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第二章 第三节 物质的量
第1课时 物质的量的单位——摩尔
【学习目标】
1.能说出物质的量及阿伏加德罗常数和摩尔质量的含义。
2.能运用物质的量、摩尔质量之间的相互关系进行简单计算。
【素养目标】
1.结合宏观可称量的物质与难以称量的微观粒子之间的联系引入物质的量及其单位。培养学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。
2.了解阿伏加德罗常数,摩尔质量的含义,培养学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。
3.掌握质量(m)、物质的量(n)和粒子数(N)的关系及有关换算,培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养。
必备知识与关键能力
知识点一:物质的量、阿伏加德罗常数
1.物质的量
(1)定义:物质的量是一个物理量,表示含有一定数目粒子的集合体,符号为n。
(2)单位:物质的量的单位为摩尔,简称摩,符号为mol。1 mol粒子集合体所含的粒子数约为6.02×1023。
(3)国际单位制(SI)的7个基本单位
物理量 长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
单位(符号) 米(m) 千克(kg) 秒(s) 安(A) 开(K) 摩(mol) 坎(cd)
(4)“物质的量”的表示方法:
如:1 mol Fe、1 mol O2、1 mol Na+。
2.阿伏加德罗常数
阿伏加德罗常数是1摩尔任何粒子的粒子数,符号是NA,单位是mol-1。NA=6.02×1023_mol-1。
3.基本概念间的关系
物质的量(n)、粒子数(N)、阿伏加德罗常数(NA)之间的关系:n=。
【点拨】(1)mol可以计量所有微观粒子(包括原子、分子、离子、原子团、电子、质子、中子等),如1 mol Fe、1 mol O2、1 mol OH-、1 mol e-等。不能计量宏观粒子,不能说1 mol大米。
(2)用mol作单位时,必须指明粒子种类,且粒子种类要用化学式或粒子符号。
典例1.第26届国际计量大会对物质的量的单位——摩尔的定义进行了修改。摩尔来源于拉丁文moles,原意为大量、堆积,是在1971年10月有41个国家参加的第14届国际计量大会决定增加的国际单位制(SI)的第七个基本单位。下列对于“摩尔”的理解正确的是( )
A.1 mol任何物质所含有的原子数都相同
B.摩尔是物质的量的单位,简称摩,符号为mol
C.摩尔可以把物质的宏观数量与微观粒子的数量联系起来
D.摩尔是一个物理量
【答案】B
【解析】不同物质分子中所含有的原子个数不一定相同,A错误;物质的量是一个物理量,摩尔是物质的量的单位,不是物理量,物质的量把宏观物质与微观粒子联系起来,C错误;物质的量是物理量,摩尔是物质的量的单位,不是物理量,D错误。
典例2.物质的量把一定数目的粒子与质量联系在一起。下列有关物质的量及摩尔的叙述正确的是( )
A.1.5 mol CH4中含有1.5 mol C、6 mol H
B.1 mol是6.02×1023个粒子的集合体,如1 mol大米、1 mol 苹果等
C.物质的量与物质的数量、物质的质量是等价的
D.摩尔是7个基本物理量之一,它既是物质的量的单位又是粒子数目的单位
【答案】A
【解析】摩尔不能用于宏观物体,B项错误;物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一,它既不是物质的数量也不是物质的质量,摩尔不是粒子数目的单位,C、D项错误。
知识点二:摩尔质量
1.概念:单位物质的量的物质所具有的质量。符号:M,单位:g·mol-1。
2.数值:当粒子的摩尔质量以g·mol-1为单位时,在数值上等于该粒子的相对分子(或原子)质量。
3.关系:物质的量(n)、质量(m)与摩尔质量(M)之间的关系为n=。
【点拨】摩尔质量、相对分子质量、质量是三个不同的物理量,具有不同的单位。如H2O的摩尔质量为18 g·mol-1,H2O的相对分子质量为18,1 mol H2O的质量为18 g。
典例3.下列说法正确的是( )
A.摩尔质量就等于物质的相对分子质量或相对原子质量
B.摩尔质量就是物质相对分子质量的6.02×1023倍
C.HNO3的摩尔质量是63 g
D.硫酸和磷酸(H3PO4)的摩尔质量相等,都是98 g·mol 1
【答案】D
【解析】摩尔质量与物质的相对分子质量或相对原子质量不是同一个概念,A、B错误,摩尔质量有单位,其单位是g·mol 1或kg·mol 1,物质的相对分子质量或相对原子质量没有单位,C错误,硫酸和磷酸的分子式分别为H2SO4和H3PO4,其摩尔质量均是98 g·mol 1,D 正确。
典例4.偏二甲肼(C2H8N2)是一种高能燃料,燃烧产生巨大能量,可作为航天运载火箭的推动力。下列叙述中正确的是( )
A.偏二甲肼的摩尔质量为60 g
B.6.02×1023个偏二甲肼分子的质量为60 g
C.1 mol偏二甲肼的质量为60 g·mol-1
D.6 g偏二甲肼含有NA个偏二甲肼分子
【答案】B
【解析】偏二甲肼的摩尔质量为60 g·mol-1;1 mol偏二甲肼的质量为60 g;6 g偏二甲肼含有0.1NA个偏二甲肼分子。
知识点三:物质的量、物质的质量、粒子数、摩尔质量之间的关系
1.概念关系:
物质的量 “物质的量”四个字是一个整体,不能添字、漏字或换字,如不能说成“物质量”“物质的质量”“物质的数量”等
摩尔 只能用来描述微观粒子,如原子、分子、离子、电子、质子、中子等,也可以是这些微观粒子的特定组合,如1 mol NaOH
阿伏加德 罗常数 NA的基准是1 mol粒子集合体所含的粒子数约为6.02×1023,表示微观粒子数目时,可以用NA来表示,也可以用6.02×1023 mol-1表示,如1 mol O2中含有氧分子数为NA个或6.02×1023个
摩尔质量 (1)混合物的摩尔质量一般称为平均摩尔质量 (2)以g·mol-1为单位时数值上等于物质的相对原子(分子)质量(单位为1),等于1 mol物质的质量(单位:g) (3)对于指定的物质,摩尔质量是确定不变的,与物质的多少无关
2.转化关系:
典例5.下列说法正确的是( )
A.16 g O2所含的分子数为6.02×1023个
B.0.5 mol H2SO4含有的原子数目为3.5NA
C.18 g H2O中质子的物质的量为1 mol
D.22 g物质A中含有的分子数为3.01×1023,则A的摩尔质量为44 g
【答案】B
【解析】A项,16 g O2的物质的量为0.5 mol,其分子数为3.01×1023个,错误;B项,1 mol H2SO4中含7 mol原子,故0.5 mol H2SO4含有的原子数目为3.5NA,正确;C项,n(H2O)=1 mol,其所含质子的物质的量为10 mol,错误;D项,n(A)==0.5 mol,M===44 g/mol,其单位不是“g”,错误。
典例6.某硫原子的质量是a g,12C原子的质量是b g,若NA只表示阿伏加德罗常数的数值,则下列说法中正确的是( )
①该硫原子的相对原子质量为 ②m g该硫原子的物质的量为 mol
③该硫原子的摩尔质量是aNA g ④a g该硫原子所含的电子数为16NA
A.①③ B.②④ C.①② D.②③
【答案】C
【解析】①该硫原子的相对原子质量为该原子的质量除以12C原子质量的,即,正确;②m g该硫原子的个数为,其物质的量为 mol,正确;③该硫原子的摩尔质量是aNA g·mol-1,不正确;④一个硫原子所含电子数为16,a g该硫原子的个数为1个,所含电子数为16,不正确。
核心价值与学科素养
引入物质的量是为了把宏观质量与微观粒子联系起来。深刻理解物质的量的相关概念,有助于我们深入了解宏观物质与微观粒子之间的联系,并从宏观与微观两个视角认识物质。
【知识结构化】 以物质的量为核心的转化模型
典例7.我国女科学家屠呦呦发现青蒿素,它是一种用于治疗疟疾的药物,2015年10月屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖。
下列有关青蒿素(化学式:C15H22O5)的叙述正确的是( )
A.青蒿素的摩尔质量为282
B.6.02×1023个青蒿素分子的质量约为282 g
C.1 mol 青蒿素的质量为 282 g·mol-1
D.282 g 青蒿素中含有15个碳原子
【答案】B
【解析】青蒿素的摩尔质量应该为 282 g·mol-1,故A项错误;6.02×1023个青蒿素分子的物质的量为1 mol,其质量约为282 g·mol-1×1 mol=282 g,故B项正确;1 mol 青蒿素的质量为282 g·mol-1×1 mol=282 g,故C项错误;282 g青蒿素的物质的量为=1 mol,1 mol 青蒿素中含有15 mol碳原子,即含有15 NA个碳原子,故D项错误。
典例8.20世纪80年代,物理学家们发现了一种新的陶瓷材料,其可以在零下200摄氏度左右的环境下实现超导性,也因此被称作“高温超导体”。这些陶瓷材料中有一种是钇钡铜氧化物。这是一种最有前景的超导材料,未来或可应用于超导电缆,马达以及发电机等设备。
某超导陶瓷的化学组成为YBa2Cu3O7。试回答:
(1)66.7 g该超导陶瓷的物质的量是________(相对原子质量为Y:89,Ba:137,Cu:64)
(2)0.6 mol该晶体中含有的氧原子数目是________。
【答案】 (1)0.1 mol (2)2.53×1024
【解析】(1)n==0.1 mol。 (2)N(O)=0.6 mol×7×6.02×1023 mol-1=2.53×1024。
【跟踪练习】 基础过关
1. 下列说法中,正确的是( )
A.1 mol任何物质都含有6.02×1023个微粒
B.硫酸的摩尔质量是98 g
C.等质量的SO2和SO3中所含的硫原子数相等
D.等质量的O2和O3中所含的氧原子数相等
【答案】D
【解析】A.1 mol任何物质都含有微粒数是约为6.02×1023,故A错误;B.摩尔质量的单位为g/mol,硫酸的摩尔质量是98 g/mol,故B错误;C.等质量的SO2和SO3中所含的硫原子数之比=×1∶×1=5∶4,故C错误;D.等质量的O2和O3中所含的氧原子数都是×NA,故D正确;故选D。
2. 下列关于阿伏加德罗常数的说法正确的是( )
A.阿伏加德罗常数是12 g碳中所含的碳原子数
B.已知微粒个数,可通过阿伏加德罗常数计算出微粒的物质的量
C.阿伏加德罗常数是6.02×1023
D.阿伏加德罗常数的符号为NA,通常用6.02×1023表示
【答案】B
【解析】12 g C中所含的原子数是阿伏加德罗常数。阿伏加德罗常数与粒子数关系为N=n·NA。它是一个有单位(mol-1)的物理量,而不是一个数。
3. 下列说法正确的是( )
A.16 g O2所含的分子数为6.02×1023个
B.0.5 mol H2SO4含有的原子数目为3.5NA
C.18 g H2O中质子的物质的量为1 mol
D.22 g物质A中含有的分子数为3.01×1023,则A的摩尔质量为44 g
【答案】B
【解析】A项,16 g O2的物质的量为0.5 mol,其分子数为3.01×1023个,错误;B项,1 mol H2SO4中含7 mol原子,故0.5 mol H2SO4含有的原子数目为3.5NA,正确;C项,n(H2O)=1 mol,其所含质子的物质的量为10 mol,错误;D项,n(A)==0.5 mol,M===44 g/mol,其单位不是“g”,错误。
4. 相等物质的量的CO和CO2的下列比较中正确的是( )
①所含的分子数目之比为1∶1
②所含的氧原子数目之比为1∶1
③所含的原子总数目之比为2∶3
④所含的碳原子数目之比为1∶1
A.①② B.②③ C.①④ D.①③④
【答案】D
【解析】CO和CO2的物质的量相同,则含有的CO和CO2的分子数目也相同,则①正确。又因CO和CO2分子中的氧原子数分别为1和2,则物质的量相同的CO和CO2所含的氧原子数目之比为1∶2,②错误。CO和CO2的分子中原子总数之比为2∶3,③正确。物质的量相同的CO和CO2,碳原子数目之比是1∶1,④正确。
5. 已知15 g A和10.5 g B恰好完全反应生成7.2 g C、1.8 g D和0.3 mol E,则E的摩尔质量是( )
A.100 g·mol-1 B.111 g·mol-1 C.55 g·mol-1 D.55 g
【答案】C
【解析】根据质量守恒定律,可知反应生成E的质量为15 g+10.5 g-7.2 g-1.8 g =16.5 g,故E的摩尔质量为16.5 g÷0.3 mol=55 g·mol-1。
折
能力达成
6. 现有NO、NO2、O3三种气体,它们含有的氧原子数目相同,则三种气体的物质的量之比为( )
A.6∶3∶2 B.3∶2∶1 C.1∶2∶3 D.1∶1∶1
【答案】A
【解析】设NO、NO2、O3三种气体都含有1 mol氧原子,则NO、NO2、O3的物质的量分别为1 mol、0.5 mol、 mol,则物质的量之比为6∶3∶2。
7. (1)0.3 mol CH4中所含质子数与________个H2O中所含质子数相等。2.4 g TO中所含中子数为________,1.5 g CH中的电子数为________,15.6 g Na2O2中的阴离子数为________。
(2)12.4 g Na2R中含Na+0.4 mol,则Na2R的摩尔质量为________,R的相对原子质量为________。含R的质量为1.6 g的Na2R,其物质的量为________。
【答案】(1)0.3NA(或1.806×1023) 1.4NA 0.8NA 0.2NA (2)62 g·mol-1 16 0.1 mol
【解析】(1)CH4和H2O中所含质子数都是10,所以H2O个数为0.3NA;TO中所含中子数为14,2.4 g TO中所含中子数为1.4NA;CH中的电子数为8,1.5 g CH中的电子数为0.8NA;Na2O2中的阴离子为O,15.6 g Na2O2中的阴离子数目为0.2NA。(2)据电离方程式:Na2R===2Na++R2-,得1 mol Na2R电离生成2 mol Na+,题目中有Na+0.4 mol,则有0.2 mol Na2R。M(Na2R)===62 g·mol-1。由Mr(Na2R)=62,求得Ar(R)=62-2×23=16,已知m(R),根据n=,得n(R)=0.1 mol,则n(Na2R)=0.1 mol。
8. 有二氧化碳与一氧化碳的混合气体共10.8 g,其物质的量为0.3 mol。求:
(1)混合气体中二氧化碳的物质的量为________,一氧化碳的物质的量为________。
(2)混合气体缓慢通过足量的氢氧化钠溶液后,剩余气体的质量为________,所含分子数为________。
【答案】(1)0.15 mol 0.15 mol (2)4.2 g 9.03×1022
【解析】(1)设混合气体中CO2的物质的量为x,则CO的物质的量为(0.3 mol x)。根据质量守恒,有44 g·mol 1×x+28 g·mol 1×(0.3 mol x)=10.8 g,解得x=0.15 mol,0.3 mol x=0.15 mol。
(2)混合气体通过足量的氢氧化钠溶液后,CO2全部被吸收,剩余气体为CO。m(CO)=M(CO)×n(CO)=28 g·mol 1×0.15 mol=4.2 g。N(CO)=0.15 mol×6.02×1023 mol 1=9.03×1022。
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