✅ Относительная атомная и молекулярная масса. Моль как единица количества вещества — dnp-zem.ru

Урок 5. Моль и молярная масса

В уроке 5 «Моль и молярная масса» из курса «Химия для чайников» рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.

Решение задач по химии

В этой статье мы коснемся нескольких краеугольных понятий в химии, без которых совершенно невозможно решение задач. Старайтесь понять смысл физических величин, чтобы усвоить эту тему.

Я постараюсь приводить как можно больше примеров по ходу этой статьи, в ходе изучения вы увидите множество примеров по данной теме.

Относительная атомная масса — A_r

Представляет собой массу атома, выраженную в атомных единицах массы. Относительные атомные массы указаны в периодической таблице Д.И. Менделеева. Так, один атом водорода имеет атомную массу = 1, кислород = 16, кальций = 40.

Относительная молекулярная масса — M_r

Относительная молекулярная масса складывается из суммы относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав вещества. В качестве примера найдем относительные молекулярные массы кислорода, воды, перманганата калия и медного купороса:

Моль и число Авогадро

Моль — единица количества вещества (в системе единиц СИ), определяемая как количество вещества, содержащее столько же структурных единиц этого вещества (молекул, атомов, ионов) сколько содержится в 12 г изотопа 12 C, т.е. 6 × 10 23 .

Число Авогадро (постоянная Авогадро, N_A) — число частиц (молекул, атомов, ионов) содержащихся в одном моле любого вещества.

Больше всего мне хотелось бы, чтобы вы поняли физический смысл изученных понятий. Моль — международная единица количества вещества, которая показывает, сколько атомов, молекул или ионов содержится в определенной массе или конкретном объеме вещества. Один моль любого вещества содержит 6.02 × 10 23 атомов/молекул/ионов — вот самое важное, что сейчас нужно понять.

Иногда в задачах бывает дано число Авогадро, и от вас требуется найти, какое вам дали количество вещества (моль). Количество вещества в химии обозначается N, ν (по греч. читается «ню»).

Рассчитаем по формуле: ν = N/N_A количество вещества 3.01 × 10 23 молекул воды и 12.04 × 10 23 атомов углерода.

Мы нашли количества вещества (моль) воды и углерода. Сейчас это может показаться очень абстрактным, но, иногда не зная, как найти количество вещества, используя число Авогадро, решение задачи по химии становится невозможным.

Молярная масса — M

Молярная масса — масса одного моля вещества, выражается в «г/моль» (грамм/моль). Численно совпадает с изученной нами ранее относительной молекулярной массой.

Рассчитаем молярные массы CaCO₃, HCl и N₂

M (HCl) = A_r(H) + A_r(Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 г/моль

M (N₂) = A_r(N) × 2 = 14 × 2 = 28 г/моль

Полученные знания не должны быть отрывочны, из них следует создать цельную систему. Обратите внимание: только что мы рассчитали молярные массы — массы одного моля вещества. Вспомните про число Авогадро.

Получается, что, несмотря на одинаковое число молекул в 1 моле (1 моль любого вещества содержит 6.02 × 10 23 молекул), молекулярные массы отличаются. Так, 6.02 × 10 23 молекул N₂ весят 28 грамм, а такое же количество молекул HCl — 36.5 грамм.

Это связано с тем, что, хоть количество молекул одинаково — 6.02 × 10 23 , в их состав входят разные атомы, поэтому и массы получаются разные.

Часто в задачах бывает дана масса, а от вас требуется рассчитать количество вещества, чтобы перейти к другому веществу в реакции. Сейчас мы определим количество вещества (моль) 70 грамм N₂, 50 грамм CaCO₃, 109.5 грамм HCl. Их молярные массы были найдены нам уже чуть раньше, что ускорит ход решения.

ν (CaCO₃) = m(CaCO₃) : M(CaCO₃) = 50 г. : 100 г/моль = 0.5 моль

ν (HCl) = m(HCl) : M(HCl) = 109.5 г. : 36.5 г/моль = 3 моль

Иногда в задачах может быть дано число молекул, а вам требуется рассчитать массу, которую они занимают. Здесь нужно использовать количество вещества (моль) как посредника, который поможет решить поставленную задачу.

Предположим нам дали 15.05 × 10 23 молекул азота, 3.01 × 10 23 молекул CaCO₃ и 18.06 × 10 23 молекул HCl. Требуется найти массу, которую составляет указанное число молекул. Мы несколько изменим известную формулу, которая поможет нам связать моль и число Авогадро.

Теперь вы всесторонне посвящены в тему. Надеюсь, что вы поняли, как связаны молярная масса, число Авогадро и количество вещества. Практика — лучший учитель. Найдите самостоятельно подобные значения для оставшихся CaCO₃ и HCl.

Молярный объем

Молярный объем — объем, занимаемый одним молем вещества. Примерно одинаков для всех газов при стандартной температуре и давлении составляет 22.4 л/моль. Он обозначается как — V_M.

Подключим к нашей системе еще одно понятие. Предлагаю найти количество вещества, количество молекул и массу газа объемом 33.6 литра. Поскольку показательно молярного объема при н.у. — константа (22.4 л/моль), то совершенно неважно, какой газ мы возьмем: хлор, азот или сероводород.

Запомните, что 1 моль любого газа занимает объем 22.4 литра. Итак, приступим к решению задачи. Поскольку какой-то газ все же надо выбрать, выберем хлор — Cl₂.

Моль (количество вещества) — самое гибкое из всех понятий в химии. Количество вещества позволяет вам перейти и к числу Авогадро, и к массе, и к объему. Если вы усвоили это, то главная задача данной статьи — выполнена 🙂

Относительная плотность и газы — D

Относительной плотностью газа называют отношение молярных масс (плотностей) двух газов. Она показывает, во сколько раз одно вещество легче/тяжелее другого. D = M (1 вещества) / M (2 вещества).

В задачах бывает дано неизвестное вещество, однако известна его плотность по водороду, азоту, кислороду или воздуху. Для того чтобы найти молярную массу вещества, следует умножить значение плотности на молярную массу газа, по которому дана плотность.

Запомните, что молярная масса воздуха = 29 г/моль. Лучше объяснить, что такое плотность и с чем ее едят на примере. Нам нужно найти молярную массу неизвестного вещества, плотность которого по воздуху 2.5

Предлагаю самостоятельно решить следующую задачку (ниже вы найдете решение): «Плотность неизвестного вещества по кислороду 3.5, найдите молярную массу неизвестного вещества»

Относительная плотность и водный раствор — ρ

Пишу об этом из-за исключительной важности в решении сложных задач, высокого уровня, где особенно часто упоминается плотность. Обозначается греческой буквой ρ.

Плотность является отражением зависимости массы от вещества, равна отношению массы вещества к единице его объема. Единицы измерения плотности: г/мл, г/см 3 , кг/м 3 и т.д.

Для примера решим задачку. Объем серной кислоты составляет 200 мл, плотность 1.34 г/мл. Найдите массу раствора. Чтобы не запутаться в единицах измерения поступайте с ними как с самыми обычными числами: сокращайте при делении и умножении — так вы точно не запутаетесь.

Иногда перед вами может стоять обратная задача, когда известна масса раствора, плотность и вы должны найти объем. Опять-таки, если вы будете следовать моему правилу и относится к обозначенным условным единицам «как к числам», то не запутаетесь.

В ходе ваших действий «грамм» и «грамм» должны сократиться, а значит, в таком случае мы будем делить массу на плотность. В противном случае вы бы получили граммы в квадрате 🙂

К примеру, даны масса раствора HCl — 150 грамм и плотность 1.76 г/мл. Нужно найти объем раствора.

Массовая доля — ω

Массовой долей называют отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Важно заметить, что в понятие раствора входит как растворитель, так и само растворенное вещество.

Массовая доля вычисляется по формуле ω (вещества) = m (вещества) / m (раствора). Полученное число будет показывать массовую долю в долях от единицы, если хотите получить в процентах — его нужно умножить на 100%. Продемонстрирую это на примере.

Решим несколько иную задачу и найдем массу чистой уксусной кислоты в широко известной уксусной эссенции.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Число Авогадро, моль и количество вещества.

Измерять количество молекул штуками, так же неудобно, как и мерить массу отдельных молекул килограммами.

И здесь, опять же для удобства, вводится такая величина как количество вещества. Ее обозначают греческой буквой ню (ν), и измеряют в молях. Не путайте с молью что живет в шифоньерах и питается исключительно шубами.

Моль — это такое количество вещества, в котором содержится столько же атомов (или молекул), сколько атомов содержится в 12 граммах углерода.

А их там 6.02•10 23 штук. Это число называется числом Авогадро (N_А ). В честь итальянского ученого из Турина Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето (Не пугайтесь, это все один человек).

Число Авогадро — количество атомов или молекул в одном моле вещества.

N_А =6.02•10 23 Моль -1

Чтобы иметь представление что такое 1 моль вещества, и соответственно, что такое число Авогадро, рассмотрим простой пример. Если взять условно размер одной песчинки за 1 мм 3 , то 1 моль таких песчинок будет занимать объем 6,02•10 14 м 3 . Если насыпать этот песок слоем толщиной 150 метров, мы получим пустыню площадью порядка 4 000 000 км 2 . Для сравнения площадь пустыни Сахара 9 200 000 км²…

Относительная молекулярная масса

А как же найти относительную молекулярную массу?

Здесь не все так просто. Понятие «относительная молекулярная масса» не всегда применяется корректно. Правильнее было бы говорить о «формульной массе» .

Дело в том, что молекулы характерны для веществ с ковалентными связями: вода H₂O, серная кислота H₂SO₄, глюкоза C₆H₁₂O₆ и т.д. И к ним в полной мере можно применить термин «относительная молекулярная масса».

Так как молекулы состоят из атомов, то относительная молекулярная масса (Mr) будет складываться из их относительных атомных масс. Например:А вот металлы (как простые вещества) и ионные соединения молекул не имеют. Их кристаллические решетки состоят из бесконечного количества атомов и ионов. Поэтому молекулярная формула таких соединений отражает количественные соотношения частиц в кристалле.

Например, формула NaCl показывает, что в кристалле хлорида натрия на один ион натрия Na + приходится один ион хлора Cl — . На самом деле формула хлорида натрия должна выглядеть так: Na_∞Cl_∞. Поэтому запомним, что к ионным соединениям термины «молекула» и «молекулярная масса» не применимы.

В связи с этим для подобных веществ вычисляется формульная масса . А вычисляется она все по тому же принципу, что и молекулярная масса. Обозначается так же — Mr. Например, для хлорида натрия:

Точно так же, как относительную атомную массу (Ar), относительную молекулярную массу (Mr) будем сопоставлять с 1/12 частью атома изотопа углерода 12 С.

В последующем говорим о Mr.

Молярная масса

Существует величина, выражающая массу одного моля вещества, – молярная масса. Она равна отношению массы к количеству вещества и имеет размерность кг/моль или, чаще, г/моль:

Молярная масса элемента равна массе его атомов. В единицах г/моль она численно совпадает с величиной относительной атомной массы и для углерода равна:

Молярные массы соединений вычисляют путем сложения:

Молярная масса воды составляет 1 моль молекул воды содержит 2 моля атомов водорода и 1 моль атомов кислорода.

По молярной массе можно найти, сколько молей составляет количество вещества некоторой массы:

Например, 280 г оксида кальция соответствует количество

Эквивалентная масса

Количество вещества, реагирующее с 1 молем ионов водорода, называется эквивалентом, а его масса mэкв – эквивалентной. Она рассчитывается из молярной массы и зависит от того, к какому классу соединений принадлежит вещество.

С помощью этой величины описывают химические взаимодействия, опираясь на закон эквивалентов: отношение масс реагентов (и продуктов реакции) пропорционально отношению их эквивалентных масс:

Это упрощает расчеты, позволяя обойтись без составления уравнения реакции.

Еще одна важная величина — это молярная масса. Нет, это не масса маляра, как может показаться. Молярная масса (М) — это масса одного моля вещества. Тут все просто, если в одном моле содержится N_А частиц (т.е. равное числу Авогадро), то, умножая массу одной такой частицы m на число Авогадро, мы получим молярную массу.

Но это делать не обязательно, так как малярную массу легко узнать по таблице Менделеева. Как? Точно так же, как и относительную молекулярную массу. Вообще это будет одно и тоже число, только единицы измерения будут разные, в первом случае едениц не будет вообще (так как величины безразмерные), а во втором, это г/моль. Ну или чтоб перевести молярную массу в систему СИ, необходимо ее умножить на 10 -3 . Получим кг/моль.

Чему будет равна молярная масса воды? Правильно! 18 г/моль или 18•10 -3 кг/моль

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Количество вещества»

Следует различать массу и количество: 2 кг яблок – это масса, а 2 яблока – это количество. В жизни мы часто используем определённые порции, например, коробок спичек или мешок зерна, ведь никто из нас не будет поштучно покупать спички или зерно.

В химии для измерения количество вещества была выбрана единица, которая объединила в себе число частиц и массу. Эта единица называется моль и обозначается буквой n (эн). Чтобы измерить 1 моль любого вещества, нужно взять его столько грамм, какова относительная атомная или относительная молекулярная масса вещества.

Давайте посмотрим на вещества количеством один моль: сравните, как отличается 1 моль воды, соли, кислоты и сахара. Почему? У этих веществ различная относительная молекулярная масса. У воды – 18, соли – 58,5, кислоты – 98, а сахара – 332, поэтому и масса вещества их тоже различна.

Например, 1 моль воды имеет массу 18 г, т.к. относительная молекулярная масса вода равна 18; 1 моль азота имеет массу 28 г, потому что относительная молекулярная масса его равна 28; 1 моль меди равен 64 г, т.к. относительная молекулярная масса ее равна 64.

А если нам нужно узнать, какую массу имеет вода количеством 2 моль, то мы 2 умножим на 18, т.е. 36 г; 0,5 моль азота имеет массу 14 г, т.к. 0,5 умножить на 28, будет 14.

Количество вещества не только связано с массой, но и с числом частиц.

Установлено, что 1 моль любого вещества содержит одинаковое число частиц. Это число равно 6,02 · 10 23 . Это число называется постоянной Авогадро, в честь итальянского ученого А. Авогадро и обозначается оно N_A.

Т.е. 1 моль воды имеет массу 18 г и содержит 6,02 · 10 23 частиц; 2 моль воды имеет массу 36 г и содержит 12,04 · 10 23 частиц; 0,5 моль азота имеет массу 14 г и содержит 3,01 · 10 23 частиц.

Для того чтобы узнать число частиц (N), которое содержится в определенном количестве вещества, можно использовать формулу:

N = N_A · n

где n – количество вещества, т.е. число молей; N – число частиц.

Из этой формулы верны и следующие выражения:

N_A = N/ n

n = N/ N_A

Теперь дадим определение понятия моль – это такое количество вещества, в котором содержится 6,02 · 10 23 частиц этого вещества.

Используя новые формулы, решим задачи.

1. Определите количество вещества кислорода, в котором содержится 18,06 · 10 23 молекул.

Нам дано число молекул кислорода, найти нужноколичество вещества кислорода. Для решения этой задачи используем формулу n = N/ N_A, подставляем значения в выражение и находим результат (величина N_A является потоянной). Получается 3 моль. Следовательно, количество кислорода равно 3 моль.

2. Определите число молекул хлора (Cl₂) которое, содержится в порции этого газа количеством вещества 0,1 моль.

В этой задаче по условию нам дано количество вещества хлора. Найти нужно число молекул. Следовательно, используем формулу N = N_A · n, подставим данные в формулу, получаем результат 0,602 · 10 23 молекул. Получается, что порция хлора количеством 0,1 моль содержит 0,602 · 10 23 молекул.