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第三节 物质的量
第2课时 气体摩尔体积
第二章· 海水中的重要元素——钠和氯
在实验室中有一瓶氢气,我们应该如何得到该气体的物质的量呢?
我们已经学习了两个计算物质的量的公式:
应用以上的公式是不是可以计算氢气的物质的量?
不可以,因为既不可能得到氢气的分子数,也不可能称量出氢气的质量
那么我们能得到氢气的什么物理量呢?
体积
已知氢气的体积,能否求解氢气的物质的量?
气体摩尔体积
一. 摩尔体积:
根据摩尔质量的定义,你能不能说出摩尔体积的定义?
单位物质的量的物质所具有的体积叫做摩尔体积。符号为Vm,单位为L/mol(或L·mol—1)。
可以得到物质的量的计算公式:
如何才能得到物质的摩尔体积呢?
摩尔体积就是指每1mol物质的体积,那么1mol铁的体积是多少呢?
1 mol铁的质量为56 g,其体积可以用质量除以密度得到:
56 g÷7.874 g·cm-3=7.112 cm3
由上述计算可以得到 即摩尔体积等于摩尔质量除以密度。
但是这种计算方法显然不是很方便,如何才能方便的得到摩尔体积呢?
宏观上讲,一种物质的摩尔体积就是每1mol该物质在空间上占据的体积,同学们能不能从微观上理解,什么是物质的摩尔体积?
微观上讲,物质的摩尔体积就是指NA个物质粒子在空间上所能占据的体积。
1mol
【思考与交流】摩尔体积就是每1mol物质的体积,或者说是大约6.02×1023个粒子在空间能占据的体积,这样一定数量的粒子在空间上能占据多大的体积由什么决定呢?请同学们互相交流讨论一下。
二. 影响物质摩尔体积的因素:
物质的摩尔体积的大小,受到粒子堆积方式的影响:
(1)固体或者液体:粒子的间距很小,影响物质的摩尔体积的
因素就是粒子大小
铁和铜的摩尔体积为什么不一样?
这是因为铁原子和铜原子的大小不一样
显然我们不可能再根据粒子的大小来取得到物质的摩尔体积,所以研究固体和液体的摩尔体积就没有太大的意义。
(2)气体:粒子间距远大于粒子的直径,所以影响气体的摩尔
体积的主要因素就是粒子间距
气体间距相同时,所有气体的摩尔体积是一样的。
气体的粒子间距受什么物理量的影响?
温度和压强
根据初中物理的学习,气体体积的变化就是因为气体的粒子间距在发生改变,气体的粒子间距与什么物理量相关?
相同温度和压强下,任何气体粒子的间距是相同的,所以一定具有相同的摩尔体积。
1. 相同温度和相同压强下,相同体积的任何气体一定具有相同的分子数(物质的量)。
温度和压强
结论:同温同压下,任何气体一定具有相同的气体摩尔体积。
——阿伏加德罗定律
三. 气体摩尔体积:
【练习】
同温同压下,氢气和氧气的体积比为2:1,其物质的量的比为 。
2:1
推论:同温同压下,气体的体积比等于其物质的量的比。
相同温度和相同压强下,质量相同的CO和CO2气体,其物质的量的比为 ,其体积比为 ,其密度比为 ,含有的氧原子数量比为 。
【练习】
11:7
11:7
CO的摩尔质量为28 g/mol,CO2的摩尔质量为44 g/mol
设两者质量均为m g,则CO的物质的量为m/28 mol,CO2的物质的量为m/44 mol,物质的量的比为11:7
根据阿伏加德罗定律的推论,体积比等于物质的量的比,所以体积比也是11:7
相同温度和相同压强下,质量相同的CO和CO2气体,其物质的量的比为 ,其体积比为 ,其密度比为 ,含有的氧原子数量比为 。
【练习】
11:7
11:7
7:11
两者质量相同,体积比为11:7,所以其密度比为体积比的反比,密度比为7:11。
或者,根据 得到:当Vm相同时,气体密度与其摩尔质量成正比
(同学们可以理解:氯气密度大于空气,氢气密度小于空气)
相同温度和相同压强下,质量相同的CO和CO2气体,其物质的量的比为 ,其体积比为 ,其密度比为 ,含有的氧原子数量比为 。
【练习】
11:7
11:7
7:11
CO和CO2的物质的量的比为11:7,所以含有的氧原子数量比为1×11:2×7=11:14
11:14
三. 气体摩尔体积:
1. 阿伏加德罗定律:
2. 标准状况下的气体摩尔体积:
一般规定0℃和101 kPa的条件为标准状况
标准状况下,任何气体的摩尔体积都约为22.4 L/mol
【练习】填写下列空白(气体都处于标准状况):
(1)0.1mol O2的体积为 L
(2)3.36L的H2其质量为 g
(3)1.12L的CH4中氢元素的质量为 g
2.24
0.3
0.2
1. 摩尔体积:
小结
单位物质的量的物质所具有的体积
2. 影响物质摩尔体积的因素:
(1)固体和液体:粒子的大小 (2)气体:粒子间距
3. 阿伏加德罗定律:
相同温度和相同压强下,相同体积的任何气体一定具有相同的分子数(物质的量)
4. 气体摩尔体积:
标准状况下,任何气体的摩尔体积都约为22.4 L/mol