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第一章从实验学化学第二节化学计量在实验中的应用第2课时气体摩尔体积[学习目标]1.了解气体摩尔体积的含义并掌握标准状况下气体体积的计算。2.了解阿伏加德罗定律及其应用。3.能够把气体体积的计算纳入以物质的量为核心的计算体系中。1．2mol氢气的质量是4g，1.5mol臭氧(O3)气体中含有4.5mol氧原子。2．决定物质体积大小的因素有：(1)物质的量即组成物质的微粒个数的多少；(2)组成物质微粒的大小；(3)组成物质微粒间的距离。3．在相同条件下，固、液体的粒子直径大于粒子间距，所以温度、压强对固、液体体积几乎无影响。1．根据表格中的数据完成下列填空：状态物质密度1mol该物质的质量1mol该物质的体积结论Fe7.86g·cm－3(20℃)56g7.12cm3固态Al2.70g·cm－3(20℃)27g10cm3相同条件下1mol固体、液体的体积差别较大H2O0.998g·cm－3(20℃)18g18.04cm3液态H2SO41.83g·cm－3(20℃)98g53.55cm3相同条件下1mol固体、液体的体积差别较大O21.429g·L－1(0℃、101kPa，即标准状况)32g22.39L气态H20.0899g·L－1(0℃、101kPa，即标准状况)2.016g22.42L相同条件下，1mol气体的体积近似相等，在标准状况下约为22.4L2.分析出现上述结论的原因。(1)在温度和压强一定时，任何1mol固态物质或液态物质所含微粒数目相同。微粒之间的距离很小，但微粒的大小不同，所以1mol固态物质或液态物质的体积往往是不同的。(2)对气态物质来说：通常情况下微粒之间的距离要比微粒本身的直径大很多倍，因此，当微粒数相同时，气态物质体积的大小则主要取决于气体微粒间的距离。(3)温度和压强会较大程度地影响气体体积，当压强一定时，升高温度则微粒之间的距离变大，气体体积增大。反之，体积缩小(即通常所说的热胀冷缩)；当温度一定时增大压强，微粒之间的距离减小，气体体积缩小。(4)在温度和压强一定时，微粒间的距离近似相等，因此，在相同温度和压强下，任何具有相同微粒数的气体都具有大致相同的体积。3．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分子。4．气体摩尔体积。易错提醒1．当固体、液体物质的量一定时，它们的体积主要决定于粒子的直径大小，而当气体物质的量一定且温度、压强一定时，气体的体积才一定。2．气体摩尔体积(Vm)是一个定值，该定值与温度、压强有关，与气体种类无关；当温度为0℃，压强为101kPa时，Vm为22.4L·mol－1，但当Vm＝22.4L·mol－1时，对应的温度、压强组合有很多，不只是0℃、101kPa这一种组合。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在标准状况下，1mol水的体积约为22.4L。()(2)1mol气体的体积约为22.4L。()(3)在标准状况下，1molO2和N2混合气(任意比)的体积约为22.4L。()(4)22.4L气体所含分子数一定大于11.2L气体所含的分子数。()(5)任何条件下，气体的摩尔体积都是22.4L。()(6)只有在标准状况下，气体的摩尔体积才能是22.4L。()(7)一定温度和压强下，各种气态物质体积的大小，由构成气体的分子大小决定。()(8)相同物质的量的各固体或液体的体积并不相同，其主要原因是微粒大小不同。()(9)同温同压下，两种气体的物质的量之比等于体积之比。()(10)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)×(5)×(6)×(7)×(8)√(9)√(10)×2．在一定温度和压强下，下列因素为影响某气体体积大小的最主要因素的是()A．分子直径的大小B．分子间距离的大小C．分子间引力的大小D．分子数目的多少解析：影响气体体积大小的因素有分子直径的大小、分子间距离的大小、分子数目的多少等。在一定温度和压强下，气体分子间的距离一定，气体分子本身的大小相对于气体分子间的距离可以忽略不计，则影响该气体体积大小的最主要因素是分子数目的多少。答案：D3．同温同压下，等物质的量的NO和NO2气体具有相同的()A．氧原子数B．质量C．原子数D．体积解析：NO和NO2分子中含有的氧原子数不相等，二者物质的量相等时，含有的氧原子数目也不相等，故A错误；NO和NO2分子的摩尔质量分别是30g/mol、46g/mol，二者物质的量相等时，质量不相等，故B错误；NO是双原子分子，NO2分子中含有三个原子，二者物质的量相等时，含有的原子数目不等，故C错误；同温同压下，气体体积之比等于物质的量之比，二者物质的量相等，则体积相等，故D正确。答案：D要点利用Vm进行定量计算、利用阿伏加德罗定律进行定性讨论问题1：如何将“气体摩尔体积(Vm)”“气体体积(V)”纳入以“物质的量”为核心的计算体系中？若将质量与体积联系在一起，一定要用到密度(d)。所以可以得出：n(气体)＝VVm＝mM＝NNA；进一步得出d＝mV＝MVm，可由标准状况下气体密度直接计算出气体的摩尔质量，即M(气体)＝22.4L·mol－1·dg/L。问题2：由阿伏加德罗定律可得出哪些结论？(1)相同温度和压强下，两种气体的体积之比等于其物质的量之比，也等于所含的分子数之比，n1n2＝V1V2＝N1N2(物质的量之比等于粒子数之比)；(2)相同温度和压强下，两种气体的密度之比等于其摩尔质量之比，即d1d2＝M1M2；(3)相同温度和体积时，两种气体的压强之比等于其物质的量之比，即n1n2＝P1P2。在标准状况下，如果0.2LO2中含有m个氧气分子，且将该条件下的0.4LH2和0.6LO2混合于一定密闭容器中。回答下列问题：(1)用m表示阿伏加德罗常数为________。(2)密闭容器中含有的氢气分子数为________(用m表示)。(3)密闭容器中混合气体的密度为________g·L－1。(4)密闭容器中混合气体的平均分子质量为_______。思路点拨：抓住“标准状况”这一关键条件，由此得出该条件下22.4LO2中含NA个氧气分子；结合阿伏加德罗定律及推论，可求解出(2)与(3)的问题。解析：(1)标准状况下0.2L氧气中含m个氧气分子，所以有mNA＝0.222.4，NA＝112mmol－1。(2)由0.2L氧气中含m个O2分子⇒0.6L氧气中含3m个O2分子⇒0.4L氢气中含2m个H2分子(T、P一定气体体积之比等于分子数之比)。(3)混合气体中n(H2)∶n(O2)＝0.4∶0.6(T、P一定气体物质的量之比等于体积之比)＝2∶3，若是1mol这样的混合气体中会含有：n(H2)＝0.4mol，n(O2)＝0.6mol，所以d＝mV＝0.4×2＋0.6×3222.4g·L－1＝0.893g·L－1。(4)M—(混合气体)＝1mol混合气体的质量＝20g·mol－1，那么相对平均分子质量为20。答案：(1)112mmol－1(2)2m(3)0.893(4)20解题归纳1．气体摩尔体积的应用范围。气体摩尔体积只适用于气体，对于固体、液体不适用。标准状况与常温常压不能混淆，在标准状况下Vm＝22.4L·mol－1，而非标准状况下气体摩尔体积也有可能为22.4L·mol－1。2．对阿伏加德罗定律的“三点”理解。(1)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，共同存在，相互制约，且“三同定一同”。(3)标准状况下的气体摩尔体积是阿伏加德定律的一个特例。3．混合气体平均相对分子质量的计算。(1)定义法：M平均＝m总n总。(2)公式法：M平均＝M1·V1%＋M2·V2%＋……(3)相对密度法：M平均＝M已知·D(D为混合气体对已知气体的相对密度)。(4)标准状况下，M平均＝22.4L·mol－1·dg·L－1(d为已知气体在标准状况下的密度)。即时演练某双原子分子构成的气体，其摩尔质量为Mg·mol－1，该气体的质量为mg。设阿伏加德罗常数的值为NA，则：(1)该气体在标准状况下的体积为________L；(2)该气体在标准状况下的密度为________g·L－1；(3)该气体所含的原子总数为________；(4)一个该气体分子的质量为________g。解析：根据n＝mM＝V（g）Vm＝NNA及ρ＝mV等公式进行计算。(1)V＝mgMg·mol－1×22.4L·mol－1＝22.4mML；(2)ρ＝mV＝MVm，则标准状况下的密度为Mg·mol－122.4L·mol－1＝M22.4g·L－1；(3)N＝mM·NA，则所含原子总数为mgMg·mol－1×NAmol－1×2＝2mNAM；(4)一个分子的质量为Mg·mol－1NAmol－1＝MNAg。答案：(1)22.4mM(2)M22.4(3)2mNAM(4)MNA