化学专题1 物质的分类及计量第二单元 物质的化学计量第2课时导学案及答案

第2课时　气体摩尔体积

一、物质的聚集状态

1．物质的聚集状态、性质及微观结构：

2.影响物质体积的因素(在温度和压强一定时)：

(1)影响因素

(2)物质体积大小比较

　(教材开发)结合教材“交流讨论”，对影响物质体积大小的因素进行分析，思考一定温度和压强下，为何1 mol 不同气体体积大致相同？

提示：

当温度、压强一定时，气体中微粒间的距离近似相等，故在温度、压强一定时，任何具有相同微粒数的气体都具有大致相同的体积。

二、气体摩尔体积

1．(知识关联)标准状况下，1 mol任何物质的体积都约是22.4 L吗？

提示：不是。物质的状态有气态、固态或液态，在标准状况下，1 mol气体的体积约为22.4 L，而1 mol固体或液体的体积均不是22.4 L。

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，可以是单一气体，也可以是混合气体，但是以混合气体中气体之间不发生化学反应为前提。如标准状况下0.2 mol H2和0.8 mol  O2的混合气体约为22.4 L。

3．(情境思考)CO2是植物光合作用的必需原料。某研究机构测定CO2含量如图所示。

则本次测定样品每立方米气体中CO2的体积是多少？

提示：44.8 L。从图示中可以得出测量是在标准状况下进行的，CO2的含量为88  g·m－3，因此含有的CO2的体积为×22.4 L·mol－1＝44.8 L。

“Vm＝22.4 L·mol－1”的使用条件及其应用

1．使用“Vm＝22.4 L·mol－1”应注意的问题：

(1)忽视外界条件是标准状况，如常温、常压下，1 mol H2的体积不是22.4 L。

(2)忽视研究对象是气体，如标准状况下，H2O、酒精等不是气体。

(3)将1 mol气体的体积与气体摩尔体积的单位混淆，前者单位为L，后者单位为L·mol－1。

2．利用公式n＝＝＝(标准状况)进行换算：

(1)气体物质的量与体积：n＝。

(2)气体的摩尔质量：M＝Vm·ρ＝ρ标×22.4 L·mol－1。

(3)气体的分子数与体积：N＝n·NA＝·NA。

(4)气体质量与体积：m＝n·M＝·M＝ρ标·V标。

　(思维升华)当1 mol气体的体积为22.4 L时，能否说明该气体一定处于标准状况下？为什么？(证据推理与模型认知)

提示：不能。标准状况下，1 mol气体的体积均约为22.4 L，但1 mol气体的体积为22.4 L时，并不一定说明该气体处于标准状况下，比如适当升高温度(气体膨胀)、增大压强(压缩气体)，也能使1 mol气体的体积变为22.4 L。

【合作探究】

(情境思考)足球被誉为“世界第一运动”，是全球体育界具有影响力的体育运动。足球起源于中国东周时期的齐国，当时把足球称为“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。

【典例】下列说法正确的是(　　)

A．22.4 L任何气体的物质的量均为1 mol

B．0.2 mol H2和0.8 mol CO2组成的混合气体在标准状况下的体积约为22.4 L

C．标准状况下，1 mol任何物质的体积必定是22.4 L

D．22.4 L CO2和18 g H2O所含的分子数相等

【解题指南】解答本题需注意以下3点：

(1)使用Vm＝22.4 L·mol－1计算时，必须是标准状况下。

(2)气体摩尔体积只适用于气体，不适用于固体与液体。

(3)气体摩尔体积的使用对象可以是单一气体，也可以是混合气体。

【解析】选B。没有指明标准状况，A项错误；气体摩尔体积既适用于单一气体，也可以是混合气体，只要符合物质的量为1 mol，且为标准状况下，体积就约为22.4 L，B项正确；标准状况下，1 mol任何气体的体积必定是22.4 L，C项错误；18 g H2O是1 mol H2O，但22.4 L CO2不一定是1 mol，因为其条件不确定，D项错误。

B项中，0.2 mol H2和0.8 mol CO2的体积比是多少？

提示：1∶4。相同条件下，气体的体积与物质的量成正比，V(H2)∶V( CO2)＝ n(H2)∶n( CO2)＝ 0.2 mol ∶0.8 mol ＝1∶4。

【规律方法】

1．使用“22.4 L·mol－1”要“三看”：

(1)看所处条件：必须为标准状况。非标准状况下，1 mol 气体的体积不一定是22.4 L。

(2)看物质状态：必须为气态。如标准状况下水、酒精、四氯化碳等为非气体物质。

(3)看数值单位：单位是L·mol－1，而不是L；数值“22.4”为近似值。

2．求气体的摩尔质量M的常用方法：

(1)根据标准状况下气体的密度ρ：M＝ρ×22.4(g·mol－1)。

(2)根据气体的相对密度(D＝ρ1/ρ2)：M1/M2＝D。

(3)根据物质的质量(m)和物质的量(n)：M＝m/n。

(4)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·m/N。

(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：＝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)。

　随着人们生活水平的提高，家用轿车已成为每个家庭的常用交通工具。汽车尾气的排放会给环境带来一定的影响，汽车尾气的主要成分是CO、NO、NO2等有毒气体，因此汽车尾气是否达标是衡量汽车性能的重要指标之一。

(1)标准状况下，1 000 L汽车尾气的物质的量约为多少？

提示：n＝＝≈44.6 mol。

(2)与4.6 g NO2中氧原子个数相等的CO气体在标准状况下的体积是多少？

提示：4.6 g NO2中氧原子的物质的量为×2＝0.2 mol，因此CO的物质的量为0.2 mol，在标准状况下的体积为0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。

阿伏加德罗定律及其推论

1．阿伏加德罗定律：

相同温度相同压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子(分子)。

2．阿伏加德罗定律的基本推论：

1．(1)在同温、同压下1 L H2和1 L O2所含的分子数相同吗？

提示：相同。同温同压下，1 L H2和1 L O2的物质的量相同，则二者所含的分子数相同。

(2)同温同压下，相同质量的H2和O2所占的体积相同吗？其体积比是多少？

提示：不相同。其体积比为∶＝16∶1。

(3)相同温度下，向相同容积的密闭容器中分别充入1 mol H2和2 mol O2，容器中H2和O2的压强比是多少？

提示：同温同容下，气体的压强比等于气体的物质的量之比，即容器中H2和O2的压强比为1∶2。

2．(思维升华)某同学在元旦晚会上表演的化学节目为猜气球——他先在实验室中用等质量的CH4、CO2、O2、SO2分别吹出四个气球，然后在晚会的现场让同学猜测气球是用哪种气体吹起的。

如果你在晚会现场，你会怎样猜出呢？

提示：等质量的CH4、CO2、O2、SO2的物质的量之比为∶∶∶，因此在相同的条件下它们的体积比为∶∶∶。因此A、B、C、D四个气球中的气体分别为SO2、CO2、O2、CH4。

【补偿训练】

(实验探究)气体体积与物质的量关系的实验探究

(1)实验观察

电解水的实验装置如图所示：

由图可知：A试管中收集到的气体是________，B试管中收集到的气体是____，二者的体积之比是________。

(2)计算推理

若有1.8 g水电解，产生氢气的质量为________g，物质的量为________mol；产生氧气的质量为________g，物质的量为________mol；二者物质的量之比为________。

(3)相关结论

①同温同压下，气体的物质的量之比等于________之比。

②同温同压下，1 mol的不同气体，其体积______。

(科学探究与创新意识)

提示：(1)氢气　 氧气　 2∶1　 (2) 0.2　0.1　1.6

0．05　 2∶1　 (3)①体积　②相同

【典例】在体积相同的两个密闭容器中分别充满O2、O3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．两种气体的压强相等

B．O2比O3质量小

C．两种气体的分子数目相等

D．两种气体的氧原子数目相等

【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面：

(1)正确运用阿伏加德罗定律，解题思路如下。

(2)注意两种气体的相同条件。

【解析】选D。相同体积相同密度时，两容器气体的质量相等，且都由氧元素组成，则氧原子的质量、个数以及物质的量相等，则氧原子个数相等时，气体的物质的量之比为n(O2)∶n(O3)＝3∶2，由PV＝nRT可知，两种气体的压强之比为3∶2，故A错误；相同体积相同密度时，两容器气体的质量相等，故B错误；氧原子个数相等时，气体的物质的量之比为n(O2)∶n(O3)＝3∶2，故C错误；相同体积相同密度时，两容器气体的质量相等，且都由氧元素组成，则氧原子数目相等，故D正确。

【规律方法】使用阿伏加德罗定律的三个易错点

易错点一、适用范围：任何气体，可以是单一气体，也可以是混合气体。

易错点二、定律中的同温同压，不一定指在标准状况下；气体摩尔体积为22.4 L·mol－1只是一种特殊情况。

易错点三、定律中包含四同(同温、同压、同体积、同物质的量)，只要其中有任意三个相同，则必有第四个相同，即“三同定一同”；若只有两个相同，则另外两个必定成比例，即“二同定比例”。

若将“温度与密度相等”改为“温度与压强相等”，判断B、C、D选项的正误？

提示：根据阿伏加德罗定律，O2、O3气体的分子数相等，即物质的量相等，故O3比O2质量大，所含有的氧原子数目不相等，B、C项正确，D项错误。

　(2021·苏州高一检测)下列四幅图中(小白球代表的是氢原子，大黑球代表的是氦原子)，最适合表示同温同压下等质量的氢气与氦气的混合气体的图示是(　　)

【解析】选C。氦气为单原子分子，化学式为He，排除B、D项。同温同压下，等质量的H2和He，物质的量之比为2∶1，C项正确。

三言两语话重点

(1)决定物质体积大小的因素：微粒的数目、微粒的大小及微粒间的距离。

(2)气体摩尔体积：用Vm表示，在0 ℃和101 kPa条件下，即标准状况下，Vm＝22.4 L·mol－1。

(3)V、Vm、n之间的关系：V＝n·Vm。

(4)阿伏加德罗定律：在温度、压强一定时，任何具有相同微粒数的气体都具有相同的体积。

1．(2021·盐城高一检测)同温同压下，两种气体的体积如果不同，请你推测主要原因是(　　)

A．气体分子的大小不同

B．气体分子的物质的量不同

C．气体分子的化学性质不同

D．气体分子间的距离不同

【解析】选B。气体的体积取决于粒子之间的距离和粒子数目。温度和压强一定，则气体粒子之间的距离就一定。如果粒子数目一定，则气体的体积就一定。

2．(2021·盐城高一检测)用NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)

A．32 g O2占有的体积约为22.4 L

B．常温常压下，22.4 L Cl2含有分子数为NA

C．标准状况下，22.4 L H2O所含有原子数为3NA

D．同温同压下，NA个N2分子所占的体积与0.5 NA个H2分子所占的体积比一定是2∶1

【解析】选D。  A项，32 g O2为1 mol，但未指明标准状况，故无法计算出体积，错误；B项，标准状况下22.4 L Cl2含有分子数为NA，常温常压下22.4 L Cl2所含有分子数小于NA，错误；C项，H2O在标准状况下为液态，错误；D项，同温同压下，气体的体积之比等于气体分子数之比，正确。

3．下列叙述正确的是(　　)

A．标准状况下任何气体的摩尔体积都是22.4 L

B．1 mol气体的体积若是22.4 L，它必定处于标准状况

C．两种气体的物质的量之比等于其原子个数比

D．标准状况下，1 mol H2和O2的混合气体的体积是22.4 L

【解析】选D。标准状况下任何气体的摩尔体积都约为22.4 L·mol－1，A错误；1 mol气体的体积在其他状况下也可以是22.4 L，B错误；两种气体的物质的量之比等于分子个数比，C错误。

【补偿训练】

(2021·南通高一检测)28g氮气和NA个一氧化碳气体相互比较可能不相同的是(　　)

A．原子数　　　　　　 B．物质的量

C．质子数        D．体积

【解析】选D。  28 g N2为1 mol，NA个CO也为1 mol，两者原子均为2 mol，N2和CO的质子数均为14个，所以等物质的量两者的质子数相等。气体的体积除了取决于物质的量外，还与外界的温度和压强有关，而题干没有指明两者各处的外界条件，故两者的体积不一定相同。

4．(2021·南通高一检测)同温同压下两个容积相等的贮气瓶，一个装有C2H4气体，另一个装有C2H2和C2H6的混合气体，两瓶内的气体一定具有相同的(　　)

A．质量　　　　　　　　　 B．原子总数

C．碳原子数        D．密度

【解析】选C。  同温同压同体积，则两容器中气体的物质的量分别相等，即C2H4的物质的量与C2H2和C2H6的总物质的量相等。由于C2H2和C2H6各自的物质的量未知，所以不能求出混合气体的质量，也不能求出混合气体中的总原子数目。质量未知，体积相等，则密度无法计算。C2H2和C2H6中碳原子数目均为2，所以1 mol C2H2和C2H6中碳原子数为2NA，1mol C2H4中碳原子数为2NA，C项正确。

【补偿训练】

在标准状况下，质量为m g的气体A与质量为n g的气体B的分子数相同，下列说法中不正确的是(　　)

A．气体A与气体B的相对分子质量比为m∶n

B．同质量气体A与气体B的分子数比为n∶m

C．同温同压下，A气体与B气体的密度比为n∶m

D．相同状况下，同体积的A气体与B气体的质量比为m∶n

【解析】选C。A、B气体的分子数相同，则两者的物质的量相同。设A、B的摩尔质量分别为MA、MB。＝，得＝，A项正确；若质量相等，NA∶NB＝n(A)∶n(B)＝∶＝n∶m，B项正确；密度之比等于质量之比，即为m∶n，C项错误；相同状况，体积相等时，物质的量相等，质量之比等于摩尔质量之比，为m∶n，D项正确。

5．提起能源，人们想到的往往是煤、石油、天然气等，不会是冷冷的冰块。但我国科技工作者已经可以将蕴藏在海底的“冰块”(可燃冰)点燃成熊熊燃烧的火焰。可燃冰学名为天然气水合物，是以甲烷为主的有机分子被水分子包裹而成，既含水又呈固体，看起来像冰，很容易被点燃。

CH4是21世纪的重要能源，NH3是重要的工业原料，请回答下列问题。

现工业生产中需要一定量的CH4和NH3：

(1)若有等物质的量的两种气体，试完成下表：

 (2)若有等质量的两种气体，试完成下表：

【解析】(1)因物质的量相同，故其质量之比等于摩尔质量之比，为16∶17；物质的量相同，故分子数相同，分子个数比为1∶1；1 mol CH4含有5 mol原子(1 mol C＋4 mol H)，1 mol NH3含有4 mol原子(1 mol N＋3 mol H)，原子个数比为5∶4，氢原子个数比为4∶3。(2)若质量均为m g，CH4和NH3的物质的量比为()∶()＝17∶16；分子个数比为17∶16；原子个数比为(17×5)∶(16×4)＝85∶64；氢原子个数比为(17×4)∶(16×3)＝17∶12。

答案：(1)16∶17　1∶1　5∶4　4∶3

(2)17∶16　17∶16　85∶64　17∶12