2009-09-10_1-2-化学计量在实验中的应用

第1页共5页1-2-化学计量在实验中的应用一、物质的量单位——摩尔【知识精析】一、物质的量(n)物质的量是一个表示含有一定数目粒子集体的物理量，是国际单位制(SI)中7个基本物理量之一，和“质量”、“长度”、“时间”、“电流强度”、“热力学温度”、“发光强度”一样，是一个专用名词。注意：1、不能将物质的量按字面理解成物质的质量或物质的数量，四个字是一个整体，不能任意删减或添加字，如“物质量”就是错误叙述，也不能用其他的词代替，如“摩尔数”也是错误表述；2、“粒子集体”的粒子指原子、分子、离子、电子、质子和中子等微观粒子或某些结构微粒的特定组合，不指宏观物质。二、摩尔(mo1)1、摩尔是物质的量的单位，简称摩，符号为mol。就像“千克(kg)”、“米(m)”、“秒(s)”、“安[培](A)”、“开[尔文](K)”、“坎[德拉](cd)”(各单位名称、符号与上述物理量分别对应)一样，是7个国际基本单位之一，是人为规定的。1mol物质含有阿伏加德罗常数个粒子。2、摩尔的度量对象是构成物质的基本粒子，这里的“粒子”是指构成物质的“基本单元”，这个基本单元可以是分子、原子、离子、质子、中子、电子等单一结构的微观粒子，如可以说1molCaCl2中含有1molCa2+、2molCl—或含有54mole—等；也可以是某些粒子的特定组合，如由Na+与Cl—按1∶1特定组合构成的NaCl晶体可表示为1molNaCl。摩尔只适用于微观概念，不能度量宏观物质。3、由于构成物质的粒子种类很多，使用摩尔表示物质的量时，必须指明粒子的名称或符号或化学式。如lmolH、1molH2、1molH+，但说“1mol氢”就不对了，因为没指明具体是什么粒子，含义不明确。三、阿伏加德罗常数(NA)第2页共5页1、1mol任何粒子的粒子数叫做阿伏加德罗常数。这一单位是以0.012Kg12C所含碳原子数为基本计量标准来计量的。阿伏加德罗常数的符号为NA，单位是mol—1。它的实验值随测定方法的不同而不完全相同，通常使用NA≈6.02×1023mol—1这个近似值。2、6.02×1023mol—1是阿伏加德罗常数较为精确的近似值，与阿伏加德罗常数之间不能划等号，就像3.14与π的关系。运用这一知识时只能说含有阿伏加德罗常数个粒子的物质的量为lmol。如果某粒子集体含有6.02×1023个该粒子，我们通常认为其物质的量就是1mol。3、根据概念，6.02×1023mol—1。这个量的来历为：kg10993.1mol/kg012.026。其中，1.993×10—26为一个12C原子的质量。4、n=N/NA(式中，N表示粒子数目)，通过这个式子可以：物质的量等于粒子数目与阿伏加德罗常数之比。四、摩尔质量(M)单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量，即M=m/n。摩尔质量的符号为M，常用的单位为g/mol或kg/mol。1、摩尔质量在数值上等于其相对分子质量或相对原子质量(以克为单位时)。如：(1)1mol原子、lmol简单离子的质量在数值上等于其相对原子质量。如Fe的摩尔质量为56g/mol，Fe2+和Fe3+的摩尔质量也是56g/mol(电子的质量忽略不计)。(2)多原子单质或化合物的摩尔质量在数值上等于其相对分子质量。(3)原子团、有机物基团的摩尔质量在数值上等于其相对分子质量。如NH4+、H2PO4—、OH—的摩尔质量分别为18g/mol、97g/mol和17g/mol。2、1mol物质的质量与摩尔质量既有区别又有联系。因为两者在数值上相等，都等于物质的相对分子质量，而单位不一样。如NaCl的摩尔质量为58.5g/mol，1molNaCl的质量为58.5g。3、混合物只要组成一定，那么1mol混合物的质量，就是该混合物的平均摩尔质量，在数值上等于该混合物的平均相对分子质量。五、物质的量在化学计算中的典型应用1、化学方程式中，反应前后各物质的粒子个数之比等于粒子的物质的量之比、等于化学方程式中的化学计量数之比。2、在根据化学方程式列比例计算时，同一物质的单位必须相同，不同物质的单位可以不同，但要保持“上下相同，左右相当”的原则。六、阿伏加德罗常数的测定方法（摩尔体积法）*1、实验原理：6A10ρ32/aMVVNm。其中，Vm为摩尔体积，V为粒子体积。M为NaCl晶体的摩尔质量(g/mol)，a为NaCl晶体中Na+和Cl—离子间的距离，ρ(g/cm3)为NaCl晶体的密度。2、实验方法：离子晶体中的阴、阳离子是有规律排列的，X射线衍射测得氯化钠的晶体中靠得最近的Na+和Cl—间的距离a=2.8×10—10m，借助这一数据，测得氯化钠晶体的密度ρ。3、操作步骤：(1)用天平精确称量一定质量(m)的氯化钠固体，并装入一定容积的容量瓶中；(2)向酸式滴定管中加入有机溶剂苯，调整液面到一定刻度；(3)向容量瓶中加入有机溶剂苯，并适当摇动容量瓶，直到凹液面与刻度线相切；(4)读取并记录所滴加苯的体积。4、数据处理：(1)容量瓶的容积减去所加苯的体积即为mgNaCl晶体的体积，从而计算出NaCl晶体的密度ρ；(2)阿伏加德罗常数的值等于1molNaCl晶体中所含NaCl单元的数目。在NaCl晶体结构中，最小的立方体相当于第3页共5页1/2个NaCl单元，体积为a3m3。又因为lmolNaCl晶体的体积为3mρ610MVm，所以，阿伏加德罗常数6A10ρ32/aMVVNm。二、气体摩尔体积【知识精析】一、气体摩尔体积(Vm)1、单位物质的量气体所占的体积叫做气体摩尔体积，气体摩尔体积的符号为Vm，即Vm=V/n，气体摩尔体积的常用单位有L/mol和m3/mol。2、理解和使用气体摩尔体积时要注意：(1)对象是气体(包括混合气体)；(2)衡量标准是单位物质的量；(3)推论：在标准状况下，lmol任何气体所占的体积都约是22.4L，因此，标准状况下的气体摩尔体积约为22.4L/mol，是特定条件下的气体摩尔体积。其他条件下也可能出现气体摩尔体积约为22.4L/mol的情况；(4)标准状况下，还有下述等式：Vm(L/mol)=M(g/mol)/ρ(g/L)。二、决定物质体积大小的因素物质的体积大小决定于以下三个因素：粒子的数目、大小以及粒子间的距离。1、对于固体和液体来说，构成物质的粒子本身的大小比粒子间的距离大得多，所以固体和液体的体积主要取决于粒子的数目和粒子本身的大小；又由于不同的固、液体中，构成物质的粒子本身的大小有较大的差异，所以即使构成物质的粒子数相同，体积相差也较大。2、对于气体来说，由于气体的体积受外界条件(如温度、压强)的影响较大(气体体积主要由分子间距离决定)，所以在讨论气体体积之前规定一个统一的标准，即要在一定的温度和压强下比较。三、阿伏加德罗定律及推论1、在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子，这就是阿伏加德罗定律。注意：①使用范围：气体；②使用条件：同温、同压、同体积；③特例：气体摩尔体积。2、推论：使用理想气体状态方程式pV=nRT理解。(RTpMρ)四、有关气体反应的计算在化学反应方程式中，对于气体物质，在同温同压下，其体积之比等于物质的量之比，等于化学方程式中化学计量数之比。五、气体密度(ρ)和相对密度(D)的计算1、标准状况：)L/mol(4.22)g/mol(MVMρm2、气体的相对密度：D=ρA/ρB=MA/MB六、气体的相对分子质量(Mr)的计算方法第4页共5页1、已知标准状况下气体密度ρ，M=ρ×22.4L/mol，Mr=Mmol/g。2、已知两种气体的相对密度D，Mr(A)=D·Mr(B)。3、混合气体的平均相对分子质量(Mr)：Mr=∑m/∑n=(nlM1+n2M2+…)/(n1+n2+…)=MA·a％+MB·b％+…。(a％、b％…为A、B…的体积分数)。4、根据阿伏加德罗定律计算：MA/MB=mA/mB(同T、p、V)。三、物质的量在化学实验中的应用【知识精析】一、物质的量浓度以单位体积的溶液中所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量，叫做溶质B的物质的量浓度。物质的量浓度的符号为c(B)，常用单位是mol/L或mol/m3。计算公式为：c(B)=n(B)/V。其中n(B)为溶质的物质的量(mo1)，V为溶液的体积(L)。注意：1、要用溶液的体积(单位是升)，而不是溶剂的体积。2、溶质一定要用“物质的量”来表示。如给出的已知条件是溶质的质量或气体的体积(标准状况下)或粒子数，应根据有关公式换算为“物质的量”。3、能发生化学变化的情况中，注意“溶质”是溶液中的溶质，可以是化合物，也可以是离子或其他特定组合。如Na2O加入水中，溶液中的溶质为NaOH而不是Na2O。4、带有结晶水的物质作为溶质时，其“物质的量”的计算，应该用带有结晶水物质的质量除以带有结晶水物质的摩尔质量即可。5、同一溶液，无论取出多大体积，其各种浓度(物质的量浓度、溶质的质量分数、离子浓度)均不变。6、物质的量浓度与溶质的质量分数之间的换算关系为：c(mol/L)=1000ρ×w％/M，其中c为物质的量浓度，w％为溶质的质量分数，ρ为溶液的密度(单位为g/mL)，M为溶质的摩尔质量。饱和溶液中，溶质的质量分数与溶质的溶解度的换算关系为：w(B)=[S/(100+S)]×100％。二、关于溶液的稀释与混合计算1、溶液的稀释计算：总的计算宗旨是溶液在稀释前后，溶质物质的量守恒。即clV1=c2V2，c1、V1是稀释前溶液的浓度和体积，c2、V2是稀释后溶液的浓度和体积，注意：在没有说明情况下，V2≠V1+V水。2、同种溶质不同浓度的两溶液混合计算：计算的依据仍是混合前后溶质守恒，即clVl+c2V2=c3V3，cl、c2、V1、V2是混合前两溶液的浓度和体积，c3、V3是混合后溶液的浓度和体积。322113ρρVρVV，当浓度接近时，V3≈V1+V2。三、关于气体溶于水所得溶液物质的量浓度的计算1、一定体积气体溶于一定体积水所得溶液物质的量浓度。首先求气体的物质的量n气=V/Vm，再求形成溶液的浓度c=n气/V液，其中V液不是水的体积，V液=液气气水水ρMnρV2、一定量气体溶于足量水中发生反应形成一定体积的溶液时，求溶液物质的量浓度。首先求一定量气第5页共5页体溶于水形成的溶质物质的量，再计算形成溶液的体积，最后求出溶液的浓度。四、一定物质的量浓度溶液的配制1、主要仪器：量筒、托盘天平(砝码)、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、容量瓶。2、方法步骤：计算(固体溶质的质量或液体溶质的体积)、称量(称固体溶质的质量或量液体溶质的体积)、溶解或稀释、移液(将溶解或稀释的溶液用玻璃棒小心地转入容量瓶中)、洗涤、振荡、定容、摇匀、装瓶(贴标签)。3、注意事项：(1)只能配制容量瓶上规定容积的溶液，即不能配制任意体积的一定量的物质的量浓度的溶液；(2)不能用容量瓶溶解、稀释或久贮溶液，转入容量瓶中的溶液温度应在20℃左右；(3)拿容量瓶时，手指应持在瓶颈刻度以上部分，以免手温的影响，使配制的溶液浓度偏低；(4)如果加水定容时超过了刻度线，不能将超出的部分再吸走，必须重新配制，否则会使配制的溶液浓度偏低；(5)如果不小心(摇匀时)洒出几滴，不能再补加水到刻度，必须重新配制，否则会使配制的溶液浓度偏低：(6)溶质溶解再转移至容量瓶后，必须用少量蒸馏水洗涤烧杯内壁及玻棒2～3次，并将洗液一并转入容量瓶中，否则会造成所配溶液的浓度偏低；(7)用胶头滴管定容到凹液面正好与刻度线相切时，盖上瓶塞后振荡，出现液面低于刻度线时不要再加水，否则会使所配溶液浓度偏低。五、有关计算1、溶液中粒子数目的计算：当溶质是非电解质时，溶解过程中不电离，那么，相同物质的量浓度、相同体积的溶液中都含有相同的分子数。当溶质是电解质时，强电解质完全电离，溶液中的离子数目不仅与溶液浓度、体积有关，还与其组成有关，如1mol/LK2SO4溶液中K+浓度为2mol/L，SO42—浓度为1mol/L。弱电解质部分电离，除上述因素外，还与其电离程度有关。2、根据化学方程式的计算