091012化学计量在实验中的应用.doc

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1-2-化学计量在实验中的应用

一、物质的量单位——摩尔

【知识精析】

一、物质的量（n）

物质的量是一个表示含有一定数目粒子集体的物理量，是国际单位制（SI）中7个基本物理量之一，和“质量”、“长度”、“时间”、“电流强度”、“热力学温度”、“发光强度”一样，是一个专用名词。

注意：

1、不能将物质的量按字面理解成物质的质量或物质的数量，四个字是一个整体，不能任意删减或添加字，如“物质量”就是错误叙述，也不能用其他的词代替，如“摩尔数”也是错误表述；

2、“粒子集体”的粒子指原子、分子、离子、电子、质子和中子等微观粒子或某些结构微粒的特定组合，不指宏观物质。

二、摩尔（mo1）

1、摩尔是物质的量的单位，简称摩，符号为mol。

就像“千克（kg）”、“米（m）”、“秒（s）”、“安[培]（A）”、“开[尔文]（K）”、“坎[德拉]（cd）”（各单位名称、符号与上述物理量分别对应）一样，是7个国际基本单位之一，是人为规定的。

1mol物质含有阿伏加德罗常数个粒子。

2、摩尔的度量对象是构成物质的基本粒子，这里的“粒子”是指构成物质的“基本单元”，这个基本单元可以是分子、原子、离子、质子、中子、电子等单一结构的微观粒子，如可以说1molCaCl2中含有1molCa2+、2molCl—或含有54mole—等；也可以是某些粒子的特定组合，如由Na+与Cl—按1∶1特定组合构成的NaCl晶体可表示为1molNaCl。

摩尔只适用于微观概念，不能度量宏观物质。

3、由于构成物质的粒子种类很多，使用摩尔表示物质的量时，必须指明粒子的名称或符号或化学式。

如lmolH、1molH2、1molH+，但说“1mol氢”就不对了，因为没指明具体是什么粒子，含义不明确。

三、阿伏加德罗常数（NA）

1、1mol任何粒子的粒子数叫做阿伏加德罗常数。

这一单位是以0.012Kg12C所含碳原子数为基本计量标准来计量的。

阿伏加德罗常数的符号为NA，单位是mol—1。

它的实验值随测定方法的不同而不完全相同，通常使用NA≈6.02×1023mol—1这个近似值。

2、6.02×1023mol—1是阿伏加德罗常数较为精确的近似值，与阿伏加德罗常数之间不能划等号，就像3.14与π的关系。

运用这一知识时只能说含有阿伏加德罗常数个粒子的物质的量为lmol。

如果某粒子集体含有6.02×1023个该粒子，我们通常认为其物质的量就是1mol。

3、根据概念，6.02×1023mol—1。

这个量的来历为：

。

其中，1.993×10—26为一个12C原子的质量。

4、n=N/NA（式中，N表示粒子数目），通过这个式子可以：

物质的量等于粒子数目与阿伏加德罗常数之比。

四、摩尔质量（M）

单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量，即M=m/n。

摩尔质量的符号为M，常用的单位为g/mol或kg/mol。

1、摩尔质量在数值上等于其相对分子质量或相对原子质量（以克为单位时）。

如：

（1）1mol原子、lmol简单离子的质量在数值上等于其相对原子质量。

如Fe的摩尔质量为56g/mol，Fe2+和Fe3+的摩尔质量也是56g/mol（电子的质量忽略不计）。

（2）多原子单质或化合物的摩尔质量在数值上等于其相对分子质量。

（3）原子团、有机物基团的摩尔质量在数值上等于其相对分子质量。

如NH4+、H2PO4—、OH—的摩尔质量分别为18g/mol、97g/mol和17g/mol。

2、1mol物质的质量与摩尔质量既有区别又有联系。

因为两者在数值上相等，都等于物质的相对分子质量，而单位不一样。

如NaCl的摩尔质量为58.5g/mol，1molNaCl的质量为58.5g。

3、混合物只要组成一定，那么1mol混合物的质量，就是该混合物的平均摩尔质量，在数值上等于该混合物的平均相对分子质量。

五、物质的量在化学计算中的典型应用

1、化学方程式中，反应前后各物质的粒子个数之比等于粒子的物质的量之比、等于化学方程式中的化学计量数之比。

2、在根据化学方程式列比例计算时，同一物质的单位必须相同，不同物质的单位可以不同，但要保持“上下相同，左右相当”的原则。

六、阿伏加德罗常数的测定方法（摩尔体积法）*

1、实验原理：

。

其中，Vm为摩尔体积，V为粒子体积。

M为NaCl晶体的摩尔质量（g/mol），a为NaCl晶体中Na+和Cl—离子间的距离，ρ（g/cm3）为NaCl晶体的密度。

2、实验方法：

离子晶体中的阴、阳离子是有规律排列的，X射线衍射测得氯化钠的晶体中靠得最近的Na+和Cl—间的距离a=2.8×10—10m，借助这一数据，测得氯化钠晶体的密度ρ。

3、操作步骤：

（1）用天平精确称量一定质量（m）的氯化钠固体，并装入一定容积的容量瓶中；

（2）向酸式滴定管中加入有机溶剂苯，调整液面到一定刻度；

（3）向容量瓶中加入有机溶剂苯，并适当摇动容量瓶，直到凹液面与刻度线相切；

（4）读取并记录所滴加苯的体积。

4、数据处理：

（1）容量瓶的容积减去所加苯的体积即为mgNaCl晶体的体积，从而计算出NaCl晶体的密度ρ；

（2）阿伏加德罗常数的值等于1molNaCl晶体中所含NaCl单元的数目。

在NaCl晶体结构中，最小的立方体相当于1/2个NaCl单元，体积为a3m3。

又因为lmolNaCl晶体的体积为，所以，阿伏加德罗常数。

二、气体摩尔体积

【知识精析】

一、气体摩尔体积（Vm）

1、单位物质的量气体所占的体积叫做气体摩尔体积，气体摩尔体积的符号为Vm，即Vm=V/n，气体摩尔体积的常用单位有L/mol和m3/mol。

2、理解和使用气体摩尔体积时要注意：

（1）对象是气体（包括混合气体）；

（2）衡量标准是单位物质的量；

（3）推论：

在标准状况下，lmol任何气体所占的体积都约是22.4L，因此，标准状况下的气体摩尔体积约为22.4L/mol，是特定条件下的气体摩尔体积。

其他条件下也可能出现气体摩尔体积约为22.4L/mol的情况；

（4）标准状况下，还有下述等式：

Vm（L/mol）=M（g/mol）/ρ（g/L）。

二、决定物质体积大小的因素

物质的体积大小决定于以下三个因素：

粒子的数目、大小以及粒子间的距离。

1、对于固体和液体来说，构成物质的粒子本身的大小比粒子间的距离大得多，所以固体和液体的体积主要取决于粒子的数目和粒子本身的大小；又由于不同的固、液体中，构成物质的粒子本身的大小有较大的差异，所以即使构成物质的粒子数相同，体积相差也较大。

2、对于气体来说，由于气体的体积受外界条件（如温度、压强）的影响较大（气体体积主要由分子间距离决定），所以在讨论气体体积之前规定一个统一的标准，即要在一定的温度和压强下比较。

三、阿伏加德罗定律及推论

1、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分子，这就是阿伏加德罗定律。

注意：

①使用范围：

气体；②使用条件：

同温、同压、同体积；③特例：

气体摩尔体积。

2、推论：

使用理想气体状态方程式pV=nRT理解。

（）

四、有关气体反应的计算

在化学反应方程式中，对于气体物质，在同温同压下，其体积之比等于物质的量之比，等于化学方程式中化学计量数之比。

五、气体密度（ρ）和相对密度（D）的计算

1、标准状况：

2、气体的相对密度：

D=ρA/ρB=MA/MB

六、气体的相对分子质量（Mr）的计算方法

1、已知标准状况下气体密度ρ，

M=ρ×22.4L/mol，Mr=Mmol/g。

2、已知两种气体的相对密度D，

Mr（A）=D·Mr（B）。

3、混合气体的平均相对分子质量（Mr）：

Mr=∑m/∑n=（nlM1+n2M2+…）/（n1+n2+…）=MA·a％+MB·b％+…。

（a％、b％…为A、B…的体积分数）。

4、根据阿伏加德罗定律计算：

MA/MB=mA/mB（同T、p、V）。

三、物质的量在化学实验中的应用

【知识精析】

一、物质的量浓度

以单位体积的溶液中所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量，叫做溶质B的物质的量浓度。

物质的量浓度的符号为c（B），常用单位是mol/L或mol/m3。

计算公式为：

c（B）=n（B）/V。

其中n（B）为溶质的物质的量（mo1），V为溶液的体积（L）。

注意：

1、要用溶液的体积（单位是升），而不是溶剂的体积。

2、溶质一定要用“物质的量”来表示。

如给出的已知条件是溶质的质量或气体的体积（标准状况下）或粒子数，应根据有关公式换算为“物质的量”。

3、能发生化学变化的情况中，注意“溶质”是溶液中的溶质，可以是化合物，也可以是离子或其他特定组合。

如Na2O加入水中，溶液中的溶质为NaOH而不是Na2O。

4、带有结晶水的物质作为溶质时，其“物质的量”的计算，应该用带有结晶水物质的质量除以带有结晶水物质的摩尔质量即可。

5、同一溶液，无论取出多大体积，其各种浓度（物质的量浓度、溶质的质量分数、离子浓度）均不变。

6、物质的量浓度与溶质的质量分数之间的换算关系为：

c（mol/L）=1000ρ×w％/M，其中c为物质的量浓度，w％为溶质的质量分数，ρ为溶液的密度（单位为g/mL），M为溶质的摩尔质量。

饱和溶液中，溶质的质量分数与溶质的溶解度的换算关系为：

w（B）=[S/（100+S）]×100％。

二、关于溶液的稀释与混合计算

1、溶液的稀释计算：

总的计算宗旨是溶液在稀释前后，溶质物质的量守恒。

即clV1=c2V2，c1、V1是稀释前溶液的浓度和体积，c2、V2是稀释后溶液的浓度和体积，注意：

在没有说明情况下，V2≠V1+V水。

2、同种溶质不同浓度的两溶液混合计算：

计算的依据仍是混合前后溶质守恒，即clVl+c2V2=c3V3，cl、c2、V1、V2是混合前两溶液的浓度和体积，c3、V3是混合后溶液的浓度和体积。

，当浓度接近时，V3≈V1+V2。

三、关于气体溶于水所得溶液物质的量浓度的计算

1、一定体积气体溶于一定体积水所得溶液物质的量浓度。

首先求气体的物质的量n气=V/Vm，再求形成溶液的浓度c=n气/V液，其中V液不是水的体积，V液=

2、一定量气体溶于足量水中发生反应形成一定体积的溶液时，求溶液物质的量浓度。

首先求一定量气体溶于水形成的溶质物质的量，再计算形成溶液的体积，最后求出溶液的浓度。

四、一定物质的量浓度溶液的配制

1、主要仪器：

量筒、托盘天平（砝码）、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、容量瓶。

2、方法步骤：

计算（固体溶质的质量或液体溶质的体积）、称量（称固体溶质的质量或量液体溶质的体积）、溶解或稀释、移液（将溶解或稀释的溶液用玻璃棒小心地转入容量瓶中）、洗涤、振荡、定容、摇匀、装瓶（贴标签）。

3、注意事项：

（1）只能配制容量瓶上规定容积的溶液，即不能配制任意体积的一定量的物质的量浓度的溶液；

（2）不能用容量瓶溶解、稀释或久贮溶液，转入容量瓶中的溶液温度应在20℃左右；

（3）拿容量瓶时，手指应持在瓶颈刻度以上部分，以免手温的影响，使配制的溶液浓度偏低；

（4）如果加水定容时超过了刻度线，不能将超出的部分再吸走，必须重新配制，否则会使配制的溶液浓度偏低；

（5）如果不小心（摇匀时）洒出几滴，不能再补加水到刻度，必须重新配制，否则会使配制的溶液浓度偏低：

（6）溶质溶解再转移至容量瓶后，必须用少量蒸馏水洗涤烧杯内壁及玻棒2～3次，并将洗液一并转入容量瓶中，否则会造成所配溶液的浓度偏低；

（7）用胶头滴管定容到凹液面正好与刻度线相切时，盖上瓶塞后振荡，出现液面低于刻度线时不要再加水，否则会使所配溶液浓度偏低。

五、有关计算

1、溶液中粒子数目的计算：

当溶质是非电解质时，溶解过程中不电离，那么，相同物质的量浓度、相同体积的溶液中都含有相同的分子数。

当溶质是电解质时，强电解质完全电离，溶液中的离子数目不仅与溶液浓度、体积有关，还与其组成有关，如1mol/LK2SO4溶液中K+浓度为2mol/L，SO42—浓度为1mol/L。

弱电解质部分电离，除上述因素外，还与其电离程度有关。

2、根据化学方程式的计算：

依据是n=cV，再根据物质的量计算。

六、实验

1、配制溶液过程中的误差分析

主要是根据c=n/V=m/MV进行判断，举几例如下：

（1）若称量固体溶质时，操作无误，但所用砝码生锈，m偏大，结果偏高。

（2）若容量瓶中有少量蒸馏水或定容后反复摇匀发现液面低于刻度，则对结果无影响。

（3）俯视、仰视对结果的影响。

①仰视刻度线：

由于操作时以刻度线为基准加水，故加水量增多，导致溶液体积偏大，c偏小。

②俯视刻度线：

加水量减少，溶液体积变小，故c偏高。

（4）溶液注入容量瓶前未恢复至室温，溶质在烧杯内稀释或溶解时有热效应，热的溶液转入容量瓶会使溶液浓度偏高。

（5）溶液转移至容量瓶后未洗涤烧杯和玻璃棒，使所配溶液中溶质的质量小于理论值，将会使所配液浓度偏小。

（6）定容时水多，将超过的部分再吸走。

因为多加入的是水，而吸出的是溶液。

所配溶液体积大于原定体积，溶液浓度偏低，必须重新配制。

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