1.2.1 物质的量
1. 了解物质的量、阿伏加德罗常数、摩尔质量的含义和应用,体会定量研究对化学科学的重要作用。
2. 能基于物质的量认识物质组成及其化学变化,运用物质的量、摩尔质量之间的相互关系进行简单计算。
1. 分析评价下列三种常见数硬币的方法,比较其优缺点。
方法1:直接数出硬币的数量 方法2:以10为“单元”数硬币 方法3:用称量的方法数硬币
(1) 方法1的优点是可以数不同币值(质量)的硬币,其缺点是什么?
(2) 方法2、3的优、缺点各是什么?
(3) 方法3中每个硬币的质量为6 g,则总质量为1 188 g的硬币共多少枚?
2. 体会科学家如何给微观粒子“计数”,学习物质的量的概念与阿伏加德罗常数。
(1) 人们用类似于以上方法2、3整合而成的方法给微观粒子“计数”。由于构成物质的粒子(如分子、原子、离子)实在太小,即使以一百万为“单元”也难以测出其质量,更不要说单独测量1个(或10个)粒子的质量了。科学家如何计数微观粒子集合体?
(2) 科学上用物质的量表示微粒集合体中含多少个“单元”,物质的量是国际单位制中基本物理量之一,符号为n,单位是摩尔(mol)。阅读教材,1 mol某种微粒集合体所含的微粒数为多少?
(3) 1 mol某种微粒集合体中所含微粒数与 0.012 kg 12C中所含的原子数相同。0.012 kg 12C中所含的原子数目称为阿伏加德罗常数,符号为NA,通常用6.02×1023 mol-1表示。
1 mol O2中约含6.02×1023个氧分子;
1 mol Cu中约含6.02×1023个铜原子;
1 mol H2SO4中约含6.02×1023个硫酸分子;
1 mol NaOH中约含6.02×1023个Na+和6.02×1023个OH-;
n mol某种微粒集合体中所含微粒数约为n×6.02×1023。
物质的量(n)、微粒数(N)和阿伏加德罗常数(NA)之间关系是什么?
(4) 回答下列问题:
0.5 mol H2中的氢分子数为________________;1 mol NaCl中的氯离子数为_____________;
1 mol H2SO4中的氧原子数为________________;1.204×1024个水分子的物质的量为________________;9.03×1023个铁原子的物质的量为________________。
活动二:体会以12 g 12C中所含的原子数目为“单元”计量微粒集合体的便捷,学习摩尔质量
1. 1 mol不同微粒集合体的质量。
1 mol分子、离子、原子、电子等所含的微粒数目相同,但由于不同微粒的质量一般不同,所以1 mol 不同物质的质量通常也不同。观察下面的图片:
几种1 mol物质的质量
1 mol Fe的质量是多少?从中你可以得出什么结论?
2. 为了方便计算,人们将单位物质的量具有的质量称为摩尔质量(符号:M,单位:g/mol)。下列物理量之间的相互转化还需要哪些物理量?如何求算?将研究结果在下图中表示出来。体会物质的量(n)是联系宏观可测量质量(m)与微观粒子数(N)的桥梁。
例1:483 g Na2SO4·10H2O中所含Na+和SO的物质的量各是多少?所含水分子的数目是多少?
解:Na2SO4·10H2O的相对分子质量为322,摩尔质量为322 g/mol,
n(Na2SO4·10H2O)===1.50 mol。
则:n(Na+)=1.50 mol×2=3.00 mol,n(SO)=1.50 mol×1=1.50 mol,n(H2O)=1.50 mol×10=15.0 mol,N(H2O)=n(H2O)×NA=15.0 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1024。
答:483 g Na2SO4·10H2O中所含Na+的物质的量为3.00 mol,SO的物质的量为1.50 mol,水分子的数目约为9.03×1024。
例2:计算质量为9 g的水中含有多少个水分子?多少个氢原子?多少个电子?
解:n(H2O)==0.5 mol,N(H2O)=0.5 mol×6.02×1023 mol-1=3.01×1023,同样,不难确定:N(H)=6.02×1023,N(e-)=5×6.02×1023=3.01×1024。
答:9 g的水中含有3.01×1023个水分子,6.02×1023个氢原子,3.01×1024个电子。
练习:
1. 阅读上述材料,以干冰(由CO2分子构成)为例,进行简单计算:
①二氧化碳的摩尔质量:M(CO2)=________________。
②88 g干冰中:二氧化碳的物质的量n(CO2)=________________;二氧化碳的分子数N(CO2)=________________。
2. 设NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是________(填字母)。
A. 28 g N2中含有的氮气分子数为NA B. 16 g O2中含有的氧原子数为NA
C. 1.7 g NH3中含有的电子数为NA D. 23 g NaCl中含有的钠离子数为NA
3. 参考例1的解题方式,完成下列计算。
(1) 9.8 g H2SO4的物质的量。 (2) 53 g Na2CO3的物质的量。
(3) 0.25 mol CaCO3的质量。 (4) 2.0 mol H2O的质量。
化学方程式不仅表示在一定条件下的化学变化,也表示反应物和生成物之间物质的量的关系。例如,依据化学方程式2H2+O22H2O可知,2 mol H2和1 mol O2在点燃条件下完全反应,可以生成2 mol H2O。写出下列反应的化学方程式,并说明反应物和生成物之间物质的量的关系。
1. 氢氧化钠溶液与盐酸反应。
2. 氧化铁在高温下与一氧化碳反应。
3. 过氧化氢(H2O2)分解生成氧气和水。
1. 分子数相等的任何物质具有相同的( )
A. 质量 B. 体积 C. 物质的量 D. 摩尔质量
2. CO2的摩尔质量为( )
A. 44 g B. 44 C. 44 g/mol D. 44 mol/g
3. [2025泰州中学期中]过氧乙酸消毒液是一种常见的消毒剂。实验室中过氧乙酸消毒液试剂瓶标签上的有关数据如图所示,下列说法不正确的是( )
A. 3.01×1023个过氧乙酸分子中所含碳原子的物质的量为1 mol
B. 过氧乙酸中C、H、O三种元素的质量之比为6∶1∶12
C. 过氧乙酸的摩尔质量为76 g/mol
D. 该消毒液中过氧乙酸的物质的量为4.56 mol
4. [徐州沛县调研]有相同氧原子数目的Fe3O4和Fe2O3,它们的物质的量之比为( )
A. 3∶4 B. 4∶3 C. 2∶3 D. 2∶1
5. 下列有关阿伏加德罗常数(NA)的说法错误的是( )
A. 32 g O2所含的原子数目为NA
B. 0.5 mol SO2含有的原子数目为1.5NA
C. 1 mol H2O含有H2O分子的数目为NA
D. 0.5NA个氯气分子的物质的量是0.5 mol
6. 下列叙述正确的是( )
A. 1 mol CO2的质量为44 g/mol
B. CO2的摩尔质量为44 g
C. NA个CO2的质量与CO2的相对分子质量在数值上相同
D. CO2的摩尔质量等于CO2的相对分子质量
7. 下列物质中含分子数最多的是( )
A. 1.204×1023个CO2分子 B. 0.6 mol CO
C. 32 g SO2 D. 1.6 g H2
8. 已知1.505×1023个X气体分子的质量为8 g,则X气体的摩尔质量是( )
A. 16 g B. 32 g C. 64 g/mol D. 32 g/mol
9. (1) 等质量的CO和CO2,物质的量之比为________;氧原子个数之比为________。
(2) 1.5 mol H2SO4的质量是________g,其中含有________mol H,含有________g氧原子。
(3) 9.03×1023个氨分子含________mol NH3,________mol氢原子,________mol电子。
10. [2025盐城联盟校期中]按要求回答下列问题。
(1) 1 mol OH-中含有________mol质子,________mol电子。
(2) 某2 L Na2SO4溶液中所含的Na+的物质的量是3 mol,所含的SO的物质的量是________。
(3) 20 g A物质和14 g B物质恰好完全反应,生成8.8 g C物质、3.6 g D物质和0.2 mol E物质,则E的摩尔质量为________。
课时1 物质的量
【活动方案】
活动一:
1. (1) 计数速率慢。
(2) 方法2的优点是计数速率较快,方法3计数更快。其缺点都是币值(质量)要相同,方法3还要知道每枚硬币的质量。
(3) 198枚。
2. (1) 科学家以0.012 kg 12C中所含的原子数目为“单元”计量微观粒子集合体。
(2) 1 mol某种微粒集合体所含的微粒数与0.012 kg 12C中所含的原子数相同。0.012 kg 12C中所含的原子数称为阿伏加德罗常数,用NA表示。NA近似为6.02×1023 mol-1。
(3) N=n·NA
(4) 3.01×1023 6.02 ×1023 2.408 ×1024
2 mol 1.5 mol
活动二:
1. 56 g 1 mol某粒子的质量(以g为单位计算)数值上正好等于该粒子的相对质量。
2.
活动三:
1. ①44 g/mol
②2 mol 2NA(或2×6.02×1023或1.204×1024)
2. D
3. (1) 0.1 mol (2) 0.5 mol (3) 25 g (4) 36 g
活动四:
1. NaOH+HCl===NaCl+H2O 1 mol NaOH和 1 mol HCl反应生成1 mol NaCl和1 mol H2O。
2. Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 1 mol Fe2O3和3 mol CO反应生成2 mol Fe和3 mol CO2。
3. 2H2O22H2O+O2↑ 2 mol H2O2分解生成 2 mol H2O和1 mol O2。
【课堂反馈】
1. C
2. C CO2的摩尔质量为44 g/mol。
3. D 3.01×1023个过氧乙酸分子的物质的量==0.5 mol,0.5 mol C2H4O3中所含碳原子的物质的量为1 mol,A正确;C2H4O3中,C、H、O三种元素的质量之比=(12×2)∶(1×4)∶(16×3)=6∶1∶12,B正确;过氧乙酸相对分子质量为76,故其摩尔质量为76 g/mol,C正确;该消毒液中C2H4O3的质量=200 mL×1.14 g/cm3×15.2%=34.656 g,C2H4O3的物质的量==0.456 mol,D错误。
4. A 氧原子数相同,即氧原子的物质的量相同。设n(O)=1 mol,n(Fe3O4)= mol,n(Fe2O3)= mol,n(Fe3O4)∶n(Fe2O3)=3∶4,故选A。
5. A 32 g O2的物质的量是1 mol,氧原子的数目为2NA,A错误;1 mol SO2中含有3 mol原子,0.5 mol SO2中含有的原子数目为1.5NA,B正确;1 mol H2O中含有H2O分子的数目为NA,C正确;根据n=可知0.5NA个氯气分子的物质的量是0.5 mol,D正确。
6. C 1 mol CO2 的质量为44 g,A错误;CO2的相对分子质量为44,因此CO2的摩尔质量为 44 g/mol,B错误;NA个CO2的质量为44 g,CO2的相对分子质量为44,两者数值上相同,C正确;CO2的摩尔质量以g/mol为单位时,数值上等于CO2的相对分子质量,D错误。
7. D n(CO2)===0.2 mol;n(CO)=0.6 mol;n(SO2)==0.5 mol;n(H2)==0.8 mol。
8. D X气体的物质的量n==0.25 mol,X气体的摩尔质量M===32 g/mol。
9. (1) 11∶7 11∶14 (2) 147 3 96 (3) 1.5 4.5 15
解析:(1) 由公式n=可知,质量相等时,物质的量与摩尔质量成反比,故等质量的CO和CO2,物质的量之比=44∶28=11∶7,氧原子个数比为(11×1)∶(7×2)=11∶14。
(2) H2SO4的摩尔质量为98 g/mol,所以1.5 mol H2SO4的质量是147 g,含有3 mol H,含有6 mol的氧原子,即96 g氧原子。(3) 根据n=,可知9.03×1023个氨分子含1.5 mol NH3,所以含4.5 mol氢原子,1 mol NH3中含有10 mol电子,所以1.5 mol NH3含有15 mol电子。
10. (1) 9 10 (2) 1.5 mol (3) 108 g/mol
解析:(2) Na2SO4中,SO的物质的量是Na+的,Na+的物质的量是3 mol,则所含的SO的物质的量是1.5 mol。(3) 根据质量守恒定律知,E的质量=20 g+14 g-8.8 g-3.6 g=21.6 g,则E物质的摩尔质量==108 g/mol。