以微粒數為載體,考查化學學科素養
——2022年高考題歸類解析

邱長恩

(湖北省宜昌市夷陵中學)

與微粒數有關的問題是歷年高考的熱點試題,此類題目可以承載有關物質組成、結構、性質、變化規律等諸多方面的學科素養,具有較好的區分度和一定的難度.

1 考查物質的組成

例1設NA為阿伏加德羅常數的值,下列敘述正確的是( ).

A.(全國甲卷)0.20 mol苯甲酸完全燃燒,生成CO2的數目為1.4NA

B.(浙江卷)12gNaHSO4中含有0.2NA個陽離子

C.(遼寧卷)標準狀況下,22.4LHCl氣體中H＋的數目為NA

D.(浙江6月卷)8gCH4含有中子數為3NA

E.(海南卷)2.8g56Fe含有的中子數為1.3NA

F.(遼寧卷)1.8g18O中含有的中子數為NA

G.(廣東卷)1molCO 中含有6.02×1024個電子

H.(浙江1月卷)1.8g重水(D2O)中所含質子數為NA

I.(浙江1 月卷)在25 ℃時,1LpH 為12 的Ba(OH)2溶液中含有OH-的數目為0.01NA

J.(2021年浙江6月卷)100mL0.1mol·L-1的NaOH 水溶液中含有的氧原子數為0.01NA

K.(遼寧卷)pH＝12的Na2CO3溶液中OH-的數目為0.01NA

試題分析苯甲酸的分子式為C7H6O2,則0.2mol苯甲酸完全燃燒生成1.4 molCO2,數目為1.4NA,選項A 正確.NaHSO4由Na＋和HSO-4構成,12g NaHSO4的物質的量為0.1 mol,只含有0.1NA個陽離子,選項B 錯誤.HCl是共價化合物,HCl分子中不存在H＋,選項C 錯誤.CH4分子中只有C含有6個中子,8gCH4的物質的量為0.5mol,含有中子數為3NA,選項D 正確.56Fe的質子數為26,中子數為30,2.8g56Fe的物質的量為0.05 mol,含有的中子數為1.5NA,選項E錯誤.18O原子中含有10個中子,1.8g18O的物質的量為0.1 mol,含有中子數為NA,選項F正確.CO 分子含有14個電子,則1molCO 中含有14×6.02×1023＝8.428×1024個電子,選項G 錯誤.重水(D2O)的摩爾質量為20g·mol-1,則1.8g重水(D2O)的物質的量為0.09mol,所含質子數為0.9NA,選項H 錯誤.1LpH 為12的Ba(OH)2溶液中OH-的物質的量為0.01mol·L-1×1L＝0.01mol,數目為0.01NA,選項I正確.NaOH水溶液中含有溶質NaOH 和溶劑H2O,氧原子數目應為二者氧原子數目之和,故氧原子數大于0.01NA,選項J錯誤.選項K 沒有給出溶液的體積,無法計算溶液中OH-的數目,錯誤.答案為A、D、F、I.

解答策略1)熟練掌握必備知識,明晰常見物質的組成,如Na2O2由Na＋和構成、HCl由H 原子和Cl原子構成.

2)要明確物質的質量m、摩爾質量M、物質的量n、微粒數N之間的關系,利用公式n＝m÷M計算物質的量,N＝n×NA計算微粒數.

3)要熟練掌握必備知識,弄清物質中質子數、中子數、質量數、電子數之間的數量關系.

4)根據公式n＝c×V計算物質的量,物質的量濃度c和溶液的體積V這兩個量缺一不可.已知濃度時,要特別關注是否有具體的體積,弄清所求微粒數是指整個溶液還是單指溶質,求氫原子、氧原子等微粒數時,還要考慮溶劑H2O 的存在.

2 考查物質的結構

例2設NA為阿伏加德羅常數的值,下列敘述正確的是( ).

A.(遼寧卷)28gC2H4分子中含有的σ鍵數目為4NA

B.(浙江1月卷)32g甲醇分子中含有C—H 鍵的數目為4NA

C.(2021 年天津卷)1 molN2中,σ 鍵的數目為3NA

試題分析乙烯分子的結構式為,1個乙烯分子中含有5 個σ鍵,28g C2H4的物質的量為1mol,含有σ鍵數目為5NA,選項A 錯誤.甲醇的結構簡式為CH3OH,32g甲醇的物質的量為1 mol,分子中含有C—H 鍵的數目為3NA,選項B錯誤.氮氣分子的結構式為N≡N,其中含有1個σ鍵,2個π鍵,則1 molN2中有1 molσ鍵,數目為1NA,選項C 錯誤.1 個乳酸分子中含有1個羥基和1個羧基,羥基、羧基都可以與Na反應生成H2,則1 mol乳酸和足量的Na反應生成1 mol H2,選項D 正確.1個S8()分子中含有8個S—S鍵,32gS8的物質的量為0.125 mol,則共含有的S—S鍵的數目為0.125×8×NA＝1NA,選項E 正確.答案為D、E.

解答策略1)掌握必備知識,熟悉分子結構中的共價鍵類型和組成,熟悉1個分子中含有具體化學鍵的數目.

2)熟悉有機物的結構和常見官能團的性質.

3)運用價鍵理論書寫物質的電子式、結構式,從給定分子結構判斷化學鍵的類型和數目,如1 個P4分子中含有6 個P—P 鍵,1 個S8分子中含有8 個S—S鍵.

3 考查氣體的性質

例3設NA為阿伏加德羅常數的值,下列敘述錯誤的是( ).

A.(全國甲卷)25 ℃,101kPa下,28L氫氣中質子的數目為2.5NA

B.(浙江6月卷)11.2L 乙烷和丙烯的混合氣體中所含碳氫鍵數為3NA

C.(廣東卷)22.4LCO2被還原生成1molCO

D.(海南卷)在2.8 g Fe 中加入100 mL 3mol·L-1HCl,Fe完全溶解,反應生成標準狀況下氣體3.36L

試題分析25 ℃,101kPa不是標準狀況,不能用標準狀況下的氣體摩爾體積計算氫氣的物質的量,選項A 錯誤.沒有指明氣體所處的溫度和壓強,無法確定混合物質的物質的量,也無法確定其中所含碳氫鍵的數目,選項B錯誤.未指明氣體所處的狀態,無法準確計算其物質的量,選項C 錯誤.根據方程式Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑可以判斷,Fe是少量物質,以其計算生成H2的物質的量為0.05mol,在標準狀況下的體積為1.12L,選項D 錯誤.答案為A、B、C、D.

解答策略1)明確氣體是否處于“標準狀況”.

2)“標準狀況”下,物質是否為氣體,如H2O、HF、苯、SO3、CCl4等在標準況下不是氣體.

3)熟練利用公式V＝n×Vm計算氣體的體積,利用n＝V÷Vm計算氣體的物質的量.

4 考查物質的變化

例4設NA為阿伏加德羅常數的值,下列敘述正確的是( ).

A.(全國甲卷)2.0L1.0 mol·L-1AlCl3溶液中,Al3＋的數目為2.0NA

B.(湖南卷)1L0.05 mol·L-1的NH4HSO4溶液中的微粒數小于0.05NA

C.(海南卷)100mL3mol·L-1HCl溶液中Cl-數為3NA

D.(浙江6月卷)0.1molH2與0.1molI2于密閉容器中充分反應后,HI分子總數為0.2NA

E.(全國甲卷)電解熔融CuCl2,陰極質量增加6.4g,外電路中通過電子的數目為0.1NA

F.(海南卷)在2.8 g Fe 中加入100 mL 3mol·L-1HCl,Fe 完全溶解,反應轉移電子為0.1mol

H.(浙江1月卷)足量的濃鹽酸與8.7g MnO2反應,轉移電子的數目為0.4NA

I.(江蘇卷)用尿素水解生成的NH3催化還原NO,反應為4NH3＋O2＋4NO＝4N2＋6H2O,上述反應中消耗 1 mol NH3,轉移電子的數目為2×6.02×1023

J.(北京卷)某MOFs的多孔材料剛好可將N2O4“固定”,實現了NO2與N2O4的分離并制備HNO3,每制備0.4molHNO3,轉移電子數約為6.02×1022

試題分析Al3＋在溶液中發生水解生成Al(OH)3,Al3＋數目小于2.0NA,選項A 錯誤.溶液中發生水解反應,的數目小于0.05 mol·L-1×1L×NAmol-1＝0.05NA,選項B 正確.Cl-在溶液中不發生變化,其物質的量為0.3 mol,微粒數為0.3NA,選項C 錯誤.H2＋I2?2HI,該反應是可逆反應,0.1molH2與0.1molI2于密閉容器中充分反應后,HI分子總數小于0.2NA,選項D 錯誤.陽極反應為2Cl--2e-＝Cl2↑,陰極反應為Cu2＋＋2e-＝Cu,陰極增加6.4gCu的物質的量為0.1mol,則外電路中通過電子的物質的量為0.2 mol,數目為0.2NA,選項E錯誤.2.8gFe完全溶解生成Fe2＋,轉移電子0.1mol,選項F 正確.根據方程式可知,Si元素的化合價由-4 價升高至＋4 價,因此生成1 mol SiO2時,轉移8mol電子,選項G 正確.足量的濃鹽酸與8.7g MnO2(0.1mol)反應,＋4價Mn轉化生成Mn2＋,轉移電子的數目為0.2NA,選項H 錯誤.由方程式可知,NH3為還原劑,O2和NO 為氧化劑,反應每消耗4molNH3,轉移12 mol電子,則消耗1 mol NH3轉移電子的數目為1023mol-1＝3×6.02×1023,選項I錯誤.N2O4轉化為硝酸時,每生成1mol硝酸,轉移1mol電子,則每制備0.4 mol 硝酸,轉移電子數約為0.4 mol×6.02×1023mol-1＝2.408×1023,選項J錯誤.答案為B、F、G.

解答策略1)熟練應用公式n＝c×V計算溶液中相關物質的物質的量.

2)熟練掌握必備知識,明確有關溶質在溶液中存在的形式(如非電解質是分子,弱電解質是分子、離子,強電解質是離子),溶液中是否存在弱電解質電離平衡和離子水解平衡.

3)掌握可逆反應的特點,即反應物不能完全轉化為生成物,反應物與生成物共存,要明確教材中典型的可逆反應,如2NO2?N2O4、H2＋I2?2HI、CH3COOH＋C2H5OH?H2O＋CH3COOC2H5等.常見的幾大工業生產工藝均為可逆反應,如2SO2＋O2?2SO3、N2＋3H2?2NH3等,計算時要考慮反應的可逆特點.

4)要弄清反應原理,寫出電極反應式,依據反應式計算.根據方程式,準確標出物質中元素的化合價,判斷兩“劑”兩“產物”,即氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物,依據化合價的變化求算轉移電子數.

5)根據反應原理,熟練寫出方程式,判斷物質的過量和少量,解題時按照少量物質的量計算.明確反應事實,同一物質在不同的反應中生成物不一樣,化合價的變化也不一樣,如Fe與鹽酸或S反應生成Fe2＋,Fe與Cl2反應生成Fe3＋.明確微粒反應的順序,如FeI2溶液中通入Cl2,還原性I-＞Fe2＋等.

5 拓展練習

例5設NA為阿伏加德羅常數的值,下列敘述正確的是( ).

A.60g丙醇中存在的共價鍵總數為10NA

B.密閉容器中,2molSO2和1molO2催化反應后分子總數為2NA

C.120gNaHSO4和KHSO3的固體混合物中含有的陽離子數為NA

D.1mol重水比1mol水多NA個質子

E.17 g —OH 與17 g OH-所含電子數均為10NA

試題分析1個丙醇分子中含有7個C—H,2個C—C,1個C—O,1個O—H,共11個共價鍵,60g丙醇的物質的量為1mol,含有共價鍵總數為11NA,選項A 錯誤.2SO2＋O2?2SO3是一個可逆反應,2mol SO2和1molO2反應后生成SO3的數目小于2NA.容器中的分子數應該為2NA＜N＜3NA,選項B 錯誤.固體NaHSO4由Na＋和 HSO4-組成,固體KHSO3由K＋和HSO3-組成,且二者的摩爾質量均為120g·mol-1,120g固體混合物中含有的陽離子數為NA,選項C 正確.重水分子式為D2O,水分子式為H2O,二者質子數均為10NA,中子數重水比水多2NA,選項D 錯誤.17g—OH 含有電子數9NA,17g OH-含有電子數10NA,選項E錯誤.答案為C.

(完)