竞赛辅导5 物质的量 气体摩尔体积.doc

主 讲： 范 明 荣 2004.12.30物质的量 气体摩尔体积美国科学评出2001年十大科技成就之一是：当年科学家发现了临界温度更高的新型超导材料，使人类朝着开发室温超导材料领域迈出了一大步。我国科学家也开发出了新的超导材料因此走在世界前列。超导材料为具有零电阻及反磁性的物质，有一类超导材料以Y2O3、BaCO3和CuO为原料，经研磨烧结可合成一种高温超导物质YBa2Cu3Ox。现欲合成0.5mol此高温超导物质，依化学剂量比例，须取Y2O3、BaCO3和CuO的物质的量分别为（ ）A0.50，0.50，0.50 B0.25，1.0，1.5C0.50，1.0，1.5 D1.0，0.25，0.17有关以物质的量为中心的计算，是高中阶段化学计算的核心，本讲开始学习这一内容。假若原料经研磨烧结制成高温超导物质过程中关键元素原子不损失，根据原子守恒，原料中关键元素一原子和超导物质YBa2Cu3Ox中关键原子（Y、Ba、Cu）守恒，得：2YBa2Cu3Ox Y2O3 4BaCO3 6CuO2 1 4 60.50mol 0.25mol 1.0mol 1.5mol 一、 物质的量 1物质的量的概念物质的量（n）：物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一，单位是摩尔，简称摩，符号为mol。它是沟通微观和宏观的桥梁。摩尔是以0.012kg 12C含有的原子个数为计量基准，0.012kg 12C所含的原子个数叫阿伏加德罗常数。含阿伏加德罗常数个粒子的集合就是1mol，6.021023只是阿伏加德罗常数的近似值。2摩尔质量的概念摩尔质量（M）：单位物质的量物质所具有的质量叫做该物质的摩尔质量，单位是“g/mol”。各种微粒的相对质量在数值上与其摩尔质量相等。3阿伏加德罗常数（NA）阿伏加德罗常数的基准是1mol，即指1mol的任何粒子的粒子数，它不是一个纯数，它的单位为“1/mol”。1mol 12C中的碳原子数是一个确切的数，因此，阿伏加德罗常数有确切值，这个确切值用符号“NA”表示。随着实验仪器和实验方法的不断改进，所测定的值越来越精确，大多数情况下取它的近似值6.021023，所以，用6.021023mol1表示阿伏加德罗常数的近似值。NA与6.021023的关系相当于与3.14的关系。二、 气体摩尔体积 1气体摩尔体积（Vm）气体摩尔体积：单位物质的量的气体所占的体积叫气体摩尔体积。（1）在标准状况下，1mol任何气体所占的体积都约为22.4L。（2）非标况下，1mol气体的体积可能为22.4L，也可能不为22.4L。（3）应用此概念时应注意：气态物质；物质的量为1mol；Vm的单位为L/mol。2阿伏加德罗定律及其应用在同温同压下，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。理想气体的状态方程为： （R为常数）推论如下：（1） 同温、同压下： ；（2） 同温、同压下： ；（3） 同温、同体积下： ；（4） 同温、同压、同体积下： ；（5） 同温、同压、同质量下： ；（6） 同温、同体积、同质量下： 。3气体密度（）和相对密度（d）的计算（1）标况： ； 非标况：（2）气体的相对密度： 4求气体相对分子质量的几种方法（1）已知标况下气体的密度，M22.4；（2）已知非标况下气体温度、压强、密度， ；（3）已知两气体的相对密度d，MAdMB；（4）混合气体的平均式量。混合气体本无式量可言，但对组成一定的混合气体来说，可以根据其各组分的组成和式量来计算所谓的平均式量。它在数值上等于混合气体的平均摩尔质量，其表达式为： =M1V1%M2V2%MiVi%三、 气体扩散定律英国物理学家拉格罕姆指出：在同温同压下，气体的扩散速率v与其密度的平方根成反比，即。因为同温同压下，气体的密度与其相对分子质量M成正比，所以上式可以写成：，即同温同压下气体的扩散速率与其相对分子质量的平方根成反比。这些计算公式可通过建立数学模型推导求得，如果那位同学有此兴趣，可一试身手。例1下列说法正确的是（ ）A28g氮气所含原子数目为NAB4g金属钙变成钙离子时失去的电子数目为0.1NAC1mol甲烷的质量与NA个甲烷分子的质量之和相等D标准状况下，22.4L甲烷与乙炔混合物所含的分子数为NA答案：CD例2无水氯化铝可用干燥的氯化氢气体与铝加热制得，今以2.7g铝与标准状况下7.84L HCl作用。然后在1.013105Pa、546K下（此时氯化铝也为气体）测得气体总体积为11.2L。试通过计算写出气态氯化铝的分子式。解析：依据化合价规则，设气态氯化铝的分子式为(AlCl3)x,由确定X。n(Al)0.1mol ； n(HCl) mol0.35mol ；n(总) mol0.25mol。根据反应前后气体的物质的量的变化，即可求得X2。例32003年2月1日失事的哥伦比亚号航天飞机是用铝粉和高氯酸铵混合物作为固体燃料。加热铝粉使其氧化并放出大量的热，促使混合物中另一种燃料分解。a mol NH4ClO4分解时除产生2 a molH2O(g)和a molO2外，其他组成元素均以单质气体形式放出，因而产生巨大的推动力。试写出其中涉及的化学方程式：（1）_；（2）_。根据此反应原理，求1mol NH4ClO4分解时所产生的单质气体在标准状况下的体积。答案：(1)4Al3O22Al2O3 ；(2)2NH4ClO4N2(g)2O2(g)Cl2(g)4H2O(g) 。44.8L例419世纪中期某化学家为测定元素X的摩尔质量而选择了如下方法：他制备了含有元素X的4种化合物A、B、C、D，并测定了每种化合物中X的质量分数。在250时，4种化合物都是气态，将它们分别转移到预先抽成真空的4个等容积的烧瓶中，直到每个烧瓶内压力达到1.013105Pa，称每个烧瓶的质量，减去空瓶的质量后可得到烧瓶内气体的质量。用氮气重复这个过程，得到下表数据：气体气体总质量（g）气体中元素X的质量百分数（）N20.652A0.84997.4B2.39868.9C4.85185.1D3.58392.2请通过计算，确定元素X可能的摩尔质量（要求写出推导过程）。解析：设在250时，物质A、B、C、D都是理想气体，根据阿伏加德罗定律，有：nn(A) n(B) n(C) n(D) 0.0233molz 1mol A、B、C或D中，元素X的质量：A：B：C：D：在化合物的一个分子中，必定至少有一个X原子，所以我们可以把上述结果的最大公约数（35.5g/mol）当作元素X的可能的摩尔质量。例5某天然碱可以看作是CO2和NaOH反应后的产物组成的一种物质。为了测定该物质的成分，进行如下实验：（1）称取3.32g天然碱样品，加入30mL过量稀盐酸，产生672mLCO2气体（标准状况）。（2）另称取3.32g天然碱样品，在300下加热至分解完全，产生CO2112mL（标准状况）和0.45g水。试通过计算，确定天然碱的化学式。解析：已知CO2和NaOH反应的产物可能有Na2CO3、NaHCO3或二者的混合物。题中两次实验产生CO2体积关系，可以推知天然碱中含有Na2CO3和NaHCO3成分。根据反应：2 Na