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阿伏伽德罗常数专题

来源:未知作者:陈岚 点击:所属专题: 专题
在物理学和化学中,有一个重要的常数叫阿伏伽德罗常数。NA=6.02205l023/摩尔。它表示1摩尔的任何物质所含的粒子数。在物理学和化学中,还有一常见的定律叫阿伏加德罗定律。内容为在同一温度、同一压强下,体积相同的任何气体所含的分子数都相等。这一定律是意大利物理

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在物理学和化学中,有一个重要的常数叫阿伏加德罗常数。NA=6.02205×1023/摩尔。它表示1摩尔的任何物质所含的粒子数。在物理学和化学中,还有一常见的定律叫阿伏加德罗定律。内容为在同一温度、同一压强下,体积相同的任何气体所含的分子数都相等。这一定律是意大利物理学家阿伏加德罗于1811年提出的。在19世纪,当它没有被科学界所确认和得到科学实验的验证之前,人们通常把它称为阿伏加德罗的分子假说。假说得到科学的验证,被确认为科学的真理后,人们才称它为阿伏加德罗定律。阿伏加德罗( AVOGADRO  1776 — 1856)在化学上的重大贡献是建立分子学说(包括阿伏伽德罗定律),为了纪念阿伏伽德罗的伟大功绩,一摩尔物质所含的分子数( 6.02 × 1023)被命名为阿伏加德罗常数为NA

阿伏加德罗常数和阿伏加德罗定律是《物质的量》章节中的精华,也是高考命题中的热点理论知识,在元素化合物知识、化学用语、物质结构及化学计算中体现得淋漓尽致,近十年来重现率达90%。

一、对阿伏加德罗常数的理解

1、阿伏加德罗常数是物质的量的基准:0.012kg12C所含的碳原子数为阿伏加德罗常数个,数值约为6.02×1023,物质的量为1mol。通过阿伏加德罗常数便将物质的量与粒子数联系起来,其数学表达式为N=n×NA。因相对原子质量的基准与物质的量的基准对象均为12C,故1mol 物质的质量若以克为单位,数值上等于构成该物质基本微粒的相对原子质量之和。

2、两个单位的关系:物质的量研究的对象为微观粒子,粒子数目的单位“个”与物质的量的单位“摩尔”的关系如同我们生活中的长度单位“米”与“光年”的关系,看似无关,实则同一性质,只是为使用的方便将其放大而已。日常生活中使用的长度单位为“米”,而在量度星球间的距离时用“米”则太小,使用极不方便,使用“光年”则方便,适用。粒子数目单位“个”,若放大阿伏加德罗常数倍,便为一定量粒子的集合,其物质的量为1mol,用来描述度量微粒数目较为方便。

二、对阿伏加德罗定律的理解

1、阿伏加德罗定律的内容:在同一温度、同一压强下,体积相同的任何气体所含的分子数都相等。对阿伏加德罗的运用时应注意以下四点:

① 研究对象:任何气体即物质的状态为气态,纯净气体或混合气体均可。

②标况下气体摩尔体积是该定律的特例。在温度为0℃,压强为101KPa下, 1mol 任何气体的体积约为22.4L,即标况气体的摩尔体积约为22.4L/mol。

③四个物理量(温度T、压强P、气体体积V、分子数N):同温、同压、若同体积则同分子数。同温、同压即约束为气体气体分子间平均间距相同,分子数同则气体体积相同

2、阿伏加德罗定律的推论:

阿伏加德罗定律:在同一温度、同一压强下,体积相同的任何气体所含的分子数都相等。即同温、同压、同体积、则物质的量(分子数)相同。其中的三个物理量相同便可推导第四个物理量相同。(简称为“三同”定“一同”),由此可推导出以下几个常用的阿伏加德罗定律的推论。

①同温、同压下,气体的体积之比等于分子数之比等于物质的量之比即V1:V2=N1:N2=N1:N2

②、同温、同压下,气体的密度之比等于式量之比。即D1:D2=M1:M2

③、同温、同体积,气体的压强之比等于分子数之比。即P1:P2=N1:N2

④、同温同压下,同体积的任何气体的质量比等于它们相对分子质量之比。即M1:M2=MR1:MR2

⑤、同温同压下,相同质量的任何气体的体积之比等于它们的相对分子质量的反比。即V1:V2= MR2: MR1

3、对阿伏加德罗定律及其推论的归纳

在阿伏加德罗定律的推论中涉及到较多的物理量,其中有正比关系也有反比关系,导致学生记忆困难,使用时容易混淆。

理想气体状态方程(PV=nRT,R为常数)将同学们出现的问题高度的统一起来,且非常和谐,便于记忆和使用。PV=nRT=RT,稍作变形可得PD = MRT,在这两个表达式中将推论中所有的物理量悉数体现。如所需两个物理量比例关系,书写出相应包含相关物理量的表达式,在其它物理量均相同的情况下(可做相应标记),从表达式中便可一览无余。

例:依照阿伏加德罗定律,下列叙述正确的是(C、D  )(1998全国)

A、同温同压下两种气体的体积之比等于摩尔质量之比

B、同温同压下两种气体的物质的量之比等于密度之比

C、同温同压下两种气体的摩尔质量之比等于密度之比
D、同温同体积下两种气体的物质的量之比等于压强之比

[解析]由理想气体状态方程PV=nRT可知,因T、P相同,PV=nRT,可知体积与物质的量呈正比,故A、B错。对于C 选项而言,涉及T、P、M、D, 由变形式P D = M RT可知M与D呈正比,故C对。对于D,PV=nRT,可n与P呈正比,故D对。

三、高考试题中有关阿伏加德罗常数的八大陷阱

陷阱之一:标准状况与常温、常压及气态和非气态的难辨性。

例1、设NA为阿伏加德罗常数,下列说法正确的是(D)

A.常温下11.2L 的甲烷气体所含分子数为0.5NA。(2007。上海。20)

B.标准状况下,5.6L 四氯化碳含有分子数为0.25NA。(2008。海南。5)

C.分子数为NA的CO、C2H4混合气体体积约为22.4L,质量为28 g。(2009。上海。12)

D.常温、常压下,48g O3含有的氧原子个数为3NA。(2003。江苏。14)

考查气体摩尔体积时,常用在标准状况下非气态的物质来迷惑考生。常有以下三种情况:

一是受“兄弟关系”的影响。如SO3就受SO2的影响,因SO2标况下是气体,于是很多同学定势思维认为SO3(熔点16.83℃,沸点(101.3KPa)44·8℃)也是气体。CH3Cl就常受CH2Cl2(液态)、CHCl3 (液态)、CCl4(液态)影响,认为CH3Cl(熔点: -97.7 3℃,沸点: -24.2℃)也是液体,在标況下不是气体。

二是受“蒸汽关系”的影响。如常见易挥发物质,我们习惯说水蒸汽、苯蒸汽、溴蒸汽等,于是学生便将这些物质认为在标况下是气态物质,容易受后缀影响。

三是受“溶液关系”的影响。如我们常常习惯说甲醛溶液,于是很多学生定势思维认为甲醛在标况是液态物质。其实甲醛是一种无色,有强烈刺激型气味的气体。只是易溶于水,溶液便于使用罢了。其沸点: -19.5 ℃,熔点: -118 ℃。

另外,说明气体摩尔体积也适用于混合气体。因为气体摩尔体积研究的对象是气体,而只有气体才与温度、压强有关。而质量、物质的量与温度、压强无关。

陷阱之二:物质组成的特殊性。

例2. 设NA为阿伏加德罗常数,数值约为6.02 × 1023,下列说法不正确的是(C)

A. 46g NO2和N2O4混合气体含有原子数为3NA 。(2004.上海.19)

B.由CO2和O2组成的混合物中共有NA分子,其中氧原子数为2NA。(2008.江苏.3)

C.9 g 重水所含的电子数为5NA 。(2004.天津理综.7)

D.14 g 乙烯和丙烯的混合物中总原子数为3NA。(2007.上海.20)

对于最简式相同的物质,质量相同,所含原子数相同。如同素异形体虽然它们的分子式不同,但只要总质量一定,其中所含的原子数就一定,与两者比例无关,对于其它同素异形体的混合物也是一样。最简式相同(也包括有机化学中的同分异构体)的物质,虽然它们的分子式不同,但它们的最简式相同,只要总质量一定,所含的原子数与两者比例无关。同分异构体的物质分子式相同所以只要总质量一定,所含的原子数也相同。?(C3H8O3、C7H8)

陷阱之三:化学反应的隐蔽性。

例3:设NA为阿伏加德罗常数,数值约为6.02 × 1023,下列说法正确的是(D)

A.5.6 g 铁粉与硝酸反应失去电子数为0.3 NA。(2007.上海.20)

B.常温常压下,4.6 g NO2气体含有1.81× 1023个NO2分子。(2007.广东.3)

C.1mol Cl2 与足量Fe反应,转移的电子数为3NA。(2008广东.10)

D.1mol Mg与足量O2或N2生成MgO或同Mg3N2均失去2NA个电子。(2004.上海.19)

很多反应与量有关,当量不确定或不准确时,所涉及的微粒数目就不确定;二氧化氮在常温下可以二聚为四氧化二氮,具有较高的隐蔽性。

陷阱之四:电子转移数目的难判断性。

例4.设NA为阿伏加德罗常数,数值约为6.02 × 1023,下列说法正确的是(D)

A.Na2O2与H2O反应生成1.12L O2(标准状况),反应中转移电子数为2×6.02 × 1022(2006.江苏.6)

B.在铜与硫的反应中,1mol 铜失去电子数2NA。(2002.上海.8)

C.7.1 g 氯气与足量NaOH溶液反应转移的电子数为0.2NA.(2004.天津理综.7)

D.在H2O2+Cl2=2HCl+O2反应中,每生成32 g 氧气,则转移2NA个电子。(2008.山东理综.13)

考查氧化还原反应中电子转移数目,特别是较为特殊的氧化还原反应如Na2O2与H2O、Cl2与NaOH等歧化反应;Cu与S、Fe与Cl2等有变价金属参加的反应;NaH与水反应生成氢气的特殊性。解题策略应该是首先书写出化学反应方程式,再用单线桥法进行标记,以弄清楚得失电子的本质。

陷阱之五:电化学基本知识的模糊性。

例5. 设NA为阿伏加德罗常数,数值约为6.02 × 1023,下列说法正确的是(C)

A.电解食盐水若产生2 g 氢气,则转移的电子数目为2NA。(2005.广东.3)

B.铜的电解精炼时,阳极上每转移2mol 电子时就溶解铜原子数NA个。

C.用铜作阳极电解稀硫酸溶液时,每生成1 mol 氢气时,阳极上就失去2NA个电子。

D.1mol OH在电解过程中被氧化时,提供的电子数目为NA个。

解答电化学题目时,首先应正确书写出电极方程式,利用电子守恒、质量守恒、电荷守恒进行判断。对氯碱工业、电解精炼铜等工业题应熟悉工业流程。

陷阱之六:物质结构的复杂性。

例6. 设NA为阿伏加德罗常数,数值约为6.02 × 1023,下列说法不正确的是(C)

A.32 g S8单质中含有的S—S键个数为6.02×1023(2006.江苏.6)

B.12.4g 白磷中含有磷原子数为0.4NA(2004北京理综)

C.常温常压下,1 mol 氦气含有的核外电子数为4NA。(1996全国)

D.0.1mol OHNA个电子。(2003上海)

常考查稀有气体He、Ne等单原子分子,Cl2、O2、N2等双原子分子及O3、P4等多原子分子;氢氧根、甲基、羟基等中的电子数;在判断中子数时,要清楚不同核素(如氕、D、T、等)的中子数及质子数、中子数、质量数的关系。

陷阱之七:电离与水解概念的混淆性和数据的缺失性。

例:设NA代表阿伏加德罗常数(NA=6.02 × 1023mol-1),下列说法一定正确的是(C)

A.1L 1mol/L 醋酸溶液中离子总数为2NA(2004上海)

B.0.1 mol·L-1稀硫酸100mL 中含有硫酸根个数为0.1NA。(2004北京理综)

C.一定温度下,1L0.50mol/L NH4Cl溶液与2L0.25mol/L NH4Cl溶液含NH4物质的量不同。

D.1L 浓度为1mol·L-1的Na2CO3溶液中含NA个CO32。(2008.江苏.3)

对于弱酸根或弱碱阳离子存在的晶体中,固态时是不电离和水解的,只有在水溶液中,才电离或水解,所以要注意溶液体系中成分的复杂性。但对于离子化合物无论是在溶液中还是晶体,都有离子,其区别只不过在于能否自由移动而已。因为电离的动力来自于两个方面,一是在溶液中受水分子的作用;二是熔融时受热能的作用,所以要注意有些物质在水溶液中、熔融状态下的电离是有区别的,如NaHSO4

陷阱之八:化学键数目的难计算性。

例1:设NA代表阿伏加德罗常数,数值约为6.02 × 10 23,下列说法正确的是(A 、B)

A.1mol C10H22分子中共价键总数为31NA。(2004.天津理综.7)

B.4.5 g SiO2晶体中含有的硅氧键数目为为0.3 × 6.02 × 1023。(2007.江苏.8)

C.室温下,8 g 甲烷含有共价键数为2NA。(2008.上海.9)

D.1mol 乙烷分子中含有8 NA个共价键。(2009.浙江.8)

无机物中常涉及SiO2、Si、P4、CO2等较为复杂的物质。有机物常涉及烷烃、烯烃、炔烃等。如烷烃(CnH2n+2)中:C―H键为:2n+2(与H原子数相同),C―C为:n―1(比C原子数少1),总键数为:3n+1;烯烃或环烷烃(CnH2n)中:C―H键为:2n,C=C视双键为两条单键为:n,总键数为:3n;炔烃(CnH2n―2)总键数为:3n―1。

(责任编辑:化学自习室)
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