高中化学 专题1 化学家眼中的物质世界 第一单元 丰富多彩的化学物质 第3课时 物质的聚集状态学案

第3课时 物质的聚集状态
一 影响物质体积的因素
1．在温度和压强一定时，决定物质体积大小的主要因素有：微粒的数目、微粒的大小、微粒间的距离。

2．根据表格中的数据完成下面填空：
3.出现上述结论的原因是什么？
(1)在温度和压强一定时，任何1 mol固态物质或液态物质所含微粒数相同。

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。

(2)对气态物质来说：通常情况下微粒之间的距离要比微粒本身的直径大很多倍，因此，当微粒数相同时，气态物质体积的大小则主要取决于气体微粒间的距离。

(3)温度和压强会较大程度地影响气体体积，当压强一定时，升高温度则微粒之间的距离变大，气体体积增大。

反之，体积缩小(即通常所说的热胀冷缩)；当温度一定时增大压强，微粒之间的距离减小，气体体积缩小。

(4)在温度和压强一定时，微粒间的距离近似相等，因此，在相同温度和压强下，任何具有相同微粒数的气体都具有大致相同的体积。

归纳总结
影响物质体积的因素
(1)决定物质体积的因素
(2)同温同压下，相同分子数目的气体具有大致相同的体积，与气体的种类无关。

1．气体的体积主要由以下哪些因素决定( )
①分子的直径②分子的相对分子质量③分子间的平均距离④气体的物质的量
A．①② B．②③
C．①③ D．③④
答案 D
解析气体粒子间距离较大，远远大于粒子的直径，所以粒子大小可以忽略不计，决定气体体积的因素主要为构成气体的粒子数(气体物质的量)和粒子间的距离，D正确。

二气体摩尔体积
1．气体摩尔体积是单位物质的量的气体所占的体积，符号是V m，单位是L·mol－1。

标准状况下(温度：273 K，压强：101 kPa)，气体摩尔体积约为22.4 L·mol－1。

2．对于气体摩尔体积的理解，应注意以下几点：
(1)气体摩尔体积的适用范围是气态物质。

(2)气体摩尔体积不仅适用于纯气体，也适用于混合气体。

如0.3 mol H2与0.7 mol O2的混合气在标准状况下的体积约为22.4 L。

(3)影响气体摩尔体积的外界条件是温度和压强。

(4)1 mol 气体在非标准状况下的体积，可能是22.4 L ，也可能不是22.4 L 。

(5)在使用22.4 L·mo l －1
这个量时要特别注意的问题是物质的状态和所处的状况。

3．物质的量(n )，气体体积(V )与气体摩尔体积(V m )之间的关系为n ＝V V m。

4．13.0 g 锌与足量的稀盐酸完全反应，最多可收集到多少体积(标准状况)的氢气？ 答案 4.48 L
解析 13.0 g 锌的物质的量为0.200 mol 。

Zn ＋ 2HCl === ZnCl 2 ＋ H 2↑ 1 mol 1 mol 0.200 mol n (H 2)
n (H 2)＝
0.200 mol×1 mol
1 mol
＝0.200 mol
V (H 2)＝n (H 2)·V m ＝0.200 mol×22.4 L·mol －1＝4.48 L
以上解题过程还可以简化为
Zn ＋ 2HCl === ZnCl 2 ＋ H 2↑ 1 mol 22.4 L 0.200 mol V (H 2)
V (H 2)＝
0.200 mol×22.4 L
1 mol
＝4.48 L
归纳总结
1．标准状况下的气体摩尔体积
2．标准状况下，气体摩尔体积的有关计算
(1)气体的物质的量n ＝V
22.4
mol ；
(2)气体的摩尔质量M ＝V m ·ρ＝22.4ρ g·mol －1
； (3)气体的粒子数N ＝n ·N A ＝
V
22.4
·N A ；
(4)气体的质量m＝n·M＝V
22.4
·M g。

3．阿伏加德罗定律(加试要求)
(1)内容：在相同温度和压强下，相同体积的任何气体，都含有相同数目的分子。

(2)适用对象：阿伏加德罗定律仅仅适用于气体，可以是单一气体，也可以是混合气体。

(3)理解：三同定一同，T、p、V→n，T、p、n→V，V、T、n→p等。

(4)推论：①同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比；
②同温同压下，气体的密度之比等于其摩尔质量之比；
③同温同体积的气体，其压强之比等于其物质的量之比。

4．在利用化学方程式计算时，应注意“上下单位一致，左右单位相当”。

2．下列叙述正确的是( )
A．1 mol任何气体的体积都为22.4 L
B．1 mol任何物质在标准状况下所占的体积都为22.4 L
C．标准状况下，1 mol水所占的体积是22.4 L
D．标准状况下，22.4 L任何气体的物质的量都是1 mol
答案 D
解析A项没有指明该物质所处的状况，即温度、压强，错误；B项没有指明该物质的状态，错误；C项水在标准状况下不是气体，错误；D项是对气体摩尔体积概念的应用，正确。

3．已知14.2 g X气体在标准状况下的体积是4.48 L，则X的气体的摩尔质量是( ) A．71 g B．71
C．71 g·mol－1D．142 g·mol－1
答案 C
解析标准状况下体积为4.48 L的气体，物质的量为4.48 L
22.4 L·mol－1
＝0.2 mol，则该气体的
摩尔质量为14.2 g
0.2 mol
＝71 g·mol－1，答案选C。

理解感悟在有关阿伏加德罗常数的正误判断题目中，常考查标准状况下的气体摩尔体积，常见问题有
(1)忽视外界条件是标准状况，如常温常压下，1 mol H2的体积不是22.4 L。

(2)忽视研究对象是气体，如标准状况下H2O、酒精、SO3等不是气体。

(3)将1 mol气体的体积与气体摩尔体积的单位混淆，前者单位为L，后者单位为L·mol－1。

1．气体摩尔体积(适用对象、影响条件、计算V m ＝V n
) 2．阿伏加德罗定律(内容、适用对象、推论)
1．只给出表中甲和乙对应的量，不能用来求物质的量的是( )
答案 C
2．设N A 表示阿伏加德罗常数，下列叙述中正确的是( ) A ．常温常压下，32 g 氧气和臭氧的混合气体中所含原子数为N A B ．标准状况下，1.8 g 的水中含有的电子数为N A C ．常温常压下，11.2 L 氧气所含的原子数为N A D ．10 g 氖气所含原子数约为6.02×1023
答案 B
解析 A 项，32 g 氧气与臭氧的混合物中含有O 原子的物质的量是32 g/16 g·mol －1
＝2 mol ，所以O 原子数是2N A ，错误；B 项，1.8 g 水的物质的量是0.1 mol,1个水分子中有10个电子，所以0.1 mol 水中含有的电子数是N A ，正确；C 项，常温常压下，气体摩尔体积不是22.4 L·mol －1
，所以11.2 L 氧气的物质的不是0.5 mol ，所含原子数不是N A ，错误；D 项，氖气是单原子分子，10 g 氖气的物质的量是0.5 mol ，所以所含原子数约为3.01×1023
，错误。

3．下列说法中，正确的是( )
A ．1 mol O 2和1 mol N 2所占的体积都约为22.4 L
B ．在标准状况下，H 2的气体摩尔体积约为22.4 L
C ．在标准状况下，1 mol H 2和1 mol H 2O 所占的体积都约为22.4 L
D ．在标准状况下，22.4 L 由N 2、N 2O 组成的混合气体中所含有的N 原子的物质的量约为2 mol 答案 D
解析 A 不正确，不明确外界的温度和压强，故无法确定1 mol 气体的体积，气体体积与气
体分子的种类无关；B 不正确，在标准状况下，任何气体的气体摩尔体积均约为22.4 L·mol
－1
；C 不正确，在标准状况下，H 2为气态，而H 2O 为固液混合态，1 mol H 2O 的体积要比1 mol
H 2的体积小得多；D 正确，每个N 2、N 2O 分子中均含有2个氮原子，故无论混合气体的组成比例如何，每个气体分子中都含有2个N 原子，则22.4 L 混合气体在标准状况下为1 mol ，N 原子的物质的量为2 mol 。

4．在标准状况下，w L 氮气含有x 个N 2分子，则阿伏加德罗常数可表示为( ) A ．wx mol －1
B ．22.4x mol －1
C ．22.4x /w mol －1
D ．22.4xw mol －1
答案 C
解析 标准状况下w L 的氮气的物质的量是w /22.4 mol ，含有的氮气分子的个数是w /22.4 mol×N A mol －1
＝x ，所以N A ＝22.4x /w mol －1。

5．现有m g 某气体，它由双原子分子构成，它的摩尔质量为M g·mol －1。

若阿伏加德罗常数用N A 表示，则：
(1)该气体的物质的量为 mol 。

(2)该气体所含原子总数为 个。

(3)该气体在标准状况下的体积为 L 。

(4)该气体在标准状况下的密度为 g·L －1。

(5)该气体一个分子的质量为 g 。

答案 (1)m M
(2)2mN A M
(3)22.4m M
(4)M 22.4 (5)M
N A
解析 (1)由n ＝m /M 可求。

(2)由物质的量可求得该气体的分子数，进一步可求得原子数。

(3)由V ＝nV m 可求得该气体在标准状况下的体积。

(4)由质量和已求得的标准状况下的体积可求得密度，也可以由M ＝V m ·ρ求得密度。

(5)由摩尔质量为M g·mol －1
知，每一个分子的质量为 M N A
g 。

6．(加试要求)相同条件下，同质量的X 、Y 两种气体，相对分子质量分别为A 、B ；则： (1)X 与Y 的体积比为 ，分子个数比为 ，密度比为 。

(2)相同条件下，X 、Y 两种气体体积相同，则X 与Y 的质量比为 ，物质的量比为 。

(3)标准状况下的甲烷和一氧化碳的混合气体8.96 L ，其质量为7.60 g ，则混合气体平均相对分子质量为 ；混合气体中甲烷的体积为 ；一氧化碳的质量为 。

答案 (1)B ∶A B ∶A A ∶B (2)A ∶B 1∶1 (3)19 6.72 L 2.8 g
解析 (1)二者的摩尔质量之比为A ∶B ，等质量时物质的量之比为B ∶A ，由阿伏加德罗定律可推出体积之比和分子数之比均为B ∶A ，密度之比为A ∶B 。

(2)相同条件下的X 、Y 两种气体体积相同，则X 、Y 的物质的量相同，故其质量比等于其摩尔质量之比A ∶B 。

(3)混合气体的物质的量为8.96 L 22.4 L·mol －1
＝0.4 mol ，M ＝m n ＝7.60 g 0.4 mol ＝19 g·mol －1
，平均相对分子质量为19，设CO 的物质的量为x ，则有：7.60 g ＝x ×28 g·mol －1
＋(0.4 mol －x )×16 g·mol －1
，求得x ＝0.1 mol 。

n (CH 4)＝0.3 mol ，V (CH 4)＝6.72 L ，m (CO)＝0.1 mol×28 g·mol －1
＝2.8 g 。

课时作业 [经典基础题]
1．常温常压下，气体体积的大小取决于( ) A ．分子的大小 B ．分子的质量 C ．分子的数目 D ．分子间的平均距离
答案 C
解析 在一定温度和压强下，气体分子间的平均距离一定，气体的体积大小是由气体的分子的数目决定的。

2．水的状态有气态、液态、固态，还有玻璃态。

玻璃态水是液态水急速冷却到165 K 时形成的，无固定形状，不存在晶体，且密度与普通水相同。

下列有关叙述正确的是( ) A ．当水结成冰时，水分子间的间距会减小，因而密度增大 B ．玻璃态水与液态水具有不同的化学性质 C ．玻璃态水是水的一种特殊状态 D ．纯净水与食盐水的冰点相同 答案 C
解析 当水结成冰时，水分子间的间距会增大，因而密度减小，A 错误；玻璃态水与液态水的组成都是水分子，化学性质相同，B 错误；水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态，这四种状态不同，所以玻璃态是水的一种特殊状态，C 正确；食盐水是混合物，与纯净水的冰点不同，D 错误。

3．下列物质中所含分子数最多的是( ) A ．4 ℃时，36 mL H 2O B ．常温常压下，28 g N 2 C ．含原子总数为15N A 的CH 4 D ．标准状况下，89.6 L He 答案 D
解析 A 项，4 ℃时，36 mL H 2O 的质量是36 g ，物质的量是2 mol ；B 项，28 g N 2的物质的
量是1 mol ；C 项，含原子总数为15N A 的CH 4的物质的量是15N A /5N A ＝3 mol ；D 项，标准状况下，89.6 L He 的物质的量是89.6 L/22.4 L·mol －1
＝4 mol ，所以物质的量最大的也是分子数最多的是He 。

4．如果a g 某气体中含有的分子数为b ，则c g 该气体在标准状况下的体积是(式中N A 为阿伏加德罗常数的值)( ) A.22.4ab
cN A L
B.22.4bc
aN A
L
C.
22.4ac
bN A
L D.
22.4b
acN A
L
答案 B
解析 设该气体的摩尔质量为M ，则a g·N A mol －1M ＝b ，所以M ＝aN A b
g·mol －1。

c g 该气体在
标准状况下的体积为
c g
aN A b
g·mol －1
×22.4 L·mol －1
＝22.4bc aN A
L 。

5．在标准状况下有：①6.72 L CH 4，②3.01×1023
个HCl 分子，③13.6 g H 2S ，④0.2 mol NH 3。

下列对这四种气体的描述正确的是( ) a ．体积②>③>①>④ b ．密度②>③>④>① c ．质量②>③>①>④ d ．氢原子个数①>③>④>② A ．abc B ．bcd C ．cbd D ．abcd
答案 D
解析 先把题中提供的量都分别转化为各物质的物质的量，然后再比较它们的体积、密度等。

标准状况下 6.72 L CH 4的物质的量为0.3 mol,3.01×1023
个HCl 分子的物质的量为0.5 mol,13.6 g H 2S 的物质的量为0.4 mol ，然后进行比较即可得出结论。

6．同温同压下，用等质量的CH 4、CO 2、O 2、SO 2四种气体分别吹出四个气球，其中气体为CH 4的是( )
答案 D
解析 在同温同压下，气体的物质的量越大，气体所占的体积就越大，对等质量的气体，其相对分子质量越小，气体的物质的量越大(n ＝m
M
)。

CH 4的相对分子质量为16，最小，相等质量的4种气体中，其物质的量最大，故其体积最大。

7．如图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( )
A ．原子数相等
B ．密度相等
C ．质量相等
D ．摩尔质量相等
答案 A
解析 由同温同压可得V m 相同，再由公式n ＝V V m
可得两瓶内分子的物质的量相同，又都是双原子分子，所以原子的物质的量相同，由原子个数之比等于其物质的量之比可得两瓶内分子所含原子数相同，A 项正确；两瓶内分子的物质的量相等，由m ＝nM ，M 不一定相等，故m 不一定相等，同时由ρ＝m V
也可得ρ不一定相等。

8．有一真空瓶质量为m 1，该瓶充入空气后质量为m 2。

在相同状况下，若改为充入某气体A 时，总质量为m 3，则A 的相对分子质量是( ) A.m 2m 1
×29 B.m 3m 1
×29 C.
m 3－m 1
m 2－m 1×29 D.
m 2－m 1
m 3－m 1
×29 答案 C
解析 由题意可知瓶中空气的质量是(m 2－m 1)，则空气的物质的量是
m 2－m 1
29
mol ，根据相同条
件下体积相同的任何气体的物质的量相同，判断充入A 气体时，则A 气体的物质的量也是
m 2－m 1
29
mol ，而A 气体的质量是(m 3－m 1)，所以A 气体的相对分子质量是
m 3－m 1m 2－m 129
＝29(m 3－m 1)
m 2－m 1。

[能力提升题]
9．(加试要求)(1)相同温度和压强下，现有等质量的SO 2和O 2。

二者体积比为 ，分子个数比为 ，密度比为 。

(2)同温同压下，同体积的甲烷(CH 4)和二氧化碳分子数之比为 ，物质的量之比为 ，原子总数之比为 ，质量之比为 ，密度之比为 。

答案 (1)1∶2 1∶2 2∶1 (2)1∶1 1∶1 5∶3 4∶11 4∶11
解析 (1)SO 2与O 2的摩尔质量之比为2∶1，等质量时，物质的量之比为1∶2，由阿伏加德罗定律可推出体积比和分子个数比均为1∶2，密度之比为2∶1。

(2)同温同压下，同体积CH 4、CO 2的物质的量相同，分子数相等，原子总数之比等于分子中原子个数之比，即5∶3；物质的量相等时，质量之比等于摩尔质量之比，即4∶11；相同状况下，气体密度之比等于相对
分子质量之比，即4∶11。

10．(1)9.03×1023个CH4中，含 mol碳原子， mol氢原子， mol 质子， mol电子。

与个NH3含有相同数目的氢原子。

(2)与17 g NH3所含有分子数相同的氧气的体积(标准状况)是 L。

(3)某3.65 g气体在标准状况下的体积是2.24 L，则其摩尔质量是。

(4)标准状况下9.03×1023个CH4所占的体积为。

答案(1)1.5 6 15 15 1.204×1024(或2N A)
(2)22.4 (3)36.5 g·mol－1(4)33.6 L
解析(1)n(CH4)＝N
N A ＝
9.03×1023
6.02×1023 mol－1
＝1.5 mol。

所以含有1.5 mol碳原子，6 mol氢原
子；由于每个CH4分子中含有10个质子和10个电子，所以含质子、电子的物质的量均为15 mol。

2 mol NH3中含有6 mol H原子，2 mol NH3的分子个数为2N A，即1.204×1024。

(2)17 g NH3
的物质的量为17 g
17 g·m ol－1
＝1 mol，故与17 g NH3所含有分子数目相同的O2为1 mol，标准
状况下体积为22.4 L。

(3)该3.65 g气体的物质的量为
2.24 L
22.4 L·mol－1
＝0.1 mol，故该气体
的摩尔质量为
3.65 g
0.1 mol
＝36.5 g·mol－1。

(4)9.03×1023个CH4所占的体积(标况下)：1.5
mol×22.4 L·mol－1＝33.6 L。

11．对一定量气体体积的探究。

已知1 mol不同气体在不同条件下的体积：
(1)从上表分析得出的结论：
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 。

(3)应用：在标准状况下，4 g O 2的体积为多少升？(写出计算过程) 答案 (1)①22.4 L ②不一定
(2)①气体分子数目相等 ②相同条件下，气体分子间的平均距离几乎相等
(3)V (O 2)＝n ×22.4 L·mol －1＝m M ×22.4 L·mol －1＝ 4 g 32 g·mol
－1×22.4 L·mol
－1
＝2.8 L 。

解析 (1)从表中的数据可以看出1 mol 任何气体在标准状况下，体积都约为22.4 L ；1 mol 不同气体，在不同条件下，体积不一定相同。

(2)因为在相同的温度和压强下，任何气体分子间的平均距离几乎相同且1 mol 气体的分子数目也相同，所以在相同条件下，1 mol 任何气体的体积几乎相等。

(3)4 g O 2的物质的量n (O 2)＝ 4 g
32 g·mol －1＝0.125 mol 。

在标准状况下
的体积为0.125 mol×22.4 L·mol －1
＝2.8 L 。

12．将50.7 g 碳酸钠、硫酸钠、氯化钠混合物分成两个等份。

一份加入足量的盐酸，产生气体在标准状况下的体积为1.12 L ；另一份加入足量的氯化钡溶液，过滤，得难溶性固体33.15 g 。

计算原混合物中碳酸钠、硫酸钠、氯化钠的物质的量。

答案 n (Na 2CO 3)＝0.1 mol
n (Na 2SO 4)＝0.2 mol n (NaCl)＝0.2 mol
解析 ①Na 2CO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2O ＋CO 2↑ 1 mol 22.4 L n (Na 2CO 3) 1.12 L
n (Na 2CO 3)＝
1.12 L×1 mol
22.4 L
＝0.05 mol ，
所以原混合物中n (Na 2CO 3)＝0.1 mol 。

②Na 2SO 4＋BaCl 2===BaSO 4↓＋2NaCl x mol x mol Na 2CO 3＋BaCl 2===BaCO 3↓＋2NaCl 0.05 mol 0.05 mol
233 g·mol －1
×x mol ＋197 g·mol －1
×0.05 mol＝33.15 g 。

x ＝0.1 mol
所以原混合物中含Na 2SO 4 0.2 mol 。

③n (NaCl)＝50.7 g －0.2 mol×142 g·mol －1
－0.1 mol×106 g·mol
－1
58.5 g·mol －1
＝0.2 mol 。