1.2.2 气体摩尔体积
1. 知道不同聚集状态物质的一些特性,根据物质的存在状态进行分类,知道固、液、气态物质的一些特性。
2. 了解影响气体体积的主要因素,初步学会运用气体摩尔体积等概念进行简单的计算。
1. 不同聚集状态物质的微观结构与宏观性质如下表所示。
物质的聚集状态 微观结构 微粒的运动方式 宏观性质
固态 微粒排列紧密,微粒间的空隙很小 在固定的位置上振动 有固定的形状,几乎不能被压缩
液态 微粒排列较紧密,微粒间的空隙较小 可以自由移动 没有固定的形状,不易被压缩
气态 微粒间的距离较大 可以自由移动 没有固定的形状,容易被压缩
讨论不同宏观物质的物理性质可能存在哪些差异?可能的原因是什么?
2. 已知下列物质的密度,试计算1 mol这些物质的体积,将结果填入下表。
1 mol不同物质的体积
物质 摩尔质量/(g/mol) 密度 1 mol物质的体积
Al 26.98 2.70 g/cm3
Fe 55.85 7.86 g/cm3
H2O 18.02 0.988 g/cm3
C2H5OH 46.07 0.789 g/cm3
H2 2.016 0.089 9 g/L
N2 28.02 1.25 g/L
CO 28.01 1.25 g/L
说明:固体、液体密度为293 K时的测定值,气体密度为1.01×105 Pa、273 K时的测定值。
分析计算结果,你能得出哪些结论?
3. 下图是1 mol不同物质的体积示意图。请你从微观角度,结合下图解释、分析影响1 mol固体、液体、气体体积的因素。
①在温度、压强一定时,物质的体积大小与哪些因素有关?
②1 mol不同固体和液体的体积大小与哪些因素有关?
③1 mol气态物质的体积与哪些因素有关?
④为什么相同温度和压强下1 mol任何气体体积几乎相等?
1. 1 mol不同气体在不同条件下的体积如下表所示。
化学式 条件 1 mol气体体积/L
H2 0 ℃,101 kPa 22.4
O2 0 ℃,101 kPa 22.4
CO 0 ℃,101 kPa 22.4
H2 0 ℃,202 kPa 11.2
CO2 0 ℃,202 kPa 11.2
N2 273 ℃,202 kPa 22.4
NH3 273 ℃,202 kPa 22.4
(1) 从上表分析得出结论:
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______________________。
2. 温度、压强一定时,任何气体分子间的距离大致相同,任何相同微粒数的气体有大致相同的体积,所以研究单位物质的量气体的体积极有意义。阅读教材,回答下列问题。
(1) 什么是气体摩尔体积?单位、符号分别是什么?
(2) 找出气体的体积(V)、气体的物质的量(n)、气体摩尔体积(Vm)之间的关系。
3. 结合以上内容思考。
(1) 标准状况下,1 mol任何物质的体积都约是22.4 L吗?
(2) 当1 mol气体的体积为22.4 L时,能否说明该气体一定处于标准状况下?
(3) 气体摩尔体积适用范围是气体,是否必须为纯净气体?
通过以上问题,对于气体摩尔体积的作用,你有什么心得?
活动三:从模型认知掌握气体摩尔体积的有关计算(标准状况下)——“四公式”
①气体的物质的量n=
②气体的摩尔质量M=22.4 L/mol·ρ
③气体的分子数N=n·NA=·NA
④气体的质量m=n·M=·M
回答问题。
1. 标准状况下,33.6 L Cl2的物质的量是________,16 g O2所占体积约是________。
2. 标准状况下,含有1.5 mol H2和0.5 mol O2的混合气体所占体积约是________。
3. 标准状况下,34 g NH3的物质的量是________,所占体积约是________,所含的NH3分子数是________________。
4. 设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是________(填字母)。
A. 0.5 mol O3与11.2 L O2所含的分子数一定相等
B. 常温常压下,18 g H2O中含有的原子总数为3NA
C. 标准状况下,22.4 L的CCl4中含有的CCl4分子数为NA
D. 常温常压下,22.4 L的NO2和CO2混合气体含有2NA个氧原子
1. 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都含有相同数目的粒子。
适用范围:任何气体,可以是单一气体,也可以是混合气体。
(2) “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”。
(3) 已知理想气体的状态方程为“pV=nRT”(p表示气体的压强、V表示气体的体积、n表示气体的物质的量、R是常数、T表示气体的温度),完成下列填空。
对于气体有
同温同压,=________________;同温同压,=________________;同温同体积,=________________。
2. 思考并回答下列问题。
(1) 同温同压下,1 L H2和1 L O2所含的分子数相同吗?
(2) 同温同压下,相同质量的H2和O2所占的体积相同吗?其体积比是多少?
(3) 相同温度下,向相同容积的密闭容器中分别充入1 mol H2和2 mol O2,容器中气体的压强比是多少?
(4) 下图为两瓶体积相等的气体,在同温同压下,瓶内气体的关系一定正确的是________(填字母)。
A. 原子数相等 B. 密度相等
C. 质量相等 D. 摩尔质量相等
1. 室温时,2 mol H2的体积大小主要取决于( )
A. 氢气所含分子数 B. 氢气所处环境的压强
C. 氢气的质量 D. 氢气的密度
2. [2025苏州中学月考]固态I2加热易升华变成碘蒸气,升华时下列物理量增大的是( )
A. 分子的大小 B. 分子间的平均距离
C. 分子的数目 D. 分子的质量
3. 下列有关气体体积的叙述中,正确的是( )
A. 一定温度和压强下,各种气态物质的体积大小由构成气体的分子大小决定
B. 一定温度和压强下,各种气态物质的体积大小由构成气体的分子数决定
C. 不同的气体,若体积不同,则它们所含的分子数也不同
D. 气体摩尔体积指1 mol任何气体所占的体积约为22.4 L
4. [扬州高邮期中]标准状况下,下列气体中体积最大的是( )
A. 3.36 L CO2 B. 6.4 g O2
C. 3.01×1023个H2S分子 D. 含0.8 mol H的H2
5. [2025徐州一中月考] 下列叙述正确的是( )
A. 1 mol H2O的质量为18 g/mol
B. CH4的摩尔质量为16 g
C. 3.01×1023个SO2分子的质量为32 g
D. 标准状况下,0.5 mol任何物质的体积均约为11.2 L
6. [南通如皋调研]100 ℃、1 atm条件下,关于1 L H2和1 L O2,下列说法错误的是( )
A. 所含气体分子的数目相同 B. 所含气体的物质的量相同
C. 气体分子间的平均距离相同 D. 所含气体的质量相同
7. 用NA表示阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( )
A. 含有NA个原子的氢气在标准状况下的体积约为22.4 L
B. 25 ℃,1.01×105 Pa下,64 g SO2中含有的原子数为3NA
C. 1 mol氢的质量为1 g
D. 标准状况下,11.2 L H2O含有的分子数为0.5NA
8. 相同状况下,等体积的CO和CO2气体,以下有关说法错误的是( )
A. 所含分子数相同 B. 所含氧原子个数之比为1∶2
C. 密度之比为11∶7 D. 质量之比为7∶11
9. 按要求填写下列空格。
(1) 在标准状况下,0.5 mol H2和O2混合气的体积约是________。
(2) 在标准状况下,2 mol CO2的体积为________,质量为________。
(3) 含1.806×1023个分子的N2,在标准状况下的体积是________。
(4) 在标准状况下,体积为11.2 L的CO2的物质的量为________、质量为________,其所含原子的总数是________个。
(5) 128 g O2含________个O2分子,在标准状况下的体积为________。
气体摩尔体积
【活动方案】
活动一:
1. 固体具有固定的形状,液体、气体没有固定的形状;气体容易被压缩,而固体、液体不易被压缩。在固态、液态、气态物质中,微粒的运动方式、微粒之间的距离是不同的。不同聚集状态的物质微观结构上的差异导致了物质性质的不同。
2. 计算结果略。1 mol不同固体和液体体积一般都不相同,1 mol不同的气体,在相同温度和压强下体积大致相同。
3. ①在温度和压强一定时,物质的体积与物质所含微粒的数目、微粒的大小和微粒之间的距离有关。
②任何1 mol固态物质或液态物质所含的微粒数相同。微粒之间的距离很小,但微粒的大小不同,所以1 mol固态物质或液态物质的体积往往是不同的。
③任何1 mol气态物质所含的微粒数相同。虽然微粒的大小不同,但微粒之间的距离要比微粒本身的直径大很多倍,所以1 mol气态物质的体积主要取决于气态物质中微粒之间的距离。
④1 mol气态物质的体积主要取决于气态物质中微粒之间的距离。这种距离与外界的温度、压强有关。当温度、压强一定时,任何具有相同微粒数的气体都具有大致相同的体积。
活动二:
1. (1) ①22.4 L ②不一定 (2) ①气体的微粒数相同 ②粒子间的距离相同
2. (1) 单位物质的量气体所占的体积称为气体的摩尔体积,符号为Vm,常用单位为L/mol或m3/mol。
(2) 气体的物质的量(n)、体积(V)和气体摩尔体积(Vm)之间存在如下关系:V=n·Vm。
3. (1) 不是。物质的状态有气体、固体或液体,在标准状况下,1 mol气体的体积约为22.4 L,而1 mol固体或液体的体积均不是22.4 L。
(2) 不能。标准状况下,1 mol气体的体积均约为22.4 L,但1 mol气体的体积为22.4 L时,并不一定说明该气体处于标准状况下,比如适当的升高温度(气体膨胀)、增大压强(压缩气体),也能使1 mol气体的体积变为22.4 L。
(3) 气体摩尔体积的适用范围是气体,可以是单一气体,也可以是混合气体,但是以混合气体中气体之间不发生化学反应为前提。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。
气体摩尔体积的适用条件:
①标准状况(0 ℃、1.01×105 Pa);
②物质在标准状况下为气体,若不是气体或非标准状况均不能用22.4 L/mol进行计算;
③气体可以是单一气体也可以是混合气体。
活动三:
1. 1.5 mol 11.2 L
2. 44.8 L
3. 2 mol 44.8 L 1.204×1024
4. B
活动四:
1. (3) = =
2. (1) 相同。同温同压下,1 L H2和1 L O2的物质的量相同,则二者所含的分子数相同。
(2) 不相同。其体积比为∶=16∶1。
(3) 同温同容下,气体的压强比等于气体的物质的量之比,即容器中气体的压强比为1∶2。
(4) A 同温、同压下体积相等的两瓶气体,其分子的物质的量相等,又N2、O2、NO都是双原子分子,所以两瓶气体中原子的物质的量相等,由N=n·NA可得两瓶气体中所含原子数相等,A正确;两瓶气体中分子的物质的量相等,由m=n·M,M不一定相等,可知m不一定相等,C、D错误;由ρ=可得ρ不一定相等,B错误。
【课堂反馈】
1. B 气体体积取决于物质的量和其所处环境的温度、压强,H2的物质的量为2 mol,又知温度为室温,故其体积主要取决于压强。
2. B 碘升华是物理变化,分子运动速度加快,分子间的平均距离增大,而分子自身的大小、分子数目和分子质量均不会发生改变。故选B。
3. B 对于气体物质,在一定温度和压强下,分子间的距离远大于分子本身的大小,因此其体积的大小主要由分子数的多少来决定,A错误,B正确;气体的体积随温度和压强的变化而变化,体积不同的气体,在不同的条件下,其分子数可能相同,也可能不同,C错误;气体摩尔体积会随着温度、压强的变化而变化,22.4 L/mol是标准状况下的气体摩尔体积,D错误。
4. C 同温同压下,气体的体积之比等于物质的量之比,气体体积最大,即物质的量最大。四者的物质的量分别为=0.15 mol、=0.2 mol、=0.5 mol、=0.4 mol。故选C。
5. C g/mol不是质量的单位,1 mol H2O的质量为18 g,A错误;g不是摩尔质量的单位,CH4的摩尔质量为16 g/mol,B错误;3.01×1023个SO2分子的物质的量==0.5 mol,0.5 mol SO2的质量=0.5 mol×64 g/mol =32 g,C正确;气体摩尔体积适用于气体,不是任何物质,标准状况下,0.5 mol任何气体的体积均约为0.5 mol×22.4 L/mol=11.2 L,D错误。
6. D 同温同压同体积必然同分子数,分子数相同,物质的量相同,A、B正确;温度、压强相同,分子间的平均距离相同,C正确;两者的摩尔质量不同,物质的量相同,则质量不同,D错误。
7. B 含有NA个原子的氢气的物质的量为 0.5 mol,标准状况下,0.5 mol H2的体积约为 0.5 mol×22.4 L/mol=11.2 L,A错误;64 g SO2的物质的量为1 mol,1 mol SO2中含有1 mol S原子、2 mol O原子,总共含有3 mol原子,含有的原子数为3NA,B正确;1 mol氢描述错误,未注明微粒种类,无法确定质量,C错误;标准状况下的水不是气体,不能使用标准状况下的气体摩尔体积来计算11.2 L水的物质的量,D错误。
8. C 同温同压同体积必同分子数,A正确;分子数相同,CO、CO2中氧原子个数之比为1∶2,B正确;同温同压的气体,密度之比等于摩尔质量之比,两者密度之比为7∶11,C错误;分子数相同,物质的量相同,质量之比等于摩尔质量之比,D正确。
9. (1) 11.2 L (2) 44.8 L 88 g (3) 6.72 L (4) 0.5 mol 22 g 9.03×1023
(5) 2.408×1024 89.6 L