版新教材高中化学第2章第3节第2课时气体摩尔体积教案新人教版必修第一册.docx

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第2课时　气体摩尔体积

学业要求

核心素养对接

1.了解气体摩尔体积的含义和应用。

2．能运用气体摩尔体积进行简单计算。

1.在微观与宏观转换中提升对气体摩尔体积概念的理解。

2．通过分析、推理认识气体摩尔体积的构成要素及其相互关系。

[知识梳理]

知识点一　决定物质体积大小的因素

气球在挤压下体积很容易变小，而铅球在挤压下体积很难发生变化，为什么会这样，带着这个问题完成下面知识点：

1．物质体积大小的影响因素

结论：

（1）在相同条件下粒子数相同的不同固态或液态物质的体积不相同；

（2）在同温同压条件下，粒子数相同的任何气体的体积都相同。

2．阿伏加德罗定律

同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子。

T、p相同：

＝

提醒：

由于气体体积受温度和压强的影响较大，温度和压强不同时，体积相同的两种气体的物质的量不一定相同，所含的分子数也不一定相同。

知识点二　气体摩尔体积

用打气筒给篮球打气时，气体源源不断的被打进去，而篮球的体积不发生变化，气体都去哪儿了？

气体的体积与什么因素有关？

只有气体才具有的性质

气体摩尔体积的数值不是固定不变的，它决定于气体所处环境的温度和压强。

微判断

（1）在相同条件下，1mol任何物质的体积均相同。

（　　）

（2）同温同压下，1mol气体的体积均为22.4L。

（　　）

（3）0.5molH2的体积约是11.2L。

（　　）

（4）标准状况下，1mol任何物质的体积都约为22.4L。

（　　）

（5）两种气体分子的分子数相同，体积也相同。

（　　）

（6）同温同压下，相同物质的量的气体的体积相同。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√

微训练

1．下列说法正确的是（　　）

A．1mol任何气体的气体摩尔体积都约为22.4L·mol－1

B．20℃、1.0×105Pa时，同体积的O2与CO2含有相同的分子数

C．当1mol气态物质的体积为22.4L时，该气体一定处于标准状况

D．2mol气体的体积约为44.8L

答案　B

2．下列说法中，正确的是（　　）

A．1molO2和1molN2所占的体积都约为22.4L

B．在标准状况下，H2的气体摩尔体积约为22.4L

C．在标准状况下，1molH2和1molH2O所占的体积都约为22.4L

D．在标准状况下，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

答案　D

微思考

1．如何利用理想气体状态方程pV＝nRT，推出阿伏加德罗定律及推论？

提示　由理想气体状态方程pV＝nRT

假设同一气体不同状态方程分别为p1V1＝n1RT1

p2V2＝n2RT2

两式做比

＝

①温度、压强相同时，

＝

②温度、体积相同时

＝

同理pV＝nRT⇒p

＝nRT⇒pM＝ρRT

当温度压强相同时，

＝

。

2．标准状况下，气体摩尔体积约为22.4L/mol，那么当气体摩尔体积为22.4L/mol时是否处于标准状况？

提示　不一定。

学习任务1　气体摩尔体积概念的理解

标准状况时的气体摩尔体积示意图如图。

同时还知道：

①在0℃和101kPa（标准状况）的条件下，气体摩尔体积约为22.4L·mol－1。

②在25℃和101kPa的条件下，气体摩尔体积约为24.5L·mol－1。

又查阅资料知道：

③在0℃和202kPa的条件下，气体摩尔体积约为11.2L·mol－1。

④在273℃和202kPa时，气体摩尔体积约为22.4L·mol－1。

1．由上述资料可知气体体积大小受哪些因素影响？

提示　气体的体积大小受温度和压强的影响。

2．标准状况下，如何由气体的体积求算气体的质量？

提示　设气体体积为V、摩尔质量为M

n＝

，m＝n·M＝

1．标准状况下的气体摩尔体积

（1）1个条件：

必须为标准状况。

非标准状况下，1mol气体的体积不一定是22.4L。

因此在使用气体摩尔体积时，一定要看清气体所处的状态

（2）1种状态：

必须为气体。

如水、酒精、CCl4等物质在标准状况下不是气体。

（3）2个数据：

“1mol”“约22.4L”。

2．气体摩尔体积的适用范围

气体摩尔体积的适用范围是气体，可以是单一气体，也可以是混合气体，如0.2molH2与0.8molO2的混合气体在标准状况下的体积约为22.4L。

3．气体摩尔体积的计算

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。

特别提醒：

（1）气体摩尔体积的描述对象是气态物质，可以是单一气体，也可以是混合气体。

（2）不同温度和压强下，气体摩尔体积不同，例如在25℃、101kPa时，Vm＝24.5L·mol－1。

因此，在讨论气体摩尔体积时，必须注明气体所处的温度和压强。

【例题1】　设NA表示阿伏加德罗常数的值。

下列说法正确的是　　　　注意标准状况与物质状态（　　）

A．0.5molO3与11.2LO2所含的分子数一定相等

B．常温常压下，18gH2O中含有的原子总数为3NA

C．标准状况下，22.4L的CCl4中含有的CCl4分子数为NA

D．常温常压下，22.4L的NO2和CO2混合气体含有2NA个氧原子

解析　因为不知道11.2LO2是否处于标准状况下，所以无法计算其物质的量，A选项错误；18g水为1mol，每个水分子中有3个原子，所以18g水所含的原子总数为3NA，B正确；标准状况下四氯化碳为液态，故无法计算其物质的量，C错误；D项中已知气体的体积求物质的量，必须知道气体摩尔体积，所以条件错误，D错误。

答案　B

变式训练1　下列说法正确的是（　　）

A．22.4L任何气体的物质的量均为1mol

B．0.2molH2和0.8molCO2组成的混合物气体在标准状况下的体积约为22.4L温度、压强很重要

C．标准状况下，1mol任何物质的体积必定是22.4L

D．22.4LCO2和18gH2O所含的分子数相等

解析　没有指明标准状况，A项错误；气体摩尔体积适用于单一气体，也可以是混合气体，只要符合物质的量为1mol，且为标准状况下，体积都约为22.4L，B项正确；标准状况下，1mol任何气体的体积都约为22.4L，C项错误；18gH2O是1molH2O，但22.4LCO2不一定是1mol，因为其所处条件不确定，D项错误。

答案　B

学习任务2　阿伏加德罗定律及其推论

1．相同体积的两个容器，一个盛放氧气，一个盛放氢气，在同温、同压下，两容器中气体分子的数目有何关系？

提示　同温同压下，同体积的不同气体具有相同的分子数。

2．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、乙两容器中压强之比是多少？

提示　同温同体积时，气体的压强与其物质的量成正比，故甲、乙两容器中压强之比是1∶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

同温同物

质的量

＝

同温同物质的量下，压强比等于体积的反比

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

【例题2】　在容积相同的两个密闭容器中分别充满气体O2、O3，当这两个容器内温度和压强相等时，下列说法正确的是　　T、p相同（　　）

A．两种气体的物质的量不相等

B．两种气体的质量相等

C．两种气体所含的原子数目相等

D．两种气体所含的分子数目相等

解析　等温等压等体积的气体具有相等的物质的量和分子数，A错误，D正确；因其摩尔质量不相等，故其质量不相等，B错误；因分子的组成不相同，在分子数相同的前提下，其原子数是不相同的，C错误。

答案　D

变式训练2　下列叙述正确的是（　　）

A．同温同压下，相同体积的物质，其物质的量必然相等

B．任何条件下，等物质的量的乙烯（C2H4）和一氧化碳所含的分子数必然相等　注意条件

C．1L一氧化碳气体一定比1L氧气的质量小

D．同温同压下，等体积的物质所含的分子数一定相等

解析　只有气态物质才符合阿伏加德罗定律——在同温同压下，具有相同体积的气体的分子数相等；具有相同物质的量的两种由分子构成的物质具有相同的分子数；因温度、压强不能确定，故1LCO和1LO2的物质的量大小也不能确定，即二者的质量大小无法确定。

答案　B

学习任务3　（核心素养）气体摩尔体积的应用要点

一、知识要点

外部条件

①标准状况

②相同条件

物质状态

标准状况下，H2O、SO3、HF、CCl4等都为非气态

二、核心素养

（1）V→气体⇒提升学生的宏观辨识素养

（2）Vm→模型参数⇒培养学生的模型认识水平

【素养解题】

[典例示范]　下列说法中正确的是（　　）

A．标准状况下，1mol水的体积是22.4L

B．1mol任何气体体积均为22.4L

C．在标准状况下，0.3molN2和0.7molO2混合气体总体积约为22.4L

D．通常状况下，1molN2的体积约为22.4L

[气体摩尔体积问题解题思维模型]

明晰聚集状态

明确气体状态

易错防范、智能储备

A项，水在标准状况下为液体，B、C、D三项中的物质均为气态

B项未指明为标准状况；D项通常状况

（1）审题时注意是否注明标准状况

（2）常见易混物质，以下物质标准状况下不是气体：

H2O、SO3、Br2、HF、CCl4、乙醇

（3）气体可以为单一气体、混合气体（各成分间不能相互反应）

答案　C

三、对点训练

1．在两个容积相同的容器中，一个盛装氯化氢气体，另一个盛装氢气和氯气的混合气体。

在同温同压下，两容器内的气体一定具有相同的（　　）

A．原子数B．密度

C．质量D．相对分子质量

解析　同温同压下，相同体积的气体所含分子数相等，由于H2、Cl2、HCl都是双原子分子，故它们所含原子数也相等。

答案　A

2．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，22.4L的CCl4中含有的CCl4分子数为NA

B．标准状况下，22.4L空气含有NA个单质分子

C．常温常压下，2.24LCO和CO2混合气体中含有的碳原子数目为0.1NA

D．常温下，23gNO2含有NA个氧原子

解析　CCl4在标准状况下为液态，不能用气体摩尔体积进行计算，A错误；空气是由氧气、氮气和CO2等组成的混合物，B错误；C项为非标准状况下，不能使用标准状况下的气体摩尔体积，该体积的气体物质的量小于0.1mol，错误。

答案　D

3．阿伏加德罗定律之所以能够成立的本质原因是在一定温度和压强下（　　）

A．气体体积的大小只随分子数的多少变化

B．相同体积的气体含有相同的分子数

C．不同气体分子的大小几乎相等

D．不同气体分子间的平均距离几乎相等

解析　分子的直径相对于分子间的距离而言太小，所以气体的体积主要决定于分子间的距离。

答案　D

4．下列两种气体的分子数一定相等的是（　　）

A．质量相等、密度不等的N2和C2H4

B．等温等密度的CO和C2H4

C．等温等体积的O2和N2

D．等压等体积的N2和CO2

解析　N2和C2H4的摩尔质量相等，故质量相等，则物质的量相等。

答案　A

5．

（1）与17gNH3所含有分子数相同的氧气的体积（标准状况）是________L，氧原子数是________。

（2）某3.65g气体在标准状况下的体积是2.24L，则其摩尔质量是__________。

解析　

（1）17gNH3分子的物质的量是1mol，故氧气在标准状况下的体积是22.4L，氧原子数是l.204×1024。

（2）标准状况下2.24L气体的物质的量是0.1mol，故其摩尔质量是

＝36.5g·mol－1。

答案　

（1）22.4　1.204×1024　

（2）36.5g·mol－1

[合格练]

1．同温同压下，两种气体的体积如果不相同，请你推测其主要原因是（　　）

A．气体的分子大小不同

B．气体的物质的量不同

C．气体分子的化学性质不同

D．气体分子间的平均距离不同

解析　同温同压下，气体的体积取决于其物质的量，物质的量不同，则其体积不同。

答案　B

2．常温常压下，用等质量的CH4、CO2、O2、SO2四种气体分别吹出四个气球，其中气体为CH4的是（　　）

解析　将n＝

代入V＝Vm·n＝

，由此可知相同质量、相同温度和压强下，气体体积与摩尔质量成反比。

该四种气体中CH4摩尔质量最小，故体积最大。

答案　D

3．下列叙述正确的是（　　）

A．一定温度、压强下，气体体积由其分子的大小决定

B．一定温度、压强下，气体体积由气体的物质的量的多少决定

C．气体摩尔体积是指1mol任何气体所占的体积为22.4L

D．不同的气体，若体积不等，则它们所含的分子数一定不相等

解析　一定温度和一定压强下，气体的体积由分子数多少决定，故A项错误；气体摩尔体积是指1mol任何气体在一定温度和压强下所占的体积，22.4L是标准状况下的体积，故C项错误；对于不同的气体，气体体积不等，它们所含的分子数有可能相等，故D项错误。

答案　B

4．如图两瓶体积相等的气体，在同温、同压下瓶内气体的关系一定正确的是（　　）

A．原子数相等B．密度相等

C．质量相等D．摩尔质量相等

解析　由同温、同压可得Vm相同，再由公式n＝

可得两瓶内分子的物质的量相同，又都是双原子分子，所以原子的物质的量相同，由个数之比等于物质的量之比可得两瓶中所含原子数相同，A项正确；两瓶内分子的物质的量相等，由m＝nM，M不一定相等，故m不一定相等，同时由ρ＝

也可得ρ不一定相等。

答案　A

5．在标准状况下，与12gH2的体积相等的N2的（　　）

A．质量为12gB．物质的量为6mol

C．体积为22.4LD．物质的量为12mol

解析　12gH2的物质的量为6mol，因二者体积相等，所以N2的物质的量也为6mol，B正确，N2的质量为：

28g/mol×6mol＝168g，A错误；体积为22.4L/mol×6mol＝134.4L，C错误。

答案　B

6．关于同温、同压下等体积的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

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44g·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。

答案　D

7．下列说法中正确的是（　　）

A．32gO2占有的体积约为22.4L

B．22.4LN2含阿伏加德罗常数个氮分子

C．在标准状况下，22.4L水的质量约为18g

D．22g二氧化碳与标准状况下11.2LHCl含有相同的分子数

解析　A、B项都没有指明在标准状况下，因而是错误的；C项在标准状况下水是液体；D项中22gCO2的物质的量与标准状况下的11.2LHCl的物质的量相等，所含分子数也相等。

答案　D

8．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（其质量可忽略不计）。

其中能表示等质量的氢气与氦气的是（　　）

解析　等质量的H2与He的物质的量的关系为n（H2）∶n（He）＝2∶1，相同条件下气体的物质的量与体积成正比，所以其体积关系为V（H2）∶V（He）＝2∶1，C、D均错误；B中氦气应为单原子分子。

答案　A

9．

（1）现有34g某气体，摩尔质量为17g·mol－1，则：

①该气体为________mol。

②该气体所含分子数为________NA。

③该气体在标准状况下的体积为________L。

（2）________gH2O中的氧原子数目与标准状况下22.4LCO2中的氧原子数目相同。

解析　

（1）该气体的物质的量为34g/（17g·mol－1）＝2mol，分子数为2NA，在标准状况下的体积为22.4L·mol－1×2mol＝44.8L。

（2）标准状况下22.4LCO2是1mol，氧原子的物质的量是2mol，故水是2mol，即36g。

答案　

（1）①2　②2　③44.8　

（2）36

10．同温同压下，若A容器中充满O2，B容器中充满O3。

（1）若所含分子总数相等，则A容器和B容器的容积之比是________。

（2）若两容器中所含原子总数相等，则A容器和B容器的容积比是________。

（3）若两容器的体积比为3∶2，则O2和O3物质的量之比为________，质量之比为________，密度之比为________。

解析　

（1）根据阿伏加德罗定律：

同温同压同体积的气体具有相同的分子数，故A容器和B容器的容积比是1∶1。

（2）原子总数相等，则分子总数之比为3∶2，物质的量之比为3∶2，故两容器容积比是3∶2。

（3）两容器的体积比为3∶2，则两气体的物质的量之比为3∶2，质量之比为（3×32）∶（2×48）＝1∶1，密度之比为（1÷3）∶（1÷2）＝2∶3。

答案　

（1）1∶1　

（2）3∶2　（3）3∶2　1∶1　2∶3

[能力练]

11．

（1）质量之比为16∶7∶6的三种气体SO2、CO、NO，分子数之比为________；氧原子数之比为________；相同条件下的体积之比为________。

（2）标准状况下，1.7gNH3的体积为________L，它与标准状况下________LH2S含有相同数目的氢原子。

（3）某气体氧化物的化学式为RO2，标准状况下，1.28g该氧化物的体积为448mL，则该氧化物的摩尔质量为________，R的相对原子质量为________。

解析　

（1）质量之比为16∶7∶6，说明SO2、CO、NO的物质的量之比为

∶

∶

＝5∶5∶4，所以其分子数之比为5∶5∶4，氧原子数之比为10∶5∶4，相同条件下的体积之比为5∶5∶4。

（2）1.7gNH3的物质的量为1.7g÷17g·mol－1＝0.1mol，标准状况下的体积为0.1mol×22.4L·mol－1＝2.24L，0.1molNH3含有0.3molH，与0.15molH2S含有相同数目的氢原子，则标准状况下0.15molH2S的体积为0.15mol×22.4L·mol－1＝3.36L。

（3）标准状况下，1.28g该氧化物的体积为448mL，其物质的量为0.448L÷22.4L·mol－1＝0.02mol，摩尔质量为1.28g÷0.02mol＝64g·mol－1，R的相对原子质量为64－16×2＝32。

答案　

（1）5∶5∶4　10∶5∶4　5∶5∶4　

（2）2.24

3．36　（3）64g·mol－1　32

12．标准状况下，①6.72LCH4　②3.01×1023个HCl分子　③0.2molNH3，这三种气体按质量由大到小排列的顺序是（填物质的数字代号，下同）________，按氢原子数由少到多排列的顺序是________，密度由大到小排列的顺序是________。

解析　先计算出三种气体的物质的量：

n（CH4）＝

＝0.3mol，n（HCl）＝

＝0.5mol，n（NH3）＝0.2mol。

质量分别是：

m（CH4）＝0.3mol×16g·mol－1＝4.8g，m（HCl）＝0.5mol×36.5g·mol－1＝18.25g，m（NH3）＝0.2mol×17g·mol－1＝3.4g，故顺序由大到小是：

②＞①＞③。

氢原子数分别为0.3mol×4＝1.2mol，0.5mol×1＝0.5mol，0.2mol×3＝0.6mol，故氢原子数由少到多的顺序为②＜③＜①；相同状况下气体相对分子质量越大，密度越大，故密度②＞③＞①。

答案　②＞①＞③　②＜③＜①　②＞③＞①

13．现有mg某气体，它由双原子分子构成，它的摩尔质量为Mg/mol。

若阿伏加德罗常数用NA表示，则：

（1）该气体的物质的量为________mol。

（2）该气体所含原子总数为________个。

（3）该气体在标准状况下的体积为________L。

（4）该气体在标准状况下的密度为________g/L。

解析　

（1）由n＝m/M可求；

（2）由物质的量可求得该气体的分子数，进一步可求得原子数；（3）由V＝nVm可求得该气体在标准状况下的体积；（4）由质量和已求得的标准状况下的体积可求得密度，也可以由M＝Vm·ρ求得密度。

答案　

（1）m/M　

（2）2mNA/M　（3）22.4m/M

（4）M/22.4

14．

（1）在标准状况下，CO和CO2的混合气体共39.2L，质量为61g，则两种气体的物质的量之和为________mol，其中CO2为________mol，CO占总体积的________，混合气体的摩尔质量为________。

（2）同温同压下，同体积的甲烷（CH4）和二氧化碳中，所含分子数之比为________，物质的量之比为________，原子数之比为________，质量之比为________，密度之比为________。

（3）在标准状况下，4gH2、11.2LO2、1molH2O中，所含分子数最多的是________，原子数最多的是________，质量最大的是________，体积最小的是________。

解析　

（1）混合气体的物质的量之和为

＝1.75mol。

设混合气体中CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y，则有x＋y＝1.75mol，28g·mol－1x＋44g·mol－1y＝61g，解得x＝1mol，y＝0.75mol。

CO的体积分数即为物质的量分数，即

×100%≈57.1%。

M（混）＝

＝

≈34.9g/mol。

（2）同温同压下，同体积的CH4、CO2的物质的量相同。

（3）n（H2）＝

＝2mol，n（O2）＝

＝0.5mol，再转化为其他的相关的量进行比较。

答案　

（1）1.75　0.75　57.1%　34.9g/mol

（2）1∶1　1∶1　5∶3　4∶11　4∶11

（3）H2　H2　H2O　H2O