2020-2021学年第二节 化学计量在实验中的应用第2课时导学案

这是一份2020-2021学年第二节 化学计量在实验中的应用第2课时导学案，共14页。学案主要包含了气体摩尔体积，阿伏加德罗定律等内容，欢迎下载使用。

一、气体摩尔体积
1．决定物质体积大小的因素
(1)物质体积大小的影响因素
(2)思考总结
2.气体摩尔体积
(1)(情境思考)足球被誉为“世界第一运动”，全球体育界最具影响力的体育运动。足球最早起源于我国古代的一种球类游戏“蹴鞠”，汉代蹴鞠是训练士兵的手段，唐宋时期蹴鞠活动达到高潮，甚至出现了按照场上位置分工的踢法。
用打气筒给足球打气时，气体源源不断地被打进去，而足球的体积却不发生很大变化。气体体积与什么因素有关？两种气体体积相同，含有的气体分子数一定相同吗？
提示：影响气体体积大小的主要因素是气体分子之间的距离，给足球打气时，足球的体积不发生很大变化是因为气体分子之间的距离在不断缩小。两种气体体积相同，含有的气体分子数不一定相同，因为气体的体积还受温度和压强的影响。
(2)气体摩尔体积适用范围是气体，是否必须为纯净气体？
提示：气体摩尔体积的适用范围是气体，既可以是单一气体，也可以是混合气体，如标准状况下0.2 ml H2和0.8 ml O2的混合气体约为22.4 L，但要特别注意的是混合气体中气体之间不能发生化学反应。
(3)(教材二次开发)教材中指出在标准状况下的气体摩尔体积为22.4 L·ml－1，那么在非标准状况下的气体摩尔体积，一定不是22.4 L·ml－1吗？
提示：气体在标准状况下的气体摩尔体积是22.4 L·ml－1，升高温度，体积增大，增大压强，体积减小。所以，在温度和压强适当的情况下，气体摩尔体积也可能为22.4 L·ml－1。
二、阿伏加德罗定律
1．定律内容：同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子(即四同，三同定一同)。
2．适用范围：只适用于气体物质，可以是单一气体也可以是混合气体。
(1)同温、同压下，体积相同的H2、O2、H2和O2的混合气体中所含分子数是否相同？
提示：相同。因同温、同压下，相同体积的任何气体都含有相同的分子数。
(2)相同体积的甲、乙两个容器，甲中盛放1 ml氮气，乙中盛放2 ml氮气，则在相同温度下，甲、乙两容器中压强之比是多少？
提示：1∶2。同温同体积时，气体的压强与其物质的量成正比，故甲、乙两容器中压强之比是1∶2。
(情境思考)如图有三只气球，其中VA＝VB＝1.12 L。
①A、B中气体的物质的量一定是0.05 ml吗？标准状况下，A、B气球中的分子个数比是多少？
②相同温度和压强下，A、C气球中气体的质量相等，则V(A)∶V(C)是多少？
提示：①不一定 1∶1 ②2∶1
知识点一 气体摩尔体积及相关计算
1．气体摩尔体积
(1)标准状况下的气体摩尔体积——22.4 L·ml－1。
(2)气体摩尔体积的适用范围
如：1 ml O2在标准状况下的体积约为22.4 L，0.2 ml H2与0.8 ml O2的混合气体在标准状况下的体积约为22.4 L。
2．气体摩尔体积的计算
①气体的物质的量n＝ eq \f(V,Vm)
②气体的密度ρ＝ eq \f(m,V) ＝ eq \f(m,n·Vm) ＝ eq \f(M,Vm)
③气体的分子数N＝n·NA＝ eq \f(V,Vm) ·NA。
④气体的质量m＝n·M＝ eq \f(V,Vm) ·M。
【误区警示】使用Vm＝22.4 L·ml－1进行计算的两个易错点
(1)忽视物质在标准状况下的状态是否是气态，如标准状况下水不是气态，不能用Vm计算水的体积。
(2)忽视气体所处的状态是否是标准状况，如25℃、101 kPa下1 ml H2的体积不是22.4 L。
(1)(思维升华)一定温度和压强下，等物质的量的气体体积相同的原因是什么？(宏观辨识与微观探析)
提示：温度和压强一定，气体分子间的平均距离不变，气体体积大小由分子数决定，等物质的量的气体具有相同的分子数，故体积相同。
(2)已知气体分子数或者气体的质量进行物质的量的计算时是否需要气体处于标准状况下？(科学探究与创新意识)
提示：不需要，只有进行气体体积与物质的量之间的计算时需要处于标准状况。
【典例】(2021·三亚高一检测)下列说法中正确的是( )
A．1 ml O2和1 ml N2所占的体积约为22.4 L
B．标准状况下，H2的气体摩尔体积约为22.4 L
C．在标准状况下，1 ml H2和1 ml H2O所占的体积都约为22.4 L
D．在标准状况下，22.4 L由N2、N2O组成的混合气体中所含有的N原子的物质的量约为2 ml
【思维建模】解答关于气体摩尔体积正误判断的思路如下：
【解析】选D。气体体积受温度、压强影响，A项未指明温度、压强；B项气体摩尔体积单位为L·ml－1；C项标准状况下，水为非气态，不适用于气体摩尔体积；标准状况下，22.4 L混合气体中分子总数为NA，N2和N2O每个分子都含有两个N，则混合气体中所含有的N原子的数目为2NA，物质的量为2ml，D正确。
【母题追问】
(1)在标准状况下，假设2.24 L由N2、N2O组成的混合气体的质量为3.6 g，则混合气体的平均摩尔质量是多少？(关键能力—探究与创新)
提示：标准状况下，2.24 L气体的物质的量n＝2.24 L/22.4 L·ml－1＝0.1 ml，则混合气体的平均摩尔质量是M＝3.6 g/0.1 ml＝36 g·ml－1。
(2)在标准状况下，2.24 L由N2、 CO组成的混合气体中所含的电子数是多少？(关键能力—分析与推测)
提示：N2和 CO均含有14个电子，即相同物质的量的N2和 CO均含有相同数目的电子，标准状况下，2.24 L气体的物质的量是0.1 ml，则0.1 ml 由N2、 CO组成的混合气体中所含的电子数也是1.4 NA个电子。
【规律方法】求解气体摩尔质量“五”方法
(1)根据物质的质量(m)和物质的量(n)：M＝ eq \f(m,n) 。
(2)根据一定质量(m)的物质中微粒数目(N)和阿伏加德罗常数(NA)：M＝NA· eq \f(m,N) 。
(3)根据标准状况下气体的密度ρ：
M＝ρ×22.4(g·ml－1)。
(4)根据同温同压下气体的相对密度(D＝ eq \f(ρ1,ρ2) )： eq \f(M1,M2) ＝D。
(5)对于混合气体，求其平均摩尔质量，上述计算式仍然成立；还可以用下式计算：M＝M1×a%＋M2×b%＋M3×c%……a%、b%、c%指混合物中各成分的物质的量分数(或体积分数)。
设NA为阿伏加德罗常数的值，下列叙述正确的是( )
A．24 g镁的物质的量为0.5 ml
B．5.6 g铁在标准状况下的体积是2.24 L
C．1 ml甲烷在标准状况下的体积约为22.4 L
D．标准状况下，22.4 L硫酸的分子数为NA
【解析】选C。24 g镁的物质的量是1 ml，A错误；铁为固体，5.6 g Fe的体积不是2.24 L，B错误；标准状况下硫酸为液体，22.4 L硫酸的物质的量不是1 ml，D错误；标准状况下，甲烷为气体，1 ml CH4的体积约为22.4 L。
【加固训练】
1．(2019·潮州高一检测)在标准状况下，将1 g H2、11 g CO2和4 g O2混合，该混合气体的体积约为( )
A.16.8 L B．14 L C．19.6 L D．8.4 L
【解析】选C。混合气体的总的物质的量为0.5 ml＋0.25 ml＋0.125 ml＝0.875 ml，标准状况下的体积为0.875 ml×22.4 L·ml－1＝19.6 L。气体的体积与其种类无关。
2．某同学设计了测定气体摩尔体积的探究实验，利用氯酸钾分解制O2(2KClO3 eq \(=====,\s\up7(MnO2),\s\d5(△)) 2KCl＋3O2↑)。
实验步骤如下：
Ⅰ.把适量的氯酸钾粉末和少量二氧化锰粉末混合均匀，放入干燥的试管中，准确称量试管和药品的总质
量为15.95 g；
Ⅱ.连接好实验装置，检查装置的气密性；
Ⅲ.加热，开始反应，直到不再有气体产生为止；
Ⅳ.测量排入量筒中水的体积为285.0 mL，换算成标准状况下氧气的体积为279.7 mL；
Ⅴ.准确称量试管和残留物的质量为15.55 g。
根据上述实验过程，回答下列问题：
(1)加药品之前进行的操作是_______________________________________。
(2)进行Ⅲ的实验操作时，若仰视读数，则读取氧气的体积________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)实验过程中产生氧气的物质的量是________ ml；
实验测得氧气的摩尔体积是____________(保留小数点后两位)。
【解析】(1) 该装置用来制备且测量气体的体积，故必须检查装置的气密性。(2)读数时若仰视量筒内的液面，会使读取O2的体积偏小。(3)根据质量守恒定律，产生O2的质量为15.95 g－15.55 g＝0.4 g；n(O2)＝ eq \f(0.4 g,32 g·ml－1) ＝0.012 5 ml，O2的摩尔体积为 eq \f(0.279 7 L,0.012 5 ml) ≈22.38 L·ml－1。
答案：(1) 检查装置的气密性
(2)偏小 (3)0.012 5 22.38 L·ml－1
知识点二 阿伏加德罗定律及其推论
1．阿伏加德罗定律
2．阿伏加德罗定律的推论
【误区警示】(1)阿伏加德罗定律仅适用于气态物质。
(2)阿伏加德罗定律的使用条件不仅仅是标准状况，也可以是其他条件，如常温常压等。
(3)气体的分子数相同，并不意味着气体的原子数相同，要注意分子的组成，如Ar是单原子分子，O3是三原子分子。
1．(教材二次开发)结合阿伏加德罗定律讨论同温同压同体积的O2和O3的分子数相同吗？能说原子数目也相同吗？(宏观辨识与微观探析)
提示：由阿伏加德罗定律可知，同温同压下，体积相同的O2和O3分子数相同，又因为每个O2分子中有2个氧原子，一个O3分子中有3个氧原子，所以同温同压下，体积相同的O2和O3原子数目不同。
2．(情境应用)已知在两个密闭容器中，分别充有质量相同的甲、乙两种气体，若两容器T、p均相同，且ρ甲>ρ乙，三位同学分别作出以下判断：
他们的判断是否正确？(科学探究与创新意识)
提示：他们的判断都是错误的。同T同p，ρ甲>ρ乙可推知M甲>M乙；又因m甲＝m乙，可知n甲