高中化學 第一章 認識化學科學 第3節(jié) 化學中常用的物理量——物質的量學案（2）魯科版必修1.doc

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第3節(jié) 化學中常用的物理量——物質的量 庖丁巧解牛 知識巧學升華 一、物質的量及其單位——摩爾 1．物質的量及其單位——摩爾的涵義：“物質的量”是一種物理量。表示含一定粒子數(shù)目的集體。 （1）物質的量（符號為n），是國際單位制中的七個基本物理量之一，其單位為摩爾（符號為mol）。 （2）“物質的量”四個字是一個整體，不可分割或插入其他字。它不具字面含義，不能望文生義。不能將其理解為“物質的質量”或“物質的數(shù)量”。 （3）物質的量是一個基本物理量，它與國際單位制中的其他六個基本物理量呈并列關系。“物質的量”與“摩爾”的關系，就好像“長度”與“米”、“質量”與“千克”、“時間”與“秒”的關系一樣，是基本物理量與其單位的關系。 （4）物質的量的計量對象是構成物質的微觀粒子（如分子、原子、離子、電子等）或某些微觀粒子的特定組合（如NaCl）等。不可用其計量宏觀物質。如“1 mol鐵釘”“1 mol牛”等說法都是錯誤的。 （5）物質的量是聯(lián)系宏觀物質與微觀粒子的一種物理量。 知識拓展 國際單位制（SI）的7個基本單位 物理量 單位名稱 單位符號 長度 米 m 質量 千克（公斤） kg 時間 秒 s 電流 安［培］ A 熱力學溫度 開［爾文］ K 物質的量 摩［爾］ mol 發(fā)光強度 坎［德拉］ cd 2．阿伏加德羅常數(shù)的涵義 概念1：1 mol任何粒子所含的粒子數(shù)叫做阿伏加德羅常數(shù)（符號NA）。 概念2：0．012 kg12C中所含有的C原子數(shù)叫做阿伏加德羅常數(shù)。 要點提示 注意此處空半格①阿伏加德羅常數(shù)不是一個純數(shù)值，它是有單位的，其單位是mol-1。 ②阿伏加德羅常數(shù)的近似值為6.021023mol-1。 ③由阿伏加德羅常數(shù)的涵義可以得到下面公式： n= N表示物質所含微觀粒子數(shù)。 二、摩爾質量和氣體摩爾體積 1．摩爾質量：單位物質的量的物質所具有的質量叫做摩爾質量（符號M）。 準確理解摩爾質量的概念，須注意以下幾點： （1）單位：國際單位制中，摩爾質量的單位是kgmol-1，中學階段常用gmol-1，此外，還有kgkmol-1，mgmmol-1等，其中：1 gmol-1=1 kgkmol-1=1 mgmmol-1。 （2）符號：摩爾質量的符號是M，如氧氣的摩爾質量可表示為：M（O2）=32 gmol-1。注意它與相對原子質量符號（Ar）和相對分子質量符號（Mr）的區(qū)別，Ar和Mr的單位是“l(fā)”，不體現(xiàn)出來，如：Ar（O2）=32；Mr（CO2）=44。 （3）數(shù)值：當摩爾質量以gmol-1為單位時： M=Mrgmol-1或M=Argmol-1，即它們的純數(shù)值是相等的。 （4）不可將“摩爾質量”片面理解為1 mol物質的質量，它還可以是1 kmol物質的質量或1 mmol物質的質量等。 （5）由摩爾質量的概念，得到下列公式：n= 要點提示 M與Mr的區(qū)別，不要混淆。Mr中第2個字“r”是relative（相對）的第1個字母。Ar中第2個字“r”也是relative（相對）的第1個字母。 化學上，常用“m”表示質量，“M”表示摩爾質量，注意不要混淆。 2．氣體摩爾體積 在一定溫度和壓強下，單位物質的量氣體所占的體積叫做氣體摩爾體積（符號Vm）。 準確理解此概念須注意以下幾點： （1）從氣體摩爾體積的概念可抽象出氣體摩爾體積的公式。即： Vm=（或n=） （2）概念中“單位物質的量”可以是1 mol，也可以是1 mmol或1 kmol等。 （3）氣體摩爾體積不是“體積”，單位不是L、m3等，其常用單位為：Lmol-1，其國際單位為m3mol-1。 （4）標準狀況下，氣體的摩爾體積（Vm,0）約為22．4 Lmol-1。氣體的相對分子質量越大，一般誤差越大。 3．阿伏加德羅定律 在相同的溫度和壓強下，相同體積的任何氣體都含有相同數(shù)目的分子，這個規(guī)律叫做阿伏加德羅定律。 要點提示 注意此處空半格阿伏加德羅定律的特征是“四同”——同溫、同壓、同體積、同分子數(shù)，其中三個量相同，第四個量必相同。 準確理解阿伏加德羅定律要注意以下幾點。 （1）使用范圍：阿伏加德羅定律的使用范圍是氣態(tài)物質，可以是單一氣體，也可是混合氣體。 （2）表述方式： ①當T、p、N（或n）相同時，V必相同。 ②當T、p、V相同時，N（或n）必相同。 ③當T、V、N（或n）相同時，p必相同。 ④當p、N（或n）、V相同時，T必相同。 4．阿伏加德羅定律的推論 （1）同溫、同壓下：== （2）同溫、同壓下：= （3）同溫、同體積下：== （4）同溫、同壓、同體積下：= （5）同溫、同壓、同質量下：= （6）同溫、同體積、同質量下：= 5．決定物質體積的因素 （1）物質所含粒子數(shù)的多少。物質所含粒子數(shù)越多，體積越大。 （2）物質所含粒子的大小。 （3）物質內(nèi)粒子間的間隔。對固體和液體物質來說，（1）（2）起主要作用；對氣體物質來說，（1）（3）起主要作用。 同溫同壓下，氣體分子數(shù)相同時，其體積基本相同；同溫同壓下，氣體的摩爾體積基本相同。因為固體和液體內(nèi)粒子間間隔非常??；氣體內(nèi)，常溫常壓下，分子之間間隔是分子大小的9倍左右，氣體分子本身的大小可以忽略不計。 三、物質的量濃度 1．含義：以單位體積溶液里所含溶液B的物質的量來表示的溶液組成的物理量，叫做溶質B的物質的量濃度。 2．物質的量濃度的數(shù)學表達式 物質的量濃度= 用“c（B）”表示B物質溶液的物質的量，則c（B）= 3．物質的量濃度的單位為：mol/L或mol/m3，或寫作molL-1或molm-3 要點提示 注意此處空半格在物質的量濃度的表達式中有三個量：物質的量濃度c（B），物質的量（n），溶液的體積（V），由這個關系式，我們只需知道其中的兩個量，便可以求出第三個。 4．一定物質的量濃度溶液的配制 （1）配制一定物質的量濃度溶液的類型 根據(jù)配制溶液所用藥品的狀態(tài)不同，可以把一定物質的量濃度溶液的配制分成兩種類型：①以固體藥品配制；②以濃溶液配制稀溶液。 （2）所用儀器 以固體藥品配制溶液所需的儀器及其用途分別為：①托盤天平：稱量固體藥品的質量；②藥匙；③玻璃棒：攪拌溶解及引流；④燒杯：溶解液體；⑤容量瓶：盛放液體；⑥膠頭滴管：定容。 以濃溶液配制稀溶液所需的儀器及其用途分別為：①量筒：量取所需的濃溶液；②燒杯：用于稀釋濃溶液；③玻璃棒：稀釋濃溶液時攪拌和轉移溶液時引流；④容量瓶：配制溶液；⑤膠頭滴管：定容。 要點提示 注意此處空半格關于容量瓶的使用須注意以下幾個問題： ①容量瓶的規(guī)格有固定的幾種：100 mL,250 mL,500 mL和1 000 mL等幾種。 ②容量瓶上所標的除了有容量瓶的規(guī)格（容積）外，還有其所適應的溫度：20 ℃，故我們用容量瓶配制溶液時，只有在常溫（20 ℃）下才是準確的，如果溶液的溫度過高或過低，都會造成較大誤差。 ③使用前，首先檢驗容量瓶是否漏水。具體的檢驗方法是：往瓶內(nèi)加入一定量的水，塞好瓶塞。用食指按住瓶塞，另一只手托住瓶底，把瓶倒立過來，觀察瓶塞周圍是否有水漏出（如下圖所示）。如果不漏水，將瓶正立并將瓶塞旋轉180后塞緊，仍把瓶倒立過來，再檢查是否漏水。如要經(jīng)上述檢驗不漏水，容量瓶才可以使用。 檢查容量瓶是否漏水的方法 （3）操作步驟 現(xiàn)以配制以下溶液為例說明溶液配制的步驟： 配制500 mL 0．1 molL-1NaCl溶液： ①計算：計算實驗所需的NaCl的質量： m（NaCl）=n（NaCl）M（NaCl）=c（NaCl）VM（NaCl）=0．1 molL-10.5 L58.5 gmol-1=2.92 g。 ②稱量：用天平稱量出所需的NaCl的質量m（NaCl）=2.92 g。 ③溶解：把所稱的藥品在小燒杯中溶解，并用玻璃棒攪拌；若溶解時有熱量放出，把溶液放置冷卻至室溫。 ④轉移和洗滌：將上述冷卻后的溶液轉入500 mL容量瓶中，并用蒸餾水洗滌小燒杯和玻璃棒2～3次，將洗滌液一并注入容量瓶。 ⑤定容：在容量瓶中繼續(xù)加蒸餾水至距刻度線1～2 cm處，改用膠頭滴管加至刻度（凹液面與刻度線相切）。 ⑥搖勻保存：把瓶塞塞緊，用食指頂住瓶塞，另一只手托住瓶底，把容量瓶倒轉多次，使溶液混合均勻。然后把溶液轉移到細口瓶中保存（容量瓶不能保存溶液）。 （4）誤差分析 由物質的量濃度表達式c（B）=可知，如果溶質的物質的量n（B）偏大，則c（B）偏大；如果n（B）偏小，則c（B）偏小。 如果溶液的體積V偏大，則c（B）偏?。环粗?，如果V偏小，則c（B）偏大。 由此分析此實驗誤差時，只須關注相關操作是否會造成n（B）及V值的變化即可。 稱量：若稱量物錯放在托盤天平的右盤上，由于稱量物的質量=砝碼質量-游碼質量會使n（B）偏不，則c（B）偏小。 未等溶液冷卻就轉移、洗滌、定容，則配出的溶液濃度c（B）偏大，因為冷卻過后溶液體積減小，故使c（B）偏大。 未洗滌燒杯和玻璃棒，會使溶液中溶質的物質的量n（B）偏小，從而c（B）偏小。 除了洗滌燒杯和玻璃棒外，還洗了量筒，會使進入到容量瓶中的溶質的物質的量n（B）偏大，從而會使c（B）偏大。 要點提示 注意此處空半格量筒在標定刻度時，沒有把附在器壁上的殘留液計算在內(nèi)，所以用量筒取液體時不需要把量筒內(nèi)壁的殘留液洗滌轉移入容量瓶。 定容時若俯視會使溶液體積V偏小，造成c（B）偏大；若仰視會使V偏大，造成c（B）偏小。 定容搖勻后，若液面低于刻度線，再加水至刻度線，則會使c（B）偏小。因為倒轉搖勻時，會使少量液體粘附在磨口處，這樣液面低于刻度線，但溶液的物質的量濃度不變。若再加水，會稀釋原溶液，故會使c（B）變小。定容時若液面超過了刻度線，再用膠頭滴管吸出溶液使液面達刻度線，則c（B）偏小。 問題思路探究 問題1．如何理解氣體摩爾體積？ 思路:理解概念時注意抓住幾個關鍵點：狀態(tài)、狀況、定量、數(shù)值（22.4 L/mol只是特定條件下的氣體摩爾體積）。在進行相關計算時，一定要注意避免簡單的純數(shù)學運算，而應該了解其含義。同時，在計算過程中應注意單位的一致性，帶入單位進行計算也可以幫助理解概念。 探究:氣體摩爾體積是一個比較抽象的概念，簡單的說是1摩爾氣體在一定條件下的體積，借助于一些結構模型，深入到氣體分子內(nèi)部，明確決定氣體體積大小的主要因素是分子數(shù)目和分子間距離并且與分子本身的大小無關，與固體、液體進行比較，進而理解為什么不存在固體、液體的摩爾體積及氣體摩爾體積的真正含義。 問題2． 配制一定物質的量濃度溶液應該注意什么問題？ 思路:溶液濃度的配制既有定性要求，又有定量要求，定性要求是不能出現(xiàn)不安全、不方便的操作，定量則要求帶來的誤差盡可能小。 探究:（1）選用與欲配溶液的體積相同的容量瓶。 （2）使用前，必須檢查是否漏水。方法：加水至刻度線附近，蓋好瓶塞，瓶外水珠用布擦拭干凈，一手按住瓶塞，另一手手指按住瓶底邊緣，把瓶倒立2分鐘，觀察瓶塞周圍是否有水滲出。如果不漏，將瓶直立，把瓶塞轉動180后，倒過來再試一次。 （3）不能在容量瓶內(nèi)直接溶解溶質。 （4）容量瓶不能長時間存放溶液。 問題3．配制一定物質的量濃度的溶液時，如果實驗操作不當，會產(chǎn)生誤差。導致誤差的操作及其原因是什么？ 思路:物質的量濃度是單位體積內(nèi)溶質的物質的量，所以影響到溶液體積及溶質的物質的量的因素都可能引起實驗的誤差。按照一定的線索或邏輯來進行思考，本題的線索就是實驗進行的順序，然后結合每一個實驗步驟中的具體操作過程來討論。 探究:（1）稱量：若稱量物錯放在托盤天平的右盤上，配出的溶液濃度偏低。因為稱量物的質量=砝碼的質量-游碼的質量。 （2）未洗滌溶解用的燒杯和玻璃棒或洗滌液未轉入容量瓶，配出溶液的濃度偏低，因為溶質少了。 （3）用量筒量取濃溶液體積時仰視刻度，濃度偏大，因為實際值比仰視讀數(shù)偏大。 （4）洗滌量筒（或移液管），則濃度偏大。因為量筒（或移液管）內(nèi)液體在相應刻度時，并沒有把附在器壁上的殘留液計算在內(nèi)，用水洗滌反而使所需溶質的物質的量偏大，造成濃度偏大。 （5）未等溶液冷卻就定容，濃度偏大。因為配出的溶液在容量瓶中冷卻后實際體積偏小。 （6）定容時仰視刻度線，濃度偏小。因為溶液凹面最低點高于刻度線，滴水過多，溶液體積偏大（若俯視定容則相反）。 （7）定容后倒轉容量瓶幾次，發(fā)現(xiàn)凹面最低點低于刻度線，再補滴水至刻度線，濃度偏小，因為倒轉過程中，使少量溶液殘留在瓶頸和瓶塞內(nèi)壁，補加水，反而使體積增大。 （8）配制NaOH溶液，稱量NaOH固體時在托盤上墊紙或直接稱量，會使?jié)舛绕?，因NaOH會潮解，稱取的NaOH質量少于所需質量。 （9）定容時液面超過了刻度線，后用滴管吸出達刻度線，濃度偏小，因為溶質減少了。 典題熱題新題 例1．求出下列物質的摩爾質量： （1）C60 （2）硫酸根 （3）酒精（C2H5OH） （4）Na＋ 解析:根據(jù)M=Mr gmol-1或M=Ar gmol-1，可列式求解。 （1）M（C60）=6012 gmol-1=720 gmol-1 （2）M（）=（32＋416）gmol-1=96 gmol-1 （3）M（C2H5OH）=（212＋61＋16）gmol-1=46 gmol-1 （4）M（Na＋）=23 gmol-1。 答案:（1）720 gmol-1?。?）96 gmol-1 （3）46 gmol-1?。?）23 gmol-1 深化升華 注意此處空半格解此類題目的方法是：計算出物質的相對分子、原子、離子的相對分子質量，加上單位gmol-1即得摩爾質量。 例2．求出下列物質的物質的量： （1）46．0 g氯化鈉 （2）100億個水分子 （3）50．0 L標準狀況下的H2 （4）100 mL 0．10 molL-1的Na2CO3（aq） 解析:根據(jù)公式nB====cBV求解。 （1）n（NaCl）===0.786 mol （2）n（H2O）=a==1.6610-13mol （3）n（H2）===2.23 mol （4）n（Na2CO3）=c（Na2CO3）V（溶液）=0.10 molL-10.100 L=0.010 mol 答案:（1）0.786 mol　（2）1.6610-13mol （3）2.23 mol?。?）0.010 mol 深化升華 注意此處空半格根據(jù)物質的量、質量、粒子數(shù)、氣體的體積之間的換算關系求解。解題時要抓住物質的量這個橋梁，以物質的量為中心換算。根據(jù)新課標要求，注意有效數(shù)字的運算規(guī)則，在運算中，Na、Vm、M等以常數(shù)計，不影響有效數(shù)字的位數(shù)。計算過程中，不僅要代入數(shù)值，也要代入單位。 例3．同溫、同壓下，一容器充滿O2重116g，若充滿CO2重122g，現(xiàn)充滿某種氣體重114 g，則該氣體的相對分子質量為__________。 A．28 B．60 C．32 D．44 解析:方法一：按常規(guī)思路，設瓶重m g，該氣體的相對分子質量為M1，由同溫同壓下=，容器體積不變，所以氣體物質的量相同，即=，解得m=100 g，再由=可得M1=28 gmol-1，即氣體的相對分子質量為28。 方法二：差量法。由阿伏加德羅氣體定律可知，同溫、同壓下，氣體質量之差和相對分子質量之間存在正比關系，因此可不計算容器的質量，直接由氣體質量差和相對分子質量差的正比關系求得。即 =，也可算出M1=28 gmol-1。 答案:A 深化升華 注意此處空半格根據(jù)相同條件下，兩個瓶的體積相同，所以，氣體的物質的量相同，可以建立關系式求解。如果將單位物質的量的物質所占的體積叫做摩爾體積（Vm），則密度公式又多了1層含義ρ==。 例4．欲將0.10 molL-1的NaOH溶液和0.60 molL-1的NaOH溶液混合成0.20 molL-1的NaOH溶液。求兩種溶液的體積比。 解析:本題有以下兩種解法。 方法一、（列方程法）：設所需0.10 molL-1的NaOH溶液和所需0.60 molL-1的NaOH溶液的體積分別是V1和V2，根據(jù)混合前后溶質的物質的量不變列式得： 0.10 molL-1V1＋0.60 molL-1V2=0.20 molL-1（V1＋V2） 解得：= 方法二、（十字交叉法）：將以上方程換種方式表述，將三個濃度十字交叉可得體積比。 答案:4∶1 深化升華 根據(jù)混合前后溶質的物質的量不變建立關系式求解。 十字交叉法是列方程法的一種升華，是解這類題的一種快捷方式。一般說來： ①質量分數(shù)十字交叉，可得溶液質量比； ②物質的量濃度十字交叉，可得溶液體積比； ③密度十字交叉，可得溶液體積比。 例5．將4 g NaOH溶于多少克水中，才能使每100個水分子溶有一個Na+？ 解析:1 mol NaOH溶于水，電離出1 mol Na＋和1 mol OH-。每100個水分子溶有一個Na＋，即。 n（Na+）=n（NaOH）==0.1 mol n（H2O）=100n（Na＋）=1000.1 mol=10 mol m（H2O）=n（H2O）M（H2O）=10 mol18 gmol-1=180 g。 答案:4 g NaOH溶于180 g水中，才能使每100個水分子中溶有一個Na+。 深化升華 注意此處空半格根據(jù)水分子和鈉離子的物質的量比等于水分子和鈉離子個數(shù)比，建立關系式求解。