高中化学 气体摩尔体积58个精讲（7） 新人教版必修1

用心 爱心 专心1 高中化学高中化学 5858 个考点精讲个考点精讲 7 7 气体摩尔体积 气体摩尔体积 1 复习重点复习重点 1 掌握气体摩尔体积的概念 2 有关气体摩尔体积的计算 3 物质的量 气体摩尔体积 气体体积三者之间的关系 4 阿伏加德罗定律的应用 5 气体摩尔体积的概念及有关气体摩尔体积的计算 2 难点聚焦 难点聚焦 1 对于气体摩尔体积这一概念的理解 物质的体积 指一定量的物质在一定条件下所占据空间的大小 从微观的角度去分析 物质的体积的 大小决定因素有 1 物质所含微粒数的多少 2 物质微粒间距离的大小 3 物质微粒本身的大小 在这三 个因素中 我们先固定其一 比如我们取 1mol 物质 那么微粒数目固定为 NA个 讨论其余两个因素对物 质体积的影响 对于固体和液体来说 由于物质微粒本身大小比微粒间的距离要大得多 所以固体和液体 的体积主要取决于 1 3 两个因素 而又由于不同的固体 液体本身的大小有较大差异 所以即使物质的 微粒数相同 体积相差也较大 对于气体体积来说 由于气体的体积受外界条件 如温度 压强 的影响较大 所以讨论气体体积之前必须在一定的温度和压强下进行比较 而对于气体 由于气体分子间作用力弱 使得气体分子间的距离较大 而且气体分子间的距离比气体 分子本身大得多 气体分子间的距离大约是气体分子本身大小的 10 倍 所以 1mol 气体的体积 内因主要 决定于气体分子间的距离 而不是分子本身体积的大小 同时气体分子间的距离这一内因又和温度及压强 这两个外因有关 所以在谈到气体的摩尔体积时必须讲到温度和压强 否则没有任何意义 或者说气体体 积在微粒数一定的情况下 主要是由微粒间距和微粒本身大小决定的 而对气体来说微粒间距远远大于微 粒本身大小 所以气体体积主要是由微粒距离决定的 在外界条件一定时微粒间平均距离近似相等 所以 外界条件一定时 微粒数相同的气体体积近似相等 2 阿伏加德罗定律 同温同压下体积相同的任何气体都含有相同的分子数即阿伏加德罗定律 由此可见气 体的体积比在同温同压下必等于分子数比 由此可以导出同温同压下不同气体间的关系 1 同温同压下 气体的体积比等于物质的量比 BABA nnVV 2 同温同容下 气体的压强比等于物质的量比 BABA nnPP 3 同温同压下 气体的摩尔质量比等于密度比 BABA ddMM 4 同温同压下 同体积的气体质量比等于摩尔质量比 BABA MMmm 5 同温同压下 同质量气体的体积比等于摩尔质量的反比 ABBA MMVV 此外还在运用时要结合物理中的同物质的量的气体在同温时 其体积与压强成反比 气体体积与热力 学温度在同压条件下成正比 3 气体摩尔体积的常见应用 标准状况下 1mol 气体为 22 4L 即可导出其质量便是该气体的摩尔质 量 据此可求出未知化学式的气体摩尔质量和相对分子质量 也可求出 1L 气体的质量即气体密度 反之也 可由气体密度求摩尔质量 同温同压下两气体的密度比叫气体的相对密度 可据以由气体的相对密度求气 体的摩尔质量 如某气体对的相对密度为 15 则其相对分子质量为 常见的有 2 H215 1 由标准状况下气体密度求相对分子质量 dMr 4 22 用心 爱心 专心2 2 由相对密度求气体的相对分子质量 若为对的相对密度则为 若为对空气的 2 H2 2 Hr dM 对 相对密度则为 29 对空气 dMr 3 求混合气体的平均相对分子质量 即混合气体 1mol 时的质量数值 在已知各组成气体rM 的体积分数时见 若为质量分数见 ba rMbMaM 1 ba rMbMaM 4 由同温同压下气体反应时的体积比求分子数比 进而推分子式 5 直接将气体摩尔体积代入有关化学方程式进行计算 6 气体反应物的体积比即分子数比可便于找出过量气体 4 摩尔气体常数的测定 定义定义 1 摩理想气体在标准状况下的 P0V0 T0值 叫做摩尔体积常数 简称气体常数 符号 R R 8 3145100 000070 J mol K 它的计算式是 KmolmPa K molmPa R T Vp 314510 8 15 273 104141 22101325 3 33 0 00 原理原理 用已知质量的镁条跟过量的酸反应产生氢气 把这氢气的体积 实验时的温度和压强代入理想气体状 态方程 PV nRT 中 就能算出摩尔气体常数 R 的值 氢气中混有水蒸气 根据分压定律可求得氢气的分 压 p H2 p 总 p H2O 不同温度下的 p H2O 值可以查表得到 操作操作 1 精确测量镁条的质量 方法一 用分析天平称取一段质量约 10mg 的表面被打亮的镁条 精确到 1mg 方法二 取 10cm 长的镁带 称出质量 精确到 0 1g 剪成长 10mm 的小段 一般 10mm 质量不超过 10mg 再根据所称镁带质量求得每 10mm 镁条的质量 把精确测得质量的镁条用细线系住 2 取一只 10 mL 小量筒 配一单孔塞 孔内插入很短一小段细玻管 在量筒里加入 2 3mL6mol L 硫酸 然后十分仔细地向筒内缓慢加入纯水 沾在量筒壁上的酸液洗下 使下层为酸 上层为水 尽量不 混合 保证加满水时上面 20 30mm 的水是中性的 3 把系有细线的镁条浸如量筒上层的水里 塞上带有玻璃管的橡皮塞 使塞子压住细绳 不让镁条 下沉 量筒口的水经导管口外溢 这时量筒中和玻璃导管内不应留有气泡空隙 4 用手指按住溢满水的玻璃导管口 倒转量筒 使玻璃导管口浸没在烧杯里的水中 放开手指 这 时酸液因密度大而下降 接触到镁带而发生反应 生成的氢气全部倒扣在量筒内 量筒内的液体通过玻璃 导管慢慢被挤到烧杯中 5 镁条反应完后再静置 3 5 分钟 使量筒内的温度冷却到室温 扶直量筒 使量筒内水面跟烧杯的 液面相平 使内 外压强相同 读出量筒内气体的体积数 由于气体的体积是倒置在量筒之中 实际体积 要比读数体积小约 0 2mL 所以量筒内实际的氢气体积 VH2 体积读数 0 20mL 用 10mL 的量筒量取 6 记录实验时室内温度 t 和气压表的读数 p大气 计算计算 1 根据化学方程式和镁条的质量算出生成氢气的物质的量 nH2 2 按下列步骤计算氢气在标准状况下的体积 查表得到室温下水的饱和蒸气压 pH20 用下式计算氢气的分压 pH2 22 PH H PP 大气 用心 爱心 专心3 根据下式 0 00 1 11 T Vp T Vp 把 T1 273 t p0 100Kpa T0 273K 代入上式 得到标准状况下氢气的体积是 22 H1H1 VV PP 100 273 273 22 0 t Vp V HH 因此 摩尔体积常数 R 是 273 100 2 0 0 00 H n V nT Vp R 3 例题精讲例题精讲 例例 1 判断下列叙述正确的是 A 标准状况下 1mol 任何物质的体积都约为 22 4L B 1mol 任何气体所含分子数都相同 体积也都约为 22 4L C 在常温常压下金属从盐酸中置换出 1molH2转移电子数为 1 204 1024 D 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 选题角度 这是一道基础知识概念的理解题 涉及气体摩尔体积 化学反应及物质结构的初步知识 适合中等学生 思路分析 根据标准状况下气体摩尔体积的定义 应注意 一是标准状况 二是指气体的体积而非固 体或液体的体积 所以 A B 两项均错 C 项正确 物质的微粒数不受外界条件影响而变化 D 项错 气体 单质分子 可以是单原子分子如 He 也可以是双原子分子如 H2 还可以是多原子分子如 O3 因此相同温度 压强下相同体积的任何气体虽然分子数相同 但所含原子数不一定相同 解答 C 启示 抓住基础知识和基本概念 不仅可以轻松地进行解题 而且对概念的理解更加准确和深刻 例例 2 在一密闭气缸中 用一不漏气可滑动的活塞隔开 左边充有 N2 右边充有 H2和 O2的混合气体 在 20 时 将右边混合气体点燃 反应后冷却到原来温度 若活塞原来离气缸左端的距离为总长的 反 4 1 应后静止于气缸的正中 忽略水蒸气 则原来 H2和 O2的体积比为 A 4 5 B 5 4 C 7 2 D 2 1 解析 反应前 活塞两边气体均处于 20 压强也相同 根据阿伏加德罗定律 右边混合气体的物质 的量是 N2的 3 倍 反应后 活塞两边气体仍处于 20 压强也相同 根据阿伏加德罗定律 右边剩余气体的物质的量与 N2相等 由于反应前后 N2的体积虽然发生变化 但其物质的量没有改变 所以我们若假定 N2为 1mol 时 H2和 O2共 3mol 反应后剩余气体即为 1mol 那么混合气体从 3mol 变为 1mol 是什么原因造成的呢 是由以下反 应引起的 2H2 O22H2O 液 这是一个气体物质的量减少的反应 现假定参加反应的氢气和氧气 分别为 xmol 和 ymol 根据差量法可以确定 x 和 y 2H2 O2 2H2O 气体物质的量的减少 2 1 3 x y 3 1 2mol 显然 x y x y 2 3 说明有气体剩余 那么剩余的 1mol 气体是什么呢 应该是氢气或 3 4 3 2 氧气都有可能 讨论如下 用心 爱心 专心4 若氢气有剩余 则氧气的物质的量为mol 氢气的物质的量为 1 mol 即体积比等于物 3 2 3 4 3 7 质的量之比为 7 2 若氧气有剩余 则氢气的物质的量为mol 氧气的物质的量为 1 mol 即体积比等于物质 3 4 3 2 3 5 的量之比为 4 5 所以本题应选 A C 例例 3 如果 ag 某气体中含有的分子数为 b 则 cg 该气体在标准状况下的体积是 A B C D L acN b A 4 22 L cN ab A 4 22 L bN ac A 4 22 L aN bc A 4 22 选题角度 深刻理解物质的量 摩尔质量 质量 气体摩尔体积和粒子数之间的关系 培养分析 思 维的能力 思路分析 该气体的分子数为 b 则物质的量为mol A N b 摩尔质量 M g mol mol N b ag A b aNA cg 气体的物质的量为 n mol 1 gmol b aN cg A A aN bc cg 该气体标况下体积 V n 22 4L mol mol 22 4L mol L A aN bc A aN bc 4 22 解答 D 启示 深刻理解概念 掌握解题思路 例例 4 按体积比为 4 2 3 所组成的 N2 O2 CO2 混合气体 100g 在标准状况下体积为 L 选题角度 a 学会求混合气体平均相对分子质量 b 加深对气体摩尔体积和阿伏加德罗定律的理解 思路分析 先根据阿伏加德罗定律求出混合气体的平均相对分子质量 然后求出混合气体的物质的量 最后求出在标准状况下的体积 根据阿伏加德罗定律 三种气体的体积比为 4 2 3 物质的量之比也为 4 2 3 可当作 4mol 2mol 3mol 34 2g molM molmolmol molmolgmolmolgmolmolg 324 3 442 324 28 混合气体总物质的量为 2 92mol molg g 2 34 100 体积应为 2 92 mol 22 4 L mol 65 4 L 解答 65 4L 启示 阿伏加德罗定律的推论之一 同温同压下 任何气体的体积比等于它们的物质的量之比 即 2 1 2 1 n n V V 例例 5 体积为 1L 干燥容器中充入 HCl 气体后 测得容器中气体对氧气的相对密度为 1 082 将此气体倒 扣在水中 进入容器中液体的体积是 用心 爱心 专心5 A 0 25L B 0 5L C 0 75L D 1L 选题角度 此题主要考查气体平均摩尔质量的求法 解析 故该混合气体中必混有空气 5 36HClM 6 3432082 1 OMdM r2r r HCl 易溶于水 空气不溶于水 故进入容器中液体的体积等于 HCl 气体的体积 设 HCl 气体的体积为 x 则空气的体积为 1L x 根据气体平均摩尔质量计算公式 解得 x 0 75L 34 6g mol 1L x1L 9g mol2 1L x g mol 5 36 答案 C 点评 本题运用到了空气的平均相对分子质量 29 判断空气的存在应用到了平均值法规律 例例 6 相同质量的钠 镁 铝分别跟足量稀硫酸反应 在同温 同压下产生气体的体积比为 如果这三种金属各取等物质的量 也分别跟足量稀硫酸反应 在同温同压下产生气体的体积 比为 选题角度 此题有一定的代表性 可以通过此题找到一定的解题规律 解析 不同金属与稀硫酸反应产生氢气的物质的量的多少 是由金属的物质的量与其化合价之乘积决 定的 若各取 1gNa Mg Al 三者物质的量与其化合价的乘积之比为 同温同压下产生氢气的体积比是由产生氢气的物质的量之比决定的 所 9 1 12 1 23 1 3 27 1 2 24 1 1 23 1 以相同质量的 Na Mg Al 分别跟足量稀硫酸反应 在同温同压下产生气体的体积之比为 当物 9 1 12 1 23 1 质的量之比 Na Mg Al 1 1 1 时 分别跟足量稀硫酸反应产生氢气的物质的量之比为 1 1 1 2 1 3 1 2 3 所以等物质的量的 Na Mg Al 与稀硫酸反应产生氢气的体积之比为 1 2 3 答案 1 2 3 9 1 12 1 23 1 点评 通过此题可以推广 若 Na Mg Al 分别和足量的稀硫酸作用 产生相同状况下相同体积的氢 气 则三种金属的物质的量之比是 6 3 2 三种金属的质量比是 23 12 9 教师可以让学生利用多种解 法得出答案 然后总结结论 以后解题可以提高准确率和速度 例例 7 将一小块焦炭和 mg 氧气 同时放入一装有压力表的密闭容器中 压强为 p0 容器内充分反应后 恢复至原温 压力表示为 p1 1 若 p0 p1 则焦炭质量 W 应满足的关系式是什么 2 若 p0 p1 则 W 应满足的关系式是什么 3 若 p1是 p0的 n 倍 则 W 是多少 选题角度 本题考查气体体积 压强与物质的量之间的关系 解析 有关反应为 C O2 CO2 CO2 C 2CO 或 2C O2 2CO 当 C 不足 只按 式 在气体体积不变 p1 p0 当 C 过量 只按 式 在气体体积为原来 2 倍 p1 2p0 当生成 CO 与 CO2混合气体时 010 p2pp 则 1 若 p0 2 若 p0 p1时 则 W 32 m 12 W m 8 3 32 m 12 W m 8 3 3 若 p1是 p0的 n 倍 1 n 2 则 n 1 时 W m 8 3 n 2 时 即 W 则 32 m 2 1 12 W m 4 3 m 4 3 Wm 8 3 用心 爱心 专心6 答案 1 W 2 W 3 m 8 3 m 8 3 m 4 3 Wm 8 3 点评 此题具有一定的难度和综合性 解题时要注意考虑完全 例如 本题中反应时可以只是生成 CO 只 是生成 CO2 生成 CO 和与 CO2的混合气体三种情况 4 实战演练 实战演练 一 选择题 1 关于 m g H2和 n g He 的下列说法中 正确的是 A 同温同压下 H2与 He 的体积比为 m 2n B 同温同压下 若 m n 则 H2与 He 的分子数之比为 2 1 C 同温同压下 同体积时 H2与 He 的质量比 1 D 同温同压下 H2与 He 的密度比为 1 2 n m 2 标准状况下有 0 112 L 水 3 01 1023个氯化氢分子 13 6 g H2S 气体 0 2 mol 氨气 下列对 这四种物质的关系由小到大排列正确的是 A 体积 B 密度 C 质量 D 氢原子数 3 8 4 g A 与 3 65 g B 完全反应 生成 5 85 g C 和 1 8 g D 及一种气体 其体积于标准状况下为 2 24 L 则此气体的密度为相同条件下 H2密度的 A 22 倍B 24 倍C 2 2 倍D 44 倍 4 通常状况下 将 CO 和 O2的混合气体 200 mL 置于密闭容器内点燃 再恢复到原状况 气体的体积变 为 150 mL 则原混合气体中 CO 的体积可能是 A 100 mLB 150 mLC 50 mLD 75 mL 5 空气和 CO2按体积比 5 1 混合 将混合气体与足量的红热焦炭充分反应 设空气中 N2和 O2的体积 比为 4 1 不计其他成分 且体积均在同温 同压下设定 则反应后的气体中 CO 的体积分数是 A 50 B 29 C 43 D 100 6 将标准状况下 a L HCl 气体溶于 1000 g 水中 得到的盐酸密度为 b cm 3 则该盐酸的物质的量 浓度为 A mol L 1 B mol L 1 C mol L 1 D mol L 1 4 22 a 22400 ab a 5 3622400 ab a 5 3622400 ab1000 7 某混合气体中各气体的质量分数为 O2 32 N2 28 CO2 22 CH4 16 H2 2 则此 混合气体对氢气的相对密度为 A 32 00B 11 11C 22 22D 30 00 8 1 mol 某烃在 1 01 105 a 273 时和适量氧气完全反应 得混合气体 m L 冷却至 0 时测得气 体的体积为 n L 则该烃的分子式为 A CnH2 B C H2 C CnH2 4 D CnH 2 9 由 A B 两种气体组成的混合气体 A B 的相对分子质量分别为 MA MB 若 A 的质量分数为 w 则混合气体的平均相对分子质量是 A B C MA w MB 1 w D 无法确定 BA M w100 M w 100 BA MM 二 非选择题 共 55 分 10 通常情况下 CO 和 O2的混合气体 m L 用电火花引燃反应后体积变为 n L 前后条件相同 1 试确定混合气体中 CO 和 O2的体积 用 V CO 和 V O2 表示 2 若反应后气体的密度在相同条件下为 H2密度的 15 倍 试确定气体成分 11 由两种气态烃组成的混合烃的总物质的量与该混合烃充分燃烧后所得气体产物 CO2和 H2O 蒸气 的物质的量之变化关系如图所示 以下对混合烃组成的判断正确的是 用心 爱心 专心7 混烃燃烧有关量变 A 一定有乙烯B 一定有甲烷 C 一定有丙炔D 一定没有乙烷 12 一定量的液态化合物 2 在一定量的 O2中恰好完全燃烧 反应方程式为 XY2 l 3O2 O2 2 O2 点燃 冷却后 在标准状况下测得生成物质的体积是 672 mL 密度是 2 56 g L 1 则 1 反应前 O2的体积是 2 化合物 2的摩尔质量是 13 常温下 A 和 B 两种物质组成的混合气体 A 的式量大于 B 经分析 混合气体中只有氮和氧两种元 素 而且不论 A B 以何种比例混合 氮和氧的质量比总大于 小于 由此可知 A 为 8 7 4 7 B 为 写化学式 若上述混合气体中氮和氧的质量比为 21 20 则该混合气体中 A 和 B 的物质的量之比为 14 计算以下两小题时 除必须应用所有给出的数据外 还缺少一个数据 指出该数据的名称 并分别 以 a 和 b 表示 列出计算式 1 在温度为 和压强为 p a 时 19 5 g A 与 11 g B 恰好完全反应 生成固体 C 和 3 00 L 气体 D 计算生成 C 的质量 缺少的数据是 计算式为 m 2 0 48 g 金属镁与 10 mL 盐酸反应 计算生成的 H2在标准状况下的体积 V H2 缺少的数据是 计算式为 15 使一定量的磷化氢和氢气的混合气体 依次通过两支加热的硬质玻璃管 第一支玻