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