鲁科版 (2019)必修 第一册第1章 认识化学科学第3节 化学中常用的物理量——物质的量学案及答案
展开学业要求
1.通过“活动·探究”栏目的活动,了解一定体积的物质的量浓度溶液的配制,养成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.了解物质的量浓度的含义,掌握溶液的体积、物质的量浓度和溶质的物质的量之间的转化关系,形成证据推理和模型认知的化学核心素养。
3.通过“交流·研讨”栏目的活动,从物质的量的角度认识化学反应,体会定量研究对化学科学的重要作用,形成科学态度与社会责任的化学核心素养。
知识网络
一、物质的量浓度
二、配制一定物质的量浓度的溶液
以配制100 mL 0.4 ml·L-1的NaCl溶液为例
1.实验仪器
(1)主要仪器:托盘天平(或电子天平)、药匙、烧杯、____________、____________、____________等。
(2)容量瓶:
2.配制过程
(1)计算、称量:需要NaCl固体的质量为________g,实际用托盘天平称量的质量为________g。
(2)溶解:溶解过程中玻璃棒的作用为________________。
(3)移液、振荡。
①移液前需要将溶液________________________________________________________________________。
②移液中玻璃棒的作用为________________________________________________________________________。
③振荡前需要进行的操作为________________________________________________________________________。
(4)定容。
①当液面离容量瓶颈刻度线下________时改用________________滴加蒸馏水。
②定容标准:溶液凹液面最低处与________相切。
(5)摇匀:方法为盖好瓶塞,反复上下颠倒。
[即学即练]
1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)从100 mL 5 ml·L-1 H2SO4溶液中取出了10 mL,所得硫酸的物质的量浓度为0.5 ml·L-1。( )
(2)标准状况下22.4 L HCl溶于1 L水,盐酸的物质的量浓度为1 ml·L-1。( )
(3)将25 g CuSO4·5H2O晶体溶于75 g水中所得溶质的质量分数为25%。( )
(4)同浓度的三种溶液:Na2SO4、MgSO4、Al2(SO4)3,其体积比为3∶2∶1,则SO42-浓度之比为3∶2∶3。( )
(5)将31 g Na2O溶于水,配成1 L溶液,c(Na2O)=0.5 ml·L-1。( )
(6)将1 ml·L-1的NaCl溶液和0.5 ml·L-1的BaCl2溶液等体积混合后,不考虑体积变化,c(Cl-)=0.75 ml·L-1。( )
(7)1 L水中溶解4.0 g NaOH所形成的溶液中,溶质的物质的量浓度是0.1 ml·L-1。( )
(8)洗干净的容量瓶不需要干燥,可以直接使用。( )
2.1 ml·L-1葡萄糖(C6H12O6,M=180 g·ml-1)溶液的含义是( )
A.含有1 ml葡萄糖
B.1 L H2O中溶有1 ml葡萄糖
C.含有180 g葡萄糖
D.1 L葡萄糖溶液中含有1 ml葡萄糖
3.下列与100 mL 0.1 ml·L-1 Na2CO3溶液中Na+的物质的量浓度相同的是( )
A.1 ml·L-1 Na2SO3溶液10 mL
B.0.2 ml·L-1 NaCl溶液50 mL
C.0.2 ml·L-1 Na2SO4溶液 10 mL
D.0.1 ml·L-1 NaNO3溶液 200 mL
4.某同学用Na2CO3固体配制0.10 ml·L-1 Na2CO3溶液的过程如图所示。你认为该同学操作过程中错误的是( )
A.①⑤⑥ B.②④⑦
C.①⑥ D.⑤⑥⑦
5.用容量瓶配制一定体积、准确浓度的溶液时,下列说法不正确的是( )
A.容量瓶使用前应检查是否漏液
B.容量瓶定容时俯视会使配制的溶液浓度偏高
C.没有将洗涤液转移到容量瓶中会使配制的溶液浓度偏低
D.配制480 mL 0.1 ml·L-1的盐酸,需用10 ml·L-1的浓盐酸4.8 mL
6.将5 ml·L-1盐酸10 mL稀释到200 mL,再取出5 mL,这5 mL溶液的物质的量浓度为( )
A.0.05 ml·L-1 B.0.25 ml·L-1
C.0.1 ml·L-1 D.0.5 ml·L-1
一 有关物质的量浓度的计算
[例1] 某试剂瓶上贴有如下标签,对该试剂理解正确的是( )
1.0 ml·L-1 NaCl溶液
A.该溶液中含有的微粒主要有:NaCl、Na+、Cl-、H2O
B.若取50 mL该溶液,其中的c(Cl-)=0.05 ml·L-1
C.若取该溶液与100 mL 0.1 ml·L-1 AgNO3溶液完全反应,需要取该溶液10 mL
D.该溶液与1.0 ml·L-1 Na2SO4溶液中的c(Na+)相等
状元随笔 (1)正确理解溶液的体积和溶剂的体积。
①不能用溶剂的体积代替溶液的体积,尤其是固体、气体溶于水时。一般根据溶液的质量和密度可计算溶液的体积:V=m气体或固体+m溶剂ρ。
②两溶液混合后,混合溶液的体积并不是混合前两溶液体积的加和,应依据混合溶液的密度进行计算。
(2)正确判断溶液中的溶质。
①与水发生反应的物质,溶于水后溶质发生变化,水的量减少,如Na、Na2O、Na2O2溶于水,溶液中的溶质为NaOH;CO2、SO2、SO3溶于水溶液中的溶质分别为H2CO3、H2SO3、H2SO4;NH3溶于水溶液中的溶质为NH3·H2O(但在进行相关计算时仍按NH3进行计算)。
②结晶水合物溶于水,溶质不变但水量增多,如CuSO4·5H2O溶于水所得溶液中的溶质是CuSO4,FeSO4·7H2O溶于水所得溶液中的溶质是FeSO4。
[提升1] 36.5 g HCl溶解在1 L水中(水的密度近似为1 g·mL-1),所得溶液的密度为ρ g·mL-1,质量分数为w,物质的量浓度为c ml·L-1,设NA表示阿伏加德罗常数的值,则下列叙述中正确的是( )
A.所得溶液的物质的量浓度为1 ml·L-1
B.所得溶液中含有NA个HCl分子
C.36.5 g HCl气体占有的体积为22.4 L
D.所得溶液中溶质的质量分数w=36.5c1 000ρ
状元随笔 气体溶于水后所得溶液的质量是气体的质量和水的质量之和,然后根据密度计算溶液体积,同时注意单位的换算。
[提升2] 已知氨水的密度为0.990 g·mL-1时,溶质的质量分数为2%;氨水的密度为0.930 g·mL-1时,溶质的质量分数为18%。溶质质量分数分别为a%和5a%的氨水等体积混合后,混合溶液中溶质的质量分数( )
A.等于3a% B.等于6a%
C.大于3a% D.小于3a%
状元随笔 同一溶质、质量分数分别为a%、b%的两溶液混合
①等体积混合
a.当溶液密度大于1 g·cm-3时,溶液浓度越大,密度越大(如H2SO4、HNO3、HCl、NaOH等溶液),等体积混合后溶质的质量分数w>12(a%+b%)。
b.当溶液密度小于1 g·cm-3时,溶液浓度越大,密度越小(如乙醇溶液、氨水),等体积混合后,溶质的质量分数w<12(a%+b%)。
②等质量混合
两溶液等质量混合时(无论ρ>1 g·cm-3还是ρ<1 g·cm-3),混合后溶液中溶质的质量分数w=12(a%+b%)。
关键能力
物质的量浓度的基本计算方法
(1)有关物质的量浓度的基本计算要充分利用物质的量的四个基本公式。
①n=cV溶液;②n=mM;③n=NNA;④n=V22.4 L·ml-1(标准状况)。
(2)已知一定体积溶液中溶质的量,求其物质的量浓度。
①若已知溶质的质量m:
②若已知溶质粒子的数目N:
(3)已知标准状况下V L气体溶于水后形成溶液,求其物质的量浓度。
①若已知溶液的体积V溶液:
②若已知溶液的密度为ρ g·cm-3(该气体溶于1 L水形成的溶液)
其中:V溶液=m溶液ρ=V22.4×M+1 000ρ×10-3 L=MV+22 40022 400ρ L,所以c=nV溶液=V22.4MV+22 40022 400ρ ml·L-1=1 000ρVMV+22 400 ml·L-1
(4)溶液稀释或混合后,溶质物质的量浓度的计算。
①溶质的物质的量不变。
根据c1V1=c2V2计算(c1、c2分别为稀释前后溶液的物质的量浓度,V1、V2分别为稀释前后溶液的体积)
②相同溶质的不同物质的量浓度的溶液混合。
混合后溶质的总物质的量不变,可根据c1V1+c2V2=c(混)·V(混)计算混合后溶液中溶质的物质的量浓度[c(混)为混合后溶液的物质的量浓度,V(混)为混合后溶液的体积]。
二 配制一定物质的量浓度溶液的误差分析
[例2] 下列所配制的溶液浓度偏高的是( )
A.配制盐酸,用量筒量取盐酸时俯视刻度线
B.配制盐酸定容时,仰视容量瓶刻度线
C.称量4.0 g NaOH配制0.1 ml·L-1 NaOH溶液1 000 mL时,砝码错放在左盘
D.NaOH溶解后未经冷却即注入容量瓶,并定容至刻度线
[提升3] 某次实验中预计需要使用480 mL a ml·L-1的纯碱溶液,如图是某同学在实验室配制该溶液的流程图。回答下列问题:
(1)容量瓶上标有①温度 ②浓度 ③规格 ④压强 ⑤刻度线中的________________(填序号)。
(2)使用容量瓶前必须对容量瓶进行的一项操作是________________。
(3)应选择V=________mL的容量瓶,需要称取________g Na2CO3。
(4)所给出的流程图中的操作内容有两个明显的错误,请写出:________、____________。
(5)指出下列实验操作对所配制溶液浓度的影响(填写“偏大”“偏小”或“无影响”)。
①溶解、转移溶液后,没有洗涤玻璃棒及烧杯:________。
②定容时仰视刻度线:________。
③容量瓶未干燥,有少量蒸馏水:________。
关键能力
误差分析
误差分析依据:c=nV。若n偏大,V不变,则c偏大;若n偏小,V不变,则c偏小;若n不变,V偏大,则c偏小;若n不变,V偏小,则c偏大。
以配制一定物质的量浓度的NaCl溶液为例(表格中的“—”表示对n或V无影响):
状元随笔 画图法理解和记忆量取溶液或定容时俯视、仰视造成的误差
1.量取误差
用浓溶液配制稀溶液,计算出浓溶液的体积(设为V)后用量筒量取。若量取时俯视(如图1),则所取溶液的体积(设为V ′)偏小,溶液浓度偏低;若量取时仰视(如图2),则溶液浓度偏高。
2.定容时俯视、仰视造成的误差
“俯视”(如图3)可理解为“眼高水低”,加蒸馏水的量偏小,则所配制溶液浓度偏高,“仰视”(如图4)则相反。
1.容量瓶上需标有以下六项中的( )
①温度 ②浓度 ③容量 ④压强 ⑤刻度线 ⑥酸式或碱式A.①③⑤ B.③⑤⑥
C.①②④ D.②④⑥
2.下列溶液中溶质的物质的量浓度为1 ml·L-1的是( )
A.将40 g NaOH溶解于1 L水中
B.将22.4 L氯化氢气体溶于水配成1 L溶液
C.将1 L 10 ml·L-1的浓盐酸与9 L水混合
D.将10 g NaOH溶解于水中配成250 mL溶液
3.下列溶液中Cl-的浓度与150 mL 1 ml·L-1 MgCl2溶液中Cl-的浓度相等的是( )
A.150 mL 1 ml·L-1 NaCl溶液
B.75 mL 2 ml·L-1 CaCl2溶液
C.150 mL 2 ml·L-1 KCl溶液
D.75 mL 1 ml·L-1 AlCl3溶液
4.为了配制100 mL 1 ml·L-1的NaOH溶液,其中有下列几个操作:
①NaOH固体放在纸片上称量
②选刚用蒸馏水洗净的100 mL容量瓶进行配制
③NaOH在烧杯里刚好完全溶解,立即把溶液转移到容量瓶中
④用蒸馏水洗涤烧杯内壁及玻璃棒2~3次,洗涤液也转入容量瓶中
⑤使蒸馏水沿玻璃棒注入容量瓶,直到溶液的凹液面恰好与刻度线相切
其中操作错误的是( )
A.①②③ B.③④⑤
C.②③⑤ D.①③⑤
5.实验室用CuSO4·5H2O晶体配制460 mL 0.100 ml·L-1 CuSO4溶液。现有下列仪器:
A.烧杯 B.500 mL容量瓶
C.药匙 D.玻璃棒
E.托盘天平(带砝码) F.量筒
G.试剂瓶
请回答下列问题:
(1)配制时,还缺少的仪器是________________。
(2)用托盘天平称取的CuSO4·5H2O晶体的质量为______,若定容时加蒸馏水不慎超过刻度线,处理的方法是____________________。
(3)若实验过程中遇到下列情况,则会导致所配溶液的浓度偏大的是________(填标号)。
A.摇匀后发现液面低于刻度线,滴加蒸馏水至刻度线再摇匀
B.定容时俯视容量瓶的刻度线
C.容量瓶内底部有少量蒸馏水而未干燥处理
D.称取的CuSO4·5H2O晶体失去了部分结晶水
(4)若取50.0 mL上述已配好的溶液,与150 mL 0.200 ml·L-1的CuSO4溶液混合,最后得到的溶液的物质的量浓度为________________(溶液的体积变化忽略不计)。
6.一定量的氢气在氯气中燃烧,所得混合物用100 mL 3.00 ml/L NaOH溶液(密度为1.12 g/mL)恰好完全吸收,测得溶液中含有NaClO的物质的量为0.05 ml。
(1)原NaOH溶液的质量分数为________(保留1位小数)。
(2)所得溶液中Cl-的物质的量为________ml。
(3)所用氯气和氢气的物质的量之比n(Cl2)∶n(H2)=____。
第3课时 物质的量浓度
学 业 基 础
一、
单位体积 物质的量 ml·L-1 ml·m-3
二、
1.(1)玻璃棒 胶头滴管 100 mL容量瓶
(2)温度 容积 刻度线 500 mL 1 000 mL
2.(1)2.34 2.3 (2)搅拌,加速溶解 (3)①冷却至室温 ②引流 ③将烧杯和玻璃棒洗涤2~3次,并将洗涤液注入容量瓶中
(4)①1~2 cm 胶头滴管 ②刻度线
[即学即练]
1.(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)√
2.解析:1 ml·L-1葡萄糖溶液的含义是1 L葡萄糖溶液中含有1 ml葡萄糖,故选D。
答案:D
3.解析:0.1 ml·L-1 Na2CO3溶液中Na+的物质的量浓度为0.2 ml·L-1。1 ml·L-1 Na2SO3溶液中Na+的物质的量浓度是2 ml·L-1,A不符合题意;0.2 ml·L-1 NaCl溶液中Na+的物质的量浓度是0.2 ml·L-1,B符合题意;0,2 ml·L-1 Na2SO4溶液中Na+的物质的量浓度是0.4 ml·L-1,C不符合题意;0.1 ml·L-1 NaNO3溶液中Na+的物质的量浓度是0.1 ml·L-1,D不符合题意。
答案:B
4.解析:称量Na2CO3固体时,应将Na2CO3固体放在托盘天平的左盘,砝码放在右盘,①错误;定容时,视线应与溶液凹液面的最低处相平,⑥错误,故选C。
答案:C
5.解析:容量瓶使用前应检查是否漏液,故A正确;容量瓶定容时俯视刻度线,使溶液的体积偏小,配制的溶液浓度偏高,故B正确;没有将洗涤液转移到容量瓶中,即损失了部分溶质,使溶液的浓度偏低,故C正确;配制480 mL 0.1 ml·L-1的盐酸,需要使用500 mL的容量瓶,根据稀释前后溶质的物质的量不变可得10 ml·L-1×V浓=0.1 ml·L-1×0.5 L,V浓=0.005 L= 5.0 mL,故D错误。
答案:D
6.解析:设稀释后盐酸的物质的量浓度为c,则0.010 L×5 ml·L-1=0.200 L×c,解得c=0.25 ml·L-1,由于溶液具有均一性,所以取出的5 mL盐酸的浓度等于稀释后盐酸的浓度,为0.25 ml·L-1,故选B。
答案:B
核心 素 养
[例1] 解析:氯化钠溶液中不存在NaCl粒子,A错误;溶液是均一稳定的,若取50 mL该溶液,其中c(Cl-)=1.0 ml·L-1,B错误;100 mL 0.1 ml·L-1 AgNO3溶液中Ag+的物质的量是0.01 ml,完全反应消耗氯化钠是0.01 ml,因此需要取NaCl溶液的体积为0.01 ml1 ml·L-1=0.01 L=10 mL,C正确;该溶液与1.0 ml·L-1 Na2SO4溶液中的c(Na+)不相等,后者溶液中c(Na+)是2.0 ml·L-1,D错误。
答案:C
[提升1] 解析:36.5 g HCl溶解在1 L水中,所得溶液的体积不是1 L,溶质为HCl,则c(HCl)=nV= eq \f(\f(36.5 g,36.5 g·ml-1),\f(1 000 g+36.5 g,1 000ρ g·L-1)) = eq \f(1 000ρ,1 036.5) ml·L-1,A错误;HCl是电解质,溶于水完全电离成H+和Cl-,溶液中无氯化氢分子,B错误;36.5 g HCl气体的物质的量为1 ml,温度和压强未知,不能确定气体的体积,C错误;设所得溶液的体积为V L,溶液中溶质的质量分数
w= eq \f(V L×c ml·L-1×36.5 g·ml-1,1 000ρ g·L-1·V L) = eq \f(36.5c,1 000ρ) ,D正确。
答案:D
[提升2] 解析:设质量分数为a%的氨水密度为ρ1,质量分数为5a%的氨水密度为ρ2。由信息可知,氨水中溶质的质量分数越大,密度越小,所以ρ1>ρ2,假定两溶液的体积均为V mL,则混合溶液中溶质的质量分数
w= eq \f(V mL×ρ1 g·mL-1×a%+V mL×ρ2 g·mL-1×5a%,V mL×ρ1 g·mL-1+V mL×ρ2 g·mL-1) =3a%+ eq \f(ρ2-ρ1,ρ1+ρ2) ×2a%<3a%,故选D。
答案:D
[例2] 解析:A项,俯视量筒刻度线,使量取的盐酸体积小于计算值,导致浓度偏低;B项,定容时仰视容量瓶刻度线,将会导致加水量增多,使溶液浓度偏低;C项,由于所称NaOH固体的质量为整数值,不需要移动游码,故称取固体NaOH的质量是准确的,不会影响到所配制溶液的浓度;D项,因热胀冷缩,会使容量瓶中的溶液在冷却后液面低于刻度线,导致所配溶液浓度偏高。
答案:D
[提升3] 解析:(1)容量瓶上标有温度、规格、刻度线。(2)使用容量瓶前要检查容量瓶是否漏水。(3)根据“大而近”原则,应该选择500 mL的容量瓶。所需的m(Na2CO3)=c·V·M=0.5 L×a ml·L-1×106 g·ml-1= 53a g。(4)流程图中称量时药品和砝码放反了(应该左物右码),定容时仰视刻度线。 (5)根据公式c=nV进行误差分析:①没有洗涤玻璃棒及烧杯时,n偏小,c偏小。②定容时仰视刻度线,V偏大,c偏小。③容量瓶未干燥,n、V均不受影响,对c无影响。
答案:(1)①③⑤ (2)检查容量瓶是否漏水 (3)500 53a (4)药品与砝码放反了 定容时仰视刻度线
(5)①偏小 ②偏小 ③无影响
学考评价
1.解析:容量瓶上标有温度、容量和刻度线,A正确。
答案:A
2.解析:40 g NaOH的物质的量为1 ml,但40 g NaOH溶于1 L水中所得溶液的体积不是1 L,A项错误;没有标明气体存在的状态是否在标准状况下,无法确定气体的物质的量,B项错误;1 L 10 ml·L-1的浓盐酸中溶质的物质的量为10 ml,但与9 L水混合后溶液的体积不等于10 L,C项错误;10 g NaOH的物质的量n=mM=10 g40 g·ml-1=0.25 ml,则溶液中溶质的浓度c=nV=0.25 ml0.25 L=1 ml·L-1,D项正确。
答案:D
3.解析:1 ml·L-1 MgCl2溶液中Cl-的浓度为2 ml·L-1。150 mL 1 ml·L-1 NaCl溶液中Cl-的浓度为1 ml·L-1;75 mL 2 ml·L-1 CaCl2溶液中Cl-的浓度为4 ml·L-1,150 mL 2 ml·L-1 KCl溶液中Cl-的浓度为2 ml·L-1;75 mL 1 ml·L-1 AlCl3溶液中Cl-的浓度为3 ml·L-1。
答案:C
4.解析:①NaOH固体不能放在纸片上称量,可放在小烧杯中称量;③溶解后应冷却至室温后再把溶液转移到容量瓶中;⑤最后定容时应改用胶头滴管向容量瓶中滴加蒸馏水。
答案:D
5.解析:(1)称量时需要用托盘天平、药匙,溶解时需要用量筒、烧杯、玻璃棒,转移溶液时需要用500 mL容量瓶,定容时需要用胶头滴管。(2)所需溶质质量m(CuSO4·5H2O)=n·M=0.05 ml×250 g·ml-1=12.5 g。(3)B项,定容时俯视容量瓶的刻度线,导致所配溶液体积偏小,浓度偏大;D项,CuSO4·5H2O晶体失去了部分结晶水时,所称的溶质中CuSO4的质量偏大,造成所配溶液浓度偏大;A项,造成所配溶液浓度偏小;C项,对所配溶液浓度无影响。(4)c(CuSO4)=0.05 L×0.100 ml·L-1+0.15 L×0.200 ml·L-10.2 L=0.175 ml·L-1。
答案:(1)胶头滴管 (2)12.5 g 重新配制 (3)BD
(4)0.175 ml·L-1
6.解析:(1) n(NaOH)=0.1 L×3.00 ml/L=0.3 ml,m(NaOH)=0.3 ml×40 g/ml=12 g,m(溶液)=ρ·V=1.12 g/mL×100 mL=112 g,所以原NaOH溶液的质量分数为12 g÷112 g×100%≈10.7%。(2)在反应后的溶液中Na元素的存在形式为NaCl、NaClO,根据Na、Cl元素守恒可得所得溶液中Cl-的物质的量为0.3 ml-0.05 ml=0.25 ml。(3)由化学方程式NaOH+HCl===NaCl+H2O、Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,可知与NaOH反应消耗的氯气的物质的量为0.05 ml,同时产生NaCl 0.05 ml,则由HCl反应产生的NaCl的物质的量为0.25 ml-0.05 ml=0.2 ml,因此发生反应H2+Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2HCl的H2与Cl2的物质的量都为0.1 ml,所以n(H2)=0.1 ml,n(Cl2)=0.1 ml +0.05 ml=0.15 ml,故所用氯气和氢气的物质的量之比n(Cl2)∶n(H2)=0.15 ml∶0.1 ml=3∶2。
答案:(1)10.7% (2)0.25 (3)3∶2
学业基础——自学·思记·尝试
核心素养——合作·探究·分享
实验步骤
误差分析依据:c=nV
操作
n
V
c
称量
物质、砝码位置放反且使用了游码
偏小
—
偏小
砝码生锈或沾有其他物质
偏大
—
偏大
溶解
有少量液体溅出
偏小
—
偏小
转移溶液
移液前容量瓶中有少量水
—
—
不变
未洗涤或移液时有少量溶液洒在外面
偏小
—
偏小
溶解放热,未放置到室温
—
偏小
偏大
溶解吸热,未放置到室温
—
偏大
偏小
定容
定容时俯视
—
偏小
偏大
定容时仰视
—
偏大
偏小
液面超过刻度线,用胶头滴管吸出
偏小
—
偏小
摇匀后液面下降,又滴入水到刻度线
—
偏大
偏小
学考评价——夯实·测控·演练
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