第1章 第3节 第2课时 气体摩尔体积 讲义 新教材鲁科版高中化学必修一.docx
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第1章第3节第2课时气体摩尔体积讲义新教材鲁科版高中化学必修一
第2课时 气体摩尔体积
发展目标
体系构建
1.通过对1mol物质的体积的交流研讨,提出摩尔体积这个概念,体会引入“气体摩尔体积”的意义。
2.能够运用物质的量与气体摩尔体积间的关系进行简单计算。
3.了解阿伏加德罗定律及应用。
4.能够熟练掌握物质的量在化学方程式中的应用。
一、气体摩尔体积
1.影响物质体积的因素
1mol物质的体积如下表:
化学式
体积(20℃,101kPa)
Fe
7.2cm3
NaCl
27.0cm3
H2O
18.0cm3
C2H5OH
58.3cm3
H2
24.0L
O2
24.0L
CO2
23.9L
(1)上表中固体、液体在相同状况下体积各不相同。
上表中气体在相同状况下体积几乎相同。
(2)原因分析:
①
②气体分子间距受温度和压强影响,在相同的温度和压强下,气体分子间距离近似相等。
③固体、液体的粒子大小各不相同,粒子间距离比粒子的直径小的多,可忽略不计,当粒子数目相同时,固体、液体体积各不相同。
气体分子间距离比分子直径大得多,忽略粒子大小的影响,在相同的温度和压强下,粒子数目相同时气体体积相同。
(3)结论:
讨论1mol气体的体积比讨论1mol固体或者液体的体积更有意义和价值。
2.气体摩尔体积
二、阿伏加德罗定律
1.内容:
同温同压下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。
2.内容总结:
“三同”定“一同”
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)通常状况下的气体摩尔体积约为22.4L。
( )
(2)标准状况下,36g水的体积约为44.8L。
( )
(3)1mol任何气体所含分子数都相等,体积也都约为22.4L。
( )
(4)在同温同压下,相同体积的任何气体单质所含原子数目相同。
( )
[答案]
(1)×
(2)× (3)× (4)×
2.标准状况下,0.4molHCl气体的体积是( )
A.22.4L B.11.2L
C.4.48LD.8.96L
D [V=0.4mol×22.4L·mol-1=8.96L。
]
3.下列叙述正确的是( )
A.影响气体体积的主要因素是气体分子的大小
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约为1mol
D
标准状况下气体摩尔体积及相关计算
CO2是植物光合作用的必需原料。
某研究机构测定CO2含量如图所示。
1.在该测定条件下,1立方米空气所含气体分子的物质的量是多少?
提示:
n=
=
≈44.6mol。
2.在本次测定中,每立方米空气所含的CO2气体的体积是多少?
提示:
V=n·Vm=
·Vm=
×22.4L·mol-1=44.8L。
1.标准状况下的气体摩尔体积
,
的体积都
↓ ↓ ↓
条件 标准 对象
↓
数值
(1)标准状况(0℃、1.01×105Pa)。
(2)物质在标准状况下为气体,若不是气体或非标准状况均不能用22.4L·mol-1进行计算。
(3)气体可以是单一气体也可以是混合气体。
2.标准状况下,气体摩尔体积的相关计算
(1)气体的物质的量n=
。
(2)气体的密度ρ=
=
=
。
(3)气体的分子数N=n·NA=
·NA。
(4)气体的质量m=n·M=
·M。
(1)同温同压下:
任何气体的摩尔体积Vm都相同,但不一定等于22.4L·mol-1。
(2)不能混淆标准状况和常温常压,两者压强相同,但温度不同。
因为温度升高气体分子之间的距离变大,所以常温常压下的气体摩尔体积比标准状况下的气体摩尔体积大。
(3)气体摩尔体积不能理解为体积,体积的单位是L或m3,而气体摩尔体积的单位是L·mol-1或m3·mol-1。
1.下列说法中正确的是( )
A.32gO2的体积为22.4L
B.22.4LN2含有阿伏加德罗常数个氮气分子
C.在标准状况下,22.4L水的物质的量为1mol
D.在0℃、1.01×105Pa下,22gCO2和16gO2混合后的体积约为22.4L
D [32gO2为1mol,但1mol气体的体积不一定是22.4L,同样22.4L气体的物质的量也不一定为1mol,即22.4LN2不一定含有阿伏加德罗常数个氮气分子,故A、B均不正确;在标准状况下,水为液态,22.4L水的物质的量不是1mol,故C不正确;0℃、1.01×105Pa就是标准状况下对应的温度和压强,在该条件下,1mol任何气体(包括混合气体)的体积都约为22.4L。
]
2.下列说法中正确的是( )
A.1molO2和1molN2所占的体积约为22.4L
B.标准状况下,H2的气体摩尔体积约为22.4L
C.标准状况下,1molH2和1molH2O所占的体积都约为22.4L
D.标准状况下,22.4L由N2、N2O组成的混合气体中所含有的氮原子的物质的量约为2mol
D [气体体积受温度、压强影响,A项未指明温度、压强;B项气体摩尔体积单位为L·mol-1;C项标准状况下,水为非气态,不适用于气体摩尔体积;D项标准状况下,22.4L混合气体中分子总数为NA,N2和N2O每个分子都含有两个氮原子,则混合气体中所含有的氮原子的数目为2NA,物质的量为2mol。
]
3.
(1)标准状况下,33.6L氧气的物质的量为________mol;标准状况下,2mol氢气的体积为________L。
(2)标准状况下,6g氢气的体积为________L;标准状况下,体积为11.2L的CO2的质量为________g。
(3)标准状况下,11.2L氯气的分子数目是________;标准状况下,1.204×1023个氧气分子的体积是________L。
(4)标准状况下,某气体的密度为1.25g·L-1,则其摩尔质量为________g·mol-1。
[解析]
(1)n=
=
=1.5mol;V=nVm=2mol×22.4L·mol-1=44.8L。
(2)V=nVm=
Vm=
×22.4L·mol-1=67.2L;m=nM=
M=
×44g·mol-1=22g。
(3)N=nNA=
·NA=
×6.02×1023mol-1=3.01×1023;V=nVm=
Vm=
×22.4L·mol-1=4.48L。
(4)M=ρVm=1.25g·L-1×22.4L·mol-1=28g·mol-1。
[答案]
(1)1.5 44.8
(2)67.2 22 (3)3.01×1023 4.48 (4)28
阿伏加德罗定律及推论
阿伏加德罗定律:
在相同温度和压强下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。
即:
N1=N2⇒n1=n2
1.同温同压下,两种气体的体积大小与什么有关?
提示:
同温同压下,气体分子之间的距离相同,所以分子数越多,气体体积越大,即同温同压下,气体的体积与其物质的量的多少有关。
2.同温同压下,相同体积的任何气体都具有相同的质量吗?
为什么?
提示:
不一定。
同温同压下,相同体积的任何气体都具有相同的物质的量,气体的摩尔质量不同时,相同物质的量的气体的质量也不相同。
3.同温同压下,不同气体的密度相同吗?
为什么?
提示:
不一定相同。
因为
=
=
,不同气体的摩尔质量不一定相同,故密度也不一定相同。
4.相同体积的甲、乙两个容器,甲中盛放1mol氮气,乙中盛放2mol氮气,则在相同温度下,甲、乙两容器中压强相同吗?
提示:
不相同。
同温同体积时,气体的物质的量越大,压强越大。
1.阿伏加德罗定律及其推论的理论依据
pV=nRT⇒pV=
RT⇒pM=ρRT。
2.阿伏加德罗定律的推论
相同条件
结论
公式
语言叙述
同温同压
=
=
同温同压下,体积比等于物质的量之比,等于分子数之比
同温同容
=
=
同温同容下,压强比等于物质的量之比,等于分子数之比
同温同压
=
同温同压下,密度比等于摩尔质量之比
同温同压
同体积
=
同温同压下,体积相同的气体,其摩尔质量与质量成正比
正确理解阿伏加德罗定律的应用
(1)阿伏加德罗定律的适用对象是气体(单一气体或混合气体),不适用于液体或固体。
(2)“三同”定“一同”。
同温、同压、同体积和同分子数,四“同”共同存在,相互制约,只要有三“同”成立,则另一“同”就必定成立。
(3)“二同”定比例。
温度、压强、气体体积、气体物质的量,若两个量相同,则另两个量成正比或反比。
(4)气体摩尔体积是阿伏加德罗定律的一个特例。
1.同温同压下,等质量的SO2气体和SO3气体相比较,下列叙述中正确的是( )
A.密度之比为4∶5 B.物质的量之比为4∶5
C.体积之比为1∶1D.原子数之比为3∶4
A [根据
=
=
=
,A正确;
=
=
=
=
,B错误;
=
=
,C错误;原子数之比为
=
,D错误。
]
2.在一定温度和压强下,1体积的A2气体和3体积的B2气体化合成2体积的C气体,则C的化学式为( )
A.AB3 B.AB
C.A3BD.A2D3
A [T、p一定时,体积之比等于物质的量之比,故反应方程式为A2+3B2===2C,根据元素守恒可知C的化学式为AB3。
]
3.在标准状况下,ag气体A与bg气体B的分子数相同。
则与此有关的下列说法中不正确的是( )
A.气体A与气体B的摩尔质量之比为a∶b
B.同温同压下,气体A与气体B的密度之比为b∶a
C.质量相同的气体A与气体B的分子数之比为b∶a
D.相同状况下,同体积的气体A与气体B的质量之比为a∶b
B [对于分子数相同的气体,其摩尔质量之比等于质量之比,A、D对;同温同压下,A与B的密度之比应等于其摩尔质量之比a∶b,B项错;质量相同的气体的分子数之比等于摩尔质量的反比,C项对。
]
各物理量在方程式中的关系
已知参与反应的各物质的物理量之间的比例关系如下:
aA + bB === cC + dD
系数比:
a∶b∶c∶d
质量比:
aMA∶bMB∶cMC∶dMD
物质的量比:
a∶b∶c∶d
1.若上述反应中参加反应的物质均为气态,则反应的各气体体积之间有怎样的定量关系?
提示:
在同温同压下,参加反应的气体体积之比等于化学方程式中各气体前的系数之比,即V(A)∶V(B)∶V(C)∶V(D)=a∶b∶c∶d。
2.若上述反应中C为气体,则反应物A的质量与反应物B的物质的量以及气体C在标准状况下的体积有怎样的定量关系?
提示:
aA + bB===cC(g) + dD
a×MAgbmolc×22.4L
m(A)n(B)V(C)
则比例关系:
=
=
。
3.如何计算标准状况下4.48LH2与足量O2反应生成H2O的质量。
提示:
方法一:
先把4.48L换算成物质的量为0.2mol,再根据物质的量之比=方程式系数之比算出生成的H2O为0.2mol,最后用公式m=n×M算出H2O的质量为3.6g。
方法二:
找出直接关系:
44.8LH2生成36gH2O,则4.48LH2生成3.6gH2O。
4.在化学反应中,反应物的总物质的量一定等于生成物的总物质的量吗?
为什么?
提示:
不一定。
因为化学反应过程中,物质的总物质的量可能不变、减小或增大,与化学方程式中的系数有关。
根据化学方程式计算
有关物质的量应用于化学方程式的计算,其步骤可归纳为“2个未知”和“2个式子”,即根据题意设未知量,根据方程式列关系式,根据关系式列比例式,根据比例式求未知数。
1.设未知量:
根据题意设出未知量。
对于未知量的设置,一要注意未知量的表示符号;二要注意未知量不带单位。
2.列关系式:
根据化学方程式列关系式时,不同的物质,可以用不同的单位,同一种物质只能用同一种单位,即上下单位相同,左右单位对应。
3.列比例式:
根据关系式列比例式时,要注意比例式等号两边物质的比例关系要相对应。
4.求未知数:
根据比例式求未知数,要注意挖掘题干中对数字位数要求的隐含信息,主要体现为保留小数点后几位或保留几位有效数字。
1.在标准状况下,0.224LCH4气体充分燃烧时,消耗氧气的物质的量为________mol,生成水的质量为________g。
[解析] 设消耗氧气的物质的量为x,生成水的质量为y。
CH4 + 2O2
CO2+2H2O
22.4L2mol36g
0.224Lxy
=
=
解得x=0.02mol,y=0.36g。
即消耗0.02molO2,生成0.36g水。
[答案] 0.02 0.36
2.
(1)将9.2g钠投入足量的水中,生成NaOH的质量为________,生成H2的体积在标准状况下为________。
(2)400mL某浓度的NaOH溶液恰好与5.6LCl2(标准状况)完全反应,生成NaClO的物质的量为________。
[解析]
(1)依据题意―→写出正确的化学方程式―→找出量的关系―→列比例求解
2Na+2H2O===2NaOH + H2↑
46g80g22.4L
9.2gm(NaOH)V(H2)
=
⇒m(NaOH)=
=16g,
=
⇒V(H2)=
=4.48L。
(2)n(Cl2)=
=0.25mol。
2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O
1mol1mol
0.25moln(NaClO)
0.25mol∶n(NaClO)=1∶1,则n(NaClO)=0.25mol。
[答案]
(1)16g 4.48L
(2)0.25mol
3.过氧化钠能与水发生反应,某同学欲用该反应制取标准状况下的氧气1.12L。
(1)计算至少需要称取过氧化钠的质量为________。
(2)反应后生成NaOH的物质的量是________。
[解析] 2Na2O2+2H2O===4NaOH + O2↑
2×78g4mol22.4L
m(Na2O2)n(NaOH)1.12L
=
,m(Na2O2)=7.8g;
=
,n(NaOH)=0.2mol。
[答案]
(1)7.8g
(2)0.2mol
随着人们生活水平的提高,家用轿车已成为每个家庭的常用交通工具。
汽车尾气的排放会给环境带来一定的影响,汽车尾气的主要成分是CO、NO、NO2等有毒气体,因此汽车尾气是否达标是衡量汽车性能的重要指标之一。
欧Ⅳ排放标准极限值如下表:
标准
欧Ⅳ(体积分数)
CO
1.50%
NOx
3.50%
PM
0.02%
1.若NOx按欧Ⅳ标准排放,则在标准状况下每立方米尾气中所允许的物质的量最大值是多少?
提示:
n
=
=1.56mol。
2.与4.6gNO2中氧原子个数相等的CO气体在标准状况下的体积是多少?
提示:
4.6gNO2中氧原子的物质的量为
×2=0.2mol,因此CO的物质的量为0.2mol,在标准状况下的体积为0.2mol×22.4L·mol-1=4.48L。
3.现测定欧洲某品牌汽车尾气,发现标准状况下每立方米尾气中含21gCO,该尾气是否符合欧Ⅳ排放标准?
提示:
STP下,21gCO的体积为
×22.4L·mol-1=16.8L
×100%=1.68%>1.50%。
不符合欧Ⅳ排放标准。
通过本情境素材中CO、NOx含量的分析和计算,提升了学生分析问题解决问题的能力,增强了环保意识。
1.下列说法正确的是( )
A.1mol任何气体的体积都是22.4L
B.在标准状况下,某气体的体积为22.4L,则该气体的物质的量为1mol,所含的分子数目约为6.02×1023
C.当温度高于0℃时,一定量任何气体的体积都大于22.4L
D.当压强大于101kPa时,1mol任何气体的体积都小于22.4L
B
2.36.5gHCl气体体积是( )
A.11.2L B.22.4L
C.5.6LD.无法确定
D [36.5gHCl气体,物质的量是1mol,由于不知道气体摩尔体积,无法计算出1mol氯化氢的体积。
]
3.在室温时,2molH2的体积大小主要取决于( )
A.氢气所含分子数 B.氢气所处环境的压强
C.氢气的质量D.氢气的密度
B [气体体积取决于物质的量和其所处的温度、压强,H2的物质的量为2mol,又知温度为室温,故体积主要取决于压强。
]
4.同温同压下,相同质量的下列气体占有的体积最大的是( )
A.H2B.O2
C.CH4D.CO2
A [摩尔质量:
CO2>O2>CH4>H2,由n=
可知,质量相等的气体,物质的量:
CO2 ] 5.实验室中用含CaCO390%的石灰石与足量的盐酸反应,制取44.8L(标准状况)CO2,请回答下列问题: (1)至少需要这种石灰石多少克? (2)生成CaCl2物质的量是多少摩尔? [解析] CaCO3+2HCl===CaCl2+ CO2↑+H2O 100g 1mol 22.4L m(CaCO3) n(CaCl2) 44.8L (1) = 解得m(CaCO3)=200g 石灰石的质量为 ≈222.2g。 (2) = 解得n(CaCl2)=2mol。 [答案] (1)222.2g (2)2mol
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