2021届高考化学人教版一轮创新教学案：第1章第2讲气体摩尔体积阿伏加德罗定律

第2讲　气体摩尔体积　阿伏加德罗定律

1.气体摩尔体积

(1)影响物质体积的因素

(2)气体摩尔体积

2．阿伏加德罗定律

(1)内容：同温同压下，相同体积的任何气体含有相同数目的分子(或气体的物质的量相同)。

(2)适用范围：单一气体或相互不反应的混合气体。

(3)阿伏加德罗定律的推论(可通过pV＝nRT及n＝、ρ＝导出)

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。

(1)在标准状况下，1 mol O2与1 mol SO3的体积相同。(×)

错因：SO3在标准状况下是固体。

(2)在标准状况下，1 mol气体的体积约是22.4 L，在非标准状况下，1 mol气体的体积则一定不是22.4 L。(×)

错因：非标准状况下，1 mol气体的体积也可能是22.4 L，如546 K、202 kPa时，1 mol气体的体积也是22.4 L。

(3)2.24 L(标准状况)苯在O2中完全燃烧，得到0.6NA个CO2分子。(×)

错因：苯在标准状况下呈非气态，2.24_L苯在标准状况下的物质的量远远大于0.1_mol，因此与O2反应生成的CO2的数目远远大于0.6_mol。

(4)同温同压下等质量的12C18O2和16O3所含的中子数相等。(×)

错因：等质量的12C18O2和16O3所含的中子数可分别表示为×(6＋20)NA和×3×8NA，数目不同。

(5)11.2 L甲烷和乙烯混合物中含氢原子数目为2NA。(×)

错因：没有指明温度和压强，11.2_L气体的物质的量不能确定。

(6)常温常压下，锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2，反应中转移的电子数为6.02×1023。(×)

错因：常温常压下，11.2_L_H2的物质的量小于0.5_mol，故反应中转移的电子数小于6.02×1023。

2．教材改编题

(据人教必修一P20T4)下列各组物质中，所含分子数相同的是(　　)

A．2 g H2和22.4 L O2

B．常温常压下，9 g H2O和0.5 mol Br2

C．11 g CO2和4.48 L N2(标准状况)

D．2.24 L CCl4(标准状况)和0.1 mol NH3(标准状况)

答案　B

考点一　气体摩尔体积及微粒数目的计算

    [答案]　B

Vm＝22.4 L·mol－1使用时的注意事项：(1)一个条件：标准状况；(2)一个对象：只限气体；(3)两个数据：1 mol、约22.4 L；即只有气体(无论单一还是混合的)且在标准状况下，由体积求物质的量时，Vm才用22.4 L·mol－1；(4)物质的质量、物质的量、微粒个数不受温度、压强的影响。

1．NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)

A．2 g D2O中含有质子数、中子数、电子数均为NA

B．0.1 mol氯酸钾与足量浓盐酸反应生成氯气转移电子数为0.6NA

C．1 L 0.1 mol·L－1 NaHSO4溶液中溶质电离出的阳离子数目为0.1NA

D．标准状况下，2.24 L SO2与足量氧气充分反应，生成SO3的分子数为0.1NA

答案　A

解析　一个D2O分子中含有的质子数＝核外电子数＝2＋8＝10，中子数＝(2－1)×2＋(16－8)＝10，D2O的相对分子质量为4＋16＝20，所以2 g D2O中含有的质子数、中子数、电子数均为1 mol，A正确；氯酸钾和盐酸的反应为归中反应，氯酸钾中的氯元素由＋5价变为0价，0.1 mol氯酸钾与足量浓盐酸反应生成氯气转移电子数为0.5NA，B错误；NaHSO4在溶液中能完全电离为钠离子、氢离子和硫酸根离子，1 L 0.1 mol·L－1 NaHSO4溶液中溶质电离出的阳离子数目为0.2NA，C错误；二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫是可逆反应，不能进行彻底，标准状况下，2.24 L SO2与足量氧气充分反应，生成SO3的分子数小于0.1NA，D错误。

2．下列说法正确的是(　　)

A．1 mol任何气体的气体摩尔体积都约为22.4 L·mol－1

B．20 ℃、1.0×105 Pa时，同体积的O2与CO2含有相同的分子数

C．当1 mol气态物质的体积为22.4 L时，该气体一定处于标准状况

D．2 mol气体的体积约为44.8 L

答案　B

解析　没有给出气体所处的温度和压强，标准状况下气体摩尔体积才约为22.4 L·mol－1，A错误；根据阿伏加德罗定律，同温、同压下，同体积的任何气体都含有相同的分子数，B正确；1 mol气态物质在非标准状况时，体积也有可能等于22.4 L，C错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。

考点二　阿伏加德罗定律及其推论

       [解析]　同温同压时，同体积的气体物质的量相同，摩尔质量越大，则质量越大，因此m(CO2)>m(O2)>m(H2)，A错误；同温同压下，相对分子质量越大，则密度越大，因此ρ(CO2)>ρ(O2)>ρ(H2)，B错误；同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，由于三种气体质量相等，因此n(H2)>n(O2)>n(CO2)，所以V(H2)>V(O2)>V(CO2)，C错误；同温同密度下，气体压强与摩尔质量成反比，故p(H2)>p(O2)>p(CO2)，D正确。

    [答案]　D

对阿伏加德罗定律的理解

1．阿伏加德罗定律适用于任何气体(包括互不反应的混合气体)。

2．气体体积主要受温度和压强的影响。

3．同温、同压、同体积、同分子数，这“四同”相互制约，只要其中“三同”成立，第“四同”也成立，即“三同”定“一同”。

4．应用阿伏加德罗定律及推论要熟记相关化学计量的定义式，并结合相互关系进行推导(可通过pV＝nRT及n＝、ρ＝导出。其中：ρ为密度，p为压强，n为物质的量，M为摩尔质量，m为质量，V为体积，T为热力学温度)。

3．下列关于同温同压下的两种气体12C18O和14N2的判断正确的是(　　)

A．体积相等时密度相等

B．原子数相等时具有的中子数相等

C．体积相等时具有的电子数相等

D．质量相等时具有的质子数相等

答案　C

解析　依据阿伏加德罗定律：在同温同压下的两种气体体积相同，分子数相同，而 12C18O和 14N2分子中所含电子数相同，C正确。同温同压条件下密度之比等于其摩尔质量之比， 12C18O的摩尔质量为30 g·mol－1，14N2 的摩尔质量为28 g·mol－1，A错误；1个 12C18O分子中所含中子数为16,1个14N2分子中所含中子数为14，B错误； 12C18O和 14N2分子中所含质子数相同，n＝，m相同、M不同，n不同，故等质量的两种气体所具有的质子数不同，D错误。

4．如图，同温同压下，分别用氯化氢和四种混合气体吹出体积相等的五个气球。A、B、C、D四个气球中，与充有氯化氢的气球所含原子数一定相等的是(　　)

答案　C

解析　同温同压下，体积相等的气球中，气体的物质的量相等。HCl是双原子分子，因此混合气体分子的平均原子数一定等于2时才符合要求。A项中有可能等于2，B项中一定大于2，C项中一定等于2，D项中一定大于2，故选C。

　　建议用时：40分钟　　　满分：100分

一、选择题(每题6分，共72分)

1．如图两瓶体积相等的气体，在同温同压时瓶内气体的关系一定正确的是(　　)

A．所含原子数相等

B．气体密度相等

C．气体质量相等

D．摩尔质量相等

答案　A

解析　左瓶与右瓶中气体的物质的量相等，N2、O2分子均为双原子分子，A正确；N2、O2的比例不固定，气体的质量不一定相等，密度不一定相等；当N2与O2的物质的量相等时，摩尔质量相等，其余情况摩尔质量不相等。

2．下列两种气体的分子数一定相等的是(　　)

A．质量相等、密度不同的N2和C2H4

B．体积相等的CO和N2

C．等温、等体积的O2和N2

D．等压、等体积的N2和CH4

答案　A

解析　A项，由n＝，M(N2)＝M(C2H4)＝28 g/mol，故等质量的N2和C2H4分子数相等；B项，温度压强不确定，故等体积的CO和N2物质的量不确定；由阿伏加德罗定律知，“三同”才能定“一同”，故C、D错误。

3．下列说法正确的是(　　)

A．同温同压下，相同数目的分子必具有相同的体积

B．等质量的O2和H2的物质的量之比为16∶1

C．不同的气体若体积不等，则它们所含的分子数一定不等

D．同温同体积下，两种气体的物质的量之比等于压强之比

答案　D

解析　A项，未指明气体，错误；B项，假设质量都是1 g，n(O2)∶n(H2)＝ mol∶ mol＝1∶16，错误；C项，未限定温度与压强，无法判断。

4．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)

A．常温下，23 g NO2含有NA个氧原子

B．标准状况下，将22.4 L NO和11.2 L O2混合后，可以得到NA个NO2分子

C．常温常压下，1 L 0.1 mol·L－1 HF溶液中含有0.1NA个H＋

D．0.1 mol的羟基中含有电子的数目为NA

答案　A

解析　常温下，23 g NO2的物质的量是0.5 mol，含有NA个氧原子，A正确；标准状况下，将22.4 L NO和11.2 L O2混合后生成1 mol NO2，但由于存在平衡关系：2NO2N2O4，因此得到的NO2分子个数小于NA，B错误；HF是弱电解质，在水溶液中存在电离平衡，因此常温常压下，1 L 0.1 mol·L－1 HF溶液中含有的氢离子个数小于0.1 NA，C错误；0.1 mol的羟基中含有电子的数目为0.9NA，D错误。

5．下列有关C2H2和C6H6的叙述错误的是(　　)

A．二者的碳元素的质量分数相同

B．在标准状况下，等体积的两种物质含有的分子数相等

C．等物质的量时，二者质量之比为＝

D．等质量时，二者完全燃烧消耗相同状况下的氧气体积相等

答案　B

解析　C2H2与C6H6的最简式均为CH，故二者的碳元素的质量分数相同，A正确；标准状况下，C6H6为非气体，等体积的两种物质的物质的量不相等，所以含有的分子数也不相等，B错误；假设二者均为1 mol，则C2H2的质量为26 g，C6H6的质量为78 g，质量之比＝＝，C正确；假设二者质量均为78 g，则C2H2为3 mol，C6H6为1 mol,3 mol C2H2完全燃烧消耗7.5 mol O2，1 mol C6H6完全燃烧也消耗7.5 mol O2，D正确。

6．室温时，两个容积相同的烧瓶中分别盛有M和N两种气体(同温同压)，取下弹簧夹A，使两烧瓶内的气体充分混合后，容器内的压强由大到小的顺序是(　　)

A．②④①③  B．①②③④

C．④①②③  D．①④③②

答案　A

解析　假设M、N均为1 mol，室温下混合时充分反应后容器中气体的物质的量为：①2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O；n(SO2)＝0.5 mol；②H2、Cl2室温时不反应；n(H2)＋n(Cl2)＝2 mol；③NH3＋HCl===NH4Cl，n(气体)＝0 mol；④2NO＋O2===2NO2,2NO2N2O4，所以1 mol<n(气体)<1.5 mol；依据同温恒容时，压强与气体的物质的量成正比，可知：压强由大到小的顺序为：②④①③，即答案为A。

7．如图所示，①和②为两个体积相同的固定容器，图中“”和“”分别表示氢原子和氧原子，则下列说法正确的是(　　)

A．若①中的H2为1 mol，则②中所含原子总数为3.01×1023个

B．①和②中气体的质量之比为1∶8

C．H2、O2均能发生化合反应，但不能发生置换反应

D．两容器的温度和压强均相同

答案　B

解析　根据图示可知，①和②中H2与O2的分子个数之比为2∶1，若H2为1 mol，则O2为0.5 mol，故O原子数目为6.02×1023个，A错误；①和②中H2与O2的分子个数之比为2∶1，所以其物质的量之比为2∶1，质量之比为1∶8，B正确；H2能发生置换反应，如H2与CuO反应，O2也能发生置换反应，如O2与H2S反应，C错误；根据阿伏加德罗定律，①和②两容器体积相同，但气体分子个数不同，所以两容器的温度和压强不可能均相同，D错误。

8．等温等压下，有质子数相等的CO、N2、C2H2三种气体，下列叙述中正确的是(　　)

A．体积之比为13∶13∶14

B．密度之比为14∶14∶13

C．质量之比为1∶1∶1

D．原子数之比为1∶1∶1

答案　B

解析　三种气体分子的质子数均为14，质子数相等的CO、N2、C2H2三种气体，物质的量相等，等温等压下，气体的体积与其物质的量成正比，所以三者体积之比为1∶1∶1，A错误；CO、N2、C2H2摩尔质量分别为28 g·mol－1、28 g·mol－1、26 g·mol－1，等温等压下，气体摩尔体积相同，根据ρ＝＝知，密度与摩尔质量成正比，则密度之比为28∶28∶26＝14∶14∶13，B正确；三种气体分子的物质的量相等，根据m＝nM知：质量与摩尔质量成正比为28∶28∶26＝14∶14∶13，C错误；1分子CO、N2、C2H2分别含原子数为2、2、4，所以三种气体原子数之比为1∶1∶2，D错误。

9．肼(N2H4)是火箭常用的高能燃料，常温下为液体，其球棍模型如图所示。肼能与双氧水发生反应：N2H4＋2H2O2===N2↑＋4H2O。用NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　　)

A．标准状况下，11.2 L N2中含电子总数为5NA

B．标准状况下，22.4 L N2H4中所含原子总数为6NA

C．标准状况下，3.2 g N2H4中含有共价键的总数为0.6NA

D．若生成3.6 g H2O，则上述反应转移电子的数目为0.2NA

答案　D

解析　1个N2分子含有14个电子，标准状况下，11.2 L N2的物质的量为0.5 mol，则所含电子数为7NA，A错误；标准状况下肼为非气体，22.4 L N2H4的物质的量远大于1 mol，故所含原子数远大于6NA，B错误；1个肼分子含有5个共价键，3.2 g N2H4的物质的量为0.1 mol，则所含共价键的数目为0.5NA，C错误；反应N2H4＋2H2O2===N2↑＋4H2O中，生成4 mol H2O时转移4 mol电子，故生成3.6 g(即0.2 mol)H2O时，转移电子的数目为0.2NA，D正确。

10．(2019·安徽池州高三期末)设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法不正确的是(　　)

A．60 g由冰醋酸和葡萄糖组成的混合物中含有氢原子的数目为4NA

B．常温下，10 g氖气中所含有的氖原子数目为0.5NA

C．将3 mol H2和1 mol N2混合充分反应后，容器内分子数等于2NA

D．标准状况下，2.24 L SO2和O2的混合气体充分反应后，反应混合物中含有的氧原子总数为0.2NA

答案　C

解析　冰醋酸和葡萄糖二者的最简式均为CH2O,60 g混合物中含2 mol CH2O，则含有4 mol氢原子，A正确；氖气是单原子分子，10 g氖气的物质的量为0.5 mol，含有的原子数目为0.5NA，B正确；氮气和氢气的反应为可逆反应，不能完全转化，容器内分子数大于2NA，C错误；标准状况下，2.24 L SO2和O2的混合气体的物质的量为0.1 mol，其中含有的氧原子总数为0.2NA，反应后氧原子个数不变，仍为0.2NA，D正确。

11.(2019·河南南阳市高三期末质量评估)设NA为阿伏加德罗常数的数值。下列有关说法中正确的有(　　)

①1 L 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液中含Fe3＋数目为0.1NA

②5.6 g铁粉与3.2 g硫粉混合隔绝空气加热，充分反应后，转移电子数为0.2NA

③0.1 mol乙醇与0.1 mol乙酸在浓硫酸催化并加热下，生成乙酸乙酯分子数为0.1NA

④60 g SiO2中含有的Si—O键和12 g金刚石中含有的C—C键的数目均为NA

⑤体积为11.2 L的氯气中含有氯原子数约为6.02×1023个

⑥92 g的NO2和N2O4混合气体含有的原子数为6NA

⑦10 g 46%甲酸(HCOOH)水溶液中所含的氧原子数为0.5NA

⑧7.8 g Na2O2与足量的水(HO)反应生成的氧气中所含的中子数为0.5NA

A．四个  B．三个

C．五个  D．两个

答案　B

解析　①在溶液中FeCl3能发生水解反应：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，所以溶液中含有的Fe3＋数目必小于0.1NA，错误；②5.6 g铁粉的物质的量为0.1 mol,3.2 g硫的物质的量为0.1 mol，二者恰好反应生成FeS，转移电子数为0.2NA，正确；③CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O，因为可逆反应不能进行到底，所以0.1 mol乙醇与0.1 mol乙酸生成乙酸乙酯的分子数小于0.1NA，错误；④SiO2结构中每个Si原子周围有4个Si—O键，所以60 g SiO2中含有4 mol Si—O键；12 g金刚石中含有C原子的物质的量为1 mol，金刚石中每个C原子周围有4个C—C键(每个C—C键重复计算了1次)，所以12 g金刚石中含有的C—C键物质的量＝1 mol×4×＝2 mol，错误；⑤题目没有明确气体所处的温度和压强，无法计算11.2 L氯气的物质的量，也就无法确定11.2 L氯气中的氯原子个数，错误；⑥将NO2和N2O4混合气体看作由“NO2”构成的物质，该混合气体中“NO2”的物质的量＝＝2 mol，2 mol “NO2”中含有原子的物质的量＝2 mol×3＝6 mol，所以92 g NO2和N2O4混合气体中含有的原子数为6NA，正确；⑦“甲酸的水溶液”是由HCOOH和H2O构成，10 g 46%甲酸水溶液中氧原子的物质的量＝×2＋×1＝0.5 mol，即所含的氧原子数为0.5NA，正确；⑧7.8 g Na2O2的物质的量＝＝0.1 mol,2Na2O2＋2HO===2NaOH＋2Na18OH＋O2↑，生成的氧气中每个氧分子含16个中子，0.1 mol Na2O2与足量的水反应生成0.05 mol氧气，0.05 mol氧气中中子的物质的量＝0.05 mol×16＝0.8 mol，即所含的中子数为0.8NA，错误。

12．一个密闭容器，中间有一可自由滑动的隔板(厚度不计)将容器分成两部分，当左边充入1 mol N2，右边充入一定量的CO时，隔板处于如图位置(保持温度不变)，下列说法正确的是(　　)

A．右边与左边分子数之比为4∶1

B．右侧CO的质量为5.6 g

C．右侧气体密度是相同条件下氢气密度的14倍

D．若改变右边CO的充入量而使隔板处于容器正中间，保持温度不变，则应充入0.2 mol CO

答案　C

解析　左右两侧气体温度、压强相同，相同条件下，体积之比等于物质的量之比，左右体积之比为4∶1，则左右气体物质的量之比为4∶1，所以右侧气体物质的量＝ mol＝0.25 mol。相同条件下密度与摩尔质量成正比，则右侧气体密度是相同条件下氢气密度的＝14倍，故C正确。若使隔板处于容器正中间，则N2和CO物质的量应相等，应再充入0.75 mol CO。

二、非选择题(共28分)

13．(14分)现有14.4 g CO和CO2的混合气体，在标准状况下所占的体积约为8.96 L。回答下列问题：

(1)该混合气体的平均摩尔质量：________。

(2)混合气体中碳原子的个数：________。(用NA表示阿伏加德罗常数的值)

(3)将混合气体依次通过如图装置，最后收集在气球中。

①气球中收集到的气体摩尔质量：________；

②标准状况下气球中收集到的气体的体积为________；

③气球中收集到的气体的电子总数为________。(用NA表示阿伏加德罗常数的值)

答案　(1)36 g·mol－1　(2)0.4NA　

(3)①28 g·mol－1　②4.48 L　③2.8NA

解析　(1)混合气体的体积为8.96 L，则其物质的量为n＝＝＝0.4 mol，混合气体的平均摩尔质量为＝36 g·mol－1。

(2)由于CO和CO2中均含1个碳原子，故0.4 mol的CO和CO2混合物中共含0.4 mol C原子即0.4NA个。

(3)将混合气体依次通过图中装置，则CO2会被NaOH溶液吸收，剩余CO，被浓硫酸干燥后，则在气球中收集到的是干燥纯净的CO气体；①CO的摩尔质量为28 g·mol－1，设混合气体中CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y，则根据混合物的质量为14.4 g可得：28x＋44y＝14.4；根据气体的物质的量为0.4 mol，可得x＋y＝0.4；两式联立解得：x＝0.2 mol，y＝0.2 mol；②气球中的气体为CO，其体积V＝nVm＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L；③一个CO含有14个电子，由(2)求出的CO的物质的量为0.2 mol，则电子的物质的量为0.2 mol×14＝2.8 mol，电子总数为2.8NA个。

14．(14分)一定量的液态化合物XY2在一定量的氧气(标准状况)中恰好完全燃烧，反应的化学方程式为XY2(l)＋3O2(g)===XO2(g)＋2YO2(g)。冷却后，在标准状况下测得生成物的体积为672 mL，密度为2.56 g·L－1，则：

(1)反应前O2的体积是________，XY2的质量是________(结果保留两位小数)。

(2)化合物XY2的摩尔质量是________。

(3)若XY2分子中X、Y两种元素的质量比为3∶16，则X、Y两种元素分别是________和________。(填元素名称)

答案　(1)672 mL　0.76 g　(2)76 g·mol－1　

(3)碳　硫

解析　(1)由化学方程式可知：反应前后气体的体积不变，因此反应后气体的体积等于反应前氧气的体积，为672 mL；再根据质量守恒：m(XY2)＋m(O2)＝m(XO2)＋m(YO2)＝0.672 L×2.56 g·L－1得：m(XY2)＝0.672 L×2.56 g·L－1－×32 g·mol－1≈0.76 g。

(2)1 mol XY2恰好能与3 mol O2反应，所以0.76 g XY2的物质的量应为：×＝0.01 mol，所以M(XY2)＝＝76 g·mol－1。

(3)M(X)＝M(XY2)×＝76 g·mol－1×＝12 g·mol－1，X应为碳元素。M(Y)＝M(XY2)××＝32 g·mol－1，Y应为硫元素。