相同质量的两种任何气体物质的量不一定相等，所以分子数不一定相同，故B错误；C．根据PV=nRT，未知压强和温度，所以体积不一定相同，故C错误；D．同温同压下，2升O2与2升CO2的物质的量相等，则分子数相同，故D正确；故选：D。6．（2022·湖南·常德市一中高一期末）下列说法正确的是(设阿伏加德罗常数的值为6.02×1023)A．常温常压下，1molSO2的质量为64gB．MgCl2的摩尔质量为95gC．标准状况下，1molH2O所占的体积约为22.4LD．100mL1mol/L的稀硫酸中约含6.02×1022个H+【答案】A【详解】A．1molSO2的质量m=nM=1mol×64g/mol=64g，A正确；B．摩尔质量的单位是g/mol，B错误；C．标准状况下，H2O是液体或固体，无法使用气体摩尔体积22.4L/mol计算，C错误；D．100mL1mol/L的稀硫酸的物质的量n=cV=0.1L×1mol/L=0.1mol，电离出的H+的物质的量为0.2mol，个数约为0.2×6.02×1023=1.204×1023个，D错误；故选A。7．（2021·上海·南洋中学高一期中）标准状况下，下列物质的体积最大的是A．36g B．71g C．56g D．0.75mol和的混合气体【答案】C【详解】A．水的密度为1g/mL，36g的体积为36mL；B．71g物质的量为1mol，标准状况下体积为22.4L；C．56g物质的量为=1.75mol，标准状况下体积为39.2L；D．0.75mol和的混合气体，标准状况下体积为=16.8L；体积最大的是39.2L，故选C。8．（2021·浙江·高一期中）一定温度和压强下，30L某种气态混合物中含有6.02×1023个分子，这些分子由1.204×1024个原子构成，下列有关说法中不正确的是A．该温度和压强可能是标准状况B．标准状况下若该混合物为气态，其体积约是22.4LC．该气体中每个分子含有2个原子D．若O2在该条件下为气态，则1molO2在该条件下的体积也为30L【答案】A【分析】一定温度和压强下，30L某种气态混合物中含有6.02×1023个分子，说明该气体物质的量为1mol，则该气体气体摩尔体积为30L∙mol−1，这些分子由1.204×1024个原子构成，说明该气体分子含有2个原子。【详解】A．该气体气体摩尔体积为30L∙mol−1，因此该温度和压强一定不是标准状况，故A错误；B．该气体物质的量为1mol，标准状况下若该混合物为气态，其体积约是22.4L，故B正确；C．1mol该气体分子由1.204×1024个原子构成，说明该气体分子含有2个原子，故C正确；D．则该气体气体摩尔体积为30L∙mol−1，若O2在该条件下为气态，则1molO2在该条件下的体积也为30L，故D正确。综上所述，答案为A。9．（2021·福建省福州高级中学高一期中）用NA表示阿伏加德罗常数，下列说法正确的有①2molH2的体积约为44.8L②2molNaOH的摩尔质量为80g/mol③2mol/L的CaCl2溶液中Cl-的数目为4NA④标准状况，约22.4L水中含有0.1NA个水分子⑤常温常压下，6gH2和36gH2O含有的原子数相同⑥标准状况下，22.4L混合气体(N2和N2O)中所含有的氮原子的数目为2NAA．1个 B．2个 C．3个 D．4个【答案】B【详解】①未注明温度和压强，不能用22.4L/mol计算其体积，①错误；②NaOH的摩尔质量为40g/mol，与物质的量无关，②错误；③溶液体积未知，不能确定溶液中微粒的数目，③错误；④标况下水不是气体，不能用不能用22.4L/mol计算其物质的量，④错误；⑤6gH2的物质的量为=3mol，含有6NA个原子，36gH2O的物质的量为=2mol，含有6NA个原子，⑤正确；⑥标准状况下，22.4L混合气体的物质的量为1mol，每个N2和N2O分子中均含2个N原子，所以共含有2NA个N原子，⑥正确；综上所述正确的有2个，故答案为B。10．（2022·江西省铜鼓中学高一开学考试）同温同压下，等质量的CO气体和CO2气体相比较，下列叙述中不正确的是A．物质的量之比为11：7 B．原子数之比为22：21C．体积之比为1：1 D．密度之比为7：11【答案】C【分析】同温同压下，气体摩尔体积相等，根据、、、，结合分子构成分析解答。【详解】A．根据可知：气体质量相同时，物质的量与其摩尔质量成反比，则二者的物质的量的比为44g/mol：28g/mol=11：7，A正确；B．根据可知，相同质量时，其分子数之比等于其摩尔质量的反比=44g/mol：28g/mol=11：7，每个CO、CO2分子中原子个数之比为2：3，所以总的原子个数之比22：21，B正确；C．根据可知，相同质量、相同气体摩尔体积时，其体积之比等于其摩尔质量的反比=44g/mol：28g/mol=11：7，C错误;D．根据可知，气体密度与其摩尔质量成正比，所以其密度之比等于其摩尔质量之比=28g/mol：44g/mol=7：11，D正确；故答案选C。【点睛】本题考查了物质的量的有关计算，熟悉物质的量的有关公式是解本题关键，再结合基本公式中各个物理量之间的关系式解答。11．（2021·上海师范大学附属外国语中学高一期中）标准状况下，112mL某气体的质量是0.17g，该气体可能是A．H2 B．O2 C．NH3 D．H2S【答案】D【详解】标准状况气体的体积换算物质的量，n===0.005mol，气体摩尔质量M==34g/mol，故该气体为H2S，D项符合题意；答案选D。12．（2022·广东·普宁市华侨中学高一阶段练习）下列说法不正确的是A．标准状况下，0.5NA个CO2分子所占的体积是11.2LB．1mol氦原子的氦气在标准状况下的体积约为22.4LC．标准状况下，NA个H2O所占的体积为22.4LD．标准状况下，22.4L任何气体都含有6.02×1023个分子【答案】C【详解】A．标况下，0.5NA个CO2分子的物质的量为0.5mol，所占体积为11.2L，A正确；B．氦气为单原子分子，含1mol氦原子的氦气的物质的量为1,mol，标况下的体积为22.4L，B正确；C．标况下水状态为液态，1molH2O的体积不是22.4L，C错误；D．标况下，22.4L任何气体的物质的量为1mol，所含气体分子个数为6.02×1023，D正确；故选C。13．（2022·广东·化州市第一中学高一期中）用NA表示阿伏伽德罗常数的值，下列叙述王确的是A．标准状况下，含有的分子数为0.5NAB．参加化学反应，转移的电子数一定为2NAC．晶体中阴、阳离子总数为0.4NAD．标准状况下，中含有的原子总数为5NA【答案】D【详解】A．标准状况下，为固体，不能用气体摩尔体积计算，A项错误；B．，该反应氯气既是氧化剂又是还原剂，则参加化学反应，转移的电子数不一定为2NA，B项错误；C．的物质的量为0.1mol，晶体由钠离子和过氧根构成，则阴、阳离子总数为0.3NA，C项错误；D．的物质的量为1mol，则其含有的原子总数为5NA，D项正确；答案选D。14．（2022·湖南长沙·高一期末）回答下列问题：(1)9.03×1023个CH4中，含______mol碳原子，______mol氢原子。(2)17gNH3的体积(标准状况)是______L。(3)某3.65g气体在标准状况下的体积是2.24L，则其摩尔质量是______g·mol-1。【答案】(1)

1.5

6(2)22.4(3)36.5【解析】(1)9.03×1023个CH4分子的物质的量是，含1.5mol碳原子，1.5mol×4=6mol氢原子；(2)17gNH3的物质的量是，体积(标准状况)是1mol×22.4L/mol=22.4L；(3)某3.65g气体在标准状况下的体积是2.24L，则，M=36.5g·mol-1。15．（2021·河北省博野中学高一阶段练习）回答下列问题：(1)①标准状况下22.4LCH4；②1.5molNH3；③1.806×1024个H2O；④标准状况下73gHCl。所含H原子个数由多到少的顺序是_______。(填序号)(2)标准状况下：①0.3mol氨气②6.02×1022个CO2分子③7.3gHCl

④0.2molCH4。体积最大的是_______；密度最大的是_______；质量最大的是_______。(填序号)(3)相同质量的NO与NO2，其物质的量之比为_______，氧元素的质量之比为_______，原子总数之比为_______。【答案】(1)③②①④(2)

①

②

③(3)

23：15

23：30

46：45【解析】（1）①标准状况下22.4LCH4的物质的量是n(CH4)==1mol，由于在1个CH4中含有5个原子，则在1molCH4分子中含有原子的物质的量是5mol，故含有的原子数目是5NA；②1.5molNH3中含有原子的物质的量是1.5mol×4=6mol，故含有的原子数目是6NA；③1.806×1024个H2O的物质的量是n(H2O)=，则其中含有的原子数目是9NA；④标准状况下73gHCl的物质的量n(HCl)=，由于1个HCl分子中含有2个原子，则在2molHCl分子中含有原子数目是4NA；故上述几种物质中按照含有原子数目由多到少的顺序为③②①④；（2）根据V=n·Vm，在相同条件下，气体的物质的量越多，气体的体积就越大。标准状况下：①0.3mol氨气；②6.02×1022个CO2分子的物质的量是0.1mol；③7.3gHCl的物质的量是0.2mol；④0.2molCH4。可见在上述四种气体中，气体的物质的量最大的是0.3mol氨气；故体积最大的物质序号是①；根据密度ρ=，气体的相对分子质量越大，气体的密度越大。在上述四种气体中，相对分子质量最大的是