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气体摩尔体积概念的理解和释疑

来源:山西省壶关县第一中学作者:祝其君 点击:所属专题: 气体摩尔体积
单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积,即 V m =V/n 。 V m 的单位是 L/mol 或 m 3 /mol (前者常用)。高一课本上 V m =22.4L/mol ,是特定条件——标准状况下气体摩尔体积。这个概念可以从四个方面理解: ⑴ 研究范围——气体 标准状况时的压强和温度是外界

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单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积,即Vm=V/n。Vm的单位是L/mol或m3/mol(前者常用)。高一课本上Vm=22.4L/mol,是特定条件——标准状况下气体摩尔体积。这个概念可以从四个方面理解:

⑴研究范围——气体

标准状况时的压强和温度是外界条件,也是物质本身的性质(气体与外界处于平衡),所以只有物质在0℃,能自身产生1.01×105Pa的压强(内压)才是概念所研究的范围。符合此条件的只有标准状况时呈气态的物质,而不能是固体或液体。如H2、O2、CO、CH4等就是研究的范围,SO3、Br2蒸气或I2蒸气等则不是研究的范围。

⑵外界条件——标准状况

气体的体积取决于分子数目的多少和分子间的平均距离。当气体的物质的量一定时,分子间的平均距离取决于温度和压强。而在一定的温度和压强下,不同气体分子间的平均距离几乎是相等的。因此要比较一定物质的量的气体体积的大小,必须在相同的温度、压强下才有意义。

⑶物质的量——1mol

在标准状况下,气体的体积与气体的物质的量成正比。气体的物质的量越多,气体的体积越大,所以要规定气体的物质的量为1mol。

⑷体积大小——约22.4L

在标准状况下,1mol 任何气体的体积都约为某一定值——22.4L。为什么会“约”呢?原来分子间的距离虽然很大(约为分子大小的10倍),但气体不是静止的,而是以大小不同的速度沿各个方向运动,在运动中频繁地发生碰撞(例如在标准状况下,一个空气分子在一秒钟内与其它分子碰撞65亿次之多),从而使每个分子运动速度的大小和方向都在发生变化,即大量气体分子运动是混乱和无序的。由于实际气体存在分子间作用力(在分子间距变小时,有的还会生成氢键)而且不同气体分子间作用力和分子大小、质量有差异,这样就造成了不同气体分子间的平均距离在相同温度、压强下不可能完全相等,而是稍有不同。即在标准状况下,1mol 不同气体的体积不会完全相等,而是接近一个定值——22.4L。一般来说,沸点很低的气体如H2、O2、N2等气体偏差小,非常接近22.4L;但沸点稍高,易液化的气体如CO2、Cl2、NH3、SO2则偏差较大(体积分别为22.3L、22.1L、22.05L、21.9L)考虑到气体摩尔体积的实际应用价值,就将气体摩尔体积大小定为约22.4L。

2、气体摩尔体积与阿伏加德罗定律有什么区别和联系?

气体摩尔体积的概念可归纳为一个对象——气体,五定——定温(0℃)、定压(1.01×105Pa),定物质的量(1mol)、定体积(约22.4L)、定分子数(约6.02×1023)。阿伏加德罗律可归纳为一个对象——气体,五同:同温、同压、同体积、同分子数、同物质的量。见下表,


研究对象

温度

压强

气体体积

气体分子数

物质的量

标况下气体摩尔体积

气体

0℃

1.0×105Pa

约22.4L

约6.02×1023

1mol

阿伏加德罗定律

气体

相同

相同

相同

相同

相同

由上表可以看出:五定和五同是一一对应的,它们都反映了在一定温度、压强下气体的体积与物质的量(或分子数)之间的关系。进一步分析可知,标准状况下气体摩尔体积的要求严格,都为特定值,而阿伏加德罗定律的要求则较宽,只要相同就行了。由此可以看出,标准状况下气体摩尔体积是阿伏加德罗定律中的一种特殊情况,即标准状况下气体摩尔体积是阿伏加德罗定律的特例。阿伏加德罗定律实质上是气体摩尔体积由狭义到广义的推广。

3、为什么有气体摩尔体积,而不讲固体摩尔体积和液体摩尔体积?

在0℃、1.01×105Pa时,1mol 任何气体的体积都约为22.4L,而1mol 的固体和液体的体积却各不相同,所以讲固体摩尔体积和液体摩尔体积无实际意义。

4、是不是1mol 气体只有在标准状况下的体积才约是22.4L?

不是。一定物质的量的气体,在压强一定时,体积与热力学温度成正比;在温度一定时,体积与压强成反比,且有关系式:气体摩尔体积概念的理解和释疑(其中P为压强、V(为气体体积)、T为热力学温度),所以1mol 任何气体在热力学温度和压强变化相同倍数的情况下,其体积也可以为22.4L。

5、标准状况下气体摩尔体积与1mol 气体的体积有什么不同?

标准状况下气体摩尔体积数值上等于1mol 气体占有的体积,两者意义不同,而且前者单位为L/mol,后者单位为L。

6、气体摩尔体积Vm和22.4L/mol有什么关系?

气体摩尔体积Vm是单位物质的量的气体所占有的体积,是广义的气体摩尔体积,即无论在什么温度和压强下1mol 气体所占的体积。而22.4L/mol是气体摩尔体积的特例,即在特定条件下(标准状况下)气体摩尔体积,只适合在0℃,1.01×105Pa下使用,而在非标准状况下就不一定是22.4L/mol,要视温度和压强的大小。

7、气体摩尔体积适用范围是什么?

气体摩尔体积适用于单一气体或混合气体,这些气必须能独立存在,而且相互之间不能发生化学反应。

(责任编辑:化学自习室)
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