Как определить в какой порции вещества содержится больше молекул
Химия
8 класс
Химия — это наука о веществах. А как измерять вещество? В каких единицах? Вы можете предложить отсчитывать необходимое число молекул вещества, если оно состоит из них. Однако сделать это чрезвычайно сложно. Некоторые из вас предложат измерять вещество в граммах, килограммах или миллиграммах. Но ведь это единицы измерения массы.
Для измерения вещества была выбрана особая единица, в которой как бы соединились число молекул и масса вещества. Эта единица была названа моль.
Чтобы отмерить 1 моль вещества, нужно взять столько граммов его, какова относительная атомная (Аr) или относительная молекулярная масса (Мr) вещества.
Например, 1 моль воды имеет массу, равную 18 г, так как Мr(Н2O) = 18; 1 моль кислорода имеет массу, равную 32 г, так как Мr(O2) = 32; 1 моль железа имеет массу, равную 56 г, так как Mr(Fe) = 56.
А если нужно отмерить 2 моль воды, то сколько граммов её нужно взять? Верно, 36 г (18 × 2). А можно отмерить 0,5 моль кислорода? Конечно, 0,5 моль O2 имеют массу в два раза меньше массы 1 моль, т. е. 16 г (32 : 2). А сколько молей воды взяли, если, например, отмерили 45 г воды? Очевидно, нужно эту массу разделить на массу 1 моль воды (45 г : 18 г/моль = 2,5 моль), т. е. взяли 2,5 моль.
А как связано с количеством вещества число его молекул? Установлено, что 1 моль любого вещества всегда содержит одинаковое число молекул. Это число равно 6 × 1023. В честь итальянского учёного А. Авогадро это число назвали постоянной Авогадро. Обозначают её NA.
Таким образом, 1 моль воды имеет массу 18 г и содержит 6 × 1023 молекул Н2O. 1 моль кислорода O2 имеет массу 32 г и также содержит 6 × 1023 молекул O2.
Очевидно, что в 2 моль воды и любого вещества содержится 12 × 1023 молекул, а в 0,5 моль — 3 × 1023 молекул.
Значит, чтобы узнать число молекул (N), содержащихся в определённом количестве вещества, можно воспользоваться формулой:
где п — количество вещества, т. е. число молей.
Отсюда верны и следующие равенства:
Теперь дадим определение понятия «моль».
Моль — это такое количество вещества, в котором содержится 6 × 1023 молекул этого вещества.
Однако следует помнить, что в молях измеряют и число других частиц: атомов, ионов, электронов и т. д. Во всех случаях 1 моль содержит 6 × 1023 соответствующих частиц (атомов, ионов, электронов и т. д.).
Массу 1 моль вещества называют его молярной массой и обозначают буквой М.
Как вы теперь знаете, количество вещества измеряют в молях и обозначают буквой n, в некоторых учебниках — греческой буквой v («ню»). Чтобы найти количество вещества, нужно его массу разделить на молярную массу:
Следовательно, верны и обратные формулы:
Молярная масса — это физическая величина, которая равна отношению массы вещества к количеству вещества.
Отсюда можно определить и единицу молярной массы — г/моль. М(Н2O) = 18 г/моль.
Вы знаете, что единицу массы, в 1000 раз большую одного грамма, называют килограммом, а единицу массы, в 1000 раз меньшую одного грамма, — миллиграммом. И количество вещества можно измерять не только в молях, но и в киломолях — кмоль (1 кмоль = 1000 моль), и в миллимолях — ммоль (1 моль = 1000 ммоль). Соответственно вместо молярной массы в некоторых случаях удобнее использовать понятия киломолярная масса (кг/кмоль) и миллимолярная масса (мг/ммоль).
Мы определили, как связаны между собой количество вещества и его масса. Теперь решим задачи с использованием рассмотренных выше понятий.
Задача 1. Сколько молекул содержится в 11 г углекислого газа СO2?
Задача 2. Найдите массу 15 × 1023 молекул кислорода.
Ключевые слова и словосочетания
- Количество вещества.
- Моль, киломоль, миллимоль.
- Молярная, киломолярная и миллимолярная массы.
- Постоянная Авогадро.
Работа с компьютером
- Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
- Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока — сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.
Вопросы и задания
- Сколько молекул содержит: а) 1 кмоль вещества; б) 1 ммоль вещества?
- Найдите массу: а) 0,75 моль азота N2; б) 9 • 1023 молекул глюкозы С6Н12O6; в) 3 кмоль серной кислоты H2SO4.
- Сколько молекул содержат: а) 1,5 моль водорода; б) 7 г водорода; в) 4 кмоль водорода?
- Вставьте пропущенные слова в предложения: «Массу измеряют в миллиграммах, …, килограммах. Количество вещества измеряют в …, …, …».
- Плотность кислорода равна 1,3 г/л. Вычислите количество вещества кислорода, которое содержится в 1 л его. Сколько молекул кислорода содержится в 1 л; в 1 мл; в 1 м3?
Решение задач на количественные характеристики вещества:
количества вещества, массу и объем
Количество вещества (ν) связано с числом структурных единиц (N) в образце вещества, его массой (m) и объемом (V) — для газообразных веществ при н. у. — следующими уравнениями:
в которых
Vm = 22,4 л/моль (мл/ммоль, м3/кмоль) при н.у.,
NA = 6,02 • 1023 (постоянная Авогадро),
а молярная масса (М) численно равна относительной молекулярной массе вещества.
Цитаты из пособия «Задачи по химии 8-9 кл.» (авт. О.С. Габриелян и др.) использованы в учебных целях. Ссылка на покупку книги указана в конце конспекта.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
№ 1.
Определите абсолютную массу (в г) одной молекулы воды.
Ответ: m (молекулы Н2O) = 2,99 • 10–23 г.
№ 2.
Определите массу порции оксида серы (VI), содержащей 7,224 • 1023 атомов кислорода.
Ответ: m(SO3) = 32 г.
№ 3.
Сколько атомов азота содержится в оксиде азота (I), объем которого (н. у.) равен 20,16 л?
Ответ. N(N) = 10,836 • 1023.
№ 4.
Определите объем (н. у.) оксида углерода (IV), в котором содержится столько же атомов кислорода, сколько их содержится в 48 г карбоната кальция.
Ответ. V(СO2) = 16,12 л.
№ 5.
Определите относительную плотность сероводорода по водороду и по воздуху.
Ответ: DH2(H2S) = 17; Dвозд(H2S) = 1,17.
№ 6.
Плотность газа по кислороду равна 0,875. Определите число молекул, содержащихся в 15,4 г этого газа.
Ответ. N(газа) = 3,311 • 1023.
ЗАДАЧИ с КРАТКИМ ОТВЕТОМ
№ 7. Сплав содержит 16 г меди и 11,2 г железа. Атомов какого метала будет больше в данном образце сплава?
№ 8. Смешали 16,8 г азота и 15,68 л (н. у.) водорода. Какое суммарное число молекул обоих газов будет содержаться в данной смеси?
№ 9. Чему равна масса порции хлорида бария, содержащая 1,3244 • 1024 ионов хлора?
№ 10. Какую массу должен иметь образец нитрата калия, чтобы в нем было столько же атомов кислорода, сколько их содержится в образце сульфата натрия массой 21,3 г?
№ 11. Сколько атомов хлора содержится в смеси, состоящей из 16,68 г хлорида фосфора (V) и 16,5 г хлорида фосфора (III)?
№ 12. Вычислите массу смеси, содержащей 672 мл (н. у.) оксида азота (I), 0,125 моль оксида азота (II) и 1,15 г оксида азота (IV). Сколько атомов азота будет содержаться в этой смеси?
№ 13. Молекула некоторого газа имеет массу 6,063* 10–23г. Определите плотность данного газа по гелию.
№ 14. Вычислите плотность газа по азоту, если 1 л (н. у.) этого газа имеет массу 1,7857 г.
№ 15. Плотность газа по воздуху равна 2,207. Найдите плотность этого газа по хлору и массу одной молекулы этого газа (в г).
№ 16. Масса порции оксида алюминия равна массе порции оксида кремния (IV). В какой порции будет содержаться больше атомов кислорода?
№ 17. Порции метана СН4 и аммиака NH3 содержат одинаковое число атомов водорода. Какая порция будет иметь большую массу?
№ 18. Десять молекул газа имеют массу 6,063 * 10–22г. Определите плотность данного газа по водороду.
№ 19. Определите массу и объем (н. у.) аммиака, содержащего столько же атомов водорода, сколько их содержится в 2,55 г сероводорода.
Решение задач на основные количественные характеристики вещества. Выберите дальнейшие действия:
- Перейти к следующей теме: Решение задач с долей вещества в смеси, в соединении.
- Вернуться к списку конспектов по Химии.
- Проверить знания по Химии.
- Купить книгу Задачи по химии и способы их решения. 8-9 кл. / О.С. Габриелян и др. — М.: Дрофа.
В уроке 8 «Химическое количество вещества и моль» из курса «Химия для чайников» выясним, что такое химическое количество вещества; рассмотрим моль в качестве единицы количества вещества, а также познакомимся с постоянной Авогадро. Напоминаю, что в прошлом уроке «Относительная молекулярная и относительная формульная массы» мы научились вычислять относительную молекулярную массу, а также относительную формульную массу веществ; кроме того, выяснили что такое массовая доля и привели формулу для ее вычисления.
Любое чистое вещество имеет свою химическую формулу, т. е. характеризуется определенным качественным и количественным составом.
Если необходима какая-то порция твердого вещества, то для этого следует взять нужную его массу, т. е. взвесить вещество (рис. 43). Нужный объем жидкого вещества обычно отмеряют с помощью мензурки или мерного цилиндра (рис. 44). Для отбора необходимой порции (объема) газообразных веществ применяют специальные емкости — газометры (рис. 45).
Следовательно, объем и масса — это величины, характеризующие данную порцию вещества.
Химическое количество вещества
В жизни мы часто не различаем понятия «масса» и «количество». А это разные понятия. Когда вы говорите: «Я купил 2 кг груш», то здесь речь идет о массе груш. Но если вы говорите: «Я купил 10 груш», то в этом случае речь идет о количестве груш. Массу вещества измеряют в граммах, килограммах, тоннах, а количество — в штуках.
Груши можно пересчитать поштучно, а если это, например, зерна? Тут уже посчитать каждое зернышко даже в небольшой емкости сложно. Поэтому зерно обычно продают мешками, т. е. определенными порциями. В каждой такой порции — мешке (если они равны по массе и все зерна одинаковы) — будет находиться практически одно и то же число зерен. Подобным образом продают многие товары. Например, яйца — десятками, спички — спичечными коробками, в каждом из которых находится по 45 спичек (рис. 46).
В химической практике, помимо массы или объема, необходимо знать число структурных единиц (атомов, молекул, формульных единиц), которые содержатся в данной порции вещества, поскольку именно они участвуют в химических реакциях. Поэтому в химии, как и в других естественных науках, используют физическую величину, характеризующую число частиц в рассматриваемой порции вещества. Эта физическая величина называется количеством вещества или, как следует называть ее при химических расчетах, — химическое количество вещества.
Химическое количество вещества — физическая величина, пропорциональная числу структурных единиц, содержащихся в данной порции вещества.
Другими словами, химическое количество вещества — это порция данного вещества, содержащая определенное число его структурных единиц. Химическое количество вещества обозначают латинской буквой n. Это одна из семи основных физических величин Международной системы единиц (СИ).
Моль — единица химического количества вещества
Каждая из основных физических величин имеет свою единицу. Например, единица длины — метр (м), массы — килограмм (кг), времени — секунда (с). Единицей химического количества вещества является моль.
Моль — порция вещества (т. е. такое его химическое количество), которая содержит столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.
Сокращенное обозначение единицы химического количества записывается, как и полное, — моль. Поэтому, если слово «моль» стоит после числа, то оно не склоняется, так же, как и другие сокращенные единицы величин: 3 кг, 5 л, 8 моль. При чтении вслух и при записи числительного буквами слово «моль» склоняется: три килограмма, пять литров, восемь молей.
На заметку. Термины «молекула» и «моль», как нетрудно заметить, однокоренные. Они действительно произошли от одного и того же латинского слова «moles». Но это слово имеет, по крайней мере, два значения. Первое — «маленькая масса». Именно в этом смысле в XVII в. оно превратилось в термин «молекула». А понятие «моль» (в смысле кучка, порция) появилось значительно позже, в начале ХХ в. Автор этого термина известный немецкий химик и физик Оствальд толковал его смысл как «большая масса», как бы противопоставляя термину «молекула».
Число (N) атомов в порции углерода массой 0,012 кг легко определить, зная массу одного атома углерода (19,94·10-27 кг):
Следовательно, в углероде массой 0,012 кг содержатся 6,02·1023 атомов углерода и эта порция составляет 1 моль. Столько же структурных единиц содержится в 1 моль любого вещества.
Величина, равная:
получила название постоянной Авогадро. Она является одной из важнейших универсальных постоянных и обозначается символом NA:
Единица в числителе дроби (1/моль) заменяет название структурной единицы.
Если структурной единицей вещества (например, меди, углерода) является атом, то в порции этого вещества количеством 1 моль содержатся 6,02·1023атомов. В случае веществ молекулярного строения (вода, углекислый газ) их порции количеством 1 моль содержат по 6,02·1023молекул. Если структурными единицами веществ немолекулярного строения (например, NaCl или CuSO4) являются их формульные единицы, то в порциях этих веществ количеством 1 моль содержатся по 6,02·1023формульных единиц.
На заметку. Численное значение постоянной Авогадро огромно. О том, насколько велико это число, можно судить по следующему сравнению. Поверхность Земли, включая и водную, равна 510 000 000 км2. Если равномерно рассыпать по всей этой поверхности 6,02·1023 песчинок диаметром 1 мм, то они образуют слой песка толщиной более 1 м.
Зная химическое количество n данного вещества Х, легко рассчитать число молекул (атомов, формульных единиц) N(Х) в этой порции:
если 1 моль вещества содержит 6,02·1023 молекул, то n моль вещества содержат N(Х) молекул.
Отсюда:
И наоборот, по числу структурных единиц можно рассчитать химическое количество вещества:
Пример 1. Определите число молекул, содержащихся в серной кислоте химическим количеством 3 моль.
Спойлер
[свернуть]
Пример 2. Рассчитайте химическое количество CuSO4 в порции, содержащей 36,12·1023 формульных единиц (ФЕ).
Спойлер
[свернуть]
Краткие выводы урока:
- Химическое количество вещества — физическая величина, пропорциональная числу структурных единиц, содержащихся в данной порции вещества.
- Моль — единица химического количества вещества, т. е. такое его количество, которое содержит 6,02·1023 структурных единиц.
Надеюсь урок 8 «Химическое количество вещества и моль» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.