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第2课时　气体摩尔体积
[学习目标]　1.能从宏、微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，能了解阿伏加德罗定律的内容。　2.能基于物质的量认识物质的组成及变化，建立n、m、Vm之间换算的模型。
任务一　气体摩尔体积
1．决定物质体积大小的因素
(1)物质的体积与聚集状态的关系
[交流研讨1]　在一定条件下，1 mol不同物质的体积如下表所示。观察并分析表中的数据，你能得出哪些结论？
气体 0 ℃、101kPa时的体积/L 液体 20 ℃时的体积/cm3 固体 20 ℃时的体积/cm3
H2 22.4 H2O 18.0 Fe 7.12
O2 22.4 H2SO4 53.6 Al 10.0
①同温同压下，1 mol气体的体积 ；
②同温同压下，1 mol不同的固态物质或液态物质的体积差别 ；
③同温同压下，1 mol气体的体积 1 mol非气态物质的体积。
提示：①近似相等　②较大　③远大于
(2)气体体积与温度、压强的关系
[交流研讨2]　(1)已知1 mol不同气体在不同条件下的体积：
化学式 条件 1 mol气体体积/L
H2 0 ℃，101 kPa 22.4
O2 0 ℃，101 kPa 22.4
CO 0 ℃，101 kPa 22.4
续表
化学式 条件 1 mol气体体积/L
H2 0 ℃，202 kPa 11.2
CO2 0 ℃，202 kPa 11.2
N2 273 ℃，202 kPa 22.4
NH3 273 ℃，202 kPa 22.4
①标准状况是指 。
②在标准状况下，1 mol气体的体积都约为 。
③1 mol气体，在温度相同时压强越大，体积 。
④1 mol气体，在压强相同时温度越高，体积 。
提示：①0 ℃，101 kPa　②22.4 L　③越小
④越大
(2)已知影响物质体积的微观因素有三个：构成物质的微粒大小、微粒数目、微粒之间的距离。试从微观角度探究“相同温度和压强下，1 mol任何气体体积几乎相等”的原因。
提示：①气体的粒子数相同　②粒子间的距离相同
③气体粒子的大小相对于气体粒子间的距离可以忽略。
(3)物质体积的影响因素
在相同温度和压强下，粒子数相同的任何气体其体积都几乎相同。　　
2．气体摩尔体积
(1)概念：单位物质的量的气体所占的体积，符号为Vm。
(2)表达式：Vm＝。
(3)单位：L·mol－1或L/mol。
(4)数值：在标准状况下，气体摩尔体积约为22.4 L/mol。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)一定温度、压强下，气体体积由其分子的大小和数目决定：
。
(2)在常温常压下，11.2 L Cl2含有的分子数为0.5NA：
。
(3)标准状况下的Vm＝22.4 L·mol－1，那么Vm＝22.4 L·mol－1时也一定是标准状况：
。
答案：(1)错误。一定温度、压强下，气体体积由其分子数目决定，与分子的大小几乎无关
(2)错误。常温常压是指20 ℃和101 kPa，此条件下Vm＞22.4 L·mol－1，故常温常压下，11.2 L Cl2含有的分子数应小于0.5NA
(3)错误。当温度高于0 ℃，压强大于101 kPa时，也存在Vm＝22.4 L·mol－1
2．(1)标准状况下，33.6 L Cl2的物质的量是 ，16 g O2所占体积约是 。
(2)标准状况下，34 g NH3的物质的量是 ，所占体积约是 ，所含的NH3分子数是 。
(3)标准状况下，含有1.5 mol H2和0.5 mol O2的混合气体所占体积约是 。
答案：(1)1.5 mol　11.2 L
(2)2 mol　44.8 L　2NA　(3)44.8 L
3．完成下列问题。
(1)标准状况下，某气体的密度为1.43 g·L－1，则该气体的摩尔质量约为 。
(2)标准状况下，0.51 g某气体的体积为672 mL，则该气体的摩尔质量为 。
(3)在标准状况下，CO和CO2的混合气体共39.2 L，质量为61 g，则混合气体的平均摩尔质量约为 。
(4)在标准状况下，H2和HCl的混合气体密度为1.25 g·L－1，则该混合气体的平均摩尔质量为 。
答案：(1)32.03 g·mol－1　(2)17 g·mol－1
(3)34.9 g·mol－1　(4)28 g·mol－1
标准状况下，气体摩尔体积的有关计算
1．气体的物质的量n＝ mol；
2．气体的质量m＝n·M＝·M g；
3．气体的分子数N＝n·NA＝·NA；
4．气体的摩尔质量M＝Vm·ρ＝22.4ρ g·mol－1；
5．混合气体的平均摩尔质量MT123T＝＝22.4ρ混 g·mol－1。　　
任务二　阿伏加德罗定律及推论
1．阿伏加德罗定律的内容
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。
提醒：①阿伏加德罗定律适用于任何气体，包括混合气体，不适用于非气体；②同温、同压、同体积、同分子数，“四同”相互制约，即“三同定一同”。
2．阿伏加德罗定律的推论
[交流研讨]　(1)由Vm＝可推知，同温同压下，气体的体积之比等于其 之比。
(2)请推导用气体的摩尔质量、气体的摩尔体积计算气体密度的公式： 。进一步推导：
①同温同压下，气体的密度之比等于其 之比。
②在标准状况下，气体的密度为 g·L－1。
提示：(1)物质的量　(2)由ρ＝可推知，ρ＝　①摩尔质量　②
阿伏加德罗定律的推论
语言叙述 公式
同温同压下，气体体积之比等于物质的量之比，等于分子数之比 ＝＝
同温同体积下，气体压强之比等于物质的量之比，等于分子数之比 ＝＝
同温同压下，气体密度之比等于摩尔质量之比 ＝
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)同温同压下，同体积的物质所含的分子数一定相等：
。
(2)同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的原子：
。
(3)同温同体积下，1 mol氢气与1 mol氧气，它们的压强相同：
。
(4)同温同压下，氧气的密度是氢气的16倍：
。
答案：(1)错误。“同体积的物质”应为“同体积的任何气体物质”
(2)错误。“相同数目的原子”应为“相同数目的分子”
(3)正确　(4)正确
2．在一个密闭容器中盛有11 g X气体(X的摩尔质量为44 g·mol－1)时，压强为1×104 Pa。如果在相同温度下，把更多的气体X充入容器，使容器内压强增至5×104 Pa，这时容器内气体X的分子数约为(　　)
A．3.3×1025 B．3.3×1024
C．7.5×1023 D．7.5×1022
答案：C
解析：11 g X气体的物质的量n1＝＝0.25 mol，由＝得＝，n2＝1.25 mol，N＝1.25 mol×6.02×1023 mol－1≈7.5×1023。
3．同温同压下等质量的SO2气体和CO2气体，下列有关比较的叙述中，正确的是 (填序号)。
①密度比为16∶11 ②密度比为11∶16
③体积比为16∶11 ④体积比为11∶16
答案：①④
解析：同温同压下，＝＝＝＝，故①正确；＝＝，因＝＝，故④正确。
1．如图所示，相同状况下，分别用氯化氢和四种混合气体吹出体积相等的五个气球。A、B、C、D四个气球中，与氯化氢气球所含原子数一定相等的是(　　)
答案：C
解析：相同状况下、体积相等的气球中，气体的物质的量相等。HCl是双原子分子，只要混合气体的平均原子数等于2即满足题意。A项有可能等于2，B项一定大于2，C项一定等于2，D项一定大于2。
2．目前科学家已发现一种新型氢分子，其化学式为H3，在相同条件下，等质量的H3和H2相同的是(　　)
A．原子数 B．分子数
C．体积 D．物质的量
答案：A
解析：由于H3和H2均由氢原子构成，因此等质量的H3和H2分子中具有相同的原子数，因此它们的分子数一定不同，因而体积不同，物质的量也不同。
3．(2023·浙江奉化一中检测)在标准状况下，与32 g O2的体积相等的N2(　　)
A．质量为14 g B．分子数为6.02×1024
C．体积为22.4 L D．物质的量为2 mol
答案：C
解析：n(O2)＝＝1 mol，V(O2)＝22.4 L，因此n(N2)＝1 mol，m(N2)＝28 g，N(N2)＝6.02×1023，V(N2)＝22.4 L。
4．(2023·天津静安区高一检测)在一定温度和压强下，2体积X2气体与3体积Y2气体恰好完全反应，生成2体积气体化合物Z，则Z的化学式可能是(　　)
A．XY3 B．XY
C．X3Y D．X2Y3
答案：D
解析：由体积之比等于物质的量之比，可知化学方程式为2X2＋3Y2===2Z，再由原子守恒可知Z的化学式为X2Y3。
5．(2023·南京建邺区高一检测)在标准状况下，5.6 L氮气、33 g二氧化碳和0.5 mol甲烷。
(1)其中物质的量最大的是 (填化学式，下同)。
(2)物质所含分子数目最多的是 。
(3)物质所占体积最大的是 ，这三种气体的体积比为 。
答案：(1)CO2　(2)CO2
(3)CO2　V(N2)∶V(CO2)∶V(CH4)＝1∶3∶2
解析：V(N2)＝5.6 L，n(N2)＝0.25 mol，m(N2)＝7 g，N(N2)＝0.25NA，N(原子)＝0.5NA；m(CO2)＝33 g，n(CO2)＝0.75 mol，V(CO2)＝16.8 L，N(CO2)＝0.75NA，N(原子)＝2.25NA；n(CH4)＝0.5 mol，m(CH4)＝8 g，V(CH4)＝11.2 L，N(CH4)＝0.5NA，N(原子)＝2.5NA。
课时测评18　气体摩尔体积
(本栏目内容在学生用书中以活页形式分册装订！)
题点一　决定物质体积大小的因素
1．(2023·浙江宁波高一检测)现有下列四种因素：①温度和压强，②所含微粒数，③微粒本身大小，④微粒间的距离，其中对气体物质体积有显著影响的是(　　)
A．①②③ B．①③④
C．①②④ D．①②③④
答案：C
解析：对气体物质体积有显著影响的因素包括温度和压强、所含微粒数的多少以及微粒间的距离三个方面，故选项C正确。
2．下列有关气体的叙述错误的是(　　)
A．气态物质没有固定的形状，且容易被压缩
B．在标准状况下，气体的摩尔体积约为22.4 L·mol－1
C．当分子数目相同时，气体体积的大小主要取决于气体分子之间的距离
D．不同的气体，若体积不同，则它们所含的分子数肯定不同
答案：D
题点二　气体摩尔体积
3．有一份气体样品的质量是14.2 g，标准状况下的体积为4.48 L，该气体的摩尔质量是(　　)
A．28.4 g B．28.4 g·mol－1
C．71 g·mol－1 D．14.2 g·mol－1
答案：C
解析：该气体的物质的量为4.48 L÷22.4 L·mol－1＝0.2 mol，其摩尔质量为14.2 g÷0.2 mol＝71 g·mol－1。
4．(2023·河北正定高一检测)标准状况下，下列物质中含氢原子个数最多的是(　　)
A．3.01×1024个H2S分子
B．22.4 L H2
C．23 g C2H5OH
D．22.4 L NH3
答案：A
解析：3.01×1024个H2S分子中含氢原子个数为6.02×1024；22.4 L H2物质的量为1 mol，含有的氢原子个数为1 mol×2×6.02×1023 mol－1＝ 1.204×1024；23 g C2H5OH中氢原子个数为×6.02×1023 mol－1 ×6＝1.806×1024；22.4 L NH3含氢原子个数为×6.02×1023 mol－1 ×3＝1.806×1024。
5．丙烷通常被用来驱动火车、公交车、叉车和出租车，也被用来充当休旅车和露营时取暖和做饭的燃料。下列关于丙烷(C3H8)的说法中正确的是(　　)
A．1 mol C3H8的气体体积为22.4 L
B．常温常压下，11.2 L C3H8的物质的量为0.5 mol
C．5 L C3H8和5 L CO2的质量相等
D．丙烷在标准状况下的密度为1.96 g·L－1
答案：D
解析：A项未指明状况，无法计算；B项缺常温常压下Vm，无法计算；C项未指明状况，无法比较其质量；D项由M＝ρVm得ρ＝＝≈1.96 g·L－1，正确。
6．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)
A．标准状况下，11.2 L CH4和C2H4中含有的氢原子数目为2NA
B．标准状况下2.24 L H2与足量O2在密闭容器中反应，转移电子数为0.1NA
C．64 g Cu与Cl2完全反应，转移电子数为NA
D．常温常压下，22.4 L H2O的分子个数为NA
答案：A
解析：CH4和C2H4中均含有4个氢原子，标准状况下11.2 L CH4和C2H4的物质的量为0.5 mol，含有的氢原子数为2NA，故A正确；标准状况下2.24 L H2与O2反应转移电子数为0.2NA，故B错误；Cu与Cl2反应生成CuCl2，64 g Cu的物质的量为1 mol，与Cl2完全反应，转移电子数为2NA，故C错误；常温常压下H2O不是气体，不能用气体摩尔体积计算其物质的量，故D错误。
题点三　阿伏加德罗定律及推论
7．同温同压下，关于等体积的N2O(气体)和CO2的叙述：①质量相同　②所含碳原子数与氮原子数相等
③所含分子数相等。其中正确的是(　　)
A．①②③ B．②③
C．①② D．①③
答案：D
解析：同温同压下等体积的两种气体N2O和CO2，其物质的量相等，所含的分子数也相等，二者的摩尔质量均为44 g·mol－1，故二者的质量也相等；由于二者分子中所含的碳原子数与氮原子数不同，故②错误，综上所述答案为D。
8．在下列示意图中，白球代表氢原子，黑球代表氦原子，方框代表容器，容器中间有一个可以上下滑动的隔板(其质量忽略不计)，其中能表示等质量的氢气与氦气的是(　　)
答案：A
解析：H2的摩尔质量为2 g·mol－1，He的摩尔质量为4 g·mol－1。根据n＝，等质量的氢气和氦气的物质的量和摩尔质量成反比，所以物质的量之比为4∶2＝2∶1，根据n＝，物质的量和粒子个数成正比，所以氢气和氦气的分子个数比为2∶1。根据阿伏加德罗定律，同温同压下，气体体积和物质的量成正比，所以V(H2)∶V(He)＝2∶1。氢气是双原子分子，氦气是单原子分子。
9．将质量均为m g的O2和X气体分别充入相同体积的密闭容器中，二者压强(p)与温度(T)的关系如图所示，则X气体可能是(　　)
A．H2 B．NH3
C．CO D．SO2
答案：D
10．(2023·天津静安区高一检测)相同状况下，等质量的O2和CO2相比较，下列叙述正确的是(　　)
A．体积比为8∶11
B．密度之比为1∶1
C．物质的量之比为11∶8
D．原子个数之比为12∶11
答案：C
解析：根据阿伏加德罗定律及推论，体积之比等于物质的量之比，即 mol∶ mol＝11∶8，A项错误；相同状况下，气体的密度之比等于摩尔质量之比，故为32∶44＝8∶11，B项错误；物质的量之比等于体积之比，为11∶8，C项正确；原子个数之比为(11×2)∶(8×3)＝11∶12，D项错误。
11．(2023·泸州重点中学高一联考)下列各组物质中，所含分子数一定相同的是(　　)
A．2 g H2和16 g O2
B．0.1 mol HCl和2.24 L Ar
C．150 ℃、1.01×105 Pa时，1 L CO2和1 L H2O
D．28 g CO和6.02×1022个O3
答案：C
解析：A项，n(H2)＝＝1 mol，n(O2)＝＝0.5 mol，故N(H2)∶N(O2)＝2∶1；B项，没有注明2.24 L Ar所处的状况；C项，同温同压下，n(CO2)∶n(H2O)＝N(CO2)∶N(H2O)＝V(CO2)∶V(H2O)；D项，N(CO)＝×NA＝6.02×1023。
12．(2023·江苏启东高一调研)NA为阿伏加德罗常数，标准状况下，m g氮气和氧气的混合气体含有b个分子，则n g该混合气体在相同状态下的体积为(单位为L)(　　)
A. B.
C. D.
答案：B
解析：设该混合气体的平均摩尔质量为M g·mol－1，根据同温同压条件下，气体体积之比等于物质的量之比可得＝，解得V＝，故答案为B。
13．一定量的液态化合物XY2，在一定量的O2中恰好完全燃烧，反应方程式为
XY2(液)＋3O2(气)XO2(气)＋2YO2(气)
冷却后，在标准状况下测得生成物的体积是672 mL，密度是2.56 g·L－1。
(1)反应前O2的体积是 mL(标准状况下)。
(2)化合物XY2的摩尔质量是 。
(3)若XY2分子中X、Y两元素质量比是3∶16，则X、Y两元素分别为 和 (填元素符号)。
答案：(1)672　(2)76 g·mol－1　(3)C　S
解析：(1)观察反应方程式，可知反应前后气体体积不变，故V(O2)＝672 mL。(2)根据质量守恒定律，有m(XY2)＝0.672 L×2.56 g·L－1－32 g·mol－1×≈0.76 g，物质的量n(XY2)为×n(O2)＝0.01 mol，故M(XY2)＝＝76 g·mol－1。(3)由＝及Ar(X)＋2Ar(Y)＝76，解得：Ar(X)＝12，Ar(Y)＝32，故X为碳元素，Y为硫元素。
14．现有16.0 g CO 和 CO2的混合气体，在标准状况下其体积为 8.96 L。请回答下列问题：
(1)该混合气体的平均摩尔质量为 。
(2)混合气体中碳原子的个数为 (用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
(3)将混合气体依次通过如图所示装置，最后收集在气球中(体积在标准状况下测定)。
①气球中收集到的气体中，电子总数为 (用NA表示，假设气体全部进入气球中)。
②若将混合气体通入足量的 Na2O2中，转移的电子数为 (用NA表示)。
答案：(1)40 g·mol－1　(2)0.4NA　
(3)①1.4NA　②0.3NA
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