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第2课时　气体摩尔体积
1.宏观辨识与微观探析: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。2.证据推理与模型认知: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。
知识点一　气体摩尔体积
1.决定物质体积大小的因素
(1)数据分析
在一定条件下,1 mol不同物质的体积如下表所示。
气体 0 ℃、 101 kPa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
结论:①同温同压下,1 mol任何气体的体积近似相等,在标准状况下约为22.4 L。
②同温同压下,1 mol不同的固态物质或液态物质的体积不相同(或差别较大)。
(2)物质体积大小的决定因素
2.气体摩尔体积
(1)气体摩尔体积
(2)标准状况下的气体摩尔体积
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)一定温度和压强下,任何物质体积都是由其粒子大小和数目决定的。(　×　)
(2)气体粒子间距主要是由温度和压强决定的。 (　√　)
(3)标准状况下,2 mol CO2的气体摩尔体积为44.8 L·mol-1。(　×　)
(4)在常温常压下,11.2 L Cl2含有的分子数为0.5NA。(　×　)
(5)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。(　×　)
气体摩尔体积适用范围
(1)n=,只适用于气态物质(单一或者混合气体),对于固态物质和液态物质均不适用。如:水、酒精、碳、三氧化硫等在标准状况下不是气体,不能用气体摩尔体积计算。
(2)标准状况下的气体摩尔体积Vm=22.4 L·mol-1,Vm与温度、压强有关,但质量、物质的量不受温度、压强的影响。
1.气体体积的大小跟下列因素几乎无关的是(　D　)
A.粒子个数 B.温度
C.压强 D.粒子大小
解析:温度、压强一定时,气体粒子个数越多,体积越大,A不符合题意;气体粒子数目、压强一定时,气体所处的温度越高,体积越大,B不符合题意;气体粒子数目、温度一定时,气体所处的压强越大,气体体积越小,C不符合题意;气体粒子大小与粒子之间距离相比可以忽略,所以气体体积与粒子的大小几乎无关,D符合题意。
2.下列关于气体摩尔体积的说法中,错误的是 (　D　)
A.当温度、压强一定时,粒子数相同的任何气体都具有大致相同的体积
B.单位物质的量气体所占的体积统称为气体摩尔体积
C.在标准状况下,气体摩尔体积都约为22.4 L/mol
D.在标准状况下,1 mol水的体积约为22.4 L
解析:水在标准状况下为液体,无法运用V=nVm计算,D错误。
3.设NA为阿伏加德罗常数的值,a g某气体G的分子数为b,则c g该气体在标准状况下的体积为 (　A　)
A. L
C. L
解析:a g气体分子数为b,对应物质的量为 mol,摩尔质量M= g·mol-1。c g气体的物质的量:n=mol。标准状况下体积:V=n×22.4 L·mol-1= L,故选A。
气体摩尔体积的相关计算
(1)气体的物质的量:n=。
(2)气体的摩尔质量:M=Vm·ρ=22.4 L·mol-1×ρ(ρ为标准状况下气体的密度,单位:g·L-1)。
(3)气体的分子数:N=n·NA=NA。
(4)气体的质量:m=n·M=M=ρV。
知识点二　阿伏加德罗定律及其推论
1.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粒子。
(2)适用范围:阿伏加德罗定律及其推论适用于气体,可以是单一气体,也可以是混合气体,对固体和液体不适用。
(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”。
2.阿伏加德罗定律的推论
相同 条件 结论
语言叙述 公式
同温 同压 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 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 气体密度之比等于摩尔质量之比
阿伏加德罗定律的推论可根据公式pV=nRT(理想气体状态方程)进行推导,其中:p为压强(单位:Pa),V为体积(单位:L),n为物质的量(单位:mol),R为常数,T为绝对温度(单位:K)。
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(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所含的原子数一定相同。 (　×　)
(3)同温同压下,相同体积的氧气和氨气,前者质量小于后者。(　×　)
(4)同温同体积下,1 mol氢气与1 mol氧气的压强相同。 (　√　)
(5)同温同压下,CO与CO2的密度之比为11︰7。(　×　)
1.现有同温同压下的1 mol H2和1 mol O2,下列关于二者的说法正确的是(　B　)
A.质量相同,体积不同
B.分子数相同,质量不同
C.体积相同,分子数不同
D.体积相同,原子数不同
解析:在同温同压下,1 mol H2和1 mol O2的分子数相同,原子数相同,体积也相同,但质量一定不同。
2.NO和NO2是两种常见的氮氧化物(假定下列条件下二者均为气体),下列说法正确的是 (　C　)
A.同温度、同体积的NO和NO2的质量比为15︰23
B.同温度、同压强的NO和NO2的物质的量比为1︰1
C.同体积、同密度的NO和NO2的物质的量比为23︰15
D.同温度、同物质的量的NO和NO2的体积比为1︰1
解析:未明确压强是否相同,无法直接通过体积和温度确定质量比,A项错误;未明确体积是否相同,同温同压下物质的量与体积成正比,无法确定二者物质的量比为1︰1,B项错误;同体积同密度时,质量相等,物质的量比为摩尔质量的反比,即46︰30=23︰15,C项正确;未明确压强是否相同,无法确定气体体积比,D项错误。
3.三种气体X、Y、Z的相对分子质量关系为Mr(X)A.相同质量的三种气体,物质的量最大的是Y
B.同温同压强下,气体密度最大的是X
C.一定条件下,若三种气体体积均为2.24 L,则它们的物质的量一定均为0.1 mol
D.同温下,体积相同的两容器分别充入2 g Y气体和1 g Z气体,则其压强比为4︰1
解析:由题意可知,Mr(X)最小,故相同质量时,X的物质的量最大,A错误;Mr(Z)最大,根据“同温同压下,气体的密度之比等于其摩尔质量之比”,故气体密度最大的是Z,B错误;三种气体不一定处于标准状况下,Vm不一定为22.4 L·mol-1,故它们的物质的量不一定均为0.1 mol,C错误;由于Mr(Y)=0.5Mr(Z),则2 g Y和1 g Z的物质的量之比为4︰1,根据“同温同容时,气体的压强之比等于其物质的量之比”,则Y、Z的压强比为4︰1,D正确。
1.下列有关气体摩尔体积的描述正确的是(　A　)
A.标准状况,即为0 ℃、101 kPa
B.气体摩尔体积一定是22.4 L·mol-1
C.1 mol气体体积为22.4 L,则一定是标准状况
D.相同物质的量的气体,气体摩尔体积也相同
解析:气体体积受温度、压强的影响,随着条件的变化,气体摩尔体积也会变化,不一定是22.4 L·mol-1,B错误;非标准状况下通过调节温度和压强也可以使1 mol气体体积达到22.4 L,C错误;气体摩尔体积与物质的量无关,与温度、压强有关,当条件不同时,气体摩尔体积不一定相同,D错误。
2.下列物质所含分子数最多的是 (　D　)
A.标准状况下,11.2 L Cl2
B.6.02×1023个N2
C.0.2 mol CO
D.34 g NH3
解析:A项,标准状况下,11.2 L Cl2所含分子数为×6.02×1023 mol-1=3.01×1023;B项, 6.02×1023个N2分子;C项,0.2 mol CO所含分子数为0.2 mol×6.02×1023 mol-1=1.204×1023;D项,34 g NH3所含分子数为×6.02×1023 mol-1=1.204×1024。综合可知,所含分子数最多的是D项。
3.常温常压下,分别向四个气球(忽略气球的弹性形变)中充入相同质量的H2、CH4、CO、O2四种气体。下列说法正确的是 (　C　)
A.充入CH4和O2的两个气球体积比为1︰2
B.充入H2和CH4的两个气球中H原子个数比为1︰2
C.充入CO和O2的两个气球中密度为7︰8
D.将CO换为等质量的N2,气球体积变大
解析:根据pV=nRT,常温常压下,体积之比等于物质的量之比,充入CH4和O2的体积比应为,A错误;设充入H2和CH4的质量为m g,H2中H原子物质的量为2×=m mol,CH4中H原子物质的量为4× mol,个数之比等于物质的量之比,为4︰1,B错误;pV=nRT,p=,ρ=,常温常压下,,C正确;CO和N2的摩尔质量均为28 g·mol-1,相同质量下物质的量相同,常温、常压下,体积相同,气球体积不会变大,D错误。
4.现有CO和CO2混合气体18 g,将该混合气体通过灼热氧化铜,完全反应测得最终CO2的体积为11.2 L(标准状况)。
(1)该混合气体中CO的质量为7 g。
(2)该混合气体中CO2的体积(标准状况)为5.6 L。
(3)该混合气体的平均摩尔质量为36 g·mol-1,在标准状况下的密度约为1.61 g·L-1(保留两位小数)。
解析:设混合气体中CO和CO2的物质的量分别为n(CO)、n(CO2),根据题意可得①28 g·mol-1 ×n(CO)+44 g·mol-1×n(CO2)=18 g,②n(CO)+n(CO2)==0.5 mol,联立①②解得n(CO)=0.25 mol,n(CO2)=0.25 mol。(1)n(CO)=0.25 mol,则有m(CO)=0.25 mol×28 g·mol-1=7 g。(2)n(CO2)=0.25 mol,则CO2在标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L。(3)混合气体的质量为18 g,总物质的量为0.5 mol,则混合气体的平均摩尔质量为=36 g·mol-1;在标准状况下的密度为≈1.61 g·L-1。
课时作业13
(总分:60分)
(选择题1~12题,每题3分,第13题15分,第14题9分)
1.下列说法正确的是 (　D　)
A.1 mol固体或液体的体积主要由粒子间距离决定
B.1 mol气体的体积主要由粒子的大小决定
C.O2的气体摩尔体积约为22.4 L·mol-1
D.就粒子间的距离而言,气体比固体或液体更易受温度、压强的影响
解析:固体或液体粒子间距离小,故1 mol固体或液体的体积主要由粒子大小决定,A错误;气体粒子间距离大,故1 mol气体的体积主要由粒子间的距离决定,B错误;未指明气体是处于标准状况下,不能确定气体摩尔体积为22.4 L·mol-1,C错误;气体粒子间距离大,固体或液体粒子间距离小,故气体粒子间的距离比固体或液体更易受温度、压强的影响,D正确。
2.下列有关气体体积的叙述正确的是 (　A　)
A.标准状况下,1 mol气体的体积都约为22.4 L
B.1 mol任何物质所占的体积在标准状况下都约为22.4 L
C.一定温度和压强下,各种气态物质体积的大小由粒子本身大小决定
D.不同的气体,若体积不同,则它们所含的粒子数一定不同
解析:标准状况下气体摩尔体积是22.4 L· mol-1,因此标准状况下,1 mol气体的体积都约为22.4 L,A正确;1 mol任何气体所占的体积在标准状况下都约为22.4 L,B错误;一定温度和压强下,各种气态物质体积的大小由粒子数决定,C错误;相同温度和压强条件下不同的气体,若体积不同,则它们所含的粒子数一定不同,D错误。
3.下列关于气体摩尔体积的说法正确的是 (　D　)
A.标准状况下,1 mol SO3的体积是22.4 L
B.22 g CO2的物质的量是0.5 mol,其体积为11.2 L
C.只有标准状况下的气体摩尔体积是22.4 L·mol-1,其他条件下一定不是该值
D.常温常压下,等体积的O2和O3含有的原子数之比为2︰3
解析:标准状况下,SO3是非气态,1 mol SO3的体积不是22.4 L,A错误;没有指明气体所处的温度与压强,不能确定CO2的体积,B错误;在其他条件下,气体摩尔体积也可能是22.4 L·mol-1,C错误。
4.常温常压下,取四支完全一样的针筒,分别充入等质量的CH4、O2、CO2、SO2四种气体,其中充装CH4的是 (　D　)
解析:依据m=n·M可知,相同质量的气体,物质的量与摩尔质量成反比,CH4、O2、CO2、SO2四种气体中,CH4的摩尔质量最小,物质的量最大,依据同温同压条件下,气体的体积之比等于物质的量之比,可知CH4体积最大,故选D。
5.实验得出,无水氯化铝在常压条件下不同温度时的密度见下表:
T/℃ 200 400 600 800
ρ/(g·L-1) 6.881 4.236 2.650 1.517
气体摩尔体积/ (L·mol-1) 38.8 55.2 71.6 88.0
可见,400 ℃时无水氯化铝存在形式的化学式为 (　C　)
A.AlCl3 B.Al2Cl6
C.AlCl3和Al2Cl6 D.Al3Cl9和Al2Cl6
解析:根据公式:气体的摩尔质量=气体摩尔体积×密度,可以求出400 ℃时无水氯化铝的摩尔质量为55.2 L·mol-1×4.236 g·L-1≈233.8 g·mol-1;设无水氯化铝的化学式为(AlCl3)n,则n=≈1.75,介于1、2之间,所以该物质的分子式为AlCl3和Al2Cl6,故选C。
6.在下列条件下,两种气体的分子数一定不相等的是(　D　)
A.质量相等、密度不等的N2和C2H4
B.等体积、等密度的C2H4和CO
C.等温、等压、等体积的O2和N2
D.常温常压下,等质量的NO和CO
解析:两种气体的质量和摩尔质量都相等,则物质的量相等,分子数相等,A不符合题意;两种气体的体积、密度相等,即质量相等,摩尔质量又相等,则物质的量相等,分子数相等,B不符合题意;等温、等压、等体积的两种气体,物质的量相等,分子数相等,C不符合题意;两种气体的质量相等,摩尔质量不相等,则物质的量不相等,所含的分子数不相等,D符合题意。
7.在同温同压下,相同体积的甲、乙两种气体的质量比是17︰14。若乙气体是CO,则甲气体可能是 (　A　)
A.H2S　　 B.HCl
C.NH3　　 D.Cl2
解析:根据阿伏加德罗定律的推论,同温同压下等体积气体的物质的量相等,质量比等于摩尔质量之比。已知乙为CO(摩尔质量为28 g/mol),甲与乙的质量比为17︰14,则甲的摩尔质量为28 g/mol×=34 g/mol。选项中只有H2S的摩尔质量为34 g/mol,故选A。
8.同温同压下,对于相同体积密闭容器中的四种气体:①Cl2、②CO2、③NH3、④CH4,下列说法错误的是 (　B　)
A.气体的质量:①>②>③>④
B.气体的密度:④>③>②>①
C.气体的压强:①=②=③=④
D.所含原子数:④>③>②>①
解析:同温同压下,相同体积的四种气体的物质的量相同。物质的量相同时,气体的质量之比等于其摩尔质量之比,选项A正确;体积相同时,气体的密度之比等于其质量(摩尔质量)之比,选项B错误;同温同压条件下,各气体的压强相同,选项C正确;气体的物质的量相同时,1个气体分子中所含原子越多,原子总数越多,选项D正确。
9.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　A　)
A.常温常压下,28 g N2和CO的混合气体中含有原子的数目为2NA
B.标准状况下,11.2 L NH3与11.2 L HF均含有5NA个质子
C.标准状况下,4.48 L的H2O中含有分子的数目为0.2NA
D.0.1 mol Fe与0.1 mol Cl2反应,转移电子的数目为0.3NA
解析:28 g N2和CO的混合气体总物质的量为1 mol(两者摩尔质量均为28 g/mol),每个分子均含2个原子,故原子总数为2NA,A正确;HF在标准状况下为液体,不能使用气体摩尔体积计算,因此质子数不相等,B错误;标准状况下H2O为液态,不能用气体摩尔体积计算,其分子数不为0.2NA,C错误;反应2Fe+3Cl22FeCl3中,0.1 mol Cl2完全反应转移0.2 mol电子,而0.1 mol Fe完全反应需0.15 mol Cl2,故实际转移电子数目为0.2NA,D错误。
10.设NA代表阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 (　C　)
A.在25 ℃和101 kPa下,11.2 L氩气中所含氩原子的数目为0.5NA
B.22.4 L Cl2含有的原子数为2NA
C.标准状况下,11.2 L CO2含有NA个O原子
D.标准状况下,等物质的量的HCl与CO2所占的体积均为22.4 L
解析:25 ℃、101 kPa不是标准状况,气体摩尔体积不等于22.4 L/mol,不能用22.4 L/mol计算11.2 L氩气的物质的量,不能确定原子数,A错误;未指明标准状况,无法用22.4 L/mol计算物质的量,不能确定原子数,B错误;未说明HCl与CO2的物质的量为1 mol,无法确定二者体积均为22.4 L,D错误。
11.同温同压下,a g气体甲和b g气体乙的分子数相同,下列叙述错误的是(　D　)
A.甲和乙的摩尔质量之比为a︰b
B.甲和乙的密度之比为a︰b
C.同温同压同体积的甲和乙的质量之比为a︰b
D.同质量的甲和乙的分子数之比为a︰b
解析:同温同压下,a g气体甲和b g气体乙的分子数相同,即二者的物质的量相等,则有M(甲)︰M(乙)=a︰b,A正确;依据阿伏加德罗定律的推论,同温同压下,气体的密度之比等于摩尔质量之比,则甲和乙的密度之比为a︰b,B正确;同温同压下,同体积的甲和乙的物质的量相等,则质量之比等于摩尔质量之比,为a︰b,C正确;同温同压下,同质量的甲和乙的分子数之比等于物质的量之比,等于摩尔质量的反比,则分子数之比为b︰a,D错误。
12.常温下,将N2和H2、Cl2的混合气体充入透明的恒容密闭容器中,中间用可自由移动的挡板隔开,如图所示。下列说法错误的是(　D　)
A.挡板恰好位于容器的正中间
B.挡板左右两侧的气体压强相同
C.该条件下,右侧气体的密度大于左侧气体的密度
D.将容器内气体引燃后恢复至室温,挡板右移
解析:由于挡板可自由移动,故两侧压强相等,根据阿伏加德罗定律的推论,在同温同压下,气体体积之比等于物质的量之比,故挡板位于正中间,A、B正确;由于挡板两侧的体积相等,左侧为0.1 mol N2,其质量为2.8 g,右侧为0.05 mol H2和0.05 mol Cl2,其质量总和为0.05 mol×2 g/mol+0.05 mol×71 g/mol=3.65 g,则该条件下,右侧气体的密度大于左侧气体的密度,C正确;将容器内气体引燃后恢复至室温,H2+Cl22HCl,右侧为0.05 mol H2和0.05 mol Cl2反应生成的0.1 mol HCl,左侧为0.1 mol N2,两侧的气体的物质的量相等,挡板不移动,D错误。
13.(15分)我国政府承诺2030年前实现“碳达峰”,碳及其化合物在“碳达峰”和天然气领域扮演重要角色。
(1)天然气的主要成分是CH4,标准状况下,CH4的密度为0.714 g·L-1(保留三位有效数字),家用天然气会添加微量的有特殊臭味的泄漏警告剂四氢噻吩(C4H8S),添加量是33 mg·m-3。若某食堂每月使用的天然气约为4 000 m3,则每月消耗的四氢噻吩的物质的量约为1.5 mol。
(2)可燃冰是天然气的水合物,其组成是平均每46个水分子构成8个笼,每个笼可容纳1个CH4分子或1个H2O分子,每8个笼中有6个笼容纳CH4分子,2个笼容纳H2O分子,则“可燃冰”(天然气水合物)的平均组成可表示为CH4·8H2O,其摩尔质量为160 g·mol-1,相同条件下,“可燃冰”的密度比冰的小(填“大”或“小”)。
(3)我国科学家实现了CO2高选择性、高稳定性加氢合成甲醇(CH3OH)。甲醇在点燃的条件下,完全燃烧生成CO2和H2O,则16 g CH3OH完全燃烧需要消耗O2的体积约为16.8 L(标准状况)。
解析:(1)标准状况下,CH4的密度为≈0.714 g·L-1;四氢噻吩的质量:33 mg·m-3×4 000 m3=132 000 mg=132 g,四氢噻吩(C4H8S)的摩尔质量为88 g·mol-1,物质的量为=1.5 mol。(2)可燃冰的平均组成为CH4·8H2O,其摩尔质量为16 g·mol-1+8×18 g·mol-1=160 g·mol-1。相同物质的量的可燃冰和冰(H2O),可燃冰的质量更大,但可燃冰的结构是笼状的,分子间空隙比冰大得多,导致其体积也大得多,体积增大的程度超过了质量增大的程度,根据ρ=,可燃冰的密度比冰小。(3)CH3OH在点燃的条件下,完全燃烧生成CO2和H2O,结合原子守恒,反应的化学方程式:2CH3OH+3O22CO2+4H2O,16 g CH3OH完全燃烧需要消耗O2的质量为24 g,24 g O2的物质的量为=0.75 mol,体积为0.75 mol×22.4 L·mol-1=16.8 L。
14.(9分)某同学设计了测定某条件下气体摩尔体积的探究实验,利用KClO3分解制O2,实验装置如图。
实验步骤如下:
①连接好实验装置;②检查装置的气密性;③把适量的KClO3粉末和少量MnO2粉末混合均匀,放入干燥的试管中,准确称量试管和试剂的总质量为15.95 g;④加热,开始反应,直到不再有气体产生为止;⑤准确读取量气管读数,测得氧气的体积为278.8 mL;⑥准确称量试管和残留物的质量为15.55 g。
回答下列问题。
(1)实验过程中产生氧气的物质的量是0.012 5 mol;在该实验条件下,气体摩尔体积是22.30 L·mol-1(保留小数点后两位)。
(2)下列说法不正确的是BD(填字母)。
A.气体摩尔体积与气体的温度相关
B.在该实验条件下,3 mol O2的气体摩尔体积为67.14 L·mol-1
C.同温同压下,2 mol O2与2 mol CO和CO2的混合气体的体积相同
D.该实验条件下,O2的密度为1.429 g·L-1
解析:(1)生成的氧气的质量为15.95 g-15.55 g=0.4 g,氧气的物质的量为=0.012 5 mol,Vm=≈22.30 L·mol-1。(2)在其他条件不变的情况下,气体温度越高,其体积越大,气体摩尔体积越大,因此气体摩尔体积与气体的温度相关,A正确;该条件下气体摩尔体积为22.30 L·mol-1,B错误;同温同压下,物质的量相同的气体体积相等,所以2 mol O2与2 mol CO和CO2的混合气体的体积相同,C正确;该实验条件下,1 mol O2的体积为22.30 L,质量为32 g,则密度为≈1.435 g·L-1,D错误。(共64张PPT)
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
目
录
知识点二　阿伏加德罗定律及其推论
课时作业
知识点一　气体摩尔体积
即时演练
1.宏观辨识与微观探析: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。2.证据推理与模型认知: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。
核心素养发展目标
一
知识点一　气体摩尔体积
1.决定物质体积大小的因素
(1)数据分析
在一定条件下,1 mol不同物质的体积如下表所示。
气体 0 ℃、 101 kPa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
结论:①同温同压下,1 mol任何气体的体积________,在标准状况下约为____________。
②同温同压下,1 mol不同的固态物质或液态物质的体积________________ ____。
近似相等
22.4 L
不相同(或差别
较大)
(2)物质体积大小的决定因素
大小
数目
距离
相等
2.气体摩尔体积
(1)气体摩尔体积
单位物质的量的气体
温度
压强
(2)标准状况下的气体摩尔体积
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)一定温度和压强下,任何物质体积都是由其粒子大小和数目决定的。(　 　)
(2)气体粒子间距主要是由温度和压强决定的。 (　 　)
(3)标准状况下,2 mol CO2的气体摩尔体积为44.8 L·mol-1。(　 　)
(4)在常温常压下,11.2 L Cl2含有的分子数为0.5NA。(　 　)
(5)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。(　 　)
基础诊断
×
√
×
×
×
气体摩尔体积适用范围
(1)n=,只适用于气态物质(单一或者混合气体),对于固态物质和液态物质均不适用。如:水、酒精、碳、三氧化硫等在标准状况下不是气体,不能用气体摩尔体积计算。
(2)标准状况下的气体摩尔体积Vm=22.4 L·mol-1,Vm与温度、压强有关,但质量、物质的量不受温度、压强的影响。
归纳提升
D
1.气体体积的大小跟下列因素几乎无关的是(　 　)
A.粒子个数 B.温度
C.压强 D.粒子大小
解析:温度、压强一定时,气体粒子个数越多,体积越大,A不符合题意;气体粒子数目、压强一定时,气体所处的温度越高,体积越大,B不符合题意;气体粒子数目、温度一定时,气体所处的压强越大,气体体积越小,C不符合题意;气体粒子大小与粒子之间距离相比可以忽略,所以气体体积与粒子的大小几乎无关,D符合题意。
2.下列关于气体摩尔体积的说法中,错误的是 (　 　)
A.当温度、压强一定时,粒子数相同的任何气体都具有大致相同的体积
B.单位物质的量气体所占的体积统称为气体摩尔体积
C.在标准状况下,气体摩尔体积都约为22.4 L/mol
D.在标准状况下,1 mol水的体积约为22.4 L
解析:水在标准状况下为液体,无法运用V=nVm计算,D错误。
D
3.设NA为阿伏加德罗常数的值,a g某气体G的分子数为b,则c g该气体在标准状况下的体积为(　 　)
A. L
C. L
解析:a g气体分子数为b,对应物质的量为 mol,摩尔质量M= g·mol-1。c g气体的物质的量:n=mol。标准状况下体积:V=n×22.4 L·mol-1= L,故选A。
A
气体摩尔体积的相关计算
方法规律
(1)气体的物质的量:n=。
(2)气体的摩尔质量:M=Vm·ρ=22.4 L·mol-1×ρ(ρ为标准状况下气体的密度,单位:g·L-1)。
(3)气体的分子数:N=n·NA=NA。
(4)气体的质量:m=n·M=M=ρV。
二
知识点二　阿伏加德罗定律及其推论
1.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粒子。
(2)适用范围:阿伏加德罗定律及其推论适用于气体,可以是单一气体,也可以是混合气体,对固体和液体不适用。
(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”。
2.阿伏加德罗定律的推论
相同 条件 结论
语言叙述 公式
同温 同压 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 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 气体密度之比等于摩尔质量之比
阿伏加德罗定律的推论可根据公式pV=nRT(理想气体状态方程)进行推导,其中:p为压强(单位:Pa),V为体积(单位:L),n为物质的量(单位:mol),R为常数,T为绝对温度(单位:K)。
教材拓展
基础诊断
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(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所含的原子数一定相同。(　 　)
(3)同温同压下,相同体积的氧气和氨气,前者质量小于后者。(　 　)
(4)同温同体积下,1 mol氢气与1 mol氧气的压强相同。(　 　)
(5)同温同压下,CO与CO2的密度之比为11︰7。(　 　)
×
×
×
√
×
B
1.现有同温同压下的1 mol H2和1 mol O2,下列关于二者的说法正确的是(　 　)
A.质量相同,体积不同
B.分子数相同,质量不同
C.体积相同,分子数不同
D.体积相同,原子数不同
解析:在同温同压下,1 mol H2和1 mol O2的分子数相同,原子数相同,体积也相同,但质量一定不同。
2.NO和NO2是两种常见的氮氧化物(假定下列条件下二者均为气体),下列说法正确的是 ( 　 　)
A.同温度、同体积的NO和NO2的质量比为15︰23
B.同温度、同压强的NO和NO2的物质的量比为1︰1
C.同体积、同密度的NO和NO2的物质的量比为23︰15
D.同温度、同物质的量的NO和NO2的体积比为1︰1
C
解析:未明确压强是否相同,无法直接通过体积和温度确定质量比,A项错误;未明确体积是否相同,同温同压下物质的量与体积成正比,无法确定二者物质的量比为1︰1,B项错误;同体积同密度时,质量相等,物质的量比为摩尔质量的反比,即46︰30=23︰15,C项正确;未明确压强是否相同,无法确定气体体积比,D项错误。
3.三种气体X、Y、Z的相对分子质量关系为Mr(X)A.相同质量的三种气体,物质的量最大的是Y
B.同温同压强下,气体密度最大的是X
C.一定条件下,若三种气体体积均为2.24 L,则它们的物质的量一定均为0.1 mol
D.同温下,体积相同的两容器分别充入2 g Y气体和1 g Z气体,则其压强比为4︰1
D
解析:由题意可知,Mr(X)最小,故相同质量时,X的物质的量最大,A错误;Mr(Z)最大,根据“同温同压下,气体的密度之比等于其摩尔质量之比”,故气体密度最大的是Z,B错误;三种气体不一定处于标准状况下,Vm不一定为22.4 L·mol-1,故它们的物质的量不一定均为0.1 mol,C错误;由于Mr(Y)=0.5Mr(Z),则2 g Y和1 g Z的物质的量之比为4︰1,根据“同温同容时,气体的压强之比等于其物质的量之比”,则Y、Z的压强比为4︰1,D正确。
三
即时演练
A
1.下列有关气体摩尔体积的描述正确的是(　 　)
A.标准状况,即为0 ℃、101 kPa
B.气体摩尔体积一定是22.4 L·mol-1
C.1 mol气体体积为22.4 L,则一定是标准状况
D.相同物质的量的气体,气体摩尔体积也相同
解析:气体体积受温度、压强的影响,随着条件的变化,气体摩尔体积也会变化,不一定是22.4 L·mol-1,B错误;非标准状况下通过调节温度和压强也可以使1 mol气体体积达到22.4 L,C错误;气体摩尔体积与物质的量无关,与温度、压强有关,当条件不同时,气体摩尔体积不一定相同,D错误。
D
2.下列物质所含分子数最多的是 (　 　)
A.标准状况下,11.2 L Cl2
B.6.02×1023个N2
C.0.2 mol CO
D.34 g NH3
解析:A项,标准状况下,11.2 L Cl2所含分子数为×6.02×1023
mol-1=3.01×1023;B项, 6.02×1023个N2分子;C项,0.2 mol CO所含分子数为0.2 mol×6.02×1023 mol-1=1.204×1023;D项,34 g NH3所含分子数为×6.02×1023 mol-1=1.204×1024。综合可知,所含分子数最多的是D项。
C
3.常温常压下,分别向四个气球(忽略气球的弹性形变)中充入相同质量的H2、CH4、CO、O2四种气体。下列说法正确的是 (　 　)
A.充入CH4和O2的两个气球体积比为1︰2
B.充入H2和CH4的两个气球中H原子个数比为1︰2
C.充入CO和O2的两个气球中密度为7︰8
D.将CO换为等质量的N2,气球体积变大
解析:根据pV=nRT,常温常压下,体积之比等于物质的量之比,充入CH4和O2的体积比应为,A错误;设充入H2和CH4的质量为m g,H2中H原子物质的量为2×=m mol,CH4中H原子物质的量为4× mol,个数之比等于物质的量之比,为4︰1,B错误;pV=nRT,p=,ρ=,常温常压下,,C正确;CO和N2的摩尔质量均为28 g·mol-1,相同质量下物质的量相同,常温、常压下,体积相同,气球体积不会变大,D错误。
4.现有CO和CO2混合气体18 g,将该混合气体通过灼热氧化铜,完全反应测得最终CO2的体积为11.2 L(标准状况)。
(1)该混合气体中CO的质量为__ g。
解析:设混合气体中CO和CO2的物质的量分别为n(CO)、n(CO2),根据题意可得①28 g·mol-1 ×n(CO)+44 g·mol-1×n(CO2)=18 g,②n(CO)+n(CO2)==0.5 mol,联立①②解得n(CO)=0.25 mol,n(CO2)=0.25 mol。n(CO)=0.25 mol,则有m(CO)=0.25 mol×28 g·mol-1=7 g。
7
(2)该混合气体中CO2的体积(标准状况)为______ L。
解析:n(CO2)=0.25 mol,则CO2在标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L。
(3)该混合气体的平均摩尔质量为____ g·mol-1,在标准状况下的密度约为________ g·L-1(保留两位小数)。
解析:混合气体的质量为18 g,总物质的量为0.5 mol,则混合气体的平均摩尔质量为=36 g·mol-1;在标准状况下的密度为≈1.61 g·L-1。
5.6
36
1.61
四
课时作业13
D
(选择题1~12题,每题3分,第13题15分,第14题9分)
1.下列说法正确的是 (　 　)
A.1 mol固体或液体的体积主要由粒子间距离决定
B.1 mol气体的体积主要由粒子的大小决定
C.O2的气体摩尔体积约为22.4 L·mol-1
D.就粒子间的距离而言,气体比固体或液体更易受温度、压强的影响
解析:固体或液体粒子间距离小,故1 mol固体或液体的体积主要由粒子大小决定,A错误;气体粒子间距离大,故1 mol气体的体积主要由粒子间的距离决定,B错误;未指明气体是处于标准状况下,不能确定气体摩尔体积为22.4 L·mol-1,C错误;气体粒子间距离大,固体或液体粒子间距离小,故气体粒子间的距离比固体或液体更易受温度、压强的影响,D正确。
A
2.下列有关气体体积的叙述正确的是 (　 　)
A.标准状况下,1 mol气体的体积都约为22.4 L
B.1 mol任何物质所占的体积在标准状况下都约为22.4 L
C.一定温度和压强下,各种气态物质体积的大小由粒子本身大小决定
D.不同的气体,若体积不同,则它们所含的粒子数一定不同
解析:标准状况下气体摩尔体积是22.4 L· mol-1,因此标准状况下,1 mol气体的体积都约为22.4 L,A正确;1 mol任何气体所占的体积在标准状况下都约为22.4 L,B错误;一定温度和压强下,各种气态物质体积的大小由粒子数决定,C错误;相同温度和压强条件下不同的气体,若体积不同,则它们所含的粒子数一定不同,D错误。
3.下列关于气体摩尔体积的说法正确的是 (　 　)
A.标准状况下,1 mol SO3的体积是22.4 L
B.22 g CO2的物质的量是0.5 mol,其体积为11.2 L
C.只有标准状况下的气体摩尔体积是22.4 L·mol-1,其他条件下一定不是该值
D.常温常压下,等体积的O2和O3含有的原子数之比为2︰3
解析:标准状况下,SO3是非气态,1 mol SO3的体积不是22.4 L,A错误;没有指明气体所处的温度与压强,不能确定CO2的体积,B错误;在其他条件下,气体摩尔体积也可能是22.4 L·mol-1,C错误。
D
D
4.常温常压下,取四支完全一样的针筒,分别充入等质量的CH4、O2、CO2、SO2四种气体,其中充装CH4的是 (　 　)
解析:依据m=n·M可知,相同质量的气体,物质的量与摩尔质量成反比,CH4、O2、CO2、SO2四种气体中,CH4的摩尔质量最小,物质的量最大,依据同温同压条件下,气体的体积之比等于物质的量之比,可知CH4体积最大,故选D。
C
5.实验得出,无水氯化铝在常压条件下不同温度时的密度见下表:
可见,400 ℃时无水氯化铝存在形式的化学式为 (　 　)
A.AlCl3 B.Al2Cl6
C.AlCl3和Al2Cl6 D.Al3Cl9和Al2Cl6
T/℃ 200 400 600 800
ρ/(g·L-1) 6.881 4.236 2.650 1.517
气体摩尔体积/ (L·mol-1) 38.8 55.2 71.6 88.0
解析:根据公式:气体的摩尔质量=气体摩尔体积×密度,可以求出400 ℃时无水氯化铝的摩尔质量为55.2 L·mol-1×4.236 g·L-1≈233.8 g·mol-1;设无水氯化铝的化学式为(AlCl3)n,则n=≈1.75,介于1、2之间,所以该物质的分子式为AlCl3和Al2Cl6,故选C。
D
6.在下列条件下,两种气体的分子数一定不相等的是(　 　)
A.质量相等、密度不等的N2和C2H4
B.等体积、等密度的C2H4和CO
C.等温、等压、等体积的O2和N2
D.常温常压下,等质量的NO和CO
解析:两种气体的质量和摩尔质量都相等,则物质的量相等,分子数相等,A不符合题意;两种气体的体积、密度相等,即质量相等,摩尔质量又相等,则物质的量相等,分子数相等,B不符合题意;等温、等压、等体积的两种气体,物质的量相等,分子数相等,C不符合题意;两种气体的质量相等,摩尔质量不相等,则物质的量不相等,所含的分子数不相等,D符合题意。
7.在同温同压下,相同体积的甲、乙两种气体的质量比是17︰14。若乙气体是CO,则甲气体可能是 (　 　)
A.H2S　　 B.HCl
C.NH3　　 D.Cl2
解析:根据阿伏加德罗定律的推论,同温同压下等体积气体的物质的量相等,质量比等于摩尔质量之比。已知乙为CO(摩尔质量为28 g/mol),甲与乙的质量比为17︰14,则甲的摩尔质量为28 g/mol×=34 g/mol。选项中只有H2S的摩尔质量为34 g/mol,故选A。
A
8.同温同压下,对于相同体积密闭容器中的四种气体:①Cl2、②CO2、③NH3、④CH4,下列说法错误的是 (　 　)
A.气体的质量:①>②>③>④
B.气体的密度:④>③>②>①
C.气体的压强:①=②=③=④
D.所含原子数:④>③>②>①
B
解析:同温同压下,相同体积的四种气体的物质的量相同。物质的量相同时,气体的质量之比等于其摩尔质量之比,选项A正确;体积相同时,气体的密度之比等于其质量(摩尔质量)之比,选项B错误;同温同压条件下,各气体的压强相同,选项C正确;气体的物质的量相同时,1个气体分子中所含原子越多,原子总数越多,选项D正确。
9.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　 　)
A.常温常压下,28 g N2和CO的混合气体中含有原子的数目为2NA
B.标准状况下,11.2 L NH3与11.2 L HF均含有5NA个质子
C.标准状况下,4.48 L的H2O中含有分子的数目为0.2NA
D.0.1 mol Fe与0.1 mol Cl2反应,转移电子的数目为0.3NA
A
解析:28 g N2和CO的混合气体总物质的量为1 mol(两者摩尔质量均为28 g/mol),每个分子均含2个原子,故原子总数为2NA,A正确;HF在标准状况下为液体,不能使用气体摩尔体积计算,因此质子数不相等,B错误;标准状况下H2O为液态,不能用气体摩尔体积计算,其分子数不为0.2NA,C错误;反应2Fe+3Cl2 2FeCl3中,0.1 mol Cl2完全反应转移0.2 mol电子,而0.1 mol Fe完全反应需0.15 mol Cl2,故实际转移电子数目为0.2NA,D错误。
10.设NA代表阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　 　)
A.在25 ℃和101 kPa下,11.2 L氩气中所含氩原子的数目为0.5NA
B.22.4 L Cl2含有的原子数为2NA
C.标准状况下,11.2 L CO2含有NA个O原子
D.标准状况下,等物质的量的HCl与CO2所占的体积均为22.4 L
C
解析:25 ℃、101 kPa不是标准状况,气体摩尔体积不等于22.4 L/mol,不能用22.4 L/mol计算11.2 L氩气的物质的量,不能确定原子数,A错误;未指明标准状况,无法用22.4 L/mol计算物质的量,不能确定原子数,B错误;未说明HCl与CO2的物质的量为1 mol,无法确定二者体积均为22.4 L,D错误。
11.同温同压下,a g气体甲和b g气体乙的分子数相同,下列叙述错误的是(　 　)
A.甲和乙的摩尔质量之比为a︰b
B.甲和乙的密度之比为a︰b
C.同温同压同体积的甲和乙的质量之比为a︰b
D.同质量的甲和乙的分子数之比为a︰b
D
解析:同温同压下,a g气体甲和b g气体乙的分子数相同,即二者的物质的量相等,则有M(甲)︰M(乙)=a︰b,A正确;依据阿伏加德罗定律的推论,同温同压下,气体的密度之比等于摩尔质量之比,则甲和乙的密度之比为a︰b,B正确;同温同压下,同体积的甲和乙的物质的量相等,则质量之比等于摩尔质量之比,为a︰b,C正确;同温同压下,同质量的甲和乙的分子数之比等于物质的量之比,等于摩尔质量的反比,则分子数之比为b︰a,D错误。
12.常温下,将N2和H2、Cl2的混合气体充入透明的恒容密闭容器中,中间用可自由移动的挡板隔开,如图所示。下列说法错误的是(　 　)
A.挡板恰好位于容器的正中间
B.挡板左右两侧的气体压强相同
C.该条件下,右侧气体的密度大于左侧气体的密度
D.将容器内气体引燃后恢复至室温,挡板右移
D
解析:由于挡板可自由移动,故两侧压强相等,根据阿伏加德罗定律的推论,在同温同压下,气体体积之比等于物质的量之比,故挡板位于正中间,
A、B正确;由于挡板两侧的体积相等,左侧为0.1 mol N2,其质量为2.8 g,右侧为0.05 mol H2和0.05 mol Cl2,其质量总和为0.05 mol×2 g/mol+0.05 mol
×71 g/mol=3.65 g,则该条件下,右侧气体的密度大于左侧气体的密度,C正确;将容器内气体引燃后恢复至室温,H2+Cl2 2HCl,右侧为0.05 mol H2和0.05 mol Cl2反应生成的0.1 mol HCl,左侧为0.1 mol N2,两侧的气体的物质的量相等,挡板不移动,D错误。
13.(15分)我国政府承诺2030年前实现“碳达峰”,碳及其化合物在“碳达峰”和天然气领域扮演重要角色。
(1)天然气的主要成分是CH4,标准状况下,CH4的密度为__________ g·L-1 (保留三位有效数字),家用天然气会添加微量的有特殊臭味的泄漏警告剂四氢噻吩(C4H8S),添加量是33 mg·m-3。若某食堂每月使用的天然气约为4 000 m3,则每月消耗的四氢噻吩的物质的量约为______ mol。
解析:标准状况下,CH4的密度为≈0.714 g·L-1;四氢噻吩的质量:33 mg·m-3×4 000 m3=132 000 mg=132 g,四氢噻吩(C4H8S)的摩尔质量为88 g·mol-1,物质的量为=1.5 mol。
0.714
1.5
(2)可燃冰是天然气的水合物,其组成是平均每46个水分子构成8个笼,每个笼可容纳1个CH4分子或1个H2O分子,每8个笼中有6个笼容纳CH4分子,2个笼容纳H2O分子,则“可燃冰”(天然气水合物)的平均组成可表示为CH4·8H2O,其摩尔质量为________________,相同条件下,“可燃冰”的密度比冰的__(填“大”或“小”)。
解析:可燃冰的平均组成为CH4·8H2O,其摩尔质量为16 g·mol-1+8×18 g·mol-1=160 g·mol-1。相同物质的量的可燃冰和冰(H2O),可燃冰的质量更大,但可燃冰的结构是笼状的,分子间空隙比冰大得多,导致其体积也大得多,体积增大的程度超过了质量增大的程度,根据ρ=,可燃冰的密度比冰小。
160 g·mol-1
小
(3)我国科学家实现了CO2高选择性、高稳定性加氢合成甲醇(CH3OH)。甲醇在点燃的条件下,完全燃烧生成CO2和H2O,则16 g CH3OH完全燃烧需要消耗O2的体积约为________ L(标准状况)。
解析:CH3OH在点燃的条件下,完全燃烧生成CO2和H2O,结合原子守恒,反应的化学方程式:2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,16 g CH3OH完全燃烧需要消耗O2的质量为24 g,24 g O2的物质的量为=0.75 mol,体积为0.75 mol×22.4 L·mol-1=16.8 L。
16.8
14.(9分)某同学设计了测定某条件下气体摩尔体积的探究实验,利用KClO3分解制O2,实验装置如图。
实验步骤如下:
①连接好实验装置;②检查装置的气密性;③把适量的KClO3粉末和少量MnO2粉末混合均匀,放入干燥的试管中,准确称量试管和试剂的总质量为15.95 g;④加热,开始反应,直到不再有气体产生为止;⑤准确读取量气管读数,测得氧气的体积为278.8 mL;⑥准确称量试管和残留物的质量为15.55 g。
回答下列问题。
(1)实验过程中产生氧气的物质的量是____________;在该实验条件下,气体摩尔体积是___________________(保留小数点后两位)。
解析:生成的氧气的质量为15.95 g15.55 g=0.4 g,氧气的物质的量为=0.012 5 mol,Vm=≈22.30 L·mol-1。
0.012 5 mol
22.30 L·mol-1
(2)下列说法不正确的是____(填字母)。
A.气体摩尔体积与气体的温度相关
B.在该实验条件下,3 mol O2的气体摩尔体积为67.14 L·mol-1
C.同温同压下,2 mol O2与2 mol CO和CO2的混合气体的体积相同
D.该实验条件下,O2的密度为1.429 g·L-1
BD
解析:在其他条件不变的情况下,气体温度越高,其体积越大,气体摩尔体积越大,因此气体摩尔体积与气体的温度相关,A正确;该条件下气体摩尔体积为22.30 L·mol-1,B错误;同温同压下,物质的量相同的气体体积相等,所以2 mol O2与2 mol CO和CO2的混合气体的体积相同,C正确;该实验条件下,1 mol O2的体积为22.30 L,质量为32 g,则密度为≈1.435 g·L-1,D错误。
Thank you
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