“物质的量”易错点辨析

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  一、正确理解物质的量
  1. 正确理解物质的量的概念
  物质的量是一个物理量,它表示含有一定数目粒子的集体。这个概念很抽象,打个比方有助理解。如果我们想了解一个学校的人数,可以先了解这个学校有多少个班级,如果规定一个班级60个人,自然可以推算出学校的人数。因此,在化学领域,科学家将阿伏加德罗常数(NA)个微粒(即0.012 kg 12C中所含的碳原子数,约6.02×1023)作为一个集体,称为1 mol。如10 mol Fe,可以理解为10个粒子的集体,就像一个学校有10个班级一样。
  特别注意的是,物质的量描述的是具体的微观粒子,如1摩尔水分子属于正确描述。然而1摩尔氧,就不正确,因为没有指明是氧分子还是氧原子。因此,描述物质的物质的量时,应注明微观粒子的符号或化学式。
  2. 注意区分物质的量和摩尔的关系
  两者之间是物理量和单位的关系。许多同学总是将两者混淆,比如某同学描述36 g H2O的摩尔是2 mol,这是一种错误的表达,应当描述为36 g H2O的物质的量是2 mol。物质的量和摩尔的关系,就像质量和千克的关系。
  
  二、微粒数目计算应注意的问题
  1. 注意阿伏加德罗常数的单位
  阿伏加德罗常数的单位是mol-1。例如,有同学计算0.5 mol H2O中含有的分子数N=n×NA=0.5 mol×6.02×1023= 3.01×1023个,这是不规范的表达。正确的计算应是N=0.5 mol×6.02×1023 mol-1= 3.01×1023。因此,计算题中不仅要注意数值的运算,也要注意单位间的运算。但应注意的是,一些试题为了便于表达,常用NA表示阿伏加德罗常数的数值。
  2. 区分微粒数目和微粒的物质的量
  例19 g H2O中含有的原子数目为。
  解析许多同学会回答1.5 mol。事实上,1.5 mol代表的是H2O分子中含有原子的物质的量,而原子数目应表示为1.5NA或9.03×1023。
  
  三、正确理解摩尔质量
  1. 区分摩尔质量和相对原子(分子)质量
  这两个物理量特别容易混淆,摩尔质量(M)的单位通常使用g·mol-1,而相对原子(分子)质量的单位是1,通常并不写出。且当摩尔质量(M)的单位使用g·mol-1时,物质的摩尔质量与其相对原子(分子)质量在数值上相等。
  2. SO3和SO32-两者摩尔质量为什么都是80 g·mol-1?
  SO3和SO32-两者差别在于核外电子数的不同,由于电子相对质量很小,因此摩尔质量的数值是由原子核的相对质量决定的。
  3. 单个微粒的质量与其摩尔质量之间的关系
  由于摩尔质量是1 mol微粒的质量,而1 mol物质含有阿伏加德罗常数个微粒,因此单个微粒的质量[m=M×1molNA]。你能计算出一个Fe原子的质量吗?
  4. 正确理解平均摩尔质量
  对于混合气体,可以计算其平均摩尔质量。依据摩尔质量的基本定义可推知平均摩尔质量[M=m总n总]。由于总质量[m总]等于各种成分的质量之和,因此平均摩尔质量也可表示为:
  [M=n1M1+n2M2+n3M3+……•n总=M1×n1n总+M2×n2n总+M3×n3n总+……•••]
  即平均摩尔质量([M])=混合物中各组分的摩尔质量与该组分的物质的量分数(若是气体组分可以是体积分数)的乘积之和。
  例2二氧化碳、氢气、氯气按体积比1 : 2 : 3混合,求混合气体的平均摩尔质量。
  解析同温同压下,气体的体积与物质的量成正比。
  [M=44 g⋅mol-1×16+2 g⋅mol-1×26+71 g⋅mol-1×36]
  [=43.5 g⋅mol-1]。
  
  四、正确理解气体摩尔体积
  1. 正确理解标准状况
  标准状况并不是指常温常压(25℃,101 kPa),而是特指0℃(273 K),常压(101 kPa)。这是因为温度和压强会直接影响物质的状态、微粒间的距离。需要注意的是,标准状况下,如H2O、SO3、CCl4、苯(C6H6)、乙醇(C2H5OH)等常见物质并非气态。
  2. 正确理解气体摩尔体积(Vm)的概念
  当气体的物质的量一定时,气体体积主要由分子间的距离决定。由于一定温度和压强下,气体分子间的距离是一定的。因此在一定温度和压强下,单位物质的量的任何气体所占的体积是一定的。实验测得,标准状况下,任何气体的摩尔体积都约为22.4 L·mol-1;常温常压下,任何气体的摩尔体积都约为24.5 L·mol-1。需要注意的是,由于是近似值,故只能用于近似计算,不能根据体积判断气体是否处于标准状况。
  3. 标准状况下气体密度与摩尔质量的关系
  如果设某气体在标准状况下的密度为[ρ]g·L-1,则该气体的摩尔质量可表示为:
  M=ρ g·L-1×22.4 L·mol-1=22.4ρ g·mol-1
  由上式还可以看出:相同状况下,不同气体的密度与摩尔质量成正比,即[ρ1ρ2=M1M2]。该结论可以帮助同学们理解气体相对密度的概念。例如同温同压,N2相对H2的密度是14。这是因为同温同压下,N2的摩尔质量是H2的14倍。
  
  五、正确理解物质的量浓度
  1. 区分气体摩尔体积与物质的量浓度的单位
  由于定义不同,气体摩尔体积的单位为L·mol-1,物质的量浓度的单位为mol·L-1。特别注意两个物理量都出现了体积,但是前者是气体的体积,后者是溶液的体积。
  2. 将溶质的质量分数换算成溶质的物质的量浓度
  设某溶液的密度为ρg·mL-1,溶质的质量分数w,溶质的摩尔质量为M g·mol-1,则溶质的物质的量浓度可表示为:
  [c=1000mL×ρg⋅mL-1×wMg⋅mol-11L=1000ρwMmol⋅L-1]
  3. 可溶性气体溶于水所得溶液溶质的物质的量浓度的计算
  例3标准状况下,将a L HCl气体溶于V L水中,所得溶液密度为ρ g·cm-3,请计算此溶液的物质的量浓度。
  错解[c=a22.4molVL=a22.4Vmol⋅L-1]。
  分析计算物质的量浓度时体积应为溶液体积,而题中V L是指溶剂水的体积。
  正解[c=n(溶质)V(溶液)=a22.4a22.4×36.5+1000Vρ×1000mol⋅L-1]
  [=1000ρa36.5a+22400Vmol⋅L-1]。
  思考你能求出所得溶液溶质的质量分数吗?
  
  六、物质的量在化学方程式计算中的应用
  初中化学常利用化学方程式中各物质之间的质量关系进行计算,如①。在今后的学习中,我们更多的会利用各物质之间的物质的量关系进行计算,如②。如果气体体积折算成了标准状况,则该反应中各物质之间的比例关系也可以表示为③。
  2H2 + O2[点然]2H2O
  ①4 g 32 g36 g
  ② 2 mol1 mol 2 mol
  ③ 2 mol22.4 L 36 g
  例4标准状况下,42 g NaHCO3与足量稀硫酸反应,请计算反应生成的CO2的体积。
  错解以下是某同学的计算过程的一部分,你能发现哪里有问题吗?
  2NaHCO3 +H2SO4 = Na2SO4 + 2CO2↑+ 2H2O
  2 mol2 L
  [42g2×84g⋅mol-1] V( CO2 )
  V( CO2 )= [42g×2L2×84g⋅mol-1×2mol=0.25L]
  分析该同学计算过程中有两处错误。其一,NaHCO3和CO2的比例关系是错的,两者的关系应为2 mol : 2 mol或2 mol : 44.8 L。其二,在计算NaHCO3的物质的量的时候,受化学方程式中NaHCO3计量数的影响,NaHCO3的摩尔质量代入错误。
  正解2NaHCO3 + H2SO4 =Na2SO4 +2CO2↑ +2H2O
  2 mol 44.8 L
   [42g84g⋅mol-1]V( CO2 )
  V( CO2 )= [42g×44.8L84g⋅mol-1×2mol=11.2L]。
  点评为了避免计算过程中出现错误,建议同学们将题干中的数据都转化为物质的量,利用物质间的物质的量关系进行计算。
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