2024–2025学年高一化学必修第一册同步学与练（人教版）第16课 气体摩尔体积（解析版）

第16课气体摩尔体积001学习目标1．了解气体摩尔体积的含义，能运用气体摩尔体积进行简单计算。2．能运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积之间的相互关系进行简单计算。002预习导学自主梳理1．1mol不同固体和液体的体积状态物质密度/20℃1mol质量1mol的体积结论固态Fe7.86g·cm－356g7.12cm3相同条件下，1mol固体、液体的体积——差别较大Al2.70g·cm－327g10cm3液态H2O0.998g·cm－318g18.0cm3H2SO41.83g·cm－398g53.6ccm32．1mol不同气体的体积状态物质密度/(0℃、101kPa)1mol质量1mol的体积结论气态O21.429g·L－132.0g22.39标准状况下，1mol气体的体积——约为22.4LH20.0899g·L－12.016g22.42CO1.25g·L－128.01g22.413．1mol气体在不同状况下的体积0℃101kPa0℃202kPa20℃101kPa－10℃202kPaH222.411.224.010.8O222.411.224.010.8HCl22.411.224.010.8一、影响物质体积大小的因素1．物质体积的大小取决于构成这种物质的粒子_______、粒子的大小和粒子之间的距离这三个因素。2．1mol任何物质中的粒子数目都是相同的，均为NA。因此，在粒子数目相同时，物质体积的大小取决于构成物质的粒子的_______和粒子之间的________。3．对于气体来说，粒子之间的距离远远大于粒子本身的直径。当粒子数目相同时，气体的体积主要取决于气体_______________________。4．气体的体积取决于分子的数目和分子的间距，分子的间距与温度、压强有关：压强一定，升高温度，分子之间的距离_______，气体体积_______；反之，气体体积_______。温度一定，增大压强，粒子之间的距离_______，气体体积_______；反之，气体体积增大。二、气体摩尔体积和阿伏加德罗定律1．单位物质的量的气体所占的________叫做气体摩尔体积，用符号Vm表示。气体摩尔体积的数值不是固定不变的，它取决于气体所处的_______和_______。2．在相同温度和压强下，任何气体分子之间距离可看成是_________的，因此，在相同的温度和_______下，分子数相同的任何气体都具有相同的________。一、1．数目2．大小距离3．分子之间的距离4．变大增大缩小减小缩小二、1．体积温度压强2．相等压强体积预习检测1．（2022年湖北省期中）下列物质的体积约为22.4L的是A．标准状况下，1molH2O B．20℃、101kPa时，36.5gHClC．常温常压下，16gCH4 D．标准状况下，1molO2【答案】D【解析】A项，标准状况下水不是气体，错误；B项，不是标准状况下，体积不能计算，错误；C项，不是标准状况下，体积不能计算，错误；D项，标准状况下，体积为1×22.4L·mol－1＝22.4L，正确。2．（2023年江苏省海门中学期中）在标准状况下，1升某气体的质量为1.25g，则该气体可能是A．H2 B．CO2 C．CH4 D．CO【答案】D【解析】标准状况下，气体摩尔体积为22.4L·mol－1，1L某气体的质量为1.25g，该气体摩尔质量M＝EQ\f(m,n)＝EQ\f(1.25g,EQ\f(1L,22.4L·mol－1))＝28g·mol－1，其摩尔质量在数值上等于其相对分子质量，所以其相对分子质量为28。A项，H2的相对分子质量为2，错误；B项，CO2的相对分子质量为44，错误；C项，CH4的相对分子质量为16，错误；D项，CO的相对分子质量为28，正确。3．（2023年江苏省沛县上学期第一次学情调研）在标准状况下，将1gH2、11gCO2和4gO2混合，该混合气体的体积约为A．16.8L B．14L C．19.6L D．8.4L【答案】C【解析】混合气体的总的物质的量为EQ\f(1g,2g·mol－1)＋EQ\f(11g,44g·mol－1)＋EQ\f(4g,32g·mol－1)＝0.875mol，标准状况下的体积为0.875mol×22.4L·mol－1＝19.6L，气体的体积与其种类无关。故选C项。4．（2022年河北省唐山市遵化市期中）下列说法正确的是A．气体摩尔体积就是22.4LB．任何状况下，1mol任何气体的体积一定是22.4LC．标准状况下，22.4L水含有6.02×1023个分子D．1molH2和O2的混合气体在标准状况下的体积约22.4L【答案】D【解析】A项，气体摩尔体积指在一定温度和压强下，单位物质的量气体所占的体积，标准状况下，气体摩尔体积为22.4L·mol－1，其他条件下不一定是22.4L·mol－1，错误；B项，标准状况下，1mol气体体积约为22.4L，其他条件下不一定是22.4L，错误；C项，标准状况下，水为非气体，故22.4L水物质的量不等于1mol，错误；D项，1mol任何气体（包括混合气体），在标准状况下体积约为22.4L，正确。5．（2022年四川省成都区期中）下列关于气体摩尔体积的几种说法正确的是A．22.4L任何气体的物质的量均为1molB．非标准状况下，1mol气体的体积不可能是22.4LC．0.1molH2、0.2molO2、0.3molN2和0.4molCO2组成的混合气体在标准状况下的体积约为22.4LD．在同温同压下，相同体积的任何气体单质所含分子数和原子数都相同【答案】C【解析】A项，通常在标准状况下，22.4L任何气体的物质的量为1mol，错误；B项，非标准状况下，1mol气体的体积也可能是22.4L，错误；C项，0.1molH2、0.2molO2、0.3molN2和0.4molCO2组成的混合气体在标准状况下的体积约为(0.1mol＋0.2mol＋0.3mol＋0.4mol)×22.4L·mol－1＝22.4L，正确；D项，在同温同压下，相同体积的任何气体单质所含分子数相同，但原子数不一定相同，错误。6．（2023年福建省宁德市上学期期中）同温、同压下，同体积的甲烷(CH4)和二氧化碳气体中，相同的是A．物质的量 B．原子总数 C．密度 D．质量【答案】A【解析】根据阿伏伽德罗定律可知：“三同定一同”即同温同压同体积的气体，具有相同的分子数，据此作答。A项，结合n＝EQ\f(N,NA)可知，同温、同压下，同体积的甲烷(CH4)和二氧化碳气体中，相同的是气体的物质的量，符合题意；B项，因为每个甲烷分子和二氧化碳分子中所含原子总数不同，所以上述条件下两种气体的原子总数不同，不符合题意；C项，因为气体的分子数相同，但气体的摩尔质量不同，所以气体的质量不同，同体积的两种气体，密度不同，不符合题意；D项，因为气体的分子数相同，但气体的摩尔质量不同，所以气体的质量不同，不符合题意。►环节一气体摩尔体积情境材料教室标准尺寸国家标准教室标准尺寸国家标准中小学教室标准尺寸长9米，宽6米，高3米。而普通中小学教室的标准是面积要求是50到60平方米。问题探究若教室的长9米，宽6米，高3米，则这间教室里空气的质量为多少？(已知空气的平均摩尔质量为29g·mol－1)。EQ\f(9m×6m×3m×1000L·m－3,22.4L·mol－1)×29g·mol－1＝209732.1g。要点归纳一、气体摩尔体积1．决定物质体积的因素①对于固体或液体，粒子之间的距离很小(几乎相等)，其体积取决于粒子数目及大小；当粒子数目相同时(如各为1mol)，其体积与粒子大小(不同物质的粒子大小不相同)有关，所以1mol不同的固体或液体的体积往往不相同。②对气体来说，粒子之间的距离要比粒子本身的直径大很多倍，气体的体积与分子的大小无关，只取决于气体分子数目及间距(相同条件下，分子间距相同)，所以1mol不同的气体的体积几乎相同。2．气体摩尔体积定义单位物质的量的气体所占的体积符号Vm单位L·mol－1（或L/mol）特例标准状况下(即0℃和101kPa)，气体摩尔体积约为22.4L·mol－1（1）使用气体摩尔体积四注意（2）用“22.4L·mol－1”要“二看”一看——物质状态，必有是气体，如标准状况下水、酒精、四氯化碳等为非气体物质。二看——外界条件，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。（3）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。需要注意的是混合气体中气体之间不能发生化学反应。典例精讲【例1】（2022年北京市丰台区期中）现有下列四种因素：①温度和压强、②所含微粒数、③微粒本身大小、④微粒间的距离，其中对气体物质体积有显著影响的是A．②③④ B．①②④ C．①③④ D．①②③④【答案】B【解析】决定物质体积大小的因素有微粒数目、微粒的大小、微粒之间的距离三个因素，而气体微粒间的距离远大于气体微粒的大小，则体积取决于微粒之间的距离。①温度和压强对微粒间的距离影响较大，①正确；②所含微粒数越多，体积越大，②正确；③微粒本身大小远小于气体间的距离，微粒本身大小对体积几乎无影响，③错误；④微粒间的距离越远，体积越大，④正确；综上所述，答案为B项。【例2】（2022年福建厦门期末）标准状况下，下列物质所占体积最大的是A．36gH2O B．1.5molH2C．48gO3 D．3.01×1023个N2【答案】B【解析】A项，标准状况下，36g水的体积为36mL；B项，1.5mol氢气的体积为1.5mol×22.4L·mol－1＝33.6L；C项，48g臭氧的体积为EQ\f(48g,48g·mol－1)×22.4L·mol－1＝22.4L；D项，3.01×1023个氮气的体积为EQ\f(3.01×1023,6.02×1023mol－1)×22.4L·mol－1＝11.2L，则1.5molH2的体积最大，故选B项。【例3】（2022年四川南充期末）下列各组物质中，所含分子数相同的是A．10gH2和10gO2B．5.6LN2(标准状况)和11gCO2C．18gH2O和0.5molBr2D．224mLH2和0.01molN2【答案】B【解析】A项，10g氢气的物质的量为EQ\f(10g,2g·mol－1)＝5mol，10g氧气的物质的量为EQ\f(10g,32g·mol－1)1＝0.3125mol，两者的物质的量不相等，则所含分子数不相同，错误；B项，标准状况下，5.6L氮气的物质的量为EQ\f(5.6L,22.4L·mol－1)＝0.25mol，11g二氧化碳气体的物质的量为EQ\f(11g,44g·mol－1)＝0.25mol，两者的物质的量相等，则所含分子数相同，正确；C项，18g水的物质的量为EQ\f(18g,18g·mol－1)＝1mol，与0.5mol溴的物质的量不相等，则两者所含分子数不相同，错误；D项，缺标准状况下，无法计算224mL氢气的物质的量，不能比较与0.01mol氮气的物质的量大小和所含分子数的大小，错误。►环节二阿伏加德罗定律情境材料22＋1＝2190多年前，德国的数学家高斯和意大利科学家阿伏加德罗进行了一场激烈的辩论，核心是化学究竟是不是一门真正的科学。阿伏加德罗做一实验：将2L氢气放在1L氧气中燃烧得到2L水蒸气，他十分自豪地对高斯说：“请看吧！只要化学愿意，它能使2加1等于2，数学能做到这一点吗？遗憾的是我们对化学知道的太少了！”。后来为解释气体体积反应定律——当温度和压强不变时，参加反应的气体与生成的气体体积间成简单的整数比。他提出了阿伏加德罗假说，后来被科学家证明为阿伏加德罗定律。问题探究1．实验时的温度必须超过_____℃。2．阿伏加德罗定律在历史上曾经用来求气体的分子式。若在一定的温度和压强下，4体积某气态化合物完全分解后产生1体积气体A4和6体积气体B2，由此可推断该气态化合物化学式为_______；这是根据____________定律和__________定律推断出来的。1．100解析：如水不是气体，则2＋1≠2。2．AB3阿伏加德罗质量守恒解析：设气态化合物的分子式为AxBy，根据阿伏加德罗定律有：4AxBy1A4＋6B2，再根据质量守恒定律可知：x＝1、y＝3。要点归纳二、阿伏加德罗定律1．概念：在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子。2．推论相同条件结论公式语言叙述同温同压eq\f(V1,V2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(N1,N2)同温同压下，体积之比等于物质的量之比，等于分子数之比同温同体积eq\f(p1,p2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(N1,N2)同温同体积下，压强之比等于物质的量之比，等于分子数之比同温同压eq\f(ρ1,ρ2)＝eq\f(M1,M2)同温同压下，密度之比等于摩尔质量之比同温同压同体积eq\f(m1,m2)＝eq\f(M1,M2)同温同压下，体积相同的气体，其质量与摩尔质量成正比（1）阿伏加德罗定律既适用于单一气体，也适用于混合气体，但对于固体和液体则不适用。（2）同温、同压、同体积和同分子数，共同存在，相互制约，只要“三同”成立，“第四同”必定成立。典例精讲【例4】（2022年江苏省扬州市扬州中学期中）在体积相同的两个密闭容器中分别充满C2H4、C3H6气体，当这两个容器内温度和气体密度相等时，下列说法正确的是A．两种气体的压强是P(C2H4)＜P(C3H6) B．C2H4比C3H6的质量小C．两种气体的分子数目相等 D．两种气体的氢原子数目相等【答案】D【解析】C2H4和C3H6的体积相同，密度相等，则C2H4和C3H6的质量相等；C2H4、C3H6的摩尔质量依次为28g·mol－1、42g·mol－1，等质量的C2H4和C3H6的物质的量之比为EQ\f(1,28)∶EQ\f(1,42)＝3∶2。A项，同温同压下，压强之比等于物质的量之比，P(C2H4)∶P(C3H6)＝3∶2，故P(C2H4)＞P(C3H6)，错误；B项，由上分析，两气体的质量相等，错误；C项，两气体的分子数为3∶2，分子数不相等，错误；D项，两气体的分子数目之比为3∶2；所含氢原子数之比为(3×4)∶(2×6)＝1∶1，即所含氢原子数目相等，正确。【例5】（2022·安徽宿州十三所重点中学期中）如图所示，气缸的总体积一定，内部被活塞隔成I、II两部分，活塞可以自由移动，也可以固定。25℃时向I中充入8gSO2，II中充入8gO2，则下列说法正确的是A．当活塞不再移动时，I、II两部分体积比为1∶2B．当活塞不再移动时，I、II两部分密度比为1∶1C．当活塞固定在气缸中间，I、II两部分压强比为1∶1D．当活塞固定在气缸中间，I、II两部分压强比为2∶1【答案】A【解析】8gSO2的物质的量为EQ\f(1,8)mol，II中充入8gO2为EQ\f(1,4)mol。A项，同温同压下，物质的量之比等于体积之比，当活塞不再移动时，I、II两部分体积比为EQ\f(1,8)∶EQ\f(1,4)＝1∶2，正确；B项，ρ＝EQ\f(m,V)，质量相同，则密度之比等于体积的反比，为2∶1，错误；C项，当活塞固定在气缸中间，同温同体积时，气体的压强之比等于其物质的量之比，故I、II两部分压强比为：EQ\f(P1,P2)＝EQ\f(n1,n2)＝EQ\f(EQ\f(1,8),EQ\f(1,4))＝1∶2，错误；D项，当活塞固定在气缸中间，I、II两部分压强比为为：EQ\f(P1,P2)＝EQ\f(n1,n2)＝1∶2，错误。004课堂总结决定物质体积大小的因素气体摩尔体积阿伏加德罗定律在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。00503强化训练1．（2022年山东省泰安肥城市期中）一定温度和压强下，用mg的CH4、CO2、O2、SO2四种气体分别吹出四个体积大小不同的气球，下列说法中正确的是A．气球②中装的是O2B．气球①和气球③中气体分子数相等C．气球①和气球④中气体物质的量之比为4∶1D．气球③和气球④中气体密度之比为2∶1【答案】D【解析】A项，CH4、CO2、O2、SO2四种气体相对分子质量分别为16、44、32、64，相同质量时气体的物质的量由小到大为SO2、CO2、O2、CH4，故气球②中装的是CO2，不符合题意；B项，由上分析可知，两种气体的物质的量不相同，则气体分子数也不相等，错误；C项，气球①和气球④中气体物质的量之比为EQ\f(mg,64g·mol－1)∶EQ\f(mg,16g·mol－1)＝1∶4，错误；D项，O2、CH4的密度之比等于其相对分子质量之比为32∶16＝2∶1，正确。2．（2023年江苏省沛县上学期第一次学情调研）同温同压下，两种气体的体积如果不相同，其主要原因是A．气体的分子大小不同 B．气体分子间的平均距离不同C．气体的性质不同 D．气体的分子数不同【答案】D【解析】同温同压下气体摩尔体积相同，根据V＝nVm判断体积不同的原因。对于气体来说，粒子之间的距离远远大于粒子的直径，同温同压下气体粒子间的距离相等，同温同压下气体摩尔体积相同，由V＝nVm＝EQ\f(N,NA)Vm知，气体的体积取决于粒子数目的不同，故答案为D项。3．（2023年江苏省沛县上学期第一次学情调研）雾霾天气对环境造成了严重影响，部分城市开展PM2．5和臭氧的监测。下列有关说法正确的是A．臭氧的摩尔质量是48gB．同温同压条件下，等质量的氧气和臭氧体积比为2∶3C．16g臭氧中含有6.02×1023个原子D．通常状况下，1mol氧气和臭氧混合气体的体积约为22.4L【答案】C【解析】A项，臭氧O3的摩尔质量是48g·mol－1，错误；B项，同温同压条件下，气体体积比等于物质的量之比，设氧气和臭氧的质量均为1g，则n(O2)＝1/32mol，n(O3)＝1/48mol，故体积比为1/32∶1/48＝3∶2，错误；C项，16g臭氧O3中含有NA个原子，约为6.02×1023个原子，正确；D项，标准状况下，1mol氧气和臭氧混合气体的体积约为22.4L，错误。4．（2023年江苏省海门中学期中）1811年，阿伏加德罗在大量实验基础上得出结论：同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。根据这个结论，下列叙述不正确的是A．同温同压下，等质量的氮气和一氧化碳体积相同B．同温同压下，等体积的两种气体原子数不一定相等C．同温同压下，气体的体积与分子数成正比D．两种分子数和体积都相等的气体，所处的温度和压强一定相同【答案】D【解析】A项，氮气、CO的摩尔质量均为28g·mol－1，根据n＝EQ\f(m,M)可知，等质量的氮气、CO的物质的量相等，相同条件下，气体体积之比等于其物质的量之比，故二者占有的体积相等，正确；B项，同温同压下，相同体积的气体，它们的物质的量必相等，但构成分子的原子数不一定相同，故原子数不一定相等，正确；C项，同温同压下，气体体积与气体物质的量，即气体分子的分子数成正比，正确；D项，两种分子数和体积都相等的气体，所处的温度和压强可以不相同，不正确。5．（2022年江苏省宿迁市沭阳县期中）下列说法正确的是A．2gH2含有的氢原子物质的量为1molB．常温常压下，22.4LO2含有的分子物质的量为1molC．65gZn与足量盐酸反应失去的电子物质的量为2molD．标准状况下，22.4L的H2O含有的分子物质的量为1mol【答案】C【解析】A项，1个氢气分子含有2个氢原子，2gH2的物质的量n＝EQ\f(m,M)＝EQ\f(2g,2g·mol－1)＝1mol，1mol氢气中含氢原子个数为2mol，不符合题意；B项，常温常压下Vm大于22.4L·mol－1，根据n＝EQ\f(V,Vm)，22.4LO2的物质的量小于1mol，所以分子数小于1mol，不符合题意；C项，65gZn的物质的量n＝EQ\f(m,M)＝EQ\f(65g,65g·mol－1)＝1mol，1molZn变为Zn2＋时失去2mol电子，失去的电子数目为2mol，符合题意；D项，标准状况下，Vm＝22.4L/mol，水在标况下不是气态，不能使用标况下气体的摩尔体积计算水的物质的量，不符合题意。6．（2023年江苏省海门中学期中）实验室用镁带和稀硫酸反应产生氢气，来测定氢气的气体摩尔体积，所涉及到的步骤有①读数；②冷却至室温；③调节使水准管和量气管液面相平。正确的顺序是A．①②③ B．①③② C．③①② D．②③①【答案】D【解析】要准确测量气体体积必须保持量筒内外气体的温度和压强相等，因此在读取量筒内气体的体积之前，应使试管和量筒内的气体都冷却至室温；再调节量筒内外液面高度使之相同，最后读数，即正确的顺序是②③①，故合理选项是D项。7．（2023年北京丰台区期中）等物质的量的SO2和SO3相比较，下列结论不正确的是A．分子数目之比为1∶1 B．氧原子数目之比为2∶3C．质量之比为1∶1 D．同温同压下体积之比为1∶1【答案】C【解析】A项，根据阿伏伽德罗定律可知，分子数目之比等于物质的量之比，为1∶1，正确；B项，由化学式可知，氧原子数目之比为2∶3，正确；C项，等物质的量的SO2和SO3质量之比等于其摩尔质量之比，为64∶80＝4∶5，错误；D项，根据阿伏伽德罗定律可知，同温同压下体积之比等于物质的量之比为1∶1，正确。8．（2023年江苏省海安中学期中）在两个密闭容器中，分别充有质量相等的甲乙两种气体。若两容器的温度和压强均相等，且甲的密度大于乙的密度，则下列说法正确的是A．甲的分子数比乙的分子数多 B．甲的物质的量比乙的物质的量少C．甲的摩尔体积比乙的摩尔体积小 D．甲的相对分子质量比乙的相对分子质量小【答案】B【解析】两容器的温度和压强均相同，则气体的Vm相等，两容器气体质量相等，且甲的密度大于乙的密度，可以知道甲体积小于乙体积，由n＝EQ\f(V,Vm)可以知道甲气体的物质的量小于乙，以此解答该题。A项，由以上分析可以知道甲气体的物质的量小于乙，则甲的分子数小于乙的分子数，错误；B项，由以上分析可以知道甲气体的物质的量小于乙，正确；C项，两容器的温度和压强均相同，则气体的Vm相等，错误；D项，气体质量相同，甲的物质的量比乙的物质的量小，由M＝EQ\f(m,n)可以知道甲的相对分子质量大于乙的相对分子质量，错误。9．（2023年江苏省常州高级中学第一次调研）下列说法正确的是A．同温同压下质量相同的O2和O3为的原子数之比是2∶3B．5.6gCO和22.4LCO2含有的碳原子数一定相等C．20℃，1×1015Pa时，相同体积的O2和CO2具有相同的分子数D．当气态物质的体积为22.4L时，该气体一定处于标准状况【答案】C【解析】A项，O2和O3中只含有氧原子，两者质量相同，则氧原子质量相同，数目相同，错误；B项，不确定是在标况下，不能计算二氧化碳的物质的量，错误；C项，根据阿伏加德罗定律，相同条件下，同体积的气体所含分子数相同，正确；D项，当1mol气态物质的体积为22.4L时，该气体不一定处