阿伏伽德罗常数及相关计算的常设陷阱,一定要小心!
阿伏伽德罗常数(NA)是历年高考的热点,经久不衰,常常在考题中有意设置一些极易疏忽的干扰因素。
在分析解答这类问题时,要特别注意以下几点:
①状态问题:如水在标况下是为液体或固体; SO3、 HF在标况下是固体或液体;而戊烷及碳原子数大于五的低碳烃,在标况下为液态或固态。
②特殊物质分子中的原子个数,如稀有气体均为单原子分子,03、 P4、 Ss。为多原子分子等。③特殊物质的摩尔质量,如D2O、 T20、 37C12:等
④特殊物质中的化学键的数目如金刚石、石墨、Si、 Si02、P4、P205等
⑤某些离子如Fe3+、A13+,还有某些原子团如NH4+、HCO3-在水溶液中发生水解,使其数目减少。
⑥特殊的氧化还原反应中,转移电子数目的计算,如Na202+ H2O、H2S + SO2等。
⑦凡是用到22.4 L●mol-1时,要注意是否处于标况下。
⑧物质的量与各量之间的关系
⑨认真读题,检查题给条件是否齐全。
一、阿伏伽德罗常数主要命题点
1、摩尔质量、气体摩尔体积、以及摩尔浓度。
2、物质的组成和结构。特别是有机物的结构式、化学键。
3、电子转移数目
4、可逆反应,包括弱酸弱碱的电离,弱盐的水解。
二、阿伏伽德罗常数易错点
1、外界条件及物质状态
2、物质中的原子数、电子数、质子数、中子数、化学键数目
3、电子转移数目,特别是关于氯气、铁等参与反应时得失电子数的计算
4、特殊反应
三、解题秘籍——洞悉陷阱设置
1、抓“两看”:看气体是否处于标准状态;看标准状况下是否是气体。常见的陷阱设置:①常温常压;室温;②标准状况下非气体物质:H2O、CCl4、CHCl3、SO3、HF、苯、乙醇、己烷等。注意只有同时满足:标准状况、气体这两个条件,才可以使用22.4L/mol这个常数。
2、记“组成和结构式”:比如Na2O2与Na2O的电子式、阴阳离子比;C3H8、C2H5OH的结构式,CO2的pi键个数等;注意金刚石中C与C-C比例为1:2,石墨C与C-C比例为2:3,SiO2与Si-O比例为1:4,P4、CH4、N2的结构式。
3、利用关系式法解题。比如2017全国III卷:0.1mol的11B中,含有0.6NA格个中子。分析:列出B:中子=1:6,1:6=0.1mol:x,求出x=0.6mol。该选项正确。
4、混合气体采取极限处理
比如2017全国II卷:标准状况下,2.24L N2和O2的混合气体中分子数为0.2NA。解析:利用极限处理法,假设2.24L全部为N2,假设N2的物质的量为x,则N2:分子数=1:1=(2.24L/22.4L/mol):x,求出x=0.1mol;同样假设2.24L全部为O2,假设O2的物质的量为y,则O2:分子数=1:1=(2.24L/22.4L/mol):x,求出y=0.1mol;即x=y=0.1mol ≠0.2mol。该选项错误。
5.对于可逆反应
包括弱电解质的电离、弱盐的水解,由于转化率都小于1,因此无论是计算离子浓度还是微粒数目,都要选择“小于”。常见的可逆反应有:2NO2(气)== N2O4(气),2HI==H2+I2(气),N2+3H2==2NH3,2SO2+O2==2SO3,氯气和水反应等,也包括弱酸弱碱的电离,比如H2CO3、H2SO3、HF、HClO、NH3.H2O;包括若离子的水解,比如碳酸根、亚硫酸根、次氯酸跟等等。还有一类反应,与反应物的浓度有关,比如二氧化锰与浓盐酸反应,铜和浓硫酸反应,当浓酸变稀酸时,反应不在进行,因此产物也比预期小。对于这些反应,如果求离子浓度,一般选小于。
6、对于有浓度c,或者有pH,而没有给出溶液体积的问题,又要求微粒数,这个选项就是错的。比如:2017全国III卷:pH=1的H3PO4溶液中,含有0.1NA个H+。分析:由于只有磷酸的浓度,而没有体积,就无法获知H+的物质的量,因为n=c*V。
关于NA的计算与推断在历年高考化学试题多以选择题出现,解题方法与思路一般抓住基本概念,将物质的质量、气体的体积、溶液的浓度等物理量与指定粒子的物质的量进行换算,审题时关键注意以下易错点:
状况条件:考查气体时,一定要特别关注是标准状况下还是非标准状况。如“电解饱和硫酸铜溶液,若在阳极产生11.2L 气体,则电子转移为2NA”。判断该说法正误时易认为相关反应为:2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2↑,生成1molO2转移4电子,若生成0.5molO2即11.2L,则电子转移为2NA,其分析错误在于该题未指明标准状况下。
物质状态:考查气体摩尔体积时,常用标准状况下非气态的物质来迷惑学生,水在标准状况下为液态或固态;SO3在标准状况下为固态,常温常压下为液态;在标准状况下,碳原子数大于4而小于16的烃为液态(新戊烷除外),大于或等于16的烃为固态;在标准状况下,乙醇、四氯化碳、氯仿、苯、二硫化碳等许多有机物都不是气态。
物质结构:考查内容多涉及一定物质的量的物质中含有多少粒子(分子、原子、电子、质子、中子、离子等)化学键数目(如SiO2、Si、P4、CO2)等等,常考物质的化学键如下:1mol金刚石中含2molC—C共价键,1mol石墨中含1.5molC—C共价键,1mol晶体硅中含2molSi—Si共价键,1mol SiO2中含4mol Si—O共价键,1molCH4中含4molC—H共价键,1mol白磷中含6molP-P共价键,1molCO2中含2molC=O双键。
氧化还原反应:较复杂的氧化还原反应中,求算转移的电子数。如:Na2O2+H2O→,Cl2+NaOH→,NO2+H2O→,电解Cu(NO3)2溶液等。
电离、水解等常识:考查知识点多以弱电解质电离、盐类的水解等引起微粒数目的改变,如含1molNa2CO3的溶液中有NA个CO32-、1molFeCl3完全水解生成NA个Fe(OH)3胶粒,以上说法错误在于忽视了CO32-水解及胶粒的组成特点。
“特殊物质”的处理:特别物质的摩尔质量。如:D2O、T2O、18O2、14CO2等。例“18g 重水(D2O)含有为10NA个电子”,其错误在于认为其式量为18。
“不定体系”,如“NO和O2的混合气”、“NO2气体有时应考虑2NO2(g)N2O4(g)”等。
【例1】设NA表示阿伏加德罗常数。下列叙述正确的是( )
A.标准状况下,2.24L苯中含有为0.6NA个碳原子
B.常温常压下,46gNO2和N2O4混合气体中含有原子数为3NA
C.常温下,1L0·1mol/LMgCl2溶液中含Mg2+数为0.1NA
D.0.01mol铝与足量的氢氧化钠溶液反应转移的电子数是0.03NA
解析:
标准状况下苯为液态,不能使用气体摩尔体积“22.4L/mol”进行计算;根据质量守恒定律,46gNO2和N2O4混合气体中含有原子数为3NA(注意若求分子数则不能确定);因Mg2+在水溶液中发生水解,故Mg2+数小于0.1Na;铝为三价金属,则0.01mol 铝与足量的氢氧化钠溶液反应转移的电子数是0.03NA。本题答案选BD。
【例2】设NA表示阿伏加德罗常数的值,下列叙述中正确的是( )
A.常温常压下,20gD2O和足量的金属钠反应产生气体的分子数为0.5NA
B.1mol Na2O2与足量的水反应,转移的电子数为2NA
C.NA个SO3分子在标准状况下的体积为22.4L
D.常温常压下,62g白磷分子( )中的共价键数为3NA
解析:
20gD2O物质的量为1mol,根据关系式2D2O~D2可求得生成气体分子数为0.5NA;Na2O2与H2O的反应中,1mol Na2O2转移电子数为NA;标准状况下SO3为固态,不能使用气体摩尔体积“22.4L/mol”进行计算;1mol 白磷中含6mol P-P共价键,则62g(0.5mol)白磷分子中的P-P(共价键数为)3NA。本题答案选AD。