高中化学 认识化学科学第3节化学中常用的物理量——物质的量学案鲁科版.docx

第3节化学中常用的物理量物质的量1物质的量及其单位摩尔(1)物质的量物质的量是表示物质所含微粒多少的物理量，是国际单位制中七个基本物理量之一。物质的量的符号为n。注意：“物质的量”是一个专用名词，不能拆开。例如，不能说“氢气的量、硫酸的量”，而应说“氢气的物质的量、硫酸的物质的量”。相关参考：基本物理量是由人们根据需要选定的，在不同学科中和不同时期，选定的基本物理量有所不同。例如，在力学中选定的基本物理量是长度、质量、时间；在热学领域中则采用长度、质量、时间、温度为基本物理量。1971年前国际制中采用的基本物理量是六个，即：长度、质量、时间、电流、热力学温度、发光强度。1971年起又增加了物质的量为基本物理量，使基本物理量增加到七个。【例11】 下列对物质的量的理解，正确的是()A物质的量就是物质的数量B物质的量就是物质的质量C物质的量就是物质所含微粒数目的多少D物质的量是一种基本的物理量解析：理解物质的量的时候，一定要注意它是一个物理量，是以摩尔为单位来衡量某种物质所含微粒数目多少的物理量。我们不能将物质的量简单地理解为“物质的数量”或“物质的质量”等，C项中没有说明物质的量为一物理量。答案：D(2)摩尔规定1 mol任何微粒所含的微粒数与0.012 kg碳原子(12C)所含的原子数相等，并规定用摩尔作为物质的量的单位。0.012 kg碳原子(12C)所含的原子数约为6.021023个。综上可知，1 mol任何微粒所含的微粒数约为6.021023个，在理解和使用摩尔时应注意以下几点：12C是碳元素原子的一种，其原子核内有6个质子和6个中子。这里的“微粒”包括分子、原子、离子、质子、中子、电子以及它们的特定组合。在使用摩尔时要用化学式指明微粒的种类。如“1 mol H2”“2 mol OH”“1 mol Fe”均正确，而“1 mol氢”欠妥，让人模糊，无法确定是氢原子、氢分子还是氢离子，而“1 mol H”就非常明确，指的是1 mol氢原子。摩尔不能量度宏观物质，1 mol小米、2 mol苹果、0.5 mol汽车均错误。(3)阿伏加德罗常数1 mol任何微粒所含有的微粒数叫做阿伏加德罗常数(符号NA)，由于1 mol任何微粒所含的微粒数约是6.021023个，因而阿伏加德罗常数就可记为6.021023 mol1。阿伏加德罗常数也是一种物理量，其单位是mol1，记录为NA6.021023mol1，因此认为阿伏加德罗常数仅仅是个数值是错误的。(4)物质的量(n)、阿伏加德罗常数(NA)、微粒数(N)三者之间的关系物质的量(n)、阿伏加德罗常数(NA)、微粒数(N)的关系：n，如：3.011023个氧分子的物质的量为0.5 mol；9.031024个铁原子的物质的量为15 mol。可见物质的量是用0.012 kg 12C所含的原子数作为标准来衡量其他微粒集体所含微粒数目多少的物理量。【例12】 下列说法正确的是()A1 mol CO2的分子数与12 g12C所含的原子数相等B1 mol O2的原子数与0.012 kg12C所含的原子数相等C1 mol H2O与1 mol CO所含的原子数相等D1 mol O2与1 mol CO2所含的原子数相等解析：1 mol CO2所含的分子数和12 g 12C所含的原子数都是NA。1 mol O2所含的原子数是2NA,0.012 kg 12C所含的原子数是NA。1 mol H2O所含的原子总数是3NA，1 mol CO所含的原子总数是2NA。1 mol O2所含的原子总数是2NA，1 mol CO2所含的原子总数是3NA。答案：A判断微粒个数时一定要明确题中的微粒的种类。例如1 mol H2O含有1 mol水分子，但含有2 mol氢原子、1 mol氧原子，共3 mol原子。2.摩尔质量(1)概念：单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量。(2)符号：M；单位：gmol1(或kgmol1)。说明：摩尔质量与1 mol粒子的质量含义不同，但有一定的联系，如H2O的摩尔质量是18 gmol1,1 mol H2O的质量为18 g。当摩尔质量的单位取“gmol1”时，其数值与粒子相应的相对原子质量或相对分子质量相等，但物理意义和单位都不相同。(3)物质的量(n)、物质的质量(m)、摩尔质量(M)三者之间的关系我们知道H2O的摩尔质量是18 gmol1，其意义为1 mol H2O的质量为18 g，那2 mol H2O的质量必定为36 g，3 mol H2O的质量为54 g，因而三者之间的关系为n，在理解该关系式时，应注意：对于给定的物质而言，其M可认为是已知值。联系n可知：n，因此，物质的量(n)可以将宏观质量(m)和微观粒子数(N)联系起来。【例2】 下列有关摩尔质量的描述或应用，正确的是()A1 mol OH的质量为17 gB二氧化碳的摩尔质量为44 gC铁原子的摩尔质量等于它的相对原子质量D一个钠原子的质量等于解析：理解摩尔质量的概念时要区别摩尔质量与质量，摩尔质量与相对原子质量或相对分子质量的关系，1 mol OH的质量为17 g，A项正确；B项中摩尔质量的单位错误，应为44 gmol1；C项中铁原子的摩尔质量在数值上等于它的相对原子质量，C项错误；D项中1 mol钠原子为6.021023个，又根据钠的摩尔质量为23 gmol1，因而1 mol钠原子的质量为23 g，从而可求出一个钠原子的质量等于 g或 g，但该项没注明单位是错误的。答案：A3气体摩尔体积(1)概念：在一定温度和压强下，单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积。(2)符号：Vm；单位：Lmol1或m3mol1说明：在标准状况下的气体摩尔体积可概括为：一个条件(标准状况：0 、101 kPa)。一个对象(气体：任何气体，包括纯净气体和混合气体)、两个数据(1 mol、约为22.4 L)。辨误区 标准状况与22.4 Lmol1的关系标准状况下，1 mol气体的体积约是22.4 L，这一说法是正确的。但认为若1 mol气体的体积是22.4 L，则该气体处在标准状况下，这一说法是错误的，因为气体的体积受温度和压强两个因素的影响。一般而言，某一特定的温度和压强下的气体摩尔体积是一个定值。不同的温度和压强下，气体摩尔体积一般不同，也可能相同。(3)物质的量(n)、气体摩尔体积(Vm)、气体的体积(V)三者之间的关系通过对气体摩尔体积概念的理解，很容易得出上述三者之间的关系：即n，若在标准状况下n。(4)决定物质体积大小的因素1 mol固体或液体的体积不相同；在相同的温度和压强下，1 mol任何气体所占的体积在数值上近似相等。那为什么会出现这样的结论呢？同种物质在气态、液态和固态时分子间距离示意图决定物质体积大小的因素有：粒子数目、粒子的大小、粒子间的距离。固体、液体：1 mol不同的固体或液体，虽然具有相同的粒子数目，但粒子的大小是不同的，由于固体或液体粒子之间的距离很小，所以固体或液体的体积主要决定于粒子数目和粒子的大小。而不同物质粒子的大小不同，故1 mol不同的固体或液体的体积不同。气体：一般来说，气体分子间的平均距离约是分子直径的10倍，因此当分子数目相同时，气体体积的大小主要决定于粒子之间的距离，而不是粒子的大小。而分子间平均距离受温度和压强的影响。若温度一定，压强增大，气体分子间的平均距离变小，气体体积变小；压强减小，气体分子间的平均距离增大，则气体体积增大；若压强一定，温度升高，气体分子间的平均距离增大，气体体积变大；温度降低，气体分子之间的距离变小，气体的体积变小。在同温同压下，不同气体分子间的平均距离几乎相等，故在相同的温度和压强下，1 mol不同气体的体积近似相等。【例3】 判断下列说法是否正确，对的在括号内打“”，错的打“”。A标准状况下，1 mol任何物质的体积都约为22.4 L()B1 mol H2的质量只有在标准状况下才为2 g()C标准状况下，1 mol O2和N2的混合气体(按任意比混合)的体积约为22.4 L()D标准状况下，任何气体的体积都约为22.4 L()E1 mol H2的体积约为22.4 L()F在20 时，1 mol 任何气体的体积总比22.4 L大()解析：本题主要考查对气体摩尔体积的理解和应用。气体摩尔体积是针对气态物质而言的，A指出“任何物质”是不正确的；气体的质量只与气体的摩尔质量和气体的物质的量有关，与气体所处环境的温度、压强无关，B不正确；在标准状况下，1 mol任何气体(可以是纯净气体，也可以是混合气体)的体积都约是22.4 L，C正确；在标准状况下，只有物质的量是1 mol的任何气体体积才约是22.4 L，物质的量大于或小于1 mol，体积都不是22.4 L，D错误；1 mol氢气的体积受温度和压强的影响，在未指明温度和压强的情况下，22.4 L这个数值是无意义的，E错误；由于气体摩尔体积与气体所处环境的温度、压强有关，因此仅温度一定，而压强不一定，1 mol气体的体积也不能确定，也就是说在20 时，1 mol任何气体的体积可能比22.4 L大，也可能比22.4 L小，也可能等于22.4 L，因此F也是不正确的。答案：A.BCDEF解技巧 准确掌握气体摩尔体积的四个要素：状态；状况；定量；数值。4.物质的量浓度(1)概念：以单位体积溶液里所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量，叫做溶质B的物质的量浓度。(2)符号：cB(B表示各种溶质)；单位：molL1或molm3。(3)溶质B的物质的量(nB)、溶液的体积(V)和溶质的物质的量浓度(cB)三者之间的关系为：nBcBV。(4)在应用物质的量浓度及其公式计算时要注意：概念中的体积是溶液的体积，而不是溶剂的体积；其单位一般用L，也可用其他单位，但要注意单位的换算和统一。溶质的量用物质的量来表示，不能用质量或其他物理量来表示，单位必须是 mol。“溶质”是指溶液中的溶质，可以指化合物，也可以指离子或其他特定的组合，分析溶质时要注意有关的变化，如NaNaOH，Na2ONaOH，溶液中的溶质都是NaOH。以带有结晶水的物质配制溶液时，在确定溶质的物质的量时，用结晶水合物的质量除以结晶水合物的相对分子质量即可，但溶液中的溶质仍为不带结晶水的物质。溶质的物质的量浓度是溶液的固有属性之一，当从一定物质的量浓度的溶液中取出任意体积的溶液时，物质的量浓度不变，但随溶液的体积变化溶质的物质的量不同。体积相同、物质的量浓度相同的溶液里所含有的溶质的物质的量相同。【例4】 某校化学兴趣小组在实验室中发现一瓶溶液，标签上标有“CaCl2,0.1 molL1”的字样，下面是该小组成员对该溶液的叙述，正确的是()A配制1 L该溶液，可将0.1 mol CaCl2溶于1 L水中BCa2和Cl的物质的量浓度都是0.1 molL1C从试剂瓶中取该溶液的一半，则所取溶液的物质的量浓度为0.05 molL1D将该瓶溶液稀释一倍，则所得溶液的c(Cl)为0.1 molL1解析：根据物质的量浓度的定义及溶液的稀释规律进行判断，注意一定物质的量浓度的溶液中溶质离子之间的比例关系。A项，所得溶液的体积不是1 L，错误；B项，Cl的浓度是0.2 molL1，Ca2的浓度是0.1 molL1，错误；C项，溶液具有均一性，所取溶液的浓度仍为0.1 molL1，错误；D项，溶液稀释一倍，体积变为原来的2倍，溶质的物质的量不变，设原溶液的体积为V L，稀释前，Cl物质的量为20.1 molL1V L0.2V mol，稀释后，Cl物质的量浓度为0.2V mol/2V L0.1 molL1，正确。答案：D5一定物质的量浓度溶液的配制所需仪器：容量瓶、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、托盘天平(或量筒)、药匙等。(1)容量瓶简介：容量瓶的构造：如下图所示，容量瓶是梨形细颈平底玻璃瓶，瓶口配有磨砂玻璃塞。容量瓶的标识：一是标在瓶身处，用于表明容量瓶的容量，一般以毫升为单位；二是刻在瓶颈的中上部，用于显示容量瓶有最大容量的刻度线，每个容量瓶只有一条刻度线；三是标在瓶身处，用于说明瓶内液体温度，一般为20 ，即在所指温度下瓶内液体的凹液面与容量瓶颈部的刻度线相切时，溶液体积恰好与瓶上标注的体积相等。容量瓶的用途：容量瓶专门用于准确配制一定体积、一定物质的量浓度的溶液。容量瓶的型号：容量瓶的型号是按其容量的大小而确定的，有多种不同的型号，例如：有1 000 mL、500 mL、250 mL、100 mL、50 mL等。使用注意事项：a使用前必须检查是否漏水。检查方法如下：向容量瓶内加少许水，盖严瓶口。按照右图所示的方法倒转容量瓶，观察瓶口处是否漏水。如果不漏水，正置容量瓶，将瓶塞旋转180后再盖严瓶口，重复上述操作和观察。如果这时也不漏水，说明该容量瓶不漏水。b.选择型号适宜的容量瓶。c为了避免溶液在溶解或稀释时因吸热、放热而影响容量瓶的容积，溶质应该首先在烧杯中溶解或稀释并待溶液温度恢复到室温后，再将其转移到容量瓶中。d容量瓶是用来配制溶液的，既不能在容量瓶内溶解溶质，也不能在容量瓶内长期储存溶液。e用过的容量瓶要及时洗净晾干，并在瓶口与瓶塞之间夹上一块小纸条，以防瓶口与瓶塞发生粘连。(2)配制步骤(以固体溶质配制为例)实验室中用固体NaCl配制100 mL 0.4 molL1的NaCl溶液。步骤如下：计算NaCl的质量m(NaCl)n(NaCl)M(NaCl) L0.4 molL158.5 gmol12.3 g。称量2.3 g NaCla将托盘天平放平并调好零点。b取两块同种、同大、干净的小纸片分别放在两个托盘上。用镊子将游码拨到标尺的2.3 g处。用药匙小心地向左盘内加氯化钠粉末，观察托盘天平的指针的摆动状况，直至托盘天平平衡为止。溶解氯化钠将2.3 g氯化钠全部倒入一个小烧杯中，量取少许蒸馏水(约20 mL)并倒入烧杯内，用玻璃棒搅拌使氯化钠全部溶解(注意防止烧杯被玻璃棒打破)。氯化钠溶液的温度冷却至室温将氯化钠溶液放在实验台上，直至溶液的温度恢复至室温为止(溶质的溶解往往导致溶液温度的变化，若未冷却至室温就将溶液转移至容量瓶，容量瓶和溶液的体积会因热胀冷缩导致结果不准确)。将氯化钠溶液转移到容量瓶内将玻璃棒下端靠在容量瓶内刻度线以下的瓶壁上，棒身立于瓶口中央，使氯化钠溶液沿着玻璃棒流至容量瓶内刻度线以下(注意防止溶液流到容量瓶外边，也不要让溶液沾在刻度线以上的瓶壁上)。洗涤烧杯壁和玻璃棒每次用蒸馏水约10 mL，连续2次或3次洗涤烧杯内壁和玻璃棒，每次的洗液都按图1所示的方法转入容量瓶内。摇匀氯化钠溶液轻轻旋摇容量瓶，直至氯化钠溶液均匀为止(注意防止溶液上升到容量瓶的刻度线以上)。定容：使氯化钠溶液的体积达到容量瓶的容积用烧杯沿着玻璃棒慢慢地向容量瓶内加蒸馏水，观察容量瓶内液面上升的情况。当液面上升至离刻度线12 cm时，改用胶头滴管将蒸馏水逐滴加入容量瓶中，当液体凹面的最低点恰好与刻度线齐平时(或液体的凹液面与刻度线水平相切时)，立即停止加水(注意防止加入过多的水)。颠倒摇匀NaCl溶液盖严容量瓶，双手持瓶倒正交替反复振荡，直至NaCl溶液均匀为止(注意防止容量瓶瓶塞松动)。分瓶储存NaCl溶液将NaCl溶液转移到洁净、干燥的试剂瓶内，在瓶上贴好标签。按照规范要求整理实验用品。配制流程如下图所示：谈重点 巧记配液步骤：计算称量溶解冷却转移洗涤(振荡)摇匀定容(翻转)摇匀分瓶。【例5】 (1)用18 molL1硫酸配制100 mL 1.0 molL1的硫酸，若实验仪器有：A.100 mL量筒B托盘天平C玻璃棒D50 mL容量瓶E10 mL量筒 F胶头滴管G50 mL烧杯H100 mL容量瓶实验时应选用仪器的先后顺序是(填入编号)_。(2)在容量瓶的使用方法中，下列操作不正确的是_(填写编号)。A使用容量瓶前检查其是否漏水B容量瓶用蒸馏水洗净后，再用待配溶液润洗C配制溶液时，如果试样是固体，把称好的试样用纸条小心倒入容量瓶中，缓慢加入蒸馏水到接近刻度线23 cm处，用胶头滴管滴加蒸馏水到刻度线D配制溶液时，如果试样是液体，用量筒量取试样后直接倒入容量瓶中，缓慢加入蒸馏水到接近刻度线23 cm处，用胶头滴管滴加蒸馏水到刻度线E盖好瓶盖，用食指顶住瓶塞，用另一只手的手指托住瓶底，把容量瓶倒转并摇动多次解析：(1)用18 molL1的硫酸配制1.0 molL1的硫酸实际是稀释问题的计算及物质的量浓度溶液配制的实验操作。根据稀释定律c1V1c2V2可计算18 molL1浓硫酸的体积为5.6 mL。该体积的液体用10 mL量筒量取比用100 mL量筒量取误差要小，故应选E，不选A。(2)主要涉及的是容量瓶的使用方法。用待配溶液润洗容量瓶，这样会使内壁附着溶质，导致所配溶液浓度偏大，B项不正确；若在容量瓶中进行溶解或稀释，由于热效应会使溶液的体积发生改变，所配溶液浓度有误差，C、D两项不正确。答案为B、C、D。答案：(1)E、G、C、H、F(2)B、C、D析规律 由浓溶液配稀溶液的步骤：由例题可看出，用浓溶液配制一定浓度的稀溶液，大体步骤与用固体配制基本相同，仅把“固体称量”换成“液体量取”，而仪器中的“托盘天平”换成“量筒”用来量取体积。其步骤主要为：计算量取稀释冷却转移洗涤摇匀定容摇匀归瓶。主要仪器有量筒、烧杯、玻璃棒、一定规格的容量瓶、胶头滴管。6阿伏加德罗定律及其推论(1)阿伏加德罗定律同温同压下，相同体积的任何气体含有相同数目的分子。(2)阿伏加德罗定律的推论相同条件结论公式语言叙述T、p相同同温、同压下，气体的体积与物质的量成正比T、V相同温度与体积相同的气体，压强与物质的量成正比T、p相同在同温、同压下，气体的密度之比等于气体相对分子质量之比T、p、m相同同温、同压下，同质量气体体积之比等于相对分子质量之反比T、V、m相同在同温、同体积下，同质量气体压强之比等于相对分子质量之反比注意：在使用阿伏加德罗定律的推论进行计算时，一定要看清题目条件。(3)气体的摩尔质量与密度的关系气体的摩尔质量M(或平均摩尔质量)与标准状况下气体密度0的关系为：M22.4 Lmol10 gL122.40 gmol1【例61】 下列条件下，两瓶气体所含原子数一定相等的是()A同质量、不同密度的N2和COB同温度、同体积的H2和N2C同体积、同密度的C2H4和C3H6D同压强、同体积的N2O和CO2解析：阿伏加德罗定律是指在同温、同压下，气体分子数与体积的关系。进行计算时，应先考虑条件，然后选择相应公式或比例式。各种比例有一定条件时才成立，分析其环境条件才能选择相应公式，并推断比例式。选项内容分析结论AN2和CO的摩尔质量都是28 gmol1，同质量时物质的量相同，且二者均为双原子分子，原子个数一定相同正确B根据阿伏加德罗定律，同温、同体积时，压强和物质的量都不一定相同，H2与N2原子个数不一定相同错误C同体积、同密度则质量相同，但C2H4和C3H6的摩尔质量不同，则物质的量不同，即分子个数不同，但原子个数相同正确D同压、同体积，其温度和物质的量不一定相同，则原子个数不一定相同错误答案：AC【例62】 在一定条件下，1体积气体A2和3体积气体B2完全反应生成了2体积气体X(体积在相同条件下测定)，则X的化学式是()AAB BA2B2 CAB2 DAB3解析：由题意和阿伏加德罗定律可知A2和B2发生了如下反应A23B2=2X，根据质量守恒定律知，X中含有1个A和3个B，故化学式为AB3。答案：D析规律 如何由反应前后气体的体积比确定气体的分子组成(1)根据阿伏加德罗定律，由体积比推出各反应物和生成物的分子个数比(物质的量比)；(2)根据质量守恒定律确定某一物质的化学式；(3)最后写出相关的化学方程式后验证其正误。7.物质的量应用于化学方程式的计算(1)化学方程式中化学计量数的含义化学方程式：H2Cl22HCl分子数之比为 1 1 2化学计量数之比为 1 1 2 1 mol 1 mol 2 mol对于该反应来说，1 mol H2和1 mol Cl2在点燃条件下恰好完全反应生成2 mol HCl。对于一个化学反应来说，各物质变化的物质的量之比等于方程式中相应的计量数之比。(2)根据化学方程式计算需注意的问题化学方程式表示的是纯净物质之间的量的关系，所以不纯物质的质量只有换算成纯净物质的质量，才能按化学方程式列出的比例式进行计算。其换算关系为：m(纯物质B)m(不纯物质)w(B)，w(B)指混合物中B的质量分数。n(纯净物B)n(不纯物质)w(B)，w(B)指混合物中B的物质的量分数。单位问题，一般来说在一个题目里如果都用统一的单位，不会出现错误，但如果题目所给的两个量单位不一致，再换算成同一个单位，有时显得很烦琐，这时只要做到两个量的单位“上下一致，左右相当”即可，例如：MnO24HCl(浓)MnCl22H2OCl287 g4 molx gy molMnO24HCl(浓)MnCl22H2OCl2 4 mol22.4 L x moly LMnO24HCl(浓)MnCl22H2OCl287 g22.4 Lx g y L上述三种表示方法均正确，解题时具体选用哪种格式，要根据题目所给量的单位，具体问题具体分析，灵活运用。【例7】 化学实验中残余的氯气可以用氢氧化钠溶液吸收，以防污染空气。若有3.20 g氢氧化钠发生了化学反应，试求：(1)生成NaCl的质量。(2)生成NaClO的物质的量。(3)被吸收的氯气在标准状况下的体积。(4)生成水的物质的量。答案：解法一：Cl22NaOH=NaClNaClOH2O71 g 80 g 58.5 g 74.5 g 18 gm(Cl2) 3.20 gm(NaCl)m(NaClO) m(H2O)(1)解得m(NaCl)2.34 g(2)解得m(NaClO)2.98 gn(NaClO)0.040 mol(3)解得m(Cl2)2.84 gn(Cl2)0.040 mol标准状况下的体积V(Cl2)n(Cl2)22.4 Lmol10.040 mol22.4 Lmol10.896 L(4)解得m(H2O)0.72 gn(H2O)0.040 mol答：略解法二：3.2 g NaOH的物质的量为n(NaOH)0.080 mol。Cl22NaOH=NaClNaClOH2O1