例析阿伏加德罗常数的核心考点

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  阿伏加德罗常数(NA,下同)是广东高考的热门考点,近年来均为选择题,分值4~6分,均以判断正误的方式进行考查。阿伏加德罗常数的考点虽然是基于物质的量、摩尔质量、摩尔体积和物质的量浓度等物理量,但考查的内容涉及面广,规律性不强。笔者认为,阿伏加德罗常数是一个描述微观粒子的常数,其核心问题也应基于微观粒子,而高中化学中常见的微观粒子主要有电子、中子、质子、原子、离子和分子等,下面就以这六种微粒为线索,对阿伏加德罗常数的考点进行全方位地扫描。
  一、中子和质子
  关于中子和质子的题目,出现的频率比较低,主要考查原子的质子、中子和质量数的关系。
  【例1】判断下列说法是否正确
  A. 18 g H2O含有10NA个质子
  B. 18gD2O和18gH2O中含有的质子数均为10NA
  分析:H2O的摩尔质量是18g/mol,18 gH2O为1mol,每个氢原子含有1个质子,每个氧原子含有8个质子,则每个水分子含有10个质子,A选项正确;D2O的摩尔质量是20 g/mol,18gD2O的物质的量是0.9 mol,每分子D2O质子数为10,18gD2O的质子数为9NA;H2O的摩尔质量为18g/mol,每分子H2O质子数为10,18g H2O的质子数为10NA,B错误。
  对于这一类的题目,同学们应熟记常见核素的中子和质子数,如126C与146C,11H、21H和31H,168O和188O等,能熟练地进行质子、中子和质量数(摩尔质量)的相互换算。
  二、电子
  关于电子的考查,形式比较多,主要考查点如下:
  1. 分子或原子中所含有的电子数目。
  【例2】判断说法是否正确:常温常压下,8 g O2含有4NA个电子
  1mol O2含有16mol电子,8 g O2的物质的量为0.25mol,电子数为4NA。这类题目比较常规,只需要牢记公式即可。
  2. 氧化还原反应中的转移的电子数目。
  【例3】判断下列说法是否正确
  A. 标准状况下,22.4L氯气与足量氢氧化钠溶液反应转移的电子数为NA
  B. 1 mol Fe2 与足量的H2O2溶液反应,转移2NA个电子
  C. 1 mol Fe与足量的稀HNO3反应,转移2 NA个电子
  D. 1 mol Na被完全氧化生成Na2O2,失去2 NA个电子
  E. 3 mol单质Fe完全转变为Fe3O4,失去8 NA个电子
  F. 过氧化钠与水反应时,生成0.1 mol氧气转移的电子数为0.2 NA
  G. 1 mol Fe溶于过量硝酸,电子转移数为2NA
  分析:氯气与足量氢氧化钠溶液反应生成氯化钠和次氯酸钠,转移的电子数为NA,A选项正确; 1 mol Fe2 与足量的H2O2溶液反应生成1 mol Fe3 ,转移 NA个电子,B选项错误;n(NaHCO3)=0.1 mol·L-1×1 L=0.1 mol,由于该盐溶液中存在如下电离和水解反应:HCO3-?葑H CO32-、HCO3- H2O?葑H2CO3 OH-,则n(HCO3-)<0.1 mol,C选项错误;1 mol Na被完全氧化生成Na2O2,Na被氧化成Na ,失去 NA个电子,D选项错误;3mol单质Fe完全转变为Fe3O4,根据正负化合价之和为0,可知Fe3O4中铁元素的化合价之和为 8,则失去的电子数为8 NA,E选项正确;过氧化钠与水反应时,过氧化钠中两个-1价的氧原子发生歧化反应,一个氧原子升高为0价,另一个氧原子降低为-2价,因此可知,每生成1mol氧气则转移2NA电子,生成0.1mol氧气则转移的电子数为0.2NA,F选项正确;1 mol Fe溶于过量硝酸生成硝酸铁,电子转移数为3NA,G选项错误。
  上例显示,关于氧化还原反应中转移电子的计算,研究对象主要是铁元素、硝酸、氯气等典型物质,特别是铁元素作为一种常见的多价态金属,倍受青睐。因此,同学们需要巩固典型元素及其化合物的性质,才能轻松驾驭这一考点。
  3. 共用电子对或共价健数目。
  【例4】判断下列说法是否正确
  A. 16g CH4中含有4 NA个C—H键
  B. 常温下,4 g CH4含有NA个C—H共价键
  C. 1 mol甲苯含有6 NA个C—H键
  D. 标准状况下,2.24 L CCl4含有的共价键数为0.4NA
  分析:每个CH4中含有4个C—H键,但物质的质量与温度无关,因此AB选项均正确;甲苯的分子式为C7H8,1 mol甲苯含有8 mol C—H键,C选项错误;1 mol CCl4含4mol共价键数,但标准状况下CCl4为液态,D选项错误。
  这类题目主要考查常见物质的共用电子对或共价键的数目,如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯、乙醇、乙酸等典型物质,同学们要熟悉这些物质的结构,了解碳原子的成键规律。除此以外,同学们还要特别注意有机基团和离子的电子结构的区别,例如比较1 mol的羟基与1 mol的氢氧根离子所含电子数(2013新课标Ⅱ),或者计算甲基中的电子数,有机基团存在单独的电子,计算时要特别留意。
  三、分子
  分子层次的考查点主要如下:
  1. 气体体积与分子数目的关系。
  【例5】判断下列说法是否正确
  A. 常温常压下,22.4L CO2中含有 NA个CO2分子
  B. 常温常压下,22.4 L CCl4含有NA个CCl4分子
  C. 标准状况下,22.4 L盐酸含有NA个HCl分子   D. 标准状况下,22.4 L氨水含有NA个NH3分子
  分析:标准状况下,22.4 L CO2中含有 NA个CO2分子,A选项错误;常温常压下,CCl4为液态,B选项错误;盐酸是液态混合物,C选项错误;氨水为液态混合物,D选项错误。这类题目的核心要素是“标准状况”和“气体”。
  2. 可逆反应中的分子数目。
  【例6】判断下列说法是否正确
  A. 密闭容器中2 mol NO与1 mol O2充分反应,产物的分子数为2 NA
  B. 1 mol N2与4 mol H2反应生成的NH3分子数为2 NA
  分析:2 mol NO与1 mol O2充分反应生成2 mol NO2,但有一部分NO2会转化为N2O4,因此产物的分子数小于2 NA,A选项错误;N2和H2生成NH3属于可逆反应,NH3分子数小于2 NA,B选项错误。对于这类考点,同学们只需要熟悉高中化学中常见的可逆反应即可。
  3. 部分特殊的化学反应中的分子数目。
  【例7】判断下列说法是否正确
  A. 56 g铁片投入足量浓H2SO4中生成NA个SO2分子
  B. 1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子
  分析:常温下,Fe在浓硫酸中钝化,即使加热发生反应,铁元素反应生成硫酸铁,56 g铁片应生成1.5NA个SO2分子,A选项错误;1 mol Cu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO2分子,B选项错误。这类考点,主要是针对一些比较特殊的化学反应,比较常考是铜、铁与浓硫硫、硝酸的反应情况,同学们应重视这些典型物质性质的复习。除此以外,2015年的四川卷还涉及到浓盐酸和二氧化锰的反应情况,也应引起同学们的重视。
  四、离子
  考查离子层次的阿伏加德罗常问题主要有以下几个方面:
  1. 弱电解的电离平衡。
  【例8】判断下列说法是否正确
  A. 1 L 0.1 mol·L-1氨水含有0.1 NA个OH-
  B. 1 L 0.1 mol·L-1的氨水中有NA个NH4
  C. 2 L 0.5 mol/L亚硫酸溶液中含有的H 两种数为2 NA
  分析:以上三个选项中,由于一水合氨和亚硫酸均为弱电解质,均不能完全电离,所以以上三个选项都是错误的。这类考点相对比较简单,但同学们也不能掉以轻心,要熟记常见的强酸,如硫酸、硝酸、高氯酸、盐酸、氢溴酸和氢碘酸等,也要熟记氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化钡等强碱,以便快速找到题目的突破点。
  2. 盐类的水解平衡。
  【例9】判断下列说法是否正确
  A. 将0.1mol氯化铁溶于1 L水中,所得溶液含有0.1NA Fe3
  B. 1 L 0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中含有0.1 NA个HCO3-
  C. 1 L 1 mol·L-1的NaClO溶液中含有ClO-的数目为NA
  分析:上述的选项中,由于Fe3 会发生水解,HCO3-既发生电离又发生水解,ClO-也会发生水解,所以上述的离子浓度的判断都是错误的。盐类的水解核心是“有弱才水解”,因此记住常见的强酸强碱,对反推弱酸(根)和强碱(阳离子)有很大的帮助。
  3. 部分特殊例子。
  【例10】判断下列说法是否正确
  A. 1 mol·L-1 NaCl溶液含有NA个Na
  B. 1 mol Na2O2固体中含离子总数为4 NA
  分析:A选项中没有指明溶液的体积,因此无法确定NaCl的物质的量,该选项错误;1 mol Na2O2固体中含有2 mol Na ,1mol O22-,离子总数为3NA,B选项错误。这类题目的考查内容往往比较特殊,出现频率较低,同学们只要平时注意归纳积累,一定能顺利过关。
  五、原子
  原子数目的考查,往往都渗透了“守恒”的思想,例如双原子分子中的原子问题、最简式相同的分子中原子计算等,近年来出现的主要题目如下:
  【例11】判断下列说法是否正确
  A. 乙烯和环丙烷(C3H6)组成的28 g混合气体中含有3NA 个氢原子
  B. 常温常压下,22.4 L的NO2和CO2混合气体含有2 NA个O原子
  C. 常温常压下,92 g NO2和N2O4的混合气体中含有的原子总数为6 NA
  D. 标准状况下,22.4 L N2和H2混合气中含NA个原子
  E. 14 g乙烯和丙烯混合气体中的氢原子数为2 NA
  分析:乙烯和环丙烷最简式相同,均为“CH2”,28 g混合气体中含有2 NA“CH2”,应有4 NA个氢原子,A选项错误;B选项应为“标准状况下”,B错误;NO2和N2O4的最简式为NO2,92 g NO2和N2O4的混合气体相当于有2 NA 个NO2,原子总数为6 NA,C选项正确;N2和H2均为双原子分子,标准状况下,22.4 L N2和H2混合气中含2NA个原子,D错误;乙烯和丙烯最简式均为“CH2”,14 g乙烯和丙烯混合气体相当于有NA个CH2,氢原子数为2NA,E选项正确。这类题目比较讲究技巧,要熟练地运用“守恒”的思想,因此在平时的练习中,应注重“守恒”思想的养成。
  以上是阿伏加德常数在高考中的常见考点,阿伏加德常数的考查范围比较广,涉及氧化还原反应、元素及其化合物的性质、电离平衡和水解平衡等诸多内容,因此需要系统归纳,以六种微粒为纵线,以各种知识点为横线,抓住主干知识,形成核心知识网络。
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