以微粒数为载体,考查化学学科素养——2022年高考题归类解析

邱长恩

(湖北省宜昌市夷陵中学)

与微粒数有关的问题是历年高考的热点试题,此类题目可以承载有关物质组成、结构、性质、变化规律等诸多方面的学科素养,具有较好的区分度和一定的难度.

1 考查物质的组成

例1设NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( ).

A.(全国甲卷)0.20 mol苯甲酸完全燃烧,生成CO2的数目为1.4NA

B.(浙江卷)12gNaHSO4中含有0.2NA个阳离子

C.(辽宁卷)标准状况下,22.4LHCl气体中H＋的数目为NA

D.(浙江6月卷)8gCH4含有中子数为3NA

E.(海南卷)2.8g56Fe含有的中子数为1.3NA

F.(辽宁卷)1.8g18O中含有的中子数为NA

G.(广东卷)1molCO 中含有6.02×1024个电子

H.(浙江1月卷)1.8g重水(D2O)中所含质子数为NA

I.(浙江1 月卷)在25 ℃时,1LpH 为12 的Ba(OH)2溶液中含有OH-的数目为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数为0.01NA

K.(辽宁卷)pH＝12的Na2CO3溶液中OH-的数目为0.01NA

试题分析苯甲酸的分子式为C7H6O2,则0.2mol苯甲酸完全燃烧生成1.4 molCO2,数目为1.4NA,选项A 正确.NaHSO4由Na＋和HSO-4构成,12g NaHSO4的物质的量为0.1 mol,只含有0.1NA个阳离子,选项B 错误.HCl是共价化合物,HCl分子中不存在H＋,选项C 错误.CH4分子中只有C含有6个中子,8gCH4的物质的量为0.5mol,含有中子数为3NA,选项D 正确.56Fe的质子数为26,中子数为30,2.8g56Fe的物质的量为0.05 mol,含有的中子数为1.5NA,选项E错误.18O原子中含有10个中子,1.8g18O的物质的量为0.1 mol,含有中子数为NA,选项F正确.CO 分子含有14个电子,则1molCO 中含有14×6.02×1023＝8.428×1024个电子,选项G 错误.重水(D2O)的摩尔质量为20g·mol-1,则1.8g重水(D2O)的物质的量为0.09mol,所含质子数为0.9NA,选项H 错误.1LpH 为12的Ba(OH)2溶液中OH-的物质的量为0.01mol·L-1×1L＝0.01mol,数目为0.01NA,选项I正确.NaOH水溶液中含有溶质NaOH 和溶剂H2O,氧原子数目应为二者氧原子数目之和,故氧原子数大于0.01NA,选项J错误.选项K 没有给出溶液的体积,无法计算溶液中OH-的数目,错误.答案为A、D、F、I.

解答策略1)熟练掌握必备知识,明晰常见物质的组成,如Na2O2由Na＋和构成、HCl由H 原子和Cl原子构成.

2)要明确物质的质量m、摩尔质量M、物质的量n、微粒数N之间的关系,利用公式n＝m÷M计算物质的量,N＝n×NA计算微粒数.

3)要熟练掌握必备知识,弄清物质中质子数、中子数、质量数、电子数之间的数量关系.

4)根据公式n＝c×V计算物质的量,物质的量浓度c和溶液的体积V这两个量缺一不可.已知浓度时,要特别关注是否有具体的体积,弄清所求微粒数是指整个溶液还是单指溶质,求氢原子、氧原子等微粒数时,还要考虑溶剂H2O 的存在.

2 考查物质的结构

例2设NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( ).

A.(辽宁卷)28gC2H4分子中含有的σ键数目为4NA

B.(浙江1月卷)32g甲醇分子中含有C—H 键的数目为4NA

C.(2021 年天津卷)1 molN2中,σ 键的数目为3NA

试题分析乙烯分子的结构式为,1个乙烯分子中含有5 个σ键,28g C2H4的物质的量为1mol,含有σ键数目为5NA,选项A 错误.甲醇的结构简式为CH3OH,32g甲醇的物质的量为1 mol,分子中含有C—H 键的数目为3NA,选项B错误.氮气分子的结构式为N≡N,其中含有1个σ键,2个π键,则1 molN2中有1 molσ键,数目为1NA,选项C 错误.1 个乳酸分子中含有1个羟基和1个羧基,羟基、羧基都可以与Na反应生成H2,则1 mol乳酸和足量的Na反应生成1 mol H2,选项D 正确.1个S8()分子中含有8个S—S键,32gS8的物质的量为0.125 mol,则共含有的S—S键的数目为0.125×8×NA＝1NA,选项E 正确.答案为D、E.

解答策略1)掌握必备知识,熟悉分子结构中的共价键类型和组成,熟悉1个分子中含有具体化学键的数目.

2)熟悉有机物的结构和常见官能团的性质.

3)运用价键理论书写物质的电子式、结构式,从给定分子结构判断化学键的类型和数目,如1 个P4分子中含有6 个P—P 键,1 个S8分子中含有8 个S—S键.

3 考查气体的性质

例3设NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述错误的是( ).

A.(全国甲卷)25 ℃,101kPa下,28L氢气中质子的数目为2.5NA

B.(浙江6月卷)11.2L 乙烷和丙烯的混合气体中所含碳氢键数为3NA

C.(广东卷)22.4LCO2被还原生成1molCO

D.(海南卷)在2.8 g Fe 中加入100 mL 3mol·L-1HCl,Fe完全溶解,反应生成标准状况下气体3.36L

试题分析25 ℃,101kPa不是标准状况,不能用标准状况下的气体摩尔体积计算氢气的物质的量,选项A 错误.没有指明气体所处的温度和压强,无法确定混合物质的物质的量,也无法确定其中所含碳氢键的数目,选项B错误.未指明气体所处的状态,无法准确计算其物质的量,选项C 错误.根据方程式Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑可以判断,Fe是少量物质,以其计算生成H2的物质的量为0.05mol,在标准状况下的体积为1.12L,选项D 错误.答案为A、B、C、D.

解答策略1)明确气体是否处于“标准状况”.

2)“标准状况”下,物质是否为气体,如H2O、HF、苯、SO3、CCl4等在标准况下不是气体.

3)熟练利用公式V＝n×Vm计算气体的体积,利用n＝V÷Vm计算气体的物质的量.

4 考查物质的变化

例4设NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( ).

A.(全国甲卷)2.0L1.0 mol·L-1AlCl3溶液中,Al3＋的数目为2.0NA

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

C.(海南卷)100mL3mol·L-1HCl溶液中Cl-数为3NA

D.(浙江6月卷)0.1molH2与0.1molI2于密闭容器中充分反应后,HI分子总数为0.2NA

E.(全国甲卷)电解熔融CuCl2,阴极质量增加6.4g,外电路中通过电子的数目为0.1NA

F.(海南卷)在2.8 g Fe 中加入100 mL 3mol·L-1HCl,Fe 完全溶解,反应转移电子为0.1mol

H.(浙江1月卷)足量的浓盐酸与8.7g MnO2反应,转移电子的数目为0.4NA

I.(江苏卷)用尿素水解生成的NH3催化还原NO,反应为4NH3＋O2＋4NO＝4N2＋6H2O,上述反应中消耗 1 mol NH3,转移电子的数目为2×6.02×1023

J.(北京卷)某MOFs的多孔材料刚好可将N2O4“固定”,实现了NO2与N2O4的分离并制备HNO3,每制备0.4molHNO3,转移电子数约为6.02×1022

试题分析Al3＋在溶液中发生水解生成Al(OH)3,Al3＋数目小于2.0NA,选项A 错误.溶液中发生水解反应,的数目小于0.05 mol·L-1×1L×NAmol-1＝0.05NA,选项B 正确.Cl-在溶液中不发生变化,其物质的量为0.3 mol,微粒数为0.3NA,选项C 错误.H2＋I2⇌2HI,该反应是可逆反应,0.1molH2与0.1molI2于密闭容器中充分反应后,HI分子总数小于0.2NA,选项D 错误.阳极反应为2Cl--2e-＝Cl2↑,阴极反应为Cu2＋＋2e-＝Cu,阴极增加6.4gCu的物质的量为0.1mol,则外电路中通过电子的物质的量为0.2 mol,数目为0.2NA,选项E错误.2.8gFe完全溶解生成Fe2＋,转移电子0.1mol,选项F 正确.根据方程式可知,Si元素的化合价由-4 价升高至＋4 价,因此生成1 mol SiO2时,转移8mol电子,选项G 正确.足量的浓盐酸与8.7g MnO2(0.1mol)反应,＋4价Mn转化生成Mn2＋,转移电子的数目为0.2NA,选项H 错误.由方程式可知,NH3为还原剂,O2和NO 为氧化剂,反应每消耗4molNH3,转移12 mol电子,则消耗1 mol NH3转移电子的数目为1023mol-1＝3×6.02×1023,选项I错误.N2O4转化为硝酸时,每生成1mol硝酸,转移1mol电子,则每制备0.4 mol 硝酸,转移电子数约为0.4 mol×6.02×1023mol-1＝2.408×1023,选项J错误.答案为B、F、G.

解答策略1)熟练应用公式n＝c×V计算溶液中相关物质的物质的量.

2)熟练掌握必备知识,明确有关溶质在溶液中存在的形式(如非电解质是分子,弱电解质是分子、离子,强电解质是离子),溶液中是否存在弱电解质电离平衡和离子水解平衡.

3)掌握可逆反应的特点,即反应物不能完全转化为生成物,反应物与生成物共存,要明确教材中典型的可逆反应,如2NO2⇌N2O4、H2＋I2⇌2HI、CH3COOH＋C2H5OH⇌H2O＋CH3COOC2H5等.常见的几大工业生产工艺均为可逆反应,如2SO2＋O2⇌2SO3、N2＋3H2⇌2NH3等,计算时要考虑反应的可逆特点.

4)要弄清反应原理,写出电极反应式,依据反应式计算.根据方程式,准确标出物质中元素的化合价,判断两“剂”两“产物”,即氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物,依据化合价的变化求算转移电子数.

5)根据反应原理,熟练写出方程式,判断物质的过量和少量,解题时按照少量物质的量计算.明确反应事实,同一物质在不同的反应中生成物不一样,化合价的变化也不一样,如Fe与盐酸或S反应生成Fe2＋,Fe与Cl2反应生成Fe3＋.明确微粒反应的顺序,如FeI2溶液中通入Cl2,还原性I-＞Fe2＋等.

5 拓展练习

例5设NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( ).

A.60g丙醇中存在的共价键总数为10NA

B.密闭容器中,2molSO2和1molO2催化反应后分子总数为2NA

C.120gNaHSO4和KHSO3的固体混合物中含有的阳离子数为NA

D.1mol重水比1mol水多NA个质子

E.17 g —OH 与17 g OH-所含电子数均为10NA

试题分析1个丙醇分子中含有7个C—H,2个C—C,1个C—O,1个O—H,共11个共价键,60g丙醇的物质的量为1mol,含有共价键总数为11NA,选项A 错误.2SO2＋O2⇌2SO3是一个可逆反应,2mol SO2和1molO2反应后生成SO3的数目小于2NA.容器中的分子数应该为2NA＜N＜3NA,选项B 错误.固体NaHSO4由Na＋和 HSO4-组成,固体KHSO3由K＋和HSO3-组成,且二者的摩尔质量均为120g·mol-1,120g固体混合物中含有的阳离子数为NA,选项C 正确.重水分子式为D2O,水分子式为H2O,二者质子数均为10NA,中子数重水比水多2NA,选项D 错误.17g—OH 含有电子数9NA,17g OH-含有电子数10NA,选项E错误.答案为C.

(完)