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    阿伏加德罗常数的应用

     

    阿伏加德罗常数的应用
    阿伏加德罗常数类试题是高考化学涉及的考点,主要考查阿伏加德罗常数,以物质的量为中心的相互转化关系、阿伏加德罗定律、气体体积关系等;同时还涉及物质结构、氧化还原反应中电子的转移、电解质的电离、盐类的水解、可逆反应、同位素等,命题角度灵活,涵盖知识面广。既能考查学生对概念和理论的理解,又能考查学生思维的严密性和计算的准确性,有很好的区分度,是多年来高考中常见的一种题型。解决此类问题的关键是认真审题,规避命题陷阱,熟知各种物理量的相互转化关系和条件。此类试题基本特征有三个:
    1.知识点较多:每个选项都包含一个或几个知识点,其中微粒数、物质的质量、气体的体积、物质的量浓度与物质的量关系考得最多;同时还经常渗透物质结构氧化还原反应中电子的转移电解质的电离盐类的水解可逆反应同位素,化学键数,共用电子对数,分子或离子中所含电子数、质子数、中子数,溶液中离子数等计算。
    2.综合性不强:这类题尽管渗透的知识多,但知识间的综合较少,只需要较强的计算能力,不需要太强的综合推理能力,只要进行简单的计算就可以解答。
    3.条理性较强:所考查的知识的条理性较强,不管出现什么选项,万变不离其宗,都离不开以物质的量为中心的计算,一般用到下列知识:
    1)五个公式:
    2)五类物质的化学键计算:P4、金刚石、金刚砂、二氧化硅、烃分子中化学键计算。
    3)五种微粒数计算:分子数、原子数、电子数、质子数、中子数。
    其中,一定质量的物质中所含原子数、电子数,其中考查较多的是H2ON2O2H2NH3P4等。一定体积的物质中所含原子数、分子数,曾考过的物质有Cl2NH3CH4O2N2CCl4C8H10等。一定体积和一定物质的量浓度溶液中所含电解质离子数、分子数,如稀硫酸、硝酸镁等。
    4)五种反应中电子转移数计算:金属与非金属反应,金属与酸反应,Cl2与水、NaOH反应,Na2O2与水、CO2的反应,活泼金属与水反应。
    5)三种溶液中离子数计算:酸、碱、盐三种电解质溶液中离子数的计算。
    解答此类试题,也要注意以下几个方面:
    一、物质的状况条件和物质的聚集状态
    在标准状况(0101.325kPa)时,1mol任何气体的体积约为22.4L,分子数为1NA,即Vm=22.4L/mol的适宜条件是标准状况。在试题中常利用非标准状况如常温常压,即25101kPa来设置陷阱。但需要注意,若题目给出的是气体的质量或物质的量,则微粒数目与外界条件无关。如常温常压下,32gSO2气体含有0.5NA个二氧化硫分子是正确的。若物质为混合物,先求混合物中各物质的最简式,若最简式相同,可先求最简式的物质的量,然后求解目标粒子数目。若最简式不同,可先计算两物质的摩尔质量是否相同,当摩尔质量相同时,可先求两物质的总物质的量,然后求解目标粒子数目。如:14g乙烯与丙烯中所含的碳原子数为NA22g二氧化碳和一氧化二氮混合物中所含的原子数为1.5NA
    气体摩尔体积研究的对象是在标准状况时为气体的物质,不是气体的物质不适用。在考查气体摩尔体积时,命题者常用在标准状况下非气态物质,如:SO3H2OCCl4、苯、辛烷等迷惑考生。因此,熟记常见物质在标况下的状态和认真审题是解题的关键。关于气态与非气态的判断:在标准状况下,无机物中常见的SO3H2OBr2等为非气态;有机物中,碳原子在4以内的烃为气态,烃的衍生物中只有CH3ClHCHO为气态。
    二、物质的结构
    此处所指物质结构是指物质的微观结构、组成。
    1.注意物质的组成形式,同位素原子的差异
    考查物质中所含的微粒数目往往是给出一定质量、一定物质的量或一定体积的物质计算物质中所含分子数、原子数、质子数、中子数或电子数。在判断时,关键是区分出要求计算的是什么微粒数目,尤其注意给出一定体积的物质是否是在标况,在标况是否为气体。判断分子中原子个数时要注意分子的构成情况,常考稀有气体HeNe等单原子分子,Cl2O2N2等双原子分子及O3P4等多原子分子。如不能说在标准状况下,1mol氦气含有的氦原子数是2NA,因为氦是单原子分子,1mol氦气含有的原子数NA。在判断中子数时,要清楚不同核素(如氕、氘、氚等)的中子数及质子数、中子数、质量数的关系。如10g重水(D2O)里含有的电子数为5NA,因为重水的摩尔质量是20g/mol10g重水的分子数是0.5NA,因此10g重水所含的电子数是5NA。如果按普通水的18g/mol计算显然会得出错误的结果。另外,具有相同最简式的物质(如NO2N2O4、乙烯与丙烯、同分异构体、乙炔与苯、乙酸与葡萄糖等),只要总质量一定,则其中所含原子数与两者比例无关。
    2.要注意晶体的结构,确定化学键数目
    遇到与物质晶体有关的问题时,切记不能只看表面,想当然,而要看本质,即物质晶体的结构,最好先画出物质晶体的空间结构,然后再分析解答。如不能想当然地由白磷的化学式P4认为31g白磷中含1NAP-P键,因为由白磷的分子结构可知,1mol白磷分子中含4mol磷原子,6mol P-P键.所以31g白磷中应含0.25个白磷分子,1.5molP-P键,即P-P键的数目为1.5NA。再如不能想当然地认为在SiO2晶体中,每摩尔硅原子与4mol氧原子形成共价键,因为由二氧化硅晶体的结构式可知,每一个硅原子与4个氧原子成键,1mol二氧化硅晶体中含有4Si-O键,但每个氧原子均为相邻2个硅原子共用,SiO原子数之比为l2,所以每摩尔硅原子只与2NA个氧原子形成共价键。常见有SiO2SiCH4P4等的考查。
    3.要注意微粒的种类
    如果试题所提供的情境中有多种微粒时,当题目针对的微粒不同时,答案就不一样,因此在解题时注意看清题目的要求,明确要回答的微粒的种类或所要回答的情况,避免错误的发生。如不能说1L 0.2mol/L Ba(NO3)2溶液中的微粒数等于0.6NA,因为溶液中的微粒既包括溶质中的,又包括溶剂中的,所以溶液中的微粒数应大于0.6NA。其中如果涉及核外电子数时,要注意根、基、离子的变换。如8g NH2-带含有的电子数应是5NA,而不是4.5NA,因为一个NH2-带一个单位的负电荷,故它的核外电子数不是9,而是10
    三、化学反应原理
    此处所指化学反应原理主指化学反应中涉及的氧化反应的电子数转移的问题、反应与条件有关的问题及电解、水解、电离等深层次化学原理的考查。
    1.要注意氧化还原反应中电子转移数目与元素价态的变化
    涉及到氧化还原反应时,要注意根据氧化剂的氧化性与还原剂的还原性来确定反应中元素的价态变化情况及电子转移数目。解决此类问题应正确分析氧化还原反应、电解反应及电极反应中电子转移与反应物或生成物之间的关系,以及熟悉常见元素的化合价。注意某些物质在反应中遇到不同氧化剂(或还原剂)可生成不同产物导致电子转移数目的不同。如6.4g的铜与足量的硫粉反应时,由于硫的氧化性较弱,所以铜只被氧化为+1价,每一个铜原子反应时仅失去一个电子,共失去0.1NA个电子;而6.4g的铜与足量的氯气、液溴反应时,由于氯气、液溴的氧化性相对较强,所以铜被氧化为+2价,每一个铜原子反应时失去2个电子,共失去0.2NA个电子。若溶液浓度变化使反应停止的类型,如浓盐酸与二氧化锰之间反应,随着反应的进行,浓盐酸变稀,不再继续反应,80mL 12mol/L的浓盐酸与足量二氧化锰反应,生成氯气的分子数目为0.24NA,这是错的。
    2.要注意可逆过程或化学平衡
    要注意所回答的问题中是否涉及到可逆过程或是否存在化学平衡,如果涉及到可逆过程或存在化学平衡,则注意不能按纯净物或不可逆反应考虑问题。如2L 1mol/L,醋酸溶液中含H+的个数要小于2NA,因为醋酸是弱电解质,是不完全电离的;含有NANa+的小苏打溶液中,HCO3-的物质的量小于1mol,因为HCO3-在水中会发生水解,导致HCO3-的物质的量减少至不足1mol
    注意“已知浓度缺体积”及“已知体积缺浓度”无法计算,如25时,pH=13的氢氧化钠溶液中所含氢氧根的数目为0.1NA;溶剂,当溶剂中也含有所求的粒子时,往往习惯地只考虑溶质中所含的粒子,而忽视了溶剂中也含有的粒子导致出错。如,计算氢原子数目,忽略了水中的氢原子。
    标准状况下22.4L NO2气体含有的分子数小于NA,因为NO2气体在一般情况下易发生双分子聚合反应,导致部分NO2生成N2O4,使得NO2的分子数减少,即NO2分子数少于NA
    可逆在高中有以下几种情况:一是可逆反应;二是弱电解质的电离;三是弱酸阴离子或弱碱阳子的水解;四是沉淀溶解平衡。常考的可逆反应有氨气的制备、二氧化氮的转化、二氧化硫的催化氧化、乙酸乙酯在酸性条件下的水解、水解、弱电解质的电离、形成碘化氢的反应、氯气和水等。
    习题集锦
    1.2016年高考新课标NA为阿伏加德罗常数值。下列有关叙述正确的是(  
    A.14g乙烯和丙烯混合气体中的氢原子数为2NA
    B.1molN24molH2反应生成的NH3分子数为2NA
    C.1molFe溶于过量硝酸,电子转移数为2NA
    D.标准状况下,2.24LCCl4含有的共价键数为0.4NA
    【答案】A
    【解析】A.乙烯和丙烯的最简式都是是CH214g乙烯和丙烯混合气体中含有的最简式的物质的量是n(CH2)=m÷M=14g÷14g/mol=1mol,所以其中含有的氢原子数为N(H)=1mol×2×NA/mol2NA,正确;B.N2H2在一定条件下发生反应生成NH3,该反应是可逆反应,反应物不能完全转化为生成物,故1molN24molH2反应生成的NH3分子数小于2NA,错误;C.铁是变价金属,硝酸具有强的氧化性,所以1molFe溶于过量硝酸生成硝酸铁,反应中电子转移数目为3NA,错误;D.在标准状况下CCl4是液态,不能用气体摩尔体积进行有关物质的量的计算,错误。
    【易错剖析】本题易忽视CCl4在标准状况下为液态而错选D项,也易忽视合成氨为可逆反应而错选B项。
    22015新课标卷理综NA为阿伏伽德罗常数的值。下列说法正确的是(  
    A.18gD2O18gH2O中含有的质子数均为10NA
    B.2L0.5mol/L亚硫酸溶液中含有的H+两种数为2NA
    C.过氧化钠与水反应时,生成0.1mol氧气转移的电子数为0.2NA
    D.密闭容器中2molNO1molO2充分反应,产物的分子数为2NA
    【答案】C
    【解析】A.核素DH的质量数不同,质子数相同。则18gD2O18gH2O的物质的量不同,所以含有的质子数不同,错误;B.亚硫酸为弱酸,水溶液中不完全电离,所以溶液中氢离子数目小于2NA,错误;C.过氧化钠与水反应生成氧气,则氧气的来源于-1价的O元素,所以生成0.1mol氧气时转移电子0.2NA,正确;D.NO与氧气反应生成二氧化氮,但常温下,二氧化氮与四氧化二氮之间存在平衡,所以产物的分子数小于2NA,错误,答案选C
    3.2015广东理综化学NA为阿伏伽德罗常数的数值,下列说法正确的是(  
    A23gNa与足量H2O反应完全后可生成NAH2分子
    B1molCu和足量热浓硫酸反应可生成NASO3分子
    C.标准状况下,22.4LN2H2混合气中含NA个原子
    D3mol单质Fe完全转变为Fe3O4,失去8NA个电子
    【答案】D
    【解析】23gNa完全反应时转移电子为1mol,生成H20.5mol,个数为0.5NA个,A错;Cu和足量热浓硫酸反应生成的是SO2,不是SO3B错;标准状况下,22.4LN2H2混合气的物质的量为1mol,含有的分子数目是NA个,由于N2H2都是双原子分子,故原子的物质的量为2mol,个数为2NA个,C错;Fe3O4看成Fe2O3·FeO3mol单质Fe完全转变为Fe3O4,失去8NA个电子,D
     
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