第二讲： 化学计量在实验中的应用(1)

第一章 从实验学化学 第二讲第二讲 化学计量在实验中的应用化学计量在实验中的应用 教学目标 教学目标 1 认识摩尔是物质的量的基本单位 能用于进行简单的化学计算 体会定量研究的 方法对研究和学习化学的重要作用 2 了解物质的量 摩尔 阿伏加德罗常数 摩尔质量 气体摩尔体积及物质的量浓 度等概念的意义 3 掌握以物质的量为中心的化学量之间的关系及相互之间的换算 4 认识实验 假说 模型 比较 分类等科学方法对化学研究的作用 教学重点教学重点 物质的量 物质的量浓度的概念 物质的量 摩尔质量和物质的量浓度 的关系 一定物质的量浓度溶液的配制方法 教学难点教学难点 物质的量的概念 一定物质的量浓度溶液的配制方法 课时安排 两课时课时安排 两课时 教学过程 教学过程 知识梳理知识梳理 知识点知识点 1 1 物质的量及其单位 物质的量及其单位 摩尔摩尔 1 物质的量 1 物质的量是国际单位制中 个基本物理量之一 科学上采用 物质的量 这个物理量把一定数目的原子 分子或离子等微观粒子与可称量的物质联系起来 它是 一个口头上或书面表达都不可分割的专用名词 不可任意添减字 既是物质的质量 也 是物质的数量 它是描述 的物理量 它的单位是 符号为 在希腊语中它是 堆量 的意思 2 物质的量只能用来描述 等微观粒子或微粒的特定组合 不能指宏观物质 3 物质的量的计量标准 阿伏加德罗常数 称阿伏加德罗常数 符号 为 单位 当某物质中指定的粒子集体所含的指定粒子数与 相同时 则该粒子物质的 量为 1mol 如 1 mol H2O 中含有 H2O 数是 个 含氢原子 个 2 摩尔 1 摩尔是物质的量的单位 它们的关系正如长度与米 质量与克一样 2 使用摩尔作单位时 应该用化学式符号指明粒子种类 而不能用名称 否则 概念模糊 意义不清 例 1 mol H 表示 1mol 氢原子 而不能说 1 mol 氢 1 摩尔氢离子应如何表示 1molH 练习 1 判断下列表示方法是否正确 1 mol 氧 1 mol 钠 1 mol H2SO4 1 mol Na2CO3 1 mol 苹果 1 mol NO3 2 1mol 硫酸含有阿伏加德罗常数个微粒 3 1mol CaCl2中含 molCa2 molCl mol 质子 4 2 mol CO2中含有 1mol C 和 mol O 含有 个 CO2 5 mol H2O 中所含有的氧原子数与 1 5 mol CO2中含有的氧原子数相同 知识点知识点 2 2 摩尔质量 摩尔质量 1 1 mol 任何物质的质量 1 mol 任何物质均含有阿伏加德罗个粒子 但由于不同的粒子质量不同 故 1 mol 不同物质的质量一般也不同 C 12 的相对原子质量为 12 而 0 012kgC 12 所含的碳 原子数为阿伏加德罗常数 即 1 mol C 12 的质量为 12 g 由此根据氧元素的相对原 子质量可推出 1 mol O 的质量 练习 1 mol H H2 O O2 Na Na SO42 的质量分别是多少 2 摩尔质量 单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量 摩尔质量在数值上 等于 1 摩尔物质的质量 练习 1 Fe Fe2 Fe3 的摩尔质量为 2 O2和 H2SO4的摩尔质量分别为 g mol 98 3 NH4 H2PO4 的摩尔质量分别为 思考 物质的式量 物质的摩尔质量 1mol 物质的质量三者的区别和联系 如 O2的式量为 摩尔质量 1molO2的质量 归纳总结归纳总结 物质的量 质量 摩尔质量 微粒数 阿伏加德罗常数的换算关系 知识点知识点 3 3 物质的质量 物质的量 粒子数三者之间的关系 物质的质量 物质的量 粒子数三者之间的关系 利用阿伏加德罗常数和物质的摩尔质量 可进行三者的相互求算 知识点知识点 4 4 气体摩尔体积 气体摩尔体积 1 追根寻源 决定物质体积大小的因素 在粒子数目相同的情况下 物质体积的大小主要决定于微粒的大小和微粒之间的 平均距离 当粒子之间的距离很小时 物质的体积就主要决定于微粒间的大小 当粒子 间的距离比较大时 物质的体积就主要决定于微粒间的平均距离 气体体积的大小主要决定于气体分子的平均距离 气体的体积与温度 压强等外界条件有怎样的关系 在其他条件不变时 温度越高 气体体积越大 压强越大 气体体积越小 2 气体摩尔体积 定义 在一定的温度和压强下 单位物质的量的物质所占有的体积 表达式 Vm V n 常用单位 L mol 标况下 气体的摩尔体积约为 22 4L mol 这是在特定条件下的气体摩尔体积 使用标况下气体摩尔体积应注意 a 条件 标准状况 b 单位 L mol c 适用范围 气体 d 数值约为 22 4L mol 应用气体摩尔体积 标况 计算的几种情况 气体体积 V 物质的量 n 质量 m 摩尔质量 M 密度 式量 Mr 据气体体积求其物质的量 n V 22 4L mol 据气体质量求其标况下体积 V m 22 4L mol M 据气体摩尔质量求其标况下密度 M 22 4L mol 据气体标况下的体积求质量 m VM 22 4L mol 据标况下气体密度求式量 M 22 4L mol 据气体标况下的溶解度 求饱和溶液的质量分数 物质的量浓度 略 标准状况是指温度为 0 压强为 101KPa 小练习小练习 如果 ag 某气体中含有的分子数为 b 则 cg 该气体在标况下的体积是 M M NA NA mnN 用 NA 表示阿伏加德罗常数 知识点知识点 5 5 物质的量浓度 物质的量浓度 一 物质的量浓度 一 物质的量浓度 1 定义 单位体积的溶液中所含溶质的物质的量 2 符号 CB 常用单位 mol L 数学表达式 CB nB V 思考 1 1 0L 1mol LH2SO4中溶质以 存在 物质的量各是 从 其中取出 100mL 溶液的物质的量浓度是 以上微粒物质的量浓度各是 2 1 0L 1mol L 葡萄糖 C6H12O6 溶液中 溶质以 存在 质量是 g 二 配制一定物质的量浓度的溶液 二 配制一定物质的量浓度的溶液 配制 0 1L0 4mol L 的 NaCl 溶液 1 常用实验仪器 认识仪器 容量瓶 规格 100ml 标识 200C 100ml 使用 注意事项 每一容量瓶只能配置相应规定体积的溶液 使用前要检验是否漏水 容量瓶不能加热 不能久贮溶液 不能在瓶内溶解固体或稀释液体 2 实验步骤 计算溶质的质量 或体积 称量 固体一般用托盘天平 液体用量筒或滴定管 溶解 或稀释 在烧杯中进行 并且恢复到室温 移液 用玻璃棒引流 转移到容量瓶中 洗涤 用蒸馏水洗烧杯与玻璃棒约 2 3 次 并将洗涤液注入容量瓶中 轻轻摇 动容量瓶使溶液混和均匀 定容 继续加水到液面在刻度线以下 2 3cm 时 改用胶头滴管逐滴加水 使溶液 凹面恰好与刻度线相切 摇匀 反复颠倒摇匀 将配制好的溶液倒入试剂瓶中 贴好标签备用 3 误差分析 步骤具体情况影响 砝码有油污或生锈偏高 砝码残缺或放在了左盘 且使用了游码 偏低 量筒内有水 量取液体溶质时 偏低 俯视量筒刻度偏低 仰视量筒刻度偏高 称 或 量 吸水性 挥发性 药品长时间暴露偏低 溶解 搅拌及转移时有液体溅出 未洗涤烧杯及玻璃 棒 偏低 溶液未冷却就倒入容量瓶中 定容时俯视刻 度 偏高 定容 定容时仰视刻度偏低 三三 关于物质的量浓度的计算 关于物质的量浓度的计算 1 关于物质的量浓度概念的计算 包括已知溶质质量和溶液体积求浓度 配制一定浓度溶液时所需溶液的质量和溶液的体积的计算等 用到的公式为 C n V 例 配制 500ml0 1mol L CuSO4溶液 需要 CuSO4 5H2O 的质量是多少 m 0 5L 0 1mol L 250g mol 12 5g 2 溶液中溶质的质量分数与溶质的物质的量浓度的换算 例 1 市售浓硫酸中溶质的质量分数为 98 密度为 1 84g cm3 计算市售浓硫酸的 物质的量浓度 C 1000ml 1 84g cm3 98 98g mol 1L 18 4mol L 例 2 正常人体中 血液中葡萄糖 简称血糖 的质量分数约为 0 1 设血液的密 度为 1g cm3 则血糖的物质的量浓度是多少 C 1000ml 1g cm3 0 1 180g mol 1L 0 0056mol L 3 一定物质的量浓度溶液的稀释 例 1 将 250ml 质量分数为 98 密度为 1 84g cm3的浓硫酸稀释到 600ml 此时溶 液中硫酸的物质的量浓度是多少 C 250ml 1 84g cm3 98 98g mol 0 6L 7 67mol L 例 2 300 mL 某 H2SO4溶液中含 H2SO4 147 g 用此溶液配制 1 0 mol L 的 H2SO4需原 溶液和水的体积比是 1 4 四 气体溶解的计算 四 气体溶解的计算 例 标准状况下 a 体积氨气溶解于 b 体积水中得溶液密度为 d g mL 求溶液的物 质的量浓度及溶质的质量百分数 C 1000ad 17a 22400b mol L w 17a 17a 22400b 五五 物质的量应用于化学方程式的计算物质的量应用于化学方程式的计算 化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质相应组成粒子的数目之比 等于 各物质的物质的量之比 格式归纳 在化学方程式中 列比例计算时要保持 上下一致 左右相当上下一致 左右相当 的原则 即 同一物质的物理量及单位必须相同 不同物质之间物理量及单位可以不同 各 物理量之间均能通过物质的量来相互转化 例题 1 完全中和 0 1molNaOH 需要 H2SO4的物质的量是多少 所需 H2SO4的质量是 多少 2NaOH H2SO4 Na2SO4 2H2O 2mol 1mol 0 1mol n H2SO4 n H2SO4 0 1mol 1mol 2mol 0 05mol m H2SO4 98g mol 0 05mol 4 9g 例 2 在 200 ml 0 1mol L 的 AlCl3溶液中 滴入足量的硝酸银溶液 生成的沉淀 的质量是多少 AlCl3 3AgNO3 3 AgCl Al NO3 3 1mol 3 143 5g 0 2L 0 1mol L m AgCl m AgCl 3 143 5g 0 2L 0 1mol L 1mol 8 61g 疑难点拨疑难点拨 一 阿伏加德罗律的应用一 阿伏加德罗律的应用 阿伏加德罗定律 同温同压下 同体积的气体具有同数的分子 阿伏加德罗定律 同温同压下 同体积的气体具有同数的分子 在非标准状况下 不能用气体摩尔体积 22 4 L mol 进行计算 这时可利用阿氏 定律及其有关关系来计算 由这一定律可知 同温同压下 同体积的任何气体含有相同物质的量的分子 同温同压下任何混合气体的分子总数与相同状态下的各纯气体的分子数之和相同 并且还可推出气体反应定律 在有气体存在的化学方程式中 气体物质的化学计量数之 比 既是分子数之比 物质的量之比 也是相同状态下气体体积比 与此相关的还有以下几条规律应掌握 1 同温同压下 气体的体积与物质的量成正比 对于一反应体系 包括密闭体系 气体总体积与总的物质的量成正比 即 2 1 V V 2 1 n n 2 同温同体积下 气体的压强与物质的量成正比 对于一反应体系 包括密闭体系 气体总的物质的量之比等于压强比 即 2 1 P P 2 1 n n 3 同温同压下 同体积的任何气体的质量比等于摩尔质量之比 等于密度之比 即 2 1 m m 2 1 M M 2 1 4 同温同压下 相同质量的任何气体的体积比等于摩尔质量之反比 即 2 1 V V 1 2 M M 5 同温同体积时 等质量的任何气体的压强之比等于摩尔质量的反比 即 2 1 P P 1 2 M M 6 当温度相同 物质的量也相同时 气体的体积与压强成反比 即 2 1 V V 1 2 P P 二 有关气体的几个量的求解策略二 有关气体的几个量的求解策略 1 1 关于气体的相对密度 关于气体的相对密度 气体的相对密度是指两种气体的密度比 D 2 1 2 2 1 1 V m V m 故相对密度可以看作是气体的相对分子质量之比 因此 相对密度单位为 1 是一 个微观量 利用相对密度可求气态物质的相对分子质量 Mr1 D Mr2 若以空气作标准 则为 Mr 29 D空 若是氢气作标准 则为 Mr 2 2 H D 2 2 求气态有机物的摩尔质量或相对分子质量 求气态有机物的摩尔质量或相对分子质量 1 物质的量定义法 M n m 2 密度法 M 22 4 mol L 3 质量体积法 M 22 4 mol L V m 4 相对密度法 Mr1 D Mr2 Mr 29 D空 Mr 2 微观法 2 H D 3 3 求混合气体 求混合气体 气体间不发生反应气体间不发生反应 的平均摩尔质量或平均相对分子质量的平均摩尔质量或平均相对分子质量 1 物质的量定义法 M n m 2 密度法 22 4 mol LM 3 平均量法 混合气体可看成一种气体 不过平均分子量应按下式计算 M1 n1 M2 n2 M1 V1 M2 V2 M 三 有关物质的量浓度的二关系三 有关物质的量浓度的二关系 同c 同V的溶液中所含溶质的物质的量相等 从一溶液中取出任一体积的溶液 其溶质的物质的量浓度不变 但溶质的物质 的量和质量都减少 1 有关量纲式 c m V m c V M V n 2 用浓溶液 A 用质量分数表示 配制稀溶液 B 用物质的量浓度表示 求所需浓溶液 的体积VA cB VB M A VA A mol L L g mol mL g cm3 3 物质的量浓度与溶质的质量分数之间的换算 令V 1L 1000 mL 则得 c L1 mL1000 M 4 稀释规则 稀释前后溶质的质量和物质的量不变 m浓 浓 m稀 稀 V浓 浓 浓 V稀 稀 稀 c浓 V浓 c稀 V稀 5 混合规则 混合前后溶质的质量不变 m1 1 m2 2 m3 3 式中 m1 m2 m3 质量有加和性 若告诉混合后溶液的密度 则有体积效应 即V1 V2 V3 体积没有 332211 VcVcVc 加和性 混合后溶液的体积要根据混合溶液的密度来计算 典例剖析典例剖析 例例 1 1 已知铁的相对原子质量是 56 则 1 个铁原子的质量是 g 解析 解析 依题意 1molFe 为 56g 而 1molFe 约有 6 02 1023个铁原子 则 1 个铁原 子的质量为 g mol molg 23 123 1003 9 106 02 56 例例 2 2 在 24g 碳原子中 所有碳原子的电子数为 个 解析 解析 本题解题思路是 m n N 电子数 mol molg g CM Cm Cn2 12 24 24123 10204 1 1002 6 2 molmolNCnCN A 一个碳原子有 6 个电子 故总电子数为 6 1 204 1024 7 224 1024个 例例 3 3 2 3g 金属钠与水反应后 所得的溶液中 要使每 100 个水分子中溶解有 1 个 Na 求所需水的质量 解析 解析 2 3g Na 为 0 1mol 产生的 Na 也为 0 1mol 设与 0 1molNa 反应消耗水的物质的量为 xmol 生成 NaOH 的物质的量为 ymol 2Na 2H2O 2NaOH H2 46g 2mol 2mol 2 3g x y 列比例式解得 x 0 1mol y 0 1mol 生成 0 1molNaOH 在水中完全电离 故溶液中有 0 1mol 的 Na 设与 0 1mol Na 配比的水的物质的量为 zmol 则有 N Na N H2O n Na n H2O 1 100 0 1 z 解得 z 10mol 所以 总共需 H2O 的物质的量为 x z 0 1mol 10mol 10 1mol m H2O n H2O M H2O 10 1mol 18g mol 181 8g 延伸点拨 延伸点拨 由本题求解过程可知 物质的量起到了微观与宏观的桥梁作用 例例 4 4 某硫酸钠溶液中含有 3 01 1022个 Na 则该溶液中 SO42 的物质的量是 解析 解析 n Na mol N N A 05 0 1002 6 1001 3 Na 23 22 根据电离方程式 Na2SO4 2Na SO42 有 Na 2 4 SOn n Na 2 4 SON N 以 n SO42 n Na 0 05mol 0 025mol 2 4 NaN SON 2 1 例例 5 5 4 时某一滴管滴出 30 滴水 体积为 amL 则每滴水中所含的水分子数为 A B a1830 1002 6 23 23 1002 6 30 18 a C D 23 1002 6 3018 a 23 1002 6 1830 a 解析 解析 30 滴水的体积为 a mL 即 ag 物质的量为 所含的水mol a molg ag 1818 1 分 子数为个 因此 D 正确 23 1002 6 18 a 例例 6 6 下列关于物质的量的叙述中 错误的是 A 1 mol 任何物质都含有 6 02 1023个分子 B 0 012 kg 12C 中含有约 6 02 1023个碳原子 C 1 mol 水中含有 2 mol 氢和 1 mol 氧 D 1 mol Ne 含有 6 02 1024个电子 解析 解析 因为有些物质是由分子组成 例如水 硫酸等 有些物质是由离子组成 例 如 NaCl Ca OH 2等 还有些物质是由原子直接构成的 例如金刚石等 所以 A 的叙 述是错误的 碳是由原子构成的 根据规定 0 012 kg 12C 中所含的碳原子数即为阿伏 加德罗常数 其近似值为 6 02 1023 mol 1 所以 B 的叙述是对的 根据规定 使用 摩尔表示物质的量时 应该用化学式指明粒子的种类 而不使用该粒子的中文名称 C 中表示水的组成时 却用名称表示 所以也是不正确的 氖原子核外有 10 个电子 则 1 mol Ne 也应含有 10 6 02 1023个电子 所以 D 的叙述是正确的 答案 答案 AC 例例 7 7 由 CO2 H2和 CO 组成的混合气在同温同压下与氮气的密度相同 则该 混合气体中 CO2 H2和 CO 的体积比为 A 29 8 13 B 22 1 14 C 13 8 29 D 26 16 57 解析 解析 由于 CO 与 N2具有相同的分子质量 所以 CO2 H2 CO 混合气体的平均相对 分质量仅由 CO2和 H2来决定 CO 的量可以任意 由十字交叉法 即 C D 都符合 故选 C D 例例 8 8 2003 年全国 A B C 是短周期 A 和 A 族元素的碳酸盐 它们的质量 分别为 mA mB mC 与足量盐酸完全反应 消耗盐酸的物质的量分别为 nA HCl nB HCl nC HCl 已知 mA mB mC nA HCl nB HCl nC HCl 请填空 2 CO2 H2 44 28 26 16 26 16 1 写出短周期 A 和 A 族元素形成的所有碳酸盐的名称 2 若以 MA MB和 MC分别表示 A B C 的相对分子质量 试写出 MA MB和 MC三者的 相互关系式 3 A 的正确选择有 种 其化学式为 4 若 A 和 B 为 A 族元素的碳酸盐 C 为 A 族元素的碳酸盐 则 A B C 的化学 式依次是 mB mC 1 保留 2 位小数 解析 解析 1 IA IIA 族短周期元素有 Li Na Be Mg 故碳酸盐名称为碳酸锂 碳酸 钠 碳酸铍 碳酸镁 2 nA HCl 2n A nB HCl 2n B nC HCl 2n C 故 即 即 C C B B A A M m M m M m222 C C B B A A M m M m M m C C B B A C A B M m M m M m M m MA MB MC 若 MAMC此时 MC MAMB则 MA MC此时 MB MA0 即 a 10 0 20 a 0 所以 10 a 2a D b 2 1D 1 2 2 1 8 在 100g 浓度为 18 mol L 1 密度为 g cm 3 的浓硫酸中加入一定量的水 稀释成 9mol L 1的硫酸 则加入水的体积为 A 小于 100mL B 等于 100mL C 大于 100mL D 等于 100 mL 9 20002 年春季 今有 0 1mol L 1Na2SO4溶液 300mL 0 1mol L 1MgSO4溶液 200mL 和 0 1mol L 1Al2 SO4 3溶液 100mL 这三种溶液中硫酸根离子浓度之比是 A 1 1 1 B 3 2 2 C 3 2 3 D 1 1 3 10 100mL 0 3mol L 1Na2SO4溶液和 50mL 0 2mol L 1Al2 SO4 3溶液混合后 溶 液中 SO42 的物质的量浓度为 A 0 20mol L 1 B 0 25mol L 1 C 0 40mol L 1 D 0 50mol L 1 二 填空题二 填空题 11 在配制物质的量浓度溶液时 下列操作出现的后果是 填 溶液浓度不准确 偏低 偏高 无影响 1 配制氢氧化钠溶液时 称取已吸潮的氢氧化钠固体 2 配制氢氧化钠溶液时 溶液不能澄清 溶质少量不溶解 3 配制氯化钠溶液时 容量瓶中有少量水 4 定容时 液面上方与刻度相齐时 停止加水 5 配制好溶液后 容量瓶未塞好 洒出一些溶液 6 发现溶液液面超过刻度线 用吸管吸出少量水 使液面降至刻度线 三 计算题三 计算题 12 在 500mL Na2CO3溶液中加入足量盐酸 将所产生的气体全部通入含有 7 4gCa OH 2的澄清石灰水中得 5g 沉淀 则原 Na2CO3的物质的最浓度为 mol L 1 13 10 分 将某温度下的 KNO3溶液 200g 蒸发掉 10g 水 恢复到原温度 或向其中 加入 10gKNO3固体均可使溶液达到饱和 试计算 1 该温度下 KNO3的溶解度 2 原未饱和溶液的质量分数 14 为了防治环境污染并对尾气进行综合利用 某硫酸厂用氨水吸收尾气中的 SO2 再向吸收液中加入浓硫酸 以制取高浓度的 SO2及 NH4 2SO4和 NH4HSO4固体 为 测定上述 NH4 2SO4和 NH4HSO 固体混合物的组成 现称取该样品四份 分别加入相同浓 度的 NaOH 溶液各 40 00mL 加热至 120 左右 使氨气全部逸出 NH4 2SO4和 NH4HSO4的 分解温度均高于 200 测得有关实验数据如下 标准状况 实验序号样品的质量 g NaOH 溶液的体 积 Ml 氨气的体积 L 7 440 001 68 14 840 003 36 22 240 001 12 37 040 000 00 1 实验过程中有关反应的离子方程式为 2 由 组数据直接推测 标准状况下 3 7g 样品进行同样实验时 生成氨气的体积 为 L 3 试计算该混合物 NH4 2SO4和 NH4HSO4的物质的量之比 4 欲计算该 NaOH 溶液的物质的量浓度应选择第 组数据 由此求得 NaOH 溶液的物质的量浓度为 知能训练参考答案 知能训练参考答案 1 A 2 D 3 D 4 D 5 C 点拨 从概念出发组织解题思路 由物质的量浓 度与质量分数的关系得知 而 1 2a 2 1 b a 6 C 点拨 设溶质的相对分子质量为 x 则根据溶液混合 蒸发前后溶质的物质 的量不变 有 m g a n g b x m g n g p g q g mL 1 10 3 L mL 1 c mol L 1 解得 x 1000q am bn c m n p g mol 1 7 C 点拨 设溶液的体积为 V L 密度为 d g mL 溶质的摩尔质量为 M g mol 质量分数为 物质的量浓度为 c mol L 根据溶液浓度的表达方式不同 但其溶质不 变 有 V L 103mL L d g mL M g mol V L c mol L 即 c 103d M 依据题意 有 a 103d1 1 17 b 103d2 2 17 因 2a b 所以有 2d1 1 d2 2 又由于氨水的密度比 纯水的小 且浓度越大 密度越小 即 d2 d1 代入上式得 2 2 1 8 A 点拨 由于 18 mol L 1硫酸的密度约等于 1 8 g cm 3 大于水的密度 所以 100g18 mol L 1硫酸的体积一定小于 100mL 要把溶液的物质的量浓度减小一 半 则加入水的体积大约等于原溶液的体积 即小于 100mL 9 D 10 C 11 1 偏低 2 偏低 3 无影响 4 偏高 5 无影响 6 偏低 12 解析 图示分析如下 CO2通入 Ca OH 2产生沉