高中第二单元 物质的化学计量学案设计

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第2课时 气体摩尔体积
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课程标准
课标解读
1．知道物质常见的聚集状态及影响物质体积的因素。
2．知道气体摩尔体积的含义，能进行标准状况下气体体积、物质的量、微粒数目之间的换算。
3．了解阿伏加德罗定律及其推论，并能运用阿伏加德罗定律解决简单问题。
1．了解气体摩尔体积的含义，能用分类方法从宏观上分析固体、气体、液体体积的差异。（宏观辨识与微观探析）
2．能通过气体摩尔体积的学习，体会物质的量、质量、体积、微粒数目之间的关系。（变化观念与平衡思想）
3．能进行关于体积、物质的量之间的定量计算。（宏观辨识与微观探析）
4．通过对标准状况下气体摩尔体积及阿伏加德罗定律的探究，认识化学科学发展在促进自然科学发展等方面的重要作用，遇到问题，会提出处理或解决化学问题的方案。（科学态度与社会责任）

知识点01 决定物质体积大小的因素
1．物质的聚集状态、性质及微观结构：
物质的聚集状态
微观结构
微粒的运动方式
宏观性质
固态
微粒排列紧密，微粒间空隙小
在固定的位置上振动
有固定的形状，几乎不能被压缩
液态
微粒间排列较紧密，微粒间空隙较小
可以自由移动
没有固定的形状，但不易被压缩
气态
微粒间距离较大
可以自由移动
没有固定的形状，容易被压缩
2．从微观角度分析物质体积大小的影响因素
填写下表（打“√”或“×”）

粒子的数目
粒子的大小
粒子间的距离
固体体积
√
√
×
液体体积
√
√
×
气体体积
√
×
√
结论：粒子的数目和粒子的大小决定固体或液体的体积，粒子的数目和粒子间的距离决定气体的体积。
3．粒子数目相同时物质的体积关系
同温同压下，不同的固体或液体，由于粒子的大小不同，因此体积不同；不同的气体，由于粒子间的距离几乎相同，因此体积大致相同。
【即学即练1】有关物质的体积的说法不正确的是（ ）
A．固体和液体的体积主要是由物质的微粒数目和微粒的大小决定的
B．气体的体积与温度和压强有关
C．当温度和压强一定时，任何具有相同微粒数的物质都具有相同的体积
D．当温度和压强一定时，1mol气体的体积大致相等
答案：C
解析：温度和压强一定时，任何具有相同微粒数的气体具有相同的体积，故C选项错误。

知识点02 阿伏加德罗定律
1．阿伏加德罗定律的内容
相同的温度和压强下，粒子数相同的任何气体都具有相同的体积，也可以说，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．适用范围
阿伏加德罗定律适用于任何气体，包括混合气体。
三、气体摩尔体积
1．定义：单位物质的量的气体所占有的体积。
符号：Vm，单位L·mol－1(或L/mol)和m3·mol－1(或m3/mol)。
2．计算公式：Vm＝。
3．影响气体摩尔体积的因素
气体摩尔体积的数值取决于气体所处的温度和压强。
4．标准状况下的气体摩尔体积
在标准状况下，1mol任何气体的体积都约为22.4L，即标准状况下，气体摩尔体积约为22.4L·mol－1，其中，标准状况是指温度为0℃(273K)、压强为1.01×105Pa 。
标准状况下的气体摩尔体积是阿伏加德罗定律的一个特例。
【即学即练2】填空
(1)标准状况下，0.5molN2的体积约为_______，1.5molO2的体积约为_______。
(2)标准状况下，33.6LN2的物质的量为_______，8.96LCO2气体的物质的量为________。
(3)标准状况下，2gH2的体积约为_______，11.2LCH4的质量为_______。
答案：(1)11.2L 33.6L (2)1.5mol 0.4mol (3)22.4L 8g
【即学即练3】判断正误
(1)1molH2O在标准状况下的的体积约为22.4L。（ ）
(2)标准状况下，1mol空气的体积约为22.4L。（ ）
(3)1molO2的体积为22.4L，则气体一定处于标况下。（ ）
(4)常温常压下，11.2LO2所含原子数为NA。（ ）
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)×

能力拓展

考法01 微粒数目相同物质的体积关系

【典例1】相同物质的量的各固体或液体的体积并不相同，其主要原因是(　　)
A．微粒大小不同 B．微粒质量不同
C．微粒间距离不同 D．微粒的状态不同
答案：A
解析：决定固体或液体体积的主要因素是微粒的数目和微粒的大小。

考法02 正确理解气体摩尔体积
1．气体摩尔体积
(1)气体摩尔体积只适用于气态物质，对于固态物质和液态物质来讲是不适用的，气体可以为相互不反应的混合气体。
(2)气体摩尔体积与气体的种类无关。
(3)气体摩尔体积并不都约等于22.4 L·mol－1，22.4 L·mol－1只是气体摩尔体积在标准状况下的一个特例。
(4)气体摩尔体积受温度和压强的影响，若温度和压强保持一定，那么气体摩尔体积也保持不变。
(5)同温同压下，气体的体积只由气体的分子数决定。
2．标准状况下的气体摩尔体积

(1)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)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不能混淆，前者单位为L，后者单位为L·mol－1。
【典例2】下列说法正确的是(　　)
A．在标准状况下，1 mol酒精的体积是22.4 L
B．1 mol氢气所占的体积一定是22.4 L
C．标准状况下，6.02×1023个水分子所占有的体积约是22.4 L
D．标准状况下，28 g N2与CO的混合气体，体积约为22.4 L
答案：D
解析：注意22.4 L所适用的条件——1 mol气体在标准状况下的体积，同时注意CO和N2的摩尔质量相同。

考法03 阿伏加德罗定律及其应用
1．正确理解阿伏加德罗定律
(1)适用范围：任何气体，可以是单一气体，也可以是混合气体。
(2)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。
(3)因为气体的物质的量之比等于分子数之比，同温同压下，具有相同体积的气体的物质的量相等，分子数相等。
2．阿伏加德罗定律的推论
(1)同温同压下，气体的物质的量之比等于体积比。
即：T、p相同，＝
(2)由ρ=，分子和分母都除以n，得ρ=。
同温、同压下，气体的密度与其相对分子质量(或是摩尔质量)成正比。
即：T、p相同，＝。
由ρ=，已知标准状况下，Vm=22.4L·mol-1，由此可以计算标准状况下气体的密度或气体的摩尔质量（相对分子质量）。
【典例3】下列叙述正确的是(　　)
A．同温同压下，相同体积的物质，其物质的量必然相等
B．任何条件下，等物质的量的氧气和一氧化碳所含的分子数必然相等
C．1 L一氧化碳气体一定比1 L氧气的质量小
D．同温同压下，等体积的物质所含的分子数一定相等
答案：B
解析：只有气体物质才符合阿伏加德罗定律——在同温同压下，具有相同体积的气体的物质的量相等。具有相同物质的量的两种由分子构成的物质具有相同的分子数。因温度、压强不能确定，故1 L CO和1 L O2的物质的量大小也不能确定，即二者的质量大小无法比较。

分层提分


题组A 基础过关练
1．同温同压下，两种气体的体积如果不相同，请你推测其主要原因是(　　)
A．气体的分子大小不同
B．气体的物质的量不同
C．气体分子的化学性质不同
D．气体分子间的平均距离不同
答案：B
解析：同温同压下，气体的体积取决于其物质的量，物质的量不同，则其体积不同。
2．下列有关气体摩尔体积的叙述正确的是(　　)
A．单位物质的量的气体所占的体积就是气体摩尔体积，为22.4 L·mol－1
B．通常状况下的气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1
C．标准状况下的气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1
D．相同物质的量的气体的摩尔体积相同
答案：C
解析：标准状况下的气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1，A、B项错误，C项正确；气体摩尔体积与气体所处的状态(温度和压强)有关，D项错误。
3．相同物质的量的各种固体或液体的体积并不相同，其主要原因是(　　)
A．粒子大小不同 B．粒子质量不同
C．粒子间距离不同 D．粒子间作用力不同
答案：A
解析：物质的量相同时，固体或液体粒子的距离较近，故体积主要由粒子的大小决定，故选A。
4．关于物质的体积的说法正确的是（ ）
A．1mol固体或液体的体积主要决定于微粒间的距离
B．固体和液体的微粒间的空隙很小，因此不能被压缩
C．气态物质微粒间的距离较大，因此气体的体积决定于气体分子间的距离
D．气体的体积受温度和压强的影响较大，固体或液体的体积受温度和压强的影响较小
答案：D
解析：固体和液体的体积主要决定于微粒的大小，A错误；固体和液体的空隙很小，不易被压缩，不是不能被压缩，B错误；气体的体积决定于微粒数和微粒间的距离，C错误。
5．下列说法中，正确的是（ ）
A．1mol任何气体的体积都是22.4Ll
B．1molH2的质量是1g，它所占的体积是22.4L
C．在标准状况下，1mol任何物质所占的体积都约为22.4L
D．在标准状况下，1mol任何气体所占的体积都约为22.4L
答案：D
6．在标准状况下，与12gH2的体积相等的N2的（ ）
A．质量为12g B．物质的量为6mol
C．体积为22.4L/mol D．物质的量为12mol
答案：B
7．在标准状况下，相同质量的下列气体中体积最大的是（ ）
A．O2 B．Cl2 C．N2 D．CO2
答案：C
解析：相同条件下，体积与物质的量成正比，故求出4种气体的物质的量比较大小可得。
8．下列各组物质中，所含分子数相同的是(　　)
A．2 L SO2和2 L CO2
B．9 g水和标准状况下11.2 L CO2
C．标准状况下，1 mol氧气和22.4 L水
D．0.1 mol H2和2.24 L HCl气体
答案：B
解析：A项，没有指明气体所处的状态，无法判断二者所含分子数是否相同；B项，9 g水的物质的量为0.5 mol，标准状况下11.2 L CO2的物质的量为0.5 mol，故二者所含分子数相同；C项，标准状况下，水不是气体，则22.4 L水的物质的量不是1 mol，二者所含分子数不相同；D项，没有指明HCl气体所处的状态，无法判断二者所含分子数是否相同。
9．下列说法中正确的是(　　)
A．32 g O2占有的体积约为22.4 L
B．22.4 L N2含阿伏加德罗常数个氮分子
C．在标准状况下，22.4 L水的质量约为18 g
D．22 g二氧化碳与标准状况下11.2 L HCl含有相同的分子数
答案：D
解析：A、B项，均未指明标准状况；C项水为液态。
10．填空：
（1）在标准状况下，0.5molH2和O2混合气的体积约是 。
（2）在标准状况下，2molCO2的体积为 L，质量 g。
（3）含1.806×1023个分子的N2，在标准状况下的体积是 L。
（4）标准状况下，体积为11.2 L 的CO2的物质的量为 、质量为 ，其所含原子的总数是          个。
（5）128gO2含 个O2分子，在标准状况下的体积 L。
答案：（1）11.2L （2）44.8L 88g （3）6.72L
（4）0.5 mol 22 g 1.5 mol·NA个 （5）4×6.02×1023个 89.6L
11．(1)CO2的相对分子质量为________，它的摩尔质量为________。
(2)在标准状况下，0.5 mol任何气体的体积都约为________。
(3)4 g H2与22.4 L(u标准状况)CO2相比，所含分子数目较多的是________。
(4)0.01 mol某气体的质量为0.28 g，该气体的摩尔质量为________，在标准状况下，该气体的体积是________。
答案：(1)44　44 g·mol－1　(2)11.2 L　(3)4 g H2　(4)28 g·mol－1　0.224 L
解析：相对分子质量和摩尔质量在数值上相等。在标准状况下1 mol任何气体所占的体积都约为22.4 L。

题组B 能力提升练
1．下列一定量各物质所含原子个数按由大到小的顺序排列的一项是（ ）
①0.5mol氨气 ②19.6g硫酸 ③4℃时9mL水 ④标准状况下22.4L氦气
A．④①②③ B．②④③① C．①③②④ D．①④②③
答案：C
解析：①一个氨气分子含有4个原子，0.5mol氨气含有2mol原子；②一个硫酸中含有7个原子，19.6g硫酸的物质的量为0.2mol，含有1.4mol原子；③4℃时9mL水的质量为9g，物质的量为0.5mol，含有1.5mol原子；④标准状况下22.4L氦气，即1mol，氦气为单原子分子，含有1mol原子，综上所述，原子数由大到小的顺序为①③②④，答案为C。
2．在标准状况下，由0.5 g H2、11 g CO2和4 g O2组成的混合气体，其体积约为(　　)
A．8.4 L B．11.2 L C．14 L D．16.8 L
答案：C
解析：根据n＝，0.5 g H2的物质的量为＝0.25 mol，11 g CO2的物质的量为＝0.25 mol，4 g O2的物质的量为＝0.125 mol，V＝(0.25＋0.25＋0.125) mol×22.4 L·mol－1＝14 L，故C项正确。
3．下列物质中含氢原子最少的是（ ）
A．1.6g甲烷（CH4） B．0.5mol氨气（NH3）
C．3.01×1023个硫化氢分子 D．3.42g蔗糖（C12H22O11）
答案：D
解析：比较氢原子多少，需要比较各个选项中所给物质的氢原子的物质的量大小，即物质的量与氢原子数的乘积。A选项，0.1mol×4=0.4mol；B选项，0.5mol×3=1.5mol；C选项，0.5mol×2=1mol；D选项，0.01mol×22=0.22mol。
4．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。
(1)若有等物质的量的两种气体，试完成下表：

质量比
分子个数比
原子个数比
氢原子个数比
CH4∶NH3




(2)若有等质量的两种气体，试完成下表：

物质的量比
分子个数比
原子个数比
氢原子个数比
CH4∶NH3




答案：(1)16∶17　1∶1　5∶4　4∶3
(2)17∶16　17∶16　85∶64　17∶12
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。
5．实验室常用加热高锰酸钾的方法制取氧气。
（1）写出反应的化学方程式_____________________________
（2）现欲制取1.12L（标准状况）氧气，需要消耗高锰酸钾__________克。
答案：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ 15.8
6．实验室需要11.2L（标准状况）二氧化碳，现用含碳酸钙90%的石灰石与足量的稀盐酸反应（该石灰石中的杂质不与稀盐酸反应）。
（1）至少需要含碳酸钙90%的石灰石多少克?
（2）生成的氯化钙的物质的量是多少？
答案：CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑+H2O
100g 1mol 22.4L
m(石灰石)×90% n(CaCl2) 11.2L
解得：m(石灰石)= 55.6g n(CaCl2) =0.5mol

题组C 培优拔尖练
1．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
答案：C
解析：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。
2．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
答案：C
解析：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。
3．(1)12.4 g Na2X含有0.4 mol Na＋，Na2X的摩尔质量为____________
(2)标准状况下，18gCO和CO2的混合气体的物质的量为0.5mol，则此混合气体中CO和CO2的物质的量之比是_________。
(3)混合气体由N2和CH4组成，测得混合气体在标准状况下的密度为1.071g/L，则混合气体中N2和CH4的体积比为_______。
(4)某固态化合物X受热分解的反应为：X=A↑+B↑+C↑，在一定的温度和压强下测得反应生成的混合气体对氢气的相对密度为15，则X的摩尔质量是_________。
答案：62g/mol 1:1 2:1 90g/mol
解析：(1)12.4 g Na2X含有0.4 mol Na＋，则Na2X为0.2mol，Na2X的摩尔质量为12.4g0.2mol =62g/mol。答案为：62g/mol；
(2)设CO的物质的量为x，则CO2的物质的量为(0.5-x)，从而得出28x+44(0.5-x)=18g，x=0.25mol，0.5-x=0.25mol，则此混合气体中CO和CO2的物质的量之比是1:1。答案为：1:1；
(3)M(混)= 1.071g/L×22.4L/mol=24g/mol，设混合气为1mol，并设N2的物质的量为ymol，则CH4的物质的量为(1-y)mol，从而得出28y+16(1-y)=24×1，y=mol，则1-y=mol，则混合气体中N2和CH4的体积比为：=2:1。答案为：2:1；
(4) M(混)= 15×2=30，设混合气为3mol，则固态化合物X为1mol，依据质量守恒，可建立如下等式：M(X)×1mol=30g/mol×3mol，M(X) =90g/mol，则X的摩尔质量是90g/mol。答案为：90g/mol。
4．标准状况下，CO2和CO的混合气体15g，体积为10.08L，则此混合气体中CO2和CO的物质的量各是多少？
解析：根据所给条件，可以得以下方程：
n(CO2)×44 + n(CO)×28=15 ①
n(CO2) + n(CO) =10.08/22.4=0.45 ② 得：n(CO2)=0.15mol n(CO)=0.3mol