高中化学苏教版 (2019)必修 第一册第二单元 物质的化学计量第2课时导学案

第2课时　气体摩尔体积

一、影响物质体积大小的因素

　在相同条件下，微粒数相同的不同固态物质或液态物质的体积是否相同？

[提示]　不相同。因为固态物质、液态物质体积主要受微粒的数目和微粒本身的大小不同影响，而不同的固态物质、液态物质的微粒大小各不相同。

二、气体摩尔体积

　气体摩尔体积适用范围是气体，是否必须为纯净气体？

[提示]　不是。气体摩尔体积的适用范围是气体，可以是单一气体，也可为混合气体，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，但要特别注意以混合气体中气体之间不发生化学反应为前提。

[知识延伸]　阿伏加德罗定律

1．内容：同温同压下相同体积的任何气体都含有相同数目的微粒。

2．适用范围：阿伏加德罗定律及其推论仅仅适用于气体，可以是单一气体，也可以是混合气体，对固体和液体不适用。

3．“三同定一同”规律：同温、同压、同体积、同分子数中只要有“三同”则必有第“四同”。

　相同体积的两个容器，一个盛放氧气，一个盛放氢气，在同温、同压下，两容器中气体分子的数目有何关系？

[提示]　相同。在同温、同压下，同体积的不同气体具有相同的微粒数。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)

(1)在相同条件下，1 mol任何物质的体积均相同。 (×)

(2)当温度和压强一定时，1 mol气体的体积均为22.4 L。 (×)

(3)标准状况下，1 mol任何物质的体积都约为22.4 L。 (×)

(4)当温度和压强一定时，相同物质的量的气体的体积相同。 (√)

2．设NA表示阿伏加德罗常数的值，下列叙述中正确的是(　　)

A．常温常压下，11.2 L CO2所含的原子数为1.5NA

B．常温常压下，48 g O3含有的氧原子数为3NA

C．标准状况下，22.4 L H2O所含分子数为NA

D．标准状况下，22.4 L H2所含原子数为NA

B　[常温常压(非标准状况)下，11.2 L CO2的物质的量不是0.5 mol，所含原子数不是1.5NA；48 g O3的物质的量为1 mol，所含氧原子数为3NA；标准状况下，H2O为液态，不能应用气体摩尔体积计算其物质的量；标准状况下，22.4 L H2的物质的量为1 mol，所含氢原子数为2NA。]

3．常温下，34.0 g氨气的物质的量是        ；在标准状况下，氨气的体积是        ，所含的氨气分子数是            个。

[解析]　根据气体相关计算公式n＝＝＝(标准状况)可知：n(NH3)＝＝2.0 mol。V(NH3)＝n(NH3)·Vm＝2.0 mol×22.4 L·mol－1＝44.8 L。N(NH3)＝n(NH3)·NA＝2.0 mol×6.02×1023 mol－1＝1.204×1024个。

[答案]　2.0 mol　44.8 L　1.204×1024

热气球主要用于航空、体育运动和游览观光，由于热气球操作简单，对起飞、着陆场地的要求不高，热气球运动真正发展成为一项时尚、健康的户外休闲和体育运动。

[问题1]　你知道热气球升空的原理吗？气体的体积与温度、压强有何关系？

[提示]　热气球是利用加热的空气或某些气体(如氢气或氦气)的密度低于气球外的空气密度以产生浮力飞行。热气球主要通过自带的机载加热器来调整气囊中空气的温度，从而达到控制气球升降的目的。升高温度或减小压强气体的体积增大，反之气体的体积减小。

[问题2]　在标准状况下，1 mol气体的体积约是22.4 L，如果当1 mol气体的体积约是22.4 L时，一定是标准状况吗？为什么？

[提示]　不一定。因为影响气体的体积的因素是温度、压强两个条件，非标准状况下，1 mol气体的体积也可能是22.4 L。

1．在标准状况下的气体摩尔体积

(1)1个条件：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。因此在使用气体摩尔体积时。一定要看清气体所处的状态。

(2)1种状态：必须为气体，且任何气体均可，包括混合气体。如水、酒精、汽油、CCl4等物质在标准状况下不是气体。

(3)2个数据：“1 mol”“约22.4 L”。

2．气体摩尔体积的计算

①气体的物质的量n＝。

②气体的密度ρ＝＝＝。

③气体的微粒数N＝n·NA＝·NA。

④气体的质量m＝n·M＝·M。

3．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＝。

(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＝。

(3)根据标准状况下气体的密度ρ： M＝ρ×22.4(g·mol－1)。

(4)根据同温同压下气体的相对密度(D＝ρ1/ρ2)：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)。

1．下列说法中，正确的是(　　)

A．一定状况下，N2的摩尔体积可能恰好为11.2 L·mol－1

B．在标准状况下，1 mol N2的体积是22.4 L·mol－1

C．1 mol N2的体积约是22.4 L，则N2是处于标准状况

D．在标准状况下，H2O的摩尔体积约是22.4 L·mol－1

A　[由于温度和压强影响气体摩尔体积，则一定状况下N2的摩尔体积可能恰好为11.2 L·mol－1，A项正确；在标准状况下，1 mol N2的体积是22.4 L·mol－1×1 mol＝22.4 L，B项错误；1 mol N2的体积约是22.4 L，气体摩尔体积为22.4 L·mol－1，由于温度和压强影响气体的体积，则N2不一定是处于标准状况，C项错误；在标准状况下，水不是气体，则水的摩尔体积不是22.4 L·mol－1，D项错误。]

2．CO和CO2的混合气体18 g，完全燃烧后测得CO2的体积为11.2 L(标准状况)。

(1)混合气体中CO的质量是        g。

(2)在标准状况下，混合气体中CO2的体积是        L。

(3)在标准状况下，混合气体的密度是        g·L－1。

(4)混合气体的平均摩尔质量是        g·mol－1。

[解析]　CO燃烧发生反应：2CO＋O22CO2，CO的体积与生成CO2的体积相等，燃烧后CO2的总体积为11.2 L，故18 g CO和CO2的混合气体的总体积为11.2 L，在标准状况下，18 g CO和CO2的混合气体的物质的量为0.5 mol，设CO的物质的量为x mol，CO2的物质的量为y mol，则，解得x＝0.25，y＝0.25。

(1)混合气体中CO的质量＝28 g·mol－1×0.25 mol＝7 g。

(2)故原混合气体中，CO2的体积为0.25 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。

(3)原混合气体的密度＝≈1.61 g·L－1。

(4)解法一：＝ρ·22.4 L·mol－1＝1.61 g·L－1×22.4 L·mol－1≈36 g·mol－1；

解法二：＝＝36 g·mol－1；

解法三：＝28 g·mol－1×50%＋44 g·mol－1×50%＝36 g·mol－1；

故平均摩尔质量为36 g·mol－1。

[答案]　(1)7　(2)5.6　(3)1.61　(4)36

化学实验小组利用电解装置，来推导气体体积与物质的量的关系，已知利用图1装置电解水时，水的转化过程如图2所示。已知A试管中收集到的气体为氢气，B试管中收集到的气体为氧气。

图1　　　　　图2　　　　图3

[问题1]　经测定，同温同压下，A试管中气体体积大约是B试管中气体体积的2倍。写出电解水的化学方程式，推测相同温度和压强下气体体积与物质的量的关系。

[提示]　电解水的化学方程式为2H2O2H2↑＋O2↑，由氢气和氧气的物质的量之比是2∶1，体积之比也是2∶1，可以推测同温同压下气体的体积之比等于物质的量之比。

[问题2]　如图3所示用打气筒给篮球打气时，气体源源不断地被打进去，而篮球的体积几乎不发生变化，气体都去了哪？气球内气体的哪些物理量发生了变化？据此推测恒温、恒容时气体物质的量与压强有何关系

[提示]　气体的体积受温度和压强影响。向篮球内打气时气体进入篮球内，气体物质的量增多，压强变大。恒温、恒容时气体物质的量与压强成正比关系。

3．常温常压下，用等质量的CH4、CO2、O2、SO2四种气体分别吹出四个气球，其中气体为CH4的是(　　)

A　　　　B　　　　C　　　　D

D　[将n＝代入V＝Vm·n＝，由此可知相同质量、相同温度、相同压强下，气体体积与摩尔质量成反比。该四种气体中CH4摩尔质量最小，故体积最大。]

4．同温同压下，等质量的SO2气体和SO3气体相比较，下列叙述中正确的是(　　)

A．密度之比为4∶5

B．物质的量之比为4∶5

C．体积之比为1∶1

D．原子数之比为3∶4

A　[由n＝＝可知，ρ＝＝，在相同条件下，气体的相对分子质量之比等于其密度之比，所以两种气体的密度之比为64∶80＝4∶5，A项正确；设气体的质量均为m g，则n(SO2)＝ mol，n(SO3)＝ mol，所以二者物质的量之比为∶＝80∶64＝5∶4，B项错误；根据V＝n·Vm可知，同温同压下，气体的体积之比等于物质的量之比，所以两种气体的体积之比为5∶4，C项错误；根据分子组成可知，两种气体的原子数之比为(5×3)∶(4×4)＝15∶16，D项错误。]

1．下列关于决定物质体积的因素的说法不正确的是(　　)

A．物质的体积取决于微粒的数目、微粒的大小和微粒之间的距离

B．在相同条件下，微粒数相同的任何气体都具有相同体积

C．在同温同压下，1 mol任何物质所占有的体积均相同

D．等质量的H2，压强越小、温度越高，气体所占体积越大

C　[从微观角度来说，物质的体积由微粒的数目、微粒的大小和微粒之间的距离决定，A正确；微粒数相同的气体的物质的量相同，相同条件下体积也相同，B正确；C项结论只适用于气态物质，C错误；压强越小、温度越高，气体的体积越大，D正确。]

2．下列有关气体摩尔体积的描述中正确的是(　　)

A．在一定温度和压强下，单位物质的量的气体所占的体积就是气体摩尔体积

B．通常状况下的气体摩尔体积约为22.4 L

C．标准状况下的气体摩尔体积约为22.4 L

D．在标准状况下，1 mol O2的体积是22.4 L·mol－1

A　[在一定温度和压强下，单位物质的量的气体所占的体积就是气体摩尔体积，A正确；标准状况下的气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1,1 mol O2的体积是22.4 L，B、C、D错误。]

3．下列说法中正确的是(　　)

A．在标准状况下，1 mol水的体积是22.4 L

B．1 mol任何气体体积均为22.4 L

C．在标准状况下，0.3 mol N2和0.7 mol O2混合气体总体积约为22.4 L

D．通常状况下，1 mol N2的体积约为22.4 L

C　[A项水为液体，不适用气体摩尔体积；B项未指明气体所处的状况；C项混合气体共1 mol，在标准状况下，体积约为22.4 L，C正确；D项通常状况下，1 mol N2体积不是22.4 L。]

4．在同温同压下，相同体积的甲、乙两种气体的质量比是17∶14。若乙气体是CO，则甲气体可能是(　　)

A．H2S　　　　　　 B．HCl

C．NH3   D．Cl2

A　[同温同压下，同体积的甲乙两种气体物质的量相同，质量比是17∶14，根据m＝nM可知，甲与乙的摩尔质量之比为17∶14，若乙气体是CO，则M(甲)∶28 g·mol－1＝17∶14，故M(甲)＝34 g·mol－1，各选项中只有H2S符合。]

5．对一定量气体体积的探究。

已知1 mol不同气体在不同条件下的体积：

(1)从上表分析得出的结论：

①1 mol任何气体，在标准状况下的体积都约为        。

②1 mol不同的气体，在不同的条件下，体积        (填“一定”“一定不”或“不一定”)相等。

(2)理论依据：相同条件下，1 mol任何气体的体积几乎相等，原因是①                                                 

                                                     ，

②                                                   

                                                     。

(3)应用：在标准状况下，4 g O2的体积为多少L？(写出计算过程)

[解析]　(1)从表中的数据可以看出：1 mol任何气体，在标准状况下体积都约为22.4 L；1 mol不同气体，在不同条件下，体积不一定相同。

(2)因为在相同的温度和压强下，任何气体分子之间的平均距离几乎相同且1 mol气体的分子数目也相同，所以在相同条件下，1 mol任何气体的体积几乎相等。

(3)4 g O2的物质的量n(O2)＝＝0.125 mol。在标准状况下的体积为0.125 mol×22.4 L·mol－1＝2.8 L。

[答案]　(1)22.4 L　不一定　(2)气体分子数目相等　相同条件下，气体分子之间的平均距离几乎相等　(3)V(O2)＝n×Vm＝×Vm＝×22.4 L·mol－1＝2.8 L。