2013年高考化學(xué) 總復(fù)習(xí)學(xué)案4 化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用(一)物質(zhì)的量 氣體摩爾體積

學(xué)案4化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用(一)——物質(zhì)的量氣體摩爾體積[考綱要求]1.準(zhǔn)確理解物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、阿伏加德羅常數(shù)的含義，并且掌握上述幾種量之間的有關(guān)計算。2.了解阿伏加德羅定律，并能簡單計算。3.掌握物質(zhì)的量、氣體摩爾體積在化學(xué)反應(yīng)和計算中的應(yīng)用。知識點一物質(zhì)的量及其單位1．物質(zhì)的量物質(zhì)的量表示一定數(shù)目的微粒集體。物質(zhì)的量的符號為n，其單位是摩爾，簡稱摩，符號為mol。1mol任何粒子的粒子數(shù)與0.012_kg_12C中所含的原子數(shù)相同。這里的粒子指分子、原子、質(zhì)子、中子、電子、離子問題思考1．1molNaCl和1molHCl所含的粒子數(shù)相同嗎？答案不相同，因為NaCl是離子化合物，組成微粒是Na＋和Cl－，而HCl是共價化合物，組成微粒是HCl分子。2．阿伏加德羅常數(shù)(1)規(guī)定：0.012kg12C所含的原子數(shù)為阿伏加德羅常數(shù)。把含有6.02×1023個粒子的任何粒子集體的物質(zhì)的量計量為1mol,6.02×1023_mol－1叫做阿伏加德羅常數(shù)。其符號是NA，單位是mol(2)物質(zhì)的量(n)、阿伏加德羅常數(shù)(NA)與微粒數(shù)(N)之間的關(guān)系為：n＝eq\f(N,NA)。問題思考2．阿伏加德羅常數(shù)(NA)與6.02×1023完全相同嗎？答案不相同；原因是NA是指1mol任何粒子的粒子數(shù)，即12g12C中含有的原子數(shù)，是一個真實值，而6.02×1023是一個實驗值，是阿伏加德羅常數(shù)的近似值。3．摩爾質(zhì)量(1)概念：單位物質(zhì)的量的物質(zhì)所具有的質(zhì)量。(2)單位：g·mol－1，符號是M。(3)當(dāng)摩爾質(zhì)量以g·mol－1為單位時，在數(shù)值上與該物質(zhì)的相對分子質(zhì)量相等。(4)物質(zhì)的量、物質(zhì)的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量之間的關(guān)系為：n＝eq\f(m,M)。問題思考3．摩爾質(zhì)量、相對分子質(zhì)量、1mol物質(zhì)的質(zhì)量三者的區(qū)別和聯(lián)系。答案1mol物質(zhì)的質(zhì)量在數(shù)值上和摩爾質(zhì)量相同，二者的區(qū)別在于單位不一樣，質(zhì)量的單位是克或千克，而摩爾質(zhì)量的單位是g·mol－1或kg·mol－1。相對分子質(zhì)量與摩爾質(zhì)量單位不同，相對分子質(zhì)量為一比值，摩爾質(zhì)量單位為g·mol－1，但在數(shù)值上二者相等。知識點二氣體摩爾體積1．氣體摩爾體積(1)定義：在一定條件下，單位物質(zhì)的量的氣體所占的體積。(2)符號Vm，單位L·mol－1。(3)氣體摩爾體積概念的要點：①物質(zhì)的聚集狀態(tài)必須是氣態(tài)，不適用于固態(tài)或液態(tài)。②物質(zhì)的量必須為1_mol。③必須指明氣體所處的外界條件，即溫度和壓強(qiáng)。問題思考4．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1mol氣體的體積是22.4L，如果當(dāng)1mol氣體的體積是22.4L時，一定是標(biāo)準(zhǔn)狀況嗎？答案不一定；因氣體的體積與溫度、壓強(qiáng)和氣體的分子數(shù)有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4L氣體的物質(zhì)的量為1mol。2．影響氣體摩爾體積大小的因素決定氣體摩爾體積大小的主要因素是：氣體分子間的平均距離。其影響因素主要有：溫度、壓強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體摩爾體積概念剖析：(1)四條件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(溫度：0℃,壓強(qiáng)：101kPa,基準(zhǔn)：1mol物質(zhì),對象：氣體任何一種單一組分的氣體或,不相互反應(yīng)的混合氣體))(2)結(jié)論：1_mol任何氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積都約是22.4_L。(3)單位：L·mol－1。3．阿伏加德羅定律當(dāng)溫度和壓強(qiáng)一定時，不同氣體分子間平均距離一定且相等，一定物質(zhì)的量的氣體的體積一定，所以在相同溫度和壓強(qiáng)下，相同體積的任何氣體含有相同數(shù)目的分子，這就是阿伏加德羅定律?？煽偨Y(jié)為“三同定一同”，適用對象是氣體。一、氣體摩爾質(zhì)量的求解方法(1)標(biāo)況密度法：M＝22.4(L·mol－1)×ρ(g·L－1)。(2)相對密度法：A氣體對B氣體的相對密度D(B)＝eq\f(ρA,ρB)＝eq\f(MA,MB)，如對空氣：M＝D(對空氣)×29。(3)體積分?jǐn)?shù)法：eq\x\to(M)＝M1×V1%＋M2×V2%＋……(V1%、V2%……表示各組分的體積分?jǐn)?shù)，也等于物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。典例導(dǎo)悟1(2011·南京聯(lián)考)在150℃時，將一定質(zhì)量的NH4HCO3放在密閉容器中分解完全。保持溫度不變，求生成氣體的平均相對分子質(zhì)量。解析設(shè)NH4HCO3為79g，由方程式NH4HCO3NH3↑＋H2O↑＋CO2↑79g1mol1mol1mol則eq\x\to(M)＝eq\f(79g,3mol)＝26.33g·mol－1故生成氣體的平均相對分子質(zhì)量為26.33。答案26.33變式演練某?；瘜W(xué)小組學(xué)生進(jìn)行“氣體相對分子質(zhì)量的測定”的實驗，操作如下：用質(zhì)量和容積都相等的燒瓶收集氣體，稱量收集滿氣體的燒瓶質(zhì)量。數(shù)據(jù)見下表(已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)值)。氣體燒瓶和氣體的總質(zhì)量(g)A48.4082B48.4082C48.4082D48.3822E48.4342F48.8762已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下，燒瓶的容積為0.293L，燒瓶和空氣的總質(zhì)量為48.4212g，空氣的平均相對分子質(zhì)量為29。A、B、C、D、E、F是中學(xué)常見的氣體。(1)上述六種氣體中，能夠使品紅溶液褪色的是(寫化學(xué)式)____________________。(2)E的相對分子質(zhì)量是________________________________________________________________________。(3)實驗室制取少量D的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________。(4)A、B、C可能的化學(xué)式是________________________________________________________________________。（1）SO2（2）30（3）CaC2＋2H2O→Ca(OH)2＋C2H2↑(4)N2、CO、C2H4解析設(shè)燒瓶的質(zhì)量為m，盛空氣時，eq\f(48.4212g－m,29g·mol－1)＝eq\f(0.293L,22.4L·mol－1)，m＝48.04g，據(jù)阿伏加德羅定律可得：eq\f(48.4082g－48.04g,MA)＝eq\f(0.293L,22.4L·mol－1)，解得M(A)＝28g·mol－1＝M(B)＝M(C)，所以A、B、C可能為N2、CO、C2H4，同理可推出D、E、F的相對分子質(zhì)量分別為26、30、64，所以D為C2H2，E為C2H6，F(xiàn)為SO2(能使品紅溶液褪色)。二、氣體體積、質(zhì)量的測定方法1．下列氣體中：H2、N2、O2、NO2、NH3、HCl，哪些可以用排水法測量氣體的體積？為什么？答案H2，N2，O2。因為這三種氣體既不溶于水，也不和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。2．實驗室在做H2和CuO的實驗時，如何測得參加反應(yīng)的H2的質(zhì)量？答案可以用盛濃H2SO4的洗氣瓶(或其他吸收水的裝置)吸收生成的H2O。稱量吸水前后洗氣瓶(或裝置)的質(zhì)量差即可得到H2O的質(zhì)量，再換算成H2的質(zhì)量。3．(1)下列裝置中，可以用來量取氣體體積的是________________________________________________________________________?？梢杂脕頊y定氣體質(zhì)量的是________________________________________________________________________。(2)用d裝置測定氣體體積，讀數(shù)時應(yīng)注意哪些問題？答案(1)a、b、c、de、f、g(2)①冷卻至室溫②上下移動乙管，使兩管中液面相平③視線與凹液面的最低點水平相切典例導(dǎo)悟2某研究性學(xué)習(xí)小組為證明在同溫同壓下，相同濃度相同體積的不同強(qiáng)度的一元酸與足量鎂帶反應(yīng)時，生成氫氣的體積相同而反應(yīng)速率不同，同時測定實驗室條件下的氣體摩爾體積。設(shè)計的簡易實驗裝置如下圖。該實驗的主要操作步驟如下：Ⅰ.請將下述步驟補(bǔ)充完整(1)配制濃度為0.5mol·L－1H2SO4溶液和H2C2O4(2)用________________量取10.00mL0.5mol·L－1H2SO4和H2C2O4(3)分別稱取除去表面氧化膜的鎂條并系于銅絲末端；(4)檢查裝置的氣密性，在廣口瓶中裝滿水，按圖連接好裝置；(5)將銅絲向下移動，使足量鎂條浸入酸中(銅絲不與酸接觸)，至反應(yīng)完全，記錄________________________________________________________________________；(6)反應(yīng)結(jié)束后，讀取量筒中水的體積為ymL。Ⅱ.回答下列問題：(1)以下是讀取量筒內(nèi)水的體積時必須包括的幾個步驟：①使乙、丙中液面相平；②將裝置冷卻至室溫；③讀取量筒內(nèi)水的體積。這三步操作的正確順序是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)讀取量筒內(nèi)水的體積時，若丙中液面高于乙中液面，使乙、丙中液面相平的操作是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)簡述速率不等的原因是________________________________________________________________________。銅絲不能與酸接觸的原因是________________________________________________________________________。解析Ⅰ.(2)由10.00mL精確度0.01mL可知所選儀器為滴定管。Ⅱ.了解乙、丙量氣原理及操作是解本題的關(guān)鍵。答案Ⅰ.(2)酸式滴定管(5)反應(yīng)所需時間Ⅱ.(1)②①③(2)丙向下移動(3)氫離子濃度不同鎂與銅易形成原電池，加快反應(yīng)速率，干擾實驗的測定題組一對阿伏加德羅常數(shù)的考查1．NA表示阿伏加德羅常數(shù)，判斷下列各項是否正確?？疾槲镔|(zhì)的結(jié)構(gòu)(1)1mol羥基中電子數(shù)為10NA(×)(2010·江蘇－5B)(2)1.7gH2O2中含有電子數(shù)為0.9NA(√)(2010·上海－7B)(3)1mol乙烷分子中含有8NA個共價鍵(×)(2009·浙江理綜－8B)(4)58.5g的NaCl固體中含有NA個氯化鈉分子(×)(2009·浙江理綜－8C)(5)24g鎂的原子最外層電子數(shù)為NA(×)(2009·福建理綜－8A)考查物質(zhì)的物理性質(zhì)(6)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4L乙醇的分子數(shù)為NA(×)(2009·福建理綜－8D)(7)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4L二氯甲烷的分子數(shù)約為4NA個(×)(2010·四川理綜－7A)(8)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4L戊烷所含分子數(shù)為0.1NA(×)(2010·上海－7D)考查電離情況(9)1L0.1mol·L－1乙酸溶液中H＋數(shù)為0.1NA(×)(2009·福建理綜－8B)考查氧化還原反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移(10)1molCa變成Ca2＋時失去的電子數(shù)為2NA(√)(2009·廣東理基－20D)(11)1molCl2與足量Fe反應(yīng)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為3NA(×)(2008·廣東－10A)(12)1molCl2參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)一定為2NA(×)(2010·福建理綜－7C)(13)在反應(yīng)KIO3＋6HI=KI＋3I2＋3H2O中，每生成3molI2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為6NA(×)(2010·江蘇－5C)考查鹽的水解(14)將0.1mol氯化鐵溶于1L水中，所得溶液含有0.1NAFe3＋(×)(2009·廣東－6D)(15)在1L0.1mol·L－1碳酸鈉溶液中，陰離子總數(shù)大于0.1NA(√)(2009·浙江理綜－8D)氣體摩爾體積(16)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2.24LH2O含有的分子數(shù)等于0.1NA(×)(2009·上海－12A)(17)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4L空氣含有NA個單質(zhì)分子(×)(2010·福建理綜－7B)(18)分子數(shù)為NA的CO、C2H4混合氣體體積約為22.4L，質(zhì)量約為28g(×)(2009·上海－12C)(19)常溫常壓下，22.4L乙烯中C－H鍵數(shù)為4NA(×)(2010·江蘇－5D)(20)乙烯和環(huán)丙烷(C3H6)組成的28g混合氣體中含有3NA個氫原子(×)(2009·廣東－6B)(21)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4L氯氣與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為NA(√)(2009·廣東－6C)(22)22.4LCl2中含有NA個Cl2分子(×)(2009·廣東理基－20A)題組二物質(zhì)的量、氣體摩爾體積2．(2008·四川理綜，6)下列說法中不正確的是()A．1mol氧氣中含有12.04×1023個氧原子，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下占有體積22.4LB．1mol臭氧和1.5mol氧氣含有相同的氧原子數(shù)C．等體積、濃度均為1mol·L－1的磷酸和鹽酸，電離出的氫離子數(shù)之比為3∶1D．等物質(zhì)的量的干冰和葡萄糖中所含碳原子數(shù)之比為1∶6，氧原子數(shù)之比為1∶3答案C解析O2為雙原子分子，1molO2含有12.04×1023個氧原子，1molO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下占有體積為22.4L，A正確；臭氧為O3，因此B正確；由于H3PO4為弱電解質(zhì)，不能完全電離，因此C錯誤；干冰和葡萄糖的分子式分別為CO2、C6H12O6，因此D正確。3．(2008·海南，3)在兩個密閉容器中，分別充有質(zhì)量相同的甲、乙兩種氣體，若兩容器的溫度和壓強(qiáng)均相同，且甲的密度大于乙的密度，則下列說法正確的是()A．甲的分子數(shù)比乙的分子數(shù)多B．甲的物質(zhì)的量比乙的物質(zhì)的量少C．甲的摩爾體積比乙的摩爾體積小D．甲的相對分子質(zhì)量比乙的相對分子質(zhì)量小答案B解析由公式m＝ρV得出，ρ甲V甲＝ρ乙V乙，即eq\f(V甲,V乙)＝eq\f(ρ乙,ρ甲)，因為ρ甲>ρ乙，則V甲<V乙，同溫同壓下，n乙>n甲。M甲＝eq\f(m,n甲)，M乙＝eq\f(m,n乙)得M乙<M甲，因此B正確。題組三以物質(zhì)的量為中心的計算4．(2009·全國理綜Ⅰ，7)將15mL2mol·L－1Na2CO3溶液逐滴加入到40mL0.5mol·L－1MCln鹽溶液中，恰好將溶液中的Mn＋完全沉淀為碳酸鹽，則MCln中n值是()A．4B．3C答案B解析含有Mn＋碳酸鹽的化學(xué)式為M2(CO3)n，即2Mn＋～nCOeq\o\al(2－,3)2n40mL×0.5mol·L－115mL×2mol·L－1解得n＝3。5．(1)20gA物質(zhì)和14gB物質(zhì)完全反應(yīng)，生成8.8gC物質(zhì)、3.6gD物質(zhì)和0.2molE物質(zhì)，則E物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為____________。(2)12.4gNa2X含有0.4molNa＋，Na2X的摩爾質(zhì)量為__________，其相對分子質(zhì)量為________，X的相對原子質(zhì)量為__________，該物質(zhì)的化學(xué)式為______________。答案(1)108g·mol－1(2)62g·mol－16216Na2O解析(1)依據(jù)質(zhì)量守恒定律，m(E)＝(20g＋14g)－(8.8g＋3.6g)＝21.6g則M(E)＝eq\f(mE,nE)＝eq\f(21.6g,0.2mol)＝108g·mol－1(2)Na2X～2Na＋～X2－[46＋Ar(X)]g2mol12．4g0.4mol則eq\f([46＋ArX]g,12.4g)＝eq\f(2mol,0.4mol)則Ar(X)＝16，X為O元素，其它各項由此而求出。題組一物質(zhì)的量的概念和NA1．(2008·山東理綜，13)NA代表阿伏加德羅常數(shù)，下列敘述錯誤的是()A．10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的H2SO4，用水稀釋至100mL，H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.8%B．在H2O2＋Cl2=2HCl＋O2反應(yīng)中，每生成32g氧氣，則轉(zhuǎn)移2NA個電子C．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，分子數(shù)為NA的CO、C2H4混合氣體體積約為22.4L，質(zhì)量為28gD．一定溫度下，1L0.50mol·L－1NH4Cl溶液與2L0.25mol·L－1NH4Cl溶液含NHeq\o\al(＋,4)的物質(zhì)的量不同答案A解析H2SO4濃度越大，其密度越大，將10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的H2SO4，用水稀釋成100mL，設(shè)稀釋前密度為ρ1，稀釋后密度為ρ2。其質(zhì)量分?jǐn)?shù)求法為：10mLρ198%＝100mLρ2w%w%＝eq\f(10mLρ198%,100mLρ2)ρ1>ρ2w%＝9.8%×eq\f(ρ1,ρ2)>9.8%。A錯；由H2O2＋Cl2=2HCl＋O2，B正確；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，由分子形成的單一氣體或混合氣體，只要體積相同，含有的分子數(shù)也相等，其中M(CO)＝28g·mol－1，M(C2H4)＝28g·mol－1，因此C正確；由n＝Vc可求得1L0.50mol·L－1和2L0.25mol·L－1的NH4Cl溶液中NHeq\o\al(＋,4)的物質(zhì)的量相等。但NHeq\o\al(＋,4)水解，濃度越小水解程度越大，D正確。2．(2008·上海，8)在一定條件下，完全分解下列某化合物2g，產(chǎn)生氧氣1.6g，此化合物是()A．1Heq\o\al(16,2)OB．2Heq\o\al(16,2)OC．1Heq\o\al(18,2)OD．2Heq\o\al(18,2)O答案B3．(2011·蘇州調(diào)研)阿伏加德羅常數(shù)約為6.02×1023mol－1，下列敘述中正確的是()A．常溫常壓下，20.0g重水(D2O)所含的中子數(shù)約為6.02×1023B．室溫下，42.0g乙烯和丙烯的混合氣體中含有的碳原子數(shù)約為3×6.02×1023C．通常狀況下，1mol的NO2與N2O4混合氣體變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)狀況時其分子數(shù)約為6.02×1023D．常溫下，7.1gCl2與足量NaOH溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為0.2×6.02×1023答案B4．（2011·哈爾濱調(diào)研）用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法中正確的是()A．4.0g重水(D2O)中所含質(zhì)子數(shù)為2NAB．4.48LN2與CO的混合物中所含分子數(shù)為0.2NAC．6.2g白磷與紅磷的混合物中所含磷原子數(shù)為0.2NAD．12.5mL16mol·L－1濃硫酸與足量銅反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.2NA答案AC解析A項一個D2O中有10個質(zhì)子，4.0g重水的物質(zhì)的量為0.2mol，因此4.0g重水中所含質(zhì)子數(shù)為2NA；B中未指明氣體所處狀態(tài)，故無法計算分子數(shù)；C中無論白磷與紅磷的比例如何，磷原子總數(shù)一定為0.2NA；D中濃硫酸不可能完全反應(yīng)，當(dāng)濃度變稀時不再與銅反應(yīng)。題組二氣體體積和阿伏加德羅定律5．在體積相同的兩個密閉容器中分別充滿O2、O3氣體，當(dāng)這兩個容器內(nèi)溫度和氣體密度相等時，下列說法正確的是()A．兩種氣體的壓強(qiáng)之比為3：2B．O2比O3的質(zhì)量小C．兩種氣體的分子數(shù)目相等D．兩種氣體的氧原子數(shù)目相等答案AD解析本題主要考查對氣體溫度、壓強(qiáng)、體積、密度、質(zhì)量等物理量的相互關(guān)系及阿伏加德羅定律的理解和掌握情況。根據(jù)m＝ρV，體積、密度相等的O2、O3的質(zhì)量相等，物質(zhì)的量之比為eq\f(m,32)∶eq\f(m,48)＝3∶2，壓強(qiáng)之比為3∶2，分子數(shù)目之比為3∶2，O原子數(shù)目之比為eq\f(2m,32)∶eq\f(3m,48)＝1∶1。正確答案為AD。6．（2011·孝感模擬）在三個密閉容器中分別充入Ne、H2、O2三種氣體，當(dāng)它們的溫度和密度都相同時，這三種氣體的壓強(qiáng)(p)從大到小的順序是()A．p(Ne)>p(H2)>p(O2)B．p(O2)>p(Ne)>p(H2)C．p(H2)>p(O2)>p(Ne)D．p(H2)>p(Ne)>p(O2)答案D解析根據(jù)阿伏加德羅定律的推論pNeMNe＝pH2MH2＝pO2MO2，代入式量而得出選項D正確。7．在同溫同壓下，相同體積的甲、乙兩種氣體的質(zhì)量比是17∶14。若乙氣體是CO，則甲氣體可能是()A．H2SB．HClC．NH3D．Cl2答案A題組三實驗探究8．某學(xué)生利用氯酸鉀分解制氧氣的反應(yīng)，測定氧氣的摩爾質(zhì)量，實驗步驟如下：①把適量的氯酸鉀粉末和少量二氧化錳粉末混合均勻，放入干燥的試管中，準(zhǔn)確稱量，質(zhì)量為ag。②裝好實驗裝置。③檢查裝置氣密性。④加熱，開始反應(yīng)，直到產(chǎn)生一定量的氣體。⑤停止加熱(如圖所示，導(dǎo)管出口高于液面)。⑥測量收集到