阿伏加德羅常數(shù)的命題特點(diǎn)與解答

黑龍江 欒厚福

阿伏加德羅常數(shù)(NA)類試題，是歷年高考?？碱}型之一。前幾年命題熱度有所降低，但從近3年全國各地高考試題來看，這類試題考查得更加頻繁，再次成為高考的新焦點(diǎn)和熱點(diǎn)，因而掌握這類試題的命題特點(diǎn)和解答方法顯得尤為重要。

阿伏加德羅常數(shù)類試題主要以選擇題形式考查不同條件下分子、原子、離子等多種微觀粒子數(shù)目的計(jì)算，試題具有一定難度。通過對近幾年試題的分析研究不難看出這類試題考查的知識面比較廣，涉及基本概念與理論、元素化合物、化學(xué)反應(yīng)原理等無機(jī)和有機(jī)化學(xué)知識。這類試題大體從以下五個(gè)角度命題。

1.圍繞物質(zhì)的狀態(tài)和體積命題

選項(xiàng)往往給出一定體積的某物質(zhì)，計(jì)算分子或原子數(shù)目。若只給出物質(zhì)的體積，而不指明所處的狀態(tài)(或非標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，無法計(jì)算NA；若給出在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(25℃、1.01×105Pa)的體積，但該物質(zhì)為非氣態(tài)(如CCl4、H2O、SO3、HF、己烷、苯、氯仿、乙醇等物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下均不是氣態(tài))，也無法計(jì)算NA。

【例1】NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法中正確的是

( )

A．(2016·全國卷Ⅰ·8)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，2.24 L CCl4含有的共價(jià)數(shù)為0.4NA

B．(2018·全國卷Ⅱ·11)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2 L甲烷和乙烯混合物中含氫原子數(shù)目為2NA

C．常溫常壓下，5.6 L N2中含有的分子數(shù)為0.25NA

D．(2017·全國卷Ⅲ·10)2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)苯在O2中完全燃燒，得到0.6NA個(gè)CO2分子

【分析與解答】CCl4在標(biāo)準(zhǔn)狀況下呈液態(tài)，只根據(jù)體積無法計(jì)算四氯化碳中共價(jià)鍵數(shù)目，A項(xiàng)錯(cuò)誤；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2 L甲烷和乙烯的混合氣體為0.5 mol，每個(gè)甲烷分子和乙烯分子中均含4個(gè)氫原子，即0.5 mol混合氣體中含氫原子數(shù)為2NA，B項(xiàng)正確；常溫常壓下，Vm>22.4 L/mol，即 5.6 L N2分子數(shù)小于0.25NA，C項(xiàng)錯(cuò)誤；苯在標(biāo)準(zhǔn)狀況下呈液態(tài)，只根據(jù)體積無法確定苯燃燒產(chǎn)生CO2分子數(shù)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。故答案為B。

2.考查特殊物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

關(guān)于NA的試題中一般都包含一個(gè)考查特殊物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的選項(xiàng)，這類選項(xiàng)往往結(jié)合物質(zhì)質(zhì)量或體積等形式給出。解答這類選項(xiàng)需做到：①牢記特殊物質(zhì)中所含有的粒子數(shù)目，如Ne、OH-、D2O均含10個(gè)質(zhì)子，能熟記或分析—OH、18O2、H37Cl等物質(zhì)中電子、質(zhì)子、中子數(shù)等。②熟記最簡式相同的物質(zhì)，如NO2和N2O4、乙烯(C2H4)和丁烯(C4H8)、苯和苯乙烯等最簡式均相同。③了解摩爾質(zhì)量相同的物質(zhì)，如M=28 g·mol-1的物質(zhì)有N2、CO和C2H4，M=44 g·mol-1的物質(zhì)有CO2、N2O、C3H8和C2H4O，M=78 g·mol-1的物質(zhì)有Na2S和Na2O2等。④理解特殊物質(zhì)中所含化學(xué)鍵數(shù)目。如1 mol CnH2n+2中化學(xué)鍵為(3n+1) mol，1 mol硅中含2 mol Si—Si鍵，1 mol SiO2中含4 mol Si—O鍵，1 mol白磷(P4)中含6 mol P—P鍵等。

【例2】NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法中正確的是

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A．(2018·全國卷Ⅱ·11)常溫常壓下，124 g P4中所含P—P鍵數(shù)目為4NA

B．(2015·全國卷Ⅰ·8)18 g D2O和18 g H2O中含有的質(zhì)子數(shù)均為10NA

C．(2018·全國卷Ⅰ·10)92.0 g甘油(丙三醇)中含有羥基數(shù)為1.0NA

D．(2016·全國卷Ⅰ·8)14 g乙烯和丙烯混合氣體中的氫原子數(shù)為2NA

【分析與解答】124 g P4的物質(zhì)的量為1 mol，P4為正四面體結(jié)構(gòu)，每個(gè)分子中含6個(gè)P—P鍵，即1 mol P4中P—P鍵數(shù)目為6NA，A項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)D2O和H2O分子中均含 10個(gè)質(zhì)子，而18 g D2O和18 g H2O的物質(zhì)的量分別為 0.9 mol 和1 mol，所含質(zhì)子數(shù)分別為9NA和10NA，B項(xiàng)錯(cuò)誤；92.0 g甘油的物質(zhì)的量為1 mol，由甘油的結(jié)構(gòu)簡式可確定其中含羥基數(shù)為3.0NA，C項(xiàng)錯(cuò)誤；乙烯和丙烯的最簡式均為CH2，14 g二者的混合氣體中含1 mol CH2，即含氫原子數(shù)為2NA，D項(xiàng)正確。故答案為D。

3.計(jì)算電解質(zhì)溶液中粒子數(shù)目

【例3】NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法中正確的是

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B．(2018·全國卷Ⅰ·10)16.25 g FeCl3水解形成的Fe(OH)3膠體粒子數(shù)為0.1NA

D．(2017·全國卷Ⅲ·10)pH=1的H3PO4溶液中，含有0.1NA個(gè)H+

解答這類問題，要看是否給出指定溶液的體積，體積和濃度都給出后，要考慮溶液中離子的電離和水解情況，以及和溶質(zhì)的組成是否有關(guān)等多種因素；若存在電離和水解等平衡，可結(jié)合物料守恒等確定微粒數(shù)目。

4.氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目的計(jì)算

氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目的計(jì)算是NA類選擇題中典型的陷阱。解答這類問題要明確：①反應(yīng)前后元素的化合價(jià)變化，能根據(jù)化合價(jià)變化分析具體物質(zhì)在反應(yīng)中所起的作用，即使是同一種物質(zhì)在不同的反應(yīng)中所起的作用不一定相同，如Cl2與金屬的反應(yīng)中，Cl2只作氧化劑，而Cl2與H2O、堿溶液的反應(yīng)中，Cl2既作氧化劑又作還原劑；再如Na2O2與H2O(或CO2)的反應(yīng)中，Na2O2既作氧化劑又作還原劑。②同一物質(zhì)和不同物質(zhì)反應(yīng)，或反應(yīng)物的用量不同，生成物的價(jià)態(tài)也不一定相同。如Fe分別和Cl2、S反應(yīng)時(shí)生成物中鐵的價(jià)態(tài)不同；Fe與HNO3反應(yīng)，F(xiàn)e不足時(shí)生成Fe3+，F(xiàn)e過量時(shí)生成Fe2+。③注意氧化還原反應(yīng)的先后順序，如向FeI2溶液中通入Cl2時(shí)，I-先被氧化，然后氧化Fe2+。

【例4】用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法中正確的是

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A．(2016·全國卷Ⅰ·8)1 mol Fe溶于過量硝酸，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為2NA

B．(2015·全國卷Ⅰ·8)過氧化鈉與水反應(yīng)時(shí)，生成0.1 mol 氧氣轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.2NA

C．(2017·全國卷Ⅱ·8)2.4 g Mg與H2SO4完全反應(yīng)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.1NA

D．KClO3與足量濃鹽酸反應(yīng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下33.6 L Cl2時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3NA

突破氧化還原反應(yīng)計(jì)算類問題時(shí)，必要時(shí)先寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，分析反應(yīng)中元素化合價(jià)變化，再結(jié)合氧化還原反應(yīng)中的守恒規(guī)律、價(jià)態(tài)規(guī)律、先后規(guī)律等進(jìn)行綜合分析。如分析D項(xiàng)的歧化反應(yīng)時(shí)，根據(jù)“只靠近不交叉”可知生成物中Cl2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物，據(jù)此可計(jì)算反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目。

5.結(jié)合特殊反應(yīng)和隱含反應(yīng)命題

關(guān)于NA的試題中還經(jīng)常結(jié)合某些特殊反應(yīng)、特殊的反應(yīng)條件和可逆反應(yīng)等進(jìn)行命題。突破這類問題時(shí)需做到：①熟悉特殊的反應(yīng)，如Cu與濃硫酸的反應(yīng)中，隨著反應(yīng)不斷進(jìn)行濃硫酸變成稀硫酸后，反應(yīng)停止；常溫下，Al、Fe遇濃HNO3、濃H2SO4鈍化，無法計(jì)算反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目。②常見的可逆反應(yīng)：工業(yè)合成NH3的反應(yīng)、SO2的催化氧化反應(yīng)、Cl2和H2O的反應(yīng)、NO2與N2O4間的轉(zhuǎn)化等。

【例5】用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法中正確的是

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A．(2017·全國卷Ⅱ·8)0.1 mol H2和0.1 mol I2于密閉容器中充分反應(yīng)后，其分子總數(shù)為0.2NA

B．(2016·全國卷Ⅰ·8)1 mol N2與4 mol H2反應(yīng)生成的NH3分子數(shù)為2NA

C．100 mL 12 mol·L-1的濃鹽酸與足量MnO2反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.6NA

D．(2018·全國卷Ⅱ·11)密閉容器中，2 mol SO2和1 mol O2催化反應(yīng)后分子總數(shù)為2NA

解答這類問題時(shí)先判斷涉及的反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)，需明確可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底，不能準(zhǔn)確計(jì)算生成物的物質(zhì)的量或計(jì)算反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目。Cu與濃H2SO4、MnO2與濃鹽酸等反應(yīng)中，酸的濃度減小后，反應(yīng)停止；但一定質(zhì)量的Cu加入濃HNO3中，Cu先與濃HNO3反應(yīng)，然后繼續(xù)與稀HNO3反應(yīng)，但反應(yīng)的產(chǎn)物不同，可根據(jù)Cu的質(zhì)量求算轉(zhuǎn)移電子數(shù)目。

通過對以上命題特點(diǎn)和解答方法的分析，不難歸納解答阿伏加德羅常數(shù)類試題的一般思路方法。

第一步：審題——明確研究對象與轉(zhuǎn)化關(guān)系。物質(zhì)的量的研究對象是分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子等微觀粒子，考題中往往結(jié)合物質(zhì)的質(zhì)量、體積(氣體)、物質(zhì)的量濃度等形式，解答這類試題需明確這些物理量間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，如圖，即做到“見量化摩”，并結(jié)合N=n·NA進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

第二步：析題——巧避陷阱。①查看物質(zhì)狀態(tài)及所處狀況，如當(dāng)物質(zhì)是氣體時(shí)，應(yīng)查看所給條件是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況；當(dāng)條件是標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)，應(yīng)查看所給物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是否為氣體，并能正確運(yùn)用氣體摩爾體積進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。②分析特殊物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)與特殊反應(yīng)，要明確計(jì)算的是哪種微粒數(shù)目以及所給反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)等。如給出一定質(zhì)量的Na2O2應(yīng)明確計(jì)算的是陰離子數(shù)目還是離子總數(shù)，給出標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24 L乙烷，要表示的是極性鍵數(shù)目還是共價(jià)鍵數(shù)目。③電解質(zhì)溶液中是否該考慮水解和電離，給出溶液的pH和體積，是否需要考慮溶液組成等，都要做到心中有數(shù)。④陌生的氧化還原反應(yīng)，需寫出化學(xué)方程式并結(jié)合價(jià)態(tài)規(guī)律等進(jìn)行綜合分析判斷轉(zhuǎn)移電子數(shù)目。

第三步：解題——做出判斷。結(jié)合上面兩步，抓住題目關(guān)鍵信息和特定條件，采用正向判斷或間接排除的方法作答，明確是選擇關(guān)于NA的表述中正確的還是不正確(或錯(cuò)誤)的選項(xiàng)，從而選出符合題意的答案。