气体摩尔体积
1 个 C 原子？ g NA 个 C 原子
12g
NA 个 O2 分子
NA 个 H2O 分子
NA 个 CO2 原子
32g
18g
44g
1 个 O2 分子
1 个 H2O 分子
1 个 CO2 分子
Ø
对“物质的量”的初步认识
Ø
对“物体”认识的一般思路
Atkins 在他著名的《物理化学》教材的开篇中就说了这么一句话：
当人们认识一个物体时，首先想到的就是，它有多重？它有多大？
m = nM
n
<
V = nVm
Vm = ？
Ø
比较 1mol 下列物质的体积，你能得出怎样的结论？
1mol 物质的体积与原子的大小有关
Li Na K Rb
M(g·mol-1) 6.9 23 39 85.5
密度 (g·cm-3)
0.534 0.97 0.86 1.53
1mol 物质的
体积（ cm3 ）
Na K
RbLi
13.0 23.7 45.3 55.9
相对体积大小
K RbNa
Li
Ø
可是同样是 1molC ，它们的体积却各不相同？
石墨 金刚石 石墨烯
M(g/mol) 12 12 12
密度 (g/cm3)
2.22 3.51 1.68
1mol 物质的体积
（ cm3 ）
5.41
3.42
1mol 物质的体积还与原子的排列方式有关
7.14
Ø
比较 1mol 下列物质的体积，你能得出怎样的结论？
1mol 物质的体积与原子的大小有关
Li Na K Rb
M(g·mol-1) 6.9 23 39 85.5
密度 (g·cm-3)
0.534 0.97 0.86 1.53
1mol 物质的
体积（ cm3 ）
Na K
Rb
Li
13.0 23.7 45.3 55.9
相对体积大小
K RbNa
Li
前提：这些金属原子的排列方式相同！
Ø
比较 1mol 下列物质的体积，你能得出怎样的结论？
H2O
CH3CH2O
H
CCl4
M(g/mol) 18 46 154
密度 (g/cm3) 1 0.79 1.59
1mol 物质的体积
（ cm3 ）
18 58.2 96.8
1mol 物质的体积与分子的大小有关
分子的大小与所含原子的大小和数目有关
Ø
比较 1mol 下列物质的体积，你能得出怎样的结论？
物质 M(g/mol)
标准状况下
密度 (g/L)
1mol 物质的
体积（ L ）
2 0.0899
28 1.250
32 1.429
44 1.977
22.4
22.4
22.4
22.3
H2
N2
O2
CO2
CO
1mol 气态的物质所具有的体积在相同条件下是相同的！
Ø
对气体摩尔体积的一般阐述
① 单位物质的量的气体所占有的体积
② 符号： Vm
③ 表达式 :
④ 标准状况： Vm
=
22.4 L·mol-1
物质
质量 (g) ρ(g/L) V(L)
H2 0.5 0.0899
O2 6.4 1.429
HCl 18.25 1.629
CO2 13.2 1.977
例 1 计算标准状况下下列气体的体积
5.6
4.48
11.2
6.72
V = nVm
m
V
n
N
Ø
几个物理量之间的关系：
( 气体 )
m=nM N=nNA
V=nVm
m=ρV
标准状态下
22.4L/mol
Ø
观察与思考
为什么 1mol 固体或液体的体积各不相同？
1mol 气体在相同条件下所具有的体积相同？
固体或液体中：
微粒之间是紧密排列的
气体中：
微粒之间彼此远离！
1mol 气体所占有的体积与一定条件下分子间的平均距离有关
1mol 固体的体积与微粒的大小和微粒的排列方式有关
1mol 液体的体积与微粒的大小有关
Ø
观察与思考
请估算在气态时，微粒间的距离大约是微粒处于固态或液态时的多少倍
？
H2O( 固 ) H2O ( 液 ) H2O( 气 )
1mol 水在不同状态下的体积
20mL
(0℃) (4 ) (100 )℃ ℃
18mL
~30600mL
呈气态时微粒间的距离大约是凝聚态的 10 倍以上。
体积膨胀 1700 倍
Ø
物质的三态
Ø
对气体摩尔体积的系统阐述
1mol 任何气体在标准状况下所占有的体积约为 22.4L 。
单位物质的量的任何气体在一定条件下所占有的体积大约相等，此体积
为气体摩尔体积 (Vm) 。
V = nVm = f (T 、 P)
Vm = f (T 、 P) = 22.4L/mol
STP
1mol 气体所占有的体积与气体分子间的平均距离有关。
气体分子间的平均距离受温度和压强的影响！
当气体摩尔体积为 22.4L/mol 时，是否一定是标准状况？
例 2 填写下列表格（标准状况）
物质 N
n
(mol)
m
(g)
V
(L)
H2 1
O2 6.02×1022
N2 14
CO2 33.6
6.02×1023
2
22.4
0.1
3.2
2.24
3.01×1023
0.5
11.2
9.03×1023
1.5
66
例 3
向碳酸钠溶液中滴加盐酸，会观察到气体的产生。
如果每一个直径为 0.1mm 的小气泡的体积约为 510-10mL ，
请计算在标准状况下，每个小气泡中含有气体分子的个数。
<
CO32- + 2H+ == H2O + CO2 ↑
例 4 在标准状况下，有一枚 48g 重的鸡蛋，系在氢气球上，从 10 层
楼的高处丢下来，请计算需要将多少升的氢气充入气球中，方可保证鸡
蛋和气球一起缓缓下降，而不破裂？（使用的气球皮的本身质量为
6g ）
已知：标准状况下空气的密度为 1.29g/L ，空气的平均相对分子质量为 29 ；
H2 的密度为 0.089g/L 。
我国古代四大发明之一 — 黑火药的主要成分是硝酸钾、硫黄
、木炭。当黑火药点燃时，发生的主要反应是：
2KNO3 + 3C + S == K2S + 3CO2↑+ N2↑
若固体物质的密度以 2g/cm3 为计，反应前后物质的体积膨胀
的倍数大约为 ______ （气体体积折算到标准状况）。
660
例 5-1
三硝酸甘油酯爆炸时反应为：
4C3H5(ONO2)3 → 6N2 + 12CO2 + 10H2O + O2 ，
硝化甘油的密度为 1.6g/cm3 ，反应前后物质体积膨胀的倍数大约为 ______ 。
1145
例 5-2
（气体体积折算到标准状况）
为什么硝化甘油是比黑火药性能更好的炸药？
产物全部为气体
Ø
观察与思考
体积膨胀率越大越好
怎样寻找性能更好的炸药？
仅从物质状态变化过程的体积膨胀角度看，怎样使炸药的体积膨胀率提高？
产生气体的相对分子质量越小越好
哪些物质适合作为炸药或火箭推进剂？
以下是一些常见的气体小分子
H2 He CH4 NH3 H2O
HF Ne CO N2 CO2
作为燃料燃烧的产物，不能具有还原性
稀有气体不能作为燃烧的产物
……
Ø
寻找小分子
Ø
从产物反推（理解）高性能燃料或炸药
H2OH2 H2
O
O2+2 2
N
2
N2N2 H2
O
N
2
2 H
4
N
2
O
4
H2O2
++
CO
2
H2
N2
O
+
10 16N
2
H2
O
H2( HNO3CH3)
2
N2C N2
H2
13 528
+ +
CO
2
H2 N2
O
+
2
N
2
H2
O
H2(CH3)
2
N2C H24
+ + O
2
4
例 5
重见反应 2H2 + O2 == 2H2O
2 个分子 1 个分子 2 个分子
2mol 1mol 2mol
2 体积 1 体积 2 体积
4g 32g 36g
微观
宏观
宏观
可称量的
物理量
桥梁
2 体积 1 体积 0 体积
（ 100℃ 以上）
（ 100℃ 以下）
有 Na2SO4 和 Na2CO3 混合物 3.54g ，将其溶解于水后，加入足量的
BaCl2 溶液，产生沉淀 6.27g 沉淀。则原混合物中含有的 Na2SO4 和 Na2CO3 的
质量分别是多少？其物质的量之比是 ______ 。
设：原混合物中含 Na2SO4 的质量为 x g ，含 Na2CO3 的质量为 y g 。
x + y = 3.54
<
解之，得 x = 1.42(g)
y = 2.12(g)
Na2SO4 + BaCl2 == BaSO4↓ + 2NaCl
Na2CO3 + BaCl2 == BaCO3↓ + 2NaCl
142 233
x 233x/142
106 197
y 197y/106
答：原混合物中含 Na2SO41.42g ， Na2CO32.12g
两者的物质的量之比为 2:1 。
n(Na2SO4)=0.01mol
n(Na2CO3)=0.02mol
有 Na2SO4 和 Na2CO3 混合物 3.54g ，将其溶解于水后，加入足量的
BaCl2 溶液，产生沉淀 6.27g 沉淀。则原混合物中含有的 Na2SO4 和 Na2CO3 的
质量分别是多少？其物质的量之比是 ______ 。
设：原混合物中含 Na2SO4 的物质的量为 x mol ，含 Na2CO3 的物质的量为 y mol 。
142x + 106y = 3.54
化简，得 x + y = 0.03
解之，得 x = 0.01(mol)
y = 0.02(mol)
Na2SO4 + BaCl2 == BaSO4↓ + 2NaCl
Na2CO3 + BaCl2 == BaCO3↓ + 2NaCl
1(mol) 1(mol)
x x
1 1
y y
答：原混合物中含 Na2SO41.42g ， Na2CO32.12g ，两者的物质的量之比为
2:1 。
m(Na2SO4)=1.42mol
m(Na2CO3)=2.12mol
233x + 197y = 6.27
白铁是表面镀有 Zn 的铁制品，现将一定 5.7g 的白口铁溶于足量的稀盐
酸中，可产生 0.2g 的氢气。
求（ 1 ）白铁中 Fe 和 Zn 的质量比是多少？（ 2 ） Fe 和 Zn 的物质的量分别是多
少？
设：原混合物中含 Fe 的质量为 x g ，含 Zn 的质量为 (5.7-x) g 。
Fe + 2HCl == FeCl2 + H2↑ Zn + 2HCl == ZnCl2 + H2↑
56 2
x 2x/56
65 2
5.7-x 2(5.7-x)/65
<
解之，得 x = 4.98(g)
y = 0.72(g)
答：略
n(Fe)= 0.089mol ， n(Zn)= 0.011mol
<
白铁是表面镀有 Zn 的铁制品，现将一定 5.7g 的白口铁溶于足量的稀盐
酸中，可产生 0.2g 的氢气。
求（ 1 ）白铁中 Fe 和 Zn 的质量比是多少？（ 2 ） Fe 和 Zn 的物质的量分别是多
少？
设：原混合物中含 Fe 的物质的量为 x mol ，含 Zn 的物质的量为 y mol 。
Fe + 2HCl == FeCl2 + H2↑ Zn + 2HCl == ZnCl2 + H2↑
1 1
x x
1 1
y y
解之，得 x = 0.089mol
y = 0.011mol)
答：略
<
反应中产生的 H2 的物质的量为 0.1mol
x + y = 0.1
56x + 65y =5.7
