专题1 第一单元 第3课时-教学文档

第3课时物质的聚集状态气体摩尔体积

【学考报告】

一、物质的聚集状态

1．物质的聚集状态、性质及微观解释

2.决定物质体积的因素

物质的体积与很多因素有关。在温度和压强一定时，物质的体积主要由微粒数目、微粒大小、和微粒间距离决定。

(1)在温度和压强一定时，1 mol 固态物质或液态物质的体积主要取决于微粒的大小，所以1 mol固态物质或液态物质的体积往往是不同的。

(2)气态物质中微粒之间的距离与外界的温度、压强有关，在温度和压强一定时，气态物质中微粒之间的距离相等；1 mol气态物质的体积主要取决于微粒间的距离，在相同温度和压强下，任何具有相同微粒数的气体都具有相同的体积。【训练1】气体的体积主要是由以下什么因素决定的：①气体分子的直径；②

气体物质的量的多少；③气体分子间的平均距离；④气体分子的相对分子质量()

A．①②B．①③

C．②③D．②④

解析气体的体积主要由气体物质的量的多少和气体分子间的平均距离决定。答案 C

点拨：气态物质中，与微粒间距相比，微粒本身大小可以忽略不计。

二、气体摩尔体积

1．气体摩尔体积

(1)单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积，用V m表示，常用单位为L·mol－1。

(2)标准状况下，气体摩尔体积约为22.4__L·mol－1。

2．气体摩尔体积的相关计算

(1)气体的物质的量n＝V/V m；

(2)气体的摩尔质量M＝V m·ρ＝22.4__ρ(标准状况，ρ：g·L－1)；

(3)气体的分子数N＝n·N A＝V

V m·N A；

(4)气体的质量m＝n·M＝V

V m·M。

【思考探究】

1．气体摩尔体积与1 mol气体的体积有什么不同？

提示气体摩尔体积不是“体积”，单位不是体积单位L、m3等，其常用单位为L·mol－1。

2．标准状况下，0.2 mol H2和0.8 mol O2的混合气体的体积是否为22.4 L?

答案是，气体摩尔体积研究的对象是气体，既适用于纯净气体，又适用于混合气体。

【例1】下列说法正确的是()

A．32 g O2占有的体积约为22.4 L

B．22.4 L N2含有阿伏加德罗常数个氮气分子

C ．在标准状况下，22.4 L 水的质量约为18 g

D ．22 g 二氧化碳与标准标况下11.2 L HCl 含有相同的分子数

解析 A 、B 都没有指明是否在“标准状况”下，是错误的；C 指明“标准状况”，但在此条件下水是非气体，所以22.4 L 水不是1 mol ，故也不是18 g ；D 项中22 g CO 2的物质的量为0.5 mol ，标准状况下11.2 L HCl 的物质的量也为0.5 mol ，两种气体的物质的量相同，所以含有的分子数也相同，因此选项D 符合题意。 答案 D

借题发挥：只要用到体积，就要考虑温度、压强；只要用到“22.4 L·mol －1”，就要弄清是否是标准状况、是否是气体。审题一定要准确。

【训练2】 在标准状况下，与12 g H 2的体积相等的N 2( )

A ．质量为12 g

B ．物质的量为6 mol

C ．体积为22.4 L

D ．分子数为6.02×1023

解析 12 g H 2的物质的量为6 mol ，则N 2的物质的量也为6 mol ；6 mol N 2的质量为168 g ，体积为134.4 L(标准状况)，分子数为3.612×1024。

答案 B

【例2】 (加试题) 设阿伏加德罗常数的值为N A ，标准状况下某种O 2和N 2的混合气体m g 含有b 个分子，则n g 该混合气体在相同状况下所占的体积应是( ) A.22.4 nb mN A

L B.22.4 mb nN A L C.22.4 nN A mb L D.nbN A 22.4L

解析 根据其组分及其含量相同，所以其质量与分子数成正比，设n g 该混合气

体含有的分子数为x 个，质量与分子数的比例式为：m g ∶b ＝n g ∶x ，x ＝ng ×b mg ＝

nb m ，n g 该混合气体含有的物质的量为：n ＝N N A ＝nb m N A ＝nb mN A mol ，其体积为：V ＝

n ×V m ＝nb mN A mol ×22.4 L/mol ＝22.4 nb mN A

L 。 答案 A

借题发挥：(1)要突出物质的量是计算的核心。(2)要充分利用公式n ＝m M ＝N N A

＝V 22.4 L/mol (标准状况)进行m 、n 、V 之间的相互换算。

【训练3】 (加试题)标准状况下，将1 g 氦气、11 g 二氧化碳和4 g 氧气混合，该混合气体的体积约为( )

A ．8.4 L

B ．11.2 L

C ．14.0 L

D ．16.8 L

解析 He 的物质的量为 1 g 4g/mol ＝0.25 mol ，二氧化碳的物质的量为11 g 44 g/mol ＝0.25

mol ，氧气的物质的量为 4 g 32 g/mol ＝0.125 mol ，则气体的总物质的量为0.25 mol

＋0.25 mol ＋0.125 mol ＝0.625 mol ，标准状况下，该混合气体的体积约为0.625 mol ×22.4 L/mol ＝14.0 L ，故选C 。

答案 C

三、气体体积运用于化学方程式中的计算 在化学反应方程式中，在相同状况下，气体体积之比等于气体的物质的量之比，等于物质的分子数之比，等于计量数之比。

【例3】 现有17.6 g 铁和铜的合金与足量的稀盐酸反应，产生标准状况下的H 2

4.48 L ，则合金中所含铜的物质的量为________。

解析 设17.6 g 铁和铜的合金中含有铁的物质的量为n ，则

Fe ＋2HCl===FeCl 2＋H 2↑

1 mol 22.4 L

n 4.48 L

所以1 mol n ＝22.4 L 4.48 L

解得：n ＝0.2 mol m (Fe)＝0.2 mol ×56 g·mol －1＝11.2 g

n (Cu)＝17.6 g －11.2g 64 g·mol －1＝0.1 mol

答案 0.1 mol

【训练4】 现有14.4 g CO 和CO 2的混合气体，在标准状况下其体积为8.96 L 。

(1)该混合气体的平均摩尔质量为________。

(2)混合气体中碳原子的个数为________(用N A 表示阿伏加德罗常数)。

(3)将混合气体依次通过下列装置，最后收集在气球中(实验在标准状况下进行)。 ①气球中收集到的气体的摩尔质量为________。

②气球的体积为________L 。

解析 (1)混合气体的物质的量为

8.96 L 22.4 L·mol －1＝0.4 mol ，M －＝14.4 g 0.4 mol ＝36 g·mol －1。(2)0.4 mol CO 和CO 2的混合气体中，碳原子为0.4N A 。(3)①将混合气体依次通过氢氧化钠溶液和浓硫酸，则气球中收集到的气体是CO 。②设原混合气体中CO 的物质的量为n 1 mol ，CO 2的物质的量为n 2 mol ，则有：

?????n 1＋n 2＝0.428 n 1＋44n 2＝14.4，解得?????n 1＝0.2n 2＝0.2

因此气球中收集到0.2 mol CO ，在标准状况下的体积为4.48 L 。

答案 (1)36 g·mol －1 (2)0.4N A (3)①28 g/mol

②4.48

四、阿伏加德罗定律及推论(加试)

1．阿伏加德罗定律

(1)同温同压下，相同体积的气体含相同的分子数或(物质的量)。

(2)“四同定律”，即同温、同压、同体积和同分子数，只要有三个“同”成立，第四个“同”必定成立。

2．推论

(1)同温同压下，气体体积之比等于其物质的量之比，即：V 1V 2＝n 1n 2

。 (2)同温同压下，气体密度之比等于其相对分子质量之比，即：ρ1ρ2＝M 1M 2

。 (3)同温同体积下，气体压强之比等于其物质的量之比，即：p 1p 2＝n 1n 2

。 (4)同温同压同体积下，气体的质量之比等于其摩尔质量之比，即m 1m 2＝M 1M 2

。 【例4】 下列叙述中正确的是( )

A ．同温同压下，相同体积的物质，其物质的量必然相等

B ．同温同压下，等物质的量的甲烷和一氧化碳含有相同的分子数

C．1 L一氧化碳气体一定比1 L氧气质量小

D．同温同压下，等体积的物质所含有的分子数一定相等

解析A、D中，没有指明是气态物质，所以无法应用阿伏加德罗定律进行推导；C中，没有指明温度和压强是否相同，则不能确定两者的物质的量及质量。

答案 B

【训练5】同温同压下，两个容积相等的储气瓶，一个装有C2H4，另一个装有C2H2和C2H6的混合气体，两瓶内的气体一定具有相同的()

A．质量B．原子总数

C．碳原子数D．密度

解析根据阿伏加德罗定律，同温同压下，同体积的气体物质的量相同。若C2H2和C2H6的物质的量比为1∶1，则两瓶气体质量、原子总数、碳原子数、密度都相等，若两者物质的量比不等于1∶1，则只有碳原子数相等。

答案 C

【例5】在两个密闭容器中，分别充有质量相等的甲、乙两种气体，它们的温度和密度均相同。根据甲、乙的摩尔质量(M)的关系判断，下列说法中正确的是()

A．若M(甲)＜M(乙)，则分子数：甲＜乙

B．若M(甲)＞M(乙)，则气体摩尔体积：甲＜乙

C．若M(甲)＜M(乙)，则气体的压强：甲＞乙

D．若M(甲)＞M(乙)，则气体的体积：甲＜乙

解析等质量的气体，其摩尔质量与物质的量(或分子数)成反比，若M(甲)＜M(乙)，则分子数：甲＞乙，A错误；若M(甲)＞M(乙)，则物质的量：甲＜乙，又气体体积相等，故气体摩尔体积：甲＞乙，B错误；同温同体积同质量的气体或混合气体，压强与摩尔质量成反比，C正确；由质量和密度相等可知气体体积相等，D错误。

答案 C

借题发挥：阿伏加德罗定律及推论不应死记硬背来记忆，而应通过理解来记忆。学会由理想气体状态方程pV ＝nRT (p －压强，V －体积，n －物质的量，R －常数，

T －热力学温度)自己推导。并且理解记忆其变形公式：pV ＝nRT ＝m M RT ，变形得

pM ＝m V RT ＝ρRT 。

【训练6】 在两个密闭容器中，分别充有质量相同的甲、乙两种气体，若两容器的温度和压强均相同，且甲的密度大于乙的密度，则下列说法正确的是( )

A ．甲的分子数比乙的分子数多

B ．甲的物质的量比乙的物质的量少

C ．甲的摩尔体积比乙的摩尔体积小

D ．甲的相对分子质量比乙的相对分子质量小

解析 同温、同压下甲的密度大于乙的密度，说明甲的相对分子质量大，故在等质量的前提下，甲的物质的量少。由公式m ＝ρV 得出，ρ甲V 甲＝ρ乙V 乙。 V 甲V 乙＝ρ乙ρ甲，因为ρ甲＞ρ乙，则V 甲＜V 乙，同温、同压条件下，n 乙＞n 甲。M 甲＝m n 甲，M 乙＝m n 乙

得M 乙＜M 甲，因此B 正确。 答案 B

1．下列说法中正确的是( )

A ．任何一个水分子，其本身都是固体

B ．逐渐加热升温，碳酸氢铵也可体现出三态变化

C ．面包是固体，但在受压时体积缩小，故可以说固体易被压缩

D ．在水蒸气、液态水和冰中，水分子都在不停地运动

解析 物质的固、液、气三态是大量分子聚集时所表现出的一种状态，故单个分子不能说聚集状态，A 错。碳酸氢铵受热时，在熔化之前就已分解，故无法体现本身的三态变化，B 错。面包不是单一的固体，它里面包含了大量的气体，受压时体积缩小是其中的气体被压缩排出所致，而不是固体本身被压缩，C 错。在水

的三种状态中，其分子都在不停地运动，只是运动的方式、速率不同，故D对。答案 D

2．下列说法正确的是()

A．1 mol O2和1 mol N2所占体积都为22.4 L

B．H2的气体摩尔体积为22.4 L

C．在标准状况下，1 mol H2和1 mol H2O所占的体积都为22.4 L

D．在标准状况下，22.4 L由N2、N2O组成的混合气体中所含有的N的物质的量为2 mol

解析A中没有标明温度和压强，无法确定气体的体积；B中气体摩尔体积的单位不是“L”，而应是“L·mol－1”另外未指明气体的温度和压强，22.4 L这个数值也是无意义的；在标准状况下水不是气态，1 mol水的体积远远小于22.4 L；在标准状况下，22.4 L任何气体的物质的量均为1 mol，再结合N2、N2O的分子组成可知N的物质的量为2 mol。

答案 D

3．(加试题)标准状况下①13.44 L CH4②1 mol HCl分子

③27.2 g H2S④2.408×1023个NH3分子，则()

A．体积：②＞③＞④＞①

B．密度：②＞③＞④＞①

C．质量：②＞③＞④＞①

D．H原子个数：①＞③＞②＞④

解析①13.44 L CH4物质的量为

13.44 L

22.4 L/mol＝0.6 mol，②1 mol HCl，③27.2 g H2S

的物质的量为

27.2 g

34 g/mol＝0.8 mol，④2.408×10

23个NH

3

分子的物质的量为0.4

mol。A项，相同条件下，气体的体积之比等于物质的量之比，所以气体体积②＞③＞①＞④，故A错误；B项，各物质的摩尔质量分别为：①CH4为16 g/mol，②HCl为36.5 g/mol，③H2S为34 g/mol，④NH3为17 g/mol，相同条件下，密度之比等于摩尔质量之比，所以密度②＞③＞④＞①，故B正确；C项，各物质的

质量分别为：①CH4为0.6 mol×16 g/mol＝9.6 g，②HCl为1 mol×36.5 g/mol＝

36.5 g，③H2S为27.2 g，④NH3为0.4 mol×17 g/mol＝6.8 g，所以质量②＞③＞

①＞④，故C错误；D项，各物质中H原子的物质的量分别为：①CH4为0.6 mol×4＝2.4 mol，②HCl为1 mol，③H2S 0.8 mol×2＝1.6 mol，④NH3为0.4 mol×3＝1.2 mol，所以氢原子个数①>③>④>②，故D错误。

答案 B

4．(2019·杭州西湖高级中学期末)下列说法正确的是()

①标准状况下，6.02×1023个分子所占的体积约是22.4 L

②0.5 mol H2所占体积为11.2 L③标准状况下，1 mol CCl4的体积为22.4 L④标准状况下，28 g CO与N2的混合气体的体积约为22.4 L⑤各种气体的气体摩尔体积都约为22.4 L·mol－1⑥标准状况下，体积相同的气体的分子数相同A．①③⑤B．④⑥

C．③④⑥D．①④⑥

解析①分子不一定为气体，不能计算6.02×1023个分子所占的体积，故错误；

②不一定在标准状况下，则V m未知，不能利用V＝nV m计算，故错误；③标准状况下，CCl4为液体，则不能计算，故错误；④CO与N2的摩尔质量均为28 g/mol，

标准状况下，28 g CO与N2的混合气体的体积约为

28 g

28 g/mol×22.4 L/mol＝22.4 L，

故正确；⑤气体摩尔体积与温度、压强有关，则状态未知，不能确定气体的摩尔体积，标准状况下各种气体的气体摩尔体积都约为22.4 L·mol－1，故错误；⑥标准状况下，体积相同的气体，物质的量相同，可知分子数相同，故正确。

答案 B

5．(1)在标准状况下，CO和CO2混合气体的质量为36 g，体积为22.4 L，则CO 所占的体积为________L，质量为________g，CO2的分子数为________个。(2)在一定温度和压强下，1体积X2(g)和3体积Y2(g)化合生成2体积的一种气态化合物，则该气态化合物的分子式为________。

A ．XY 3

B ．XY

C ．X 3Y

D ．X 2Y 3

解析 (1)?????n （CO ）＋n （CO 2）＝1 mol

28 n （CO ）＋44n （CO 2）＝36 g

解得：n (CO)＝n (CO 2)＝0.5 mol 。V (CO)＝0.5 mol ×22.4 L·mol －1＝11.2 L 。m (CO)＝0.5 mol ×28 g·mol －1＝14 g 。N (CO 2)＝0.5×6.02×1023＝3.01×1023。(2)等温等压时，气体体积之比等于其物质的量之比，也等于其分子数目之比。反应方程式可表示为X 2(g)＋3Y 2(g)===2X a Y b (g)。由原子守恒可知a ＝1，b ＝3，即产物的化学式为XY 3。

答案 (1)11.2 14 3.01×1023 (2)A

6．(加试题)已知标准状况下，m 1 g 气体G 1与m 2 g 气体G 2的分子数相同，则：

(1)同温同压下G 1和G 2的密度比为________(用m 1、m 2表示)；

(2)同温同质量的G 1和G 2的分子数比为_____________________________ (用m 1、m 2表示)；

(3)同温同压下同体积G 1和G 2的质量比为____________________________ (用m 1、m 2表示)；

(4)两密闭容器，若温度、密度相同(m 1＞m 2)，则其压强(p )G 1________G 2(填“＞”、“＝”或“＜”)。

解析 标准状况下，m 1 g 气体G 1与m 2 g 气体G 2的分子数相同，所以物质的量是相等的，根据公式m ＝nM ，所以摩尔质量之比等于质量之比，即为m 1∶m 2。

(1)根据公式M ＝ρV m ，同温同压下，气体的V m 是相等的，所以G 1与G 2的密度

之比等于摩尔质量之比，即为m 1∶m 2，(2)根据公式m ＝N N A

M ，同温同质量的G 1和G 2的分子数之比等于摩尔质量的倒数之比，即为m 2∶m 1；(3)同温同压下，二者的V m 是相等的。同体积G 1和G 2的物质的量是相等的，所以质量比为摩尔质量之比，即为m 1∶m 2；(4)两密闭容器，若温度、密度相同(m 1＞m 2)，根据公式