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化學計量在實驗中的應用 【本講教育信息】 一. 教學內容： 化學計量在實驗中的應用 二、教學目標 掌握摩爾、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度和阿伏加德羅常數(shù)的含義； 根據(jù)物質的量與微粒（原子、分子、離子、電子等）數(shù)目、氣體體積（標準狀況）之間的關系進行計算； 了解配制一定物質的量濃度、一定質量分數(shù)的溶液的方法。 三、教學重點、難點 有關摩爾、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度、阿伏加德羅常數(shù)的基本計算； 有關物質的量濃度、質量分數(shù)和溶解度之間的復雜計算； 配制一定物質的量濃度溶液的方法及誤差分析。 四、教學過程： （一）相關概念： 　　物質的量是描述一定數(shù)目的微粒集體的物理量。符號用n表示，它的單位是摩爾，符號為mol； 　　摩爾是物質的量的單位，每摩爾物質含有阿伏加德羅常數(shù)個微粒；化學上把0.012kg12C所含碳原子數(shù)稱為阿伏加德羅常數(shù)，符號為NA，數(shù)值為6.021023，單位為mol－1 摩爾質量是指單位物質的量的物質所具有的質量。用符號M表示，單位為g/mol。 在標準狀況下，1mol的任何氣體所占的體積都約是22.4L，這個體積叫做氣體摩爾體積，符號：Vm，單位：Lmol－1。 以1L溶液里含有多少摩溶質來表示溶液組成的物理量，叫做物質的量濃度。符號： C 單位：molL－1 。 說明： 1、物質的量是國際單位制中七個基本物理量之一，科學上采用“物質的量”這個物理量把一定數(shù)目的原子、分子或離子等微觀粒子與可稱量的物質聯(lián)系起來。它是一個口頭上或書面表達上都不可分割的專用名詞，不可任意添減字，既是物質的質量，也是物質的數(shù)量。 2、使用摩爾做單位時，應該用化學式符號指明粒子種類，而不能用名稱。否則，概念模糊，意義不清。 3、應用阿伏加德羅常數(shù)NA時，必須注意以下幾點： ①狀態(tài)問題：如：水在標準狀態(tài)下為液態(tài)，SO3在標準狀態(tài)下為固態(tài)，在常溫常壓下為液態(tài)，碳原子數(shù)大于4的烴，在標準狀況下為固態(tài)或液態(tài)； ②特殊物質的摩爾質量：如：D2O、T2O、18O2等； ③分子中的原子數(shù)、電子數(shù)、中子數(shù)的計算； ④一些物質中化學鍵的數(shù)目； ⑤一些較復雜的反應中轉移的電子數(shù)目。 4、摩爾質量當以克為單位時在其數(shù)值上與該物質的相對原子（分子、離子）質量相同，但相對原子（分子、離子）質量沒有單位，而摩爾質量有單位。 5、決定物質體積的三要素為：微粒數(shù)的多少、微粒的大小以及微粒間的距離。由于在同一溫度和壓強下，微粒間的距離基本上是相同的。因此當物質所含微粒數(shù)相同即物質的量相同時，體積的大小由微粒的大小或分子間的距離決定。對于固體或液體，由于微粒間的距離很小，因此，固體或液體的體積由微粒的大小決定，對于不同的固體或液體，其微粒的大小也不一樣，因此在同條件下同物質的量的固體或液體的體積不一定相同。但對于氣體而言，氣體的體積主要由氣體分子間的距離決定，在溫度、壓強一定時氣體分子間的距離幾乎相同。因此，同條件下，同物質的量的氣體具有相同的氣體體積。 6、理解氣體摩爾體積時要注意：①它只適用于氣體（單一或混合氣體都可以）；②必須是標準狀況下（0℃，1.01105Pa）；③氣體的物質的量為１mol時，體積約為22.4L；④氣體摩爾體積不是固定不變的，它取決于氣體的溫度和壓強。 7、理解物質的量濃度時要注意：①1L是溶液的體積，不是溶劑的體積；②溶質的物質的量受體積影響；③溶液的物質的量濃度不受體積影響。 8、列表比較：物質的量、摩爾質量、摩爾體積和物質的量濃度 物質的量 摩爾質量 摩爾體積 物質的量濃度 概 念 表示含有一定數(shù)目微粒集體的物理量 單位物質的量的物質的質量 單位物質的量的氣體的體積 以單位體積溶液中所含溶質B的物質的量來表示溶液組成的物理量 符號 n M Vm CB 單位 mol 注 意 點 （1）物質的量是專有名詞，不能拆開，更不能理解成物質的質量 （2）物質的量既不表示個數(shù)，也不表示質量。是表示巨大數(shù)目的微粒集體 （1）與式量的比較：數(shù)值上相同，單位不同 （2）與1mol物質的質量的比較：數(shù)值上相同，單位不同 （1）標準狀況：0℃、1atm，即1.01105Pa （2）標準狀況下的氣體摩爾體積：約 （1）單位體積溶液不是單位體積溶劑，也不是1000克溶液 （2）溶質B的物質的量不是溶質質量 （3）取出某溶液的任意體積溶液，其物質的量濃度保持不變 9、阿伏加德羅定律：同溫同壓同體積的任何氣體具有相同的分子數(shù)。 注意點： （1）阿伏加德羅定律適用于任何氣體，包括混合氣體，但不能用于非氣體。 （2）同溫、同壓、同體積和同分子數(shù)，四“同”共同存在，相互制約，稱作“三同定一同”。 （3）同溫同壓下，氣體的分子數(shù)與其體積成正比。 （4）同溫同體積，壓強與其分子數(shù)成正比。 （二）有關摩爾、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度、阿伏加德羅常數(shù)的基本計算 有關物質的量、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度與質量、氣體體積、溶液的體積及微粒數(shù)之間的相互轉化關系，物質的量濃度與質量分數(shù)、溶液的密度或飽和溶液的溶解度之間的關系： 溶液的稀釋定律：溶液混合時有關物質的量濃度的計算 c1V1 + c2V2 = cV或c濃V濃=c稀V稀 說明： 1、質量與摩爾質量、微粒數(shù)與阿伏加德羅常數(shù)計算物質的量時與條件、狀態(tài)無關，滿足任何有關物質的量的計算；而氣體體積、氣體摩爾體積計算物質的量時必須是氣體，且狀態(tài)必須為標準狀態(tài)；通過物質的量濃度計算溶質的物質的量時必須是溶液，且體積必須是溶液的體積，單位是“L” 2、物質的量濃度與溶液的密度、質量分數(shù)之間存在一定的計算關系： 注意：計算過程中的單位換算 3、不同物質的量濃度溶液的混合計算 ①稀釋定律：c1V1=c2V2 ②混合后溶液體積不變c1Vl=c2V2=c（混）（V1＋V2） ③混合后溶液體積改變c1Vl＋c2V2=c（混）V（混）【V（混）=m（混）/ρ（混）】 4、標準狀況下求氣體溶解于水后所得溶液的物質的量濃度的計算 式中V為標準狀況下氣體體積（L），V（H2O）為溶劑水的體積（L），ρ為溶液的密度（g/cm3）。 5、溶液中微粒數(shù)目的計算： 當溶質是非電解質時，溶解過程中不電離，那么相同物質的量濃度、相同體積的溶液中都含有相同數(shù)目的溶質分子。當溶質是電解質時，情況比較復雜，強電解質完全電離，溶液中離子數(shù)目不僅與溶液濃度、體積有關，還與其分子組成有關；弱電解質部分電離，除與上述因素有關外，還與電離程度有關。 （三）配制一定質量分數(shù)、物質的量濃度的溶液： 溶質的質量分數(shù)：單位質量溶液中所含溶質的克數(shù)，其計算公式為：=m溶質/m溶液，其特點是：質量相同，質量分數(shù)也相同的任何溶液里，含有的溶質質量都相同。此濃度及計算適用于任何溶液（飽和溶液和不飽和溶液）。配制一定質量分數(shù)的溶液時，可先計算所需溶質的質量（或濃溶液的體積）和溶劑水的質量（或體積），稱量溶質的質量（或用量筒量取一定體積的濃溶液），然后將兩者混合均勻即可。 配制一定物質的量濃度的溶液時，需要用到的儀器主要有：一定規(guī)格的容量瓶、天平（含砝碼）、燒杯、玻璃棒、量筒、膠頭滴管、藥匙等。 實驗步驟 ①計算：求配制一定物質的量濃度的溶液所需溶質的質量（或濃溶液的體積）。 ②稱量：當用固體溶質配制溶液時，用托盤天平稱量一定質量的溶質；當溶質為液體或用濃溶液稀釋配制的溶液時，用滴定管或量筒量取溶質或濃溶液的體積。 ③溶解：在小燒杯中用蒸餾水將稱出的固體或量出的液體溶解或稀釋，用玻璃棒攪拌，加快溶解的速度。 ④轉移：將燒杯內的溶液冷卻后，用玻璃棒引流，將其緩緩注入容量瓶里，以防濺出。 ⑤洗滌：用蒸餾水將燒杯和玻璃棒洗滌2到3次，將洗滌液全部注入容量瓶里。 ⑥搖勻：將瓶中溶液振蕩均勻，不能將容量瓶顛倒振蕩，以免溶液沾附在瓶塞上，影響溶液的濃度。 ⑦定容：先向容量瓶中注入水，至液面離刻度線2－3cm處，再改用膠頭滴管向容量瓶中滴蒸餾水至凹液面的最低處正好與刻度線相切。 ⑧搖勻：定容后將容量瓶的玻璃塞塞緊瓶口，左手拿住瓶頸，食指頂住玻璃塞，右手握住瓶底反復顛倒搖勻。 ⑨裝瓶：將溶液裝入細口試劑瓶，貼好標簽，并在標簽上注明配制時間、濃度和試劑名稱。 說明： 　1、容量瓶使用的注意事項 ①據(jù)所配溶液的體積選取合適規(guī)格的容量瓶。 ②用前要檢查容量瓶是否漏水。 ③用前要先用蒸餾水洗滌容量瓶。 ④容量瓶中不能將固體或濃溶液直接溶解或稀釋，容量瓶也不能作為反應容器，不能長期儲存溶液。 ⑤在容量瓶的使用過程中，移動容量瓶，手應握在瓶頸刻度以上的部位，以免瓶內溶液受熱而發(fā)生體積變化，使溶液的濃度不準確。 2、物質的量濃度溶液的配制誤差分析： 根據(jù)C=n/V=m/（VM）判斷，分析時，要根據(jù)實際操作，弄清是“m”還是“V”引起的誤差，再具體分析。如： （1）若稱量固體溶質時，操作無誤，但所用砝碼生銹，m增大，結果所配溶液濃度偏高。 （2）若沒有洗滌燒杯內壁，使n減小，結果所配溶液濃度偏低。 （3）若容量瓶中有少量蒸餾水或定容后反復搖勻，發(fā)現(xiàn)液面低于刻度，則對結果無影響。 （4）容量瓶、滴定管、量筒讀數(shù)口訣：凹液面最低處、眼睛在兩邊，刻度在中間、三點成一水平線。而“俯視”、“仰視”的誤差依儀器而定。 “俯視”、“仰視”對配制一定物質的量濃度溶液結果的影響： ①仰視刻度線：由于操作時以刻度線為基準加水，故加水量偏大，導致溶液體積偏大，c偏低。 ②俯視刻度線：加水量偏小，溶液體積偏小，故c偏高。 【典型例題】 例1. 設NA表示阿伏加德羅常數(shù)，下列說法不正確的是： A、醋酸的摩爾質量與NA個醋酸分子的質量在數(shù)值上相等 B、NA個氧分子和NA個氫分子的質量比等于16：1 C、2.4g鎂變成鎂離子時，失去的電子數(shù)目為0.1NA D、17gNH3所含的原子數(shù)目為4NA，電子數(shù)目為10NA 解析：A中醋酸分子的摩爾質量是60g.mol－1，NA個醋酸分子的質量是60g，正確。B中NA個O2分子和NA個H2分子的質量比等于1 mol O2和1 mol H2的質量比，即32g：2g，正確。C中，因Mg－2e－=Mg2＋，故2.4g鎂應失去0.2 NA個電子，錯誤。D中17gNH3為1 mol NH3，1個NH3分子中有4個原子，10個電子，故D正確。 答案：C 例2. 設NA為阿伏加德羅常數(shù)，下列敘述中正確的是 　 A、80g硝酸銨含有的氮原子數(shù)為2NA B、1L 1mol/L的鹽酸溶液中，所含氯化氫的分子數(shù)為NA C、標準狀況下，11.2L四氯化碳所含分子數(shù)為0.5 NA D、在銅與硫的反應中，1mol銅失去的電子數(shù)為2 NA 解析：硝酸銨的摩爾質量為80gmol－1，根據(jù)質量與物質的量、摩爾質量之間的關系，可知：80g硝酸銨的物質的量為1mol，而每摩爾硝酸銨中含2mol氮原子，即氮原子數(shù)為2NA，故A正確；B中鹽酸溶液中不存在氯化氫分子；C中標準狀況下四氯化碳屬于液態(tài)，不能用氣體摩爾體積進行計算；D中硫與銅的反應生成硫化亞銅，每摩爾銅失去1mol電子，即失去電子數(shù)為NA，故B、C、D均不正確。 答案：A 例3. 將標準狀況下aL HCl氣體溶于1L水中，得到的鹽酸的密度為bg/cm3，則該鹽酸的物質的量濃度（mol/L）是 A、a/22.4 B、ab/22400 C、ab/（22400+36.5a） D、1000ab/（22400+36.5a） 解析：標準狀況下aL HCl氣體的物質的量為a/22.4mol，質量為36.5a/22.4g，溶液的體積等于溶液的質量/溶液的密度，而溶液的質量=溶質＋溶劑=（36.5a/22.4＋1000）g，因此，溶液的體積為：（36.5a/22.4＋1000）/ b（mL），由于計算溶質的物質的量濃度時溶液的體積單位必須是“L”，因此，溶液的體積=（36.5a/22.4＋1000）/ b10－3L。則根據(jù)物質的量濃度的計算公式可得：c=a/22.4/（36.5a/22.4＋1000）/ b10－3=1000ab/（22400+36.5a）。 也可以根據(jù)：標準狀況下求氣體溶解于水后所得溶液的物質的量濃度的計算。 式中V為標準狀況下氣體體積（L），V（H2O）為溶劑水的體積（L），ρ為溶液的密度（g/cm3）。將題給數(shù)據(jù)代入即得 答案：D 例4. 在一定量AgNO3溶液中逐滴加入某濃度的鹽酸，直到沉淀恰好完全為止。已知所形成溶液的質量等于原AgNO3溶液的質量，若已知該鹽酸溶液的密度為1.1g/cm3，則所加鹽酸中HCl的物質的量濃度為多少？ 解析：這是無數(shù)據(jù)計算題型，按題意可作如下分析： 即可將AgCl的式量看做原鹽酸的質量，那么（（HCl）=36.5g/143.5g100％=25.4％，再根據(jù)溶液的密度、質量分數(shù)與物質的量濃度之間的關系： 可得：cHCl=10001.1g/cm325.4%/36.5g/mol=7.65mol/L。 答案：7.65mol/L 例5. 實驗室配制480 mL 0.600 molL－1的NaCl溶液，有如下操作步驟： ①把稱量好的NaCl晶體放入小燒杯中，加適量蒸餾水溶解 ②把①所得溶液小心轉入500 mL容量瓶中 ③繼續(xù)向容量瓶中加蒸餾水至液面距刻度2—3 cm處，改用膠頭滴管小心滴加蒸餾水至溶液凹面底部與刻度線相切。 ④用少量蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒2—3次，每次洗滌的液體都小心轉入容量瓶，并輕輕搖勻。 ⑤將容量瓶塞塞緊，充分搖勻。 請?zhí)顚懴铝锌瞻祝? （1）操作步驟的正確順序為（填序號） 。 （2）實驗室有如下規(guī)格的容量瓶：100mL、250mL、500mL、1000mL，本實驗選用　　　 。 （3）本實驗用到的基本實驗儀器除容量瓶和玻璃棒外還有：　　　　　　　　??； （4）需要用到玻璃棒的操作有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，其作用為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （5）誤差分析（填偏高、偏低或無影響） ①稱量NaCl時，物碼倒置（1g以下用游碼）　　　　　?。? ②某同學俯視液面： 　　　　　　　　　　　　　　 ； ③沒有進行操作步驟④ 　　　　　　　　　　　　　 ； ④加蒸餾水時超過刻度線，立即用膠頭滴管將多余的水吸出 　　　　　　　　　 ； ⑤容量瓶中原有少量水 　　　　　　　　　　　　　　 。 解析：解答本題時要注意兩點：一是選擇儀器時不要有遺漏，可結合操作步驟進行排查；二是分析誤差時要結合：c=n/V，分別分析錯誤操作對n以及V的影響。 （1）實驗的操作步驟為：計算→稱量→溶解→轉移→洗滌→定容→搖勻，因此本題的順序為：①②④③⑤ （2）容量瓶的規(guī)格相對固定，當所配溶液的體積與容量瓶規(guī)格不符時，應選擇規(guī)格稍大的； （3）選擇儀器時要注意不能遺漏特別小的儀器。本題還需用到的儀器有：天平、藥匙、燒杯、膠頭滴管、量筒等； （4）溶液配制過程中的玻璃棒有兩種作用：溶解時攪拌加速溶解、轉移時起引流作用； （5）分析誤差時要結合：c=n/V，分析錯誤操作對n以及V的影響。 ①導致NaCl質量偏低，溶質的物質的量變小，所配溶液濃度偏低； ②俯視時液面低于刻度線，所配溶液的體積偏小，濃度偏高； ③沒有進行操作步驟④，則粘附在燒杯和玻璃棒上的液體就無法進入容量瓶中，導致溶質的物質的量減小，配得的溶液濃度偏低； ④超過刻度線后，溶液的體積增大，而溶質的物質的量沒有變化，因此所配溶液的濃度偏低； ⑤配制過程中就要向容量瓶中加水，因此，只要容量瓶洗滌干凈，容量瓶是否有水，對配制結果沒有影響。 答案：（1）①②④③⑤；（2）500mL （3）天平、藥匙、燒杯、膠頭滴管、量筒 （4）①②③④，①攪拌，促進溶解；②③④引流 （5）①偏低；②偏高；③偏低；④偏低；⑤ 無影響。