Какое количество вещества содержится в порции молекулярного кислорода
Моль, молярная масса
В химических
процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы, ионы, электроны.
Число таких частиц даже в малой порции вещества очень велико. Поэтому, чтобы
избежать математических операций с большими числами, для характеристики
количества вещества, участвующего в химической реакции, используется
специальная единица – моль.
Моль — это такое количество
вещества, в котором содержится определенное число частиц (молекул, атомов,
ионов), равное постоянной Авогадро
Постоянная
Авогадро NA определяется как число атомов, содержащееся в 12 г
изотопа 12С:
Таким
образом, 1 моль любого вещества содержит 6,02 • 1023 частиц этого вещества.
1 моль кислорода содержит 6,02 • 1023 молекул O2.
1 моль серной кислоты содержит 6,02 • 1023 молекул H2SO4.
1 моль железа содержит 6,02 • 1023 атомов Fe.
1 моль серы содержит 6,02 • 1023 атомов S.
2 моль серы содержит 12,04 • 1023 атомов S.
0,5 моль серы содержит 3,01 • 1023 атомов S.
Исходя из
этого, любое количество вещества можно выразить определенным числом молей ν (ню).
Например, в образце вещества содержится 12,04 • 1023 молекул. Следовательно, количество
вещества в этом образце составляет:
В общем
виде:
где N – число частиц данного
вещества;
Nа – число частиц, которое содержит 1 моль вещества
(постоянная Авогадро).
Молярная
масса вещества (M) – масса,
которую имеет 1 моль данного вещества.
Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν,
имеет размерность кг/моль или г/моль. Молярная масса, выраженная
в г/моль, численно равна относительной относительной молекулярной массе Mr
(для веществ атомного строения – относительной атомной массе Ar).
Например, молярная масса метана CH4 определяется следующим образом:
Мr(CH4) = Ar(C) + 4 Ar(H) = 12+4 =16
M(CH4)=16
г/моль, т.е. 16 г CH4 содержат 6,02 • 1023 молекул.
Молярную
массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество
(число молей) ν, по формуле:
Соответственно,
зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:
или найти
массу вещества по числу молей и молярной массе:
m = ν • M
Необходимо
отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и
количественным составом, т.е. зависит от Mr и Ar. Поэтому
разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m.
Пример
Вычислить массы метана CH4 и этана С2H6,
взятых в количестве ν = 2 моль каждого.
Решение
Молярная масса метана M(CH4) равна 16 г/моль;
молярная масса этана M(С2Н6) = 2 • 12+6=30 г/моль.
Отсюда:
m(CH4) = 2 моль • 16 г/моль = 32 г;
m(С2Н6) = 2 моль • 30 г/моль = 60 г.
Таким
образом, моль – это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но
имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и
молекулы) не одинаковы по массе.
n(CH4)
= n(С2Н6),
но m(CH4) < m(С2Н6)
Вычисление ν
используется практически в каждой расчетной задаче.
Взаимосвязь:
Образцы решения задач
Задача №1. Вычислите массу (г) железа, 0, 5 моль? Дано: ν(Fe)=0,5 моль Найти: Решение: m = M · ν M(Fe) = Ar(Fe) = 56 г/моль m (Fe) = 56 г/моль Ответ: |
Задача №2. Вычислите массу (г) 12,04 · 1023молекул оксида кальция CaО? Дано: Найти: Решение: m = M · ν, ν= N/Na, следовательно, формула для расчёта m = M · (N/Na) M(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56 г/моль m= 56 г/моль · (12,04 Ответ: |
ТРЕНАЖЁРЫ
Тренажёр
№1 — Взаимосвязь количества вещества, числа частиц и постоянной Авогадро
Тренажёр
№2 — Взаимосвязь массы, количества вещества и молярной массы
Тренажёр
№3 — Вычисление количества вещества по известной массе вещества
Тренажёр
№4 — Вычисление массы вещества по известному количеству вещества
Тренажёр
№5 — Вычисление массы вещества по известному числу частиц вещества
Тренажёр
№6 — Вычисление молярной массы вещества
Тренажёр
№7 — Вычисление числа частиц вещества по известной массе вещества
Тренажёр
№8 — Вычисления числа частиц вещества по известному количеству вещества
Интерактивны тесты
«Упражнения
для контроля и самопроверки по вычислению количества вещества»
«Упражнения
для контроля и самопроверки по вычислению молярной массы вещества «
Задания для закрепления
Задача 1. Вычислите массу воды (г), взятой количеством вещества 5 моль?
Задача 2. Вычислите массу 24,08 *1023 молекул серной кислоты H2SO4?
Задача
3. Определите число атомов в 56 г железа Fe?
1. В каком случае применяют физическую величину «количество вещества» и в каких единицах ее измеряют? Ответ поясните примерами.
Количество вещества применяют в случаях, когда интересует отношение количества частиц, вступающих и/или образующихся в процессе химической реакции.
При горении водорода 2 молекулы водорода соединяются с 1 молекулой кислорода и образуют 2 молекулы воды:
2H2 + O2 = 2H2O
При горении метана 1 молекула метана вступает в химическое взаимодействие с 2 молекулами кислорода и образованием 2 молекул воды и 1 молекулы углекислого газа:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
2. Что означает величина «молярная масса» и чем она отличается от физических величин «относительная молекулярная масса» и «относительная атомная масса»?
Молярная масса — масса одного моля вещества. А один моль это количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько их содержится в 12 г углерода, масса которого равна 12 а. е. м.
Или, другими словами: молярная масса — это масса вещества, содержащего столько же частиц, сколько их содержится в 12 г углерода, масса которого равна 12 а. е. м.
Количество частиц, содержащихся в 1 моле вещества это постоянная величина, называемая числом или постоянной Авогадро, и равная 6,02 * 1023.
Поэтому можно сказать, что молярная масса — это масса 6,02 * 1023 частиц (атомов, молекул, ионов) данного вещества.
Относительная атомная (молекулярная) масса — значение массы атома (молекулы), выраженное в атомных единицах массы. Определяется как отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы нейтрального атома изотопа углерода 12C.
§ 11 Относительная атомная масса химических элементов
3. Рассчитайте молярные массы воды H2O, углекислого газа CO2, серной кислоты H2SO4, сероводорода H2S.
Молярная масса численно совпадает с относительной молекулярной массой вещества:
M (H2O) = 2*1 + 16 = 18 г/моль
M (CO2) = 12 + 2*16 = 44 г/моль
M (H2SO4) = 2*1 + 32 + 4*16 = 98 г/моль
M (H2S) = 2*1 + 32 = 34 г/моль
4. Дано уравнение реакции 2Mg + O2 = 2MgO. Согласно этому уравнению по аналогии с таблицей 6 составьте таблицу, показывающую соотношения между массой реагирующих веществ в граммах, числом атомов и количеством вещества.
| Масса (m) | Число атомов | Количество вещества (n) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Mg | O | Mg | O | Mg | O |
| 48 г | 32 г | 12,04 * 1023 | 6,02 * 1023 | 2 моль | 1 моль |
| 24 г | 16 г | 6,02 * 1023 | 3,01 * 1023 | 1 моль | 0,5 моль |
| 12 г | 8 г | 3,01 * 1023 | 1,505 * 1023 | 0,5 моль | 0,25 моль |
5. Составьте 2-3 уравнения известных вам химических реакций и поясните, в каких массовых и количественных соотношениях реагируют вещества.
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2
Количественное соотношение кальция и воды 1 к 2.
Чтобы найти массовое соотношение, нудно найти молярную массу вещества, а затем выразить ее через количественное соотношение:
M (Ca) = 40 г/моль
M (H2O) = 18 г/моль
Так как 1 атом кальция вступает во взаимодействие сразу с 2-мя молекулами воды, то соотношение масс будет:
m (Ca) : m (H2O) = 40 : 2*18 = 40 : 36
Для реакции
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Количественное отношение 1:1, массовое отношение 23:18.
Для реакции
Fe + S = FeS
Количественное отношение 1:1, массовое отношение 56:32.
Тестовые задания
1. Медь, взятая количеством вещества 6 моль, имеет массу
1) 60 г 2) 192 г 3) 384 г 4) 400 г
Ar (Cu) = 64 а. е. м.
Поэтому
m (Cu) = 6 * Ar (Cu) = 6 * 64 = 384 г
Ответ: 3.
2. Масса 0,1 моль алюминия равна
1) 0,1 г 2) 2,7 г 3) 260 г 4) 540 г
Ответ: 2.
3. Количество вещества, соответствующее 32 кг оксида железа (III), — это
1) 10 моль 2) 20 моль 3) 100 моль 4) 200 моль
n = m / Mr = 32 000 / 160 = 200 моль
Ответ: 4
3. Количество вещества, соответствующее 560 г карбоната кальция CaCO3, — это
1) 0,56 моль 2) 5,6 моль 3) 6,5 моль 4) 10 моль
n = m / Mr = 560 / 100 = 5,6 моль
Ответ: 2.
Только ленивый не говорит о том, что в этом году на ЕГЭ по химии будут задачи, в которых надо будет находить число атомов или их соотношение, использовать формулу расчёта количества вещества через постоянную Авогадро и т.п. Но никто точно не знает, в каком виде это будет представлено в задаче 34, поэтому предлагаю вам выборку разных задач, где будет необходимо использовать умение находить число (количество) атомов.
На самом деле, понятия «атомистика» не существует, но в интернете стали так говорить, поэтому и я не буду исключением.
Задачи на «атомистику» — это задачи на соотношения частиц (атомов, молекул, ионов и т.д.) в гомогенных и гетерогенных системах (растворах, твердых и газообразных смесях). Это могут быть массовые соотношения (например, массовая доля элемента в смеси), мольные соотношения (например, соотношение числа атомов водорода и кислорода или мольная доля), объемные соотношения (объемная доля и др.).
Задачи разделены по уровню сложности: от простых до сложных. А также предлагаю вам порешать задачи на удобрения, в которых без «атомистики» не обойтись. Как показывает моя практика, если вы умеете решать задачи на удобрения, то вы полностью понимаете тему «атомистика».
И, конечно же, после каждой задачи вы найдёте подробные видео-объяснения, а ответы в конце страницы.
- Простые задачи
- Задачи средней сложности
- Сложные задачи
- Задачи на удобрения
Простые задачи
Укажите число атомов водорода в одной формульной единице гидросульфита аммония NH4HSO3.
Рассчитайте химическое количество азота в порции простого вещества, содержащей 6,02∙1025 молекул.
Имеется сосуд, в котором содержится 8,428∙1022 молекул некоторого газа. Укажите объём сосуда (в литрах).
Рассчитайте химическое количество (моль) поваренной соли, в которой содержится такое же химическое количество натрия, как и в карбонате натрия химическим количеством 4 моль.
В каком объёме (л) бурого газа содержится столько же атомов, сколько и в аргоне объёмом 2 л (объёмы измерены при одинаковых условиях)?
Рассчитайте количество (моль) CO2, в котором содержится столько же атомов углерода, сколько их содержится в СО массой 1,4 г.
Рассчитайте количество (моль) атомов водорода в аммиаке, объёмом (н.у.) 32,48 л.
Укажите объём (л) порции метана СН4 (н.у.), в которой содержится 0,1 моль атомов углерода.
Рассчитайте объём оксида азота (IV) (л, н.у.), в котором содержится столько же атомов азота и кислорода в сумме, как и общее число атомов в азотной кислоте массой 56,7 г.
Рассчитайте массу (г) порции азотной кислоты, содержащей столько же атомов водорода, сколько в аммиаке объёмом 3,36 л (н.у.).
Укажите число атомов водорода в образце дигидата ацетата цинка ((CH3COO)2Zn∙2H2O) массой 131,4 г.
Вычислите число атомов в образце фтора (н.у.) объёмом 30,24 дм3.
Укажите количество (моль) оксида серы (VI), содержащего столько же атомов кислорода, как и в оксиде серы (IV) массой 76,8 г.
Вычислите число атомов азота в порции гидросульфата аммония массой 16,1.
Рассчитайте массу (г) соли Na2S, содержащей столько же атомов серы, сколько их содержится в сероводороде массой 48,96 г.
Укажите число моль воды в 1 моль кристаллогидрата сульфата натрия с Mr равной 322.
Каков объём кислорода (л, н.у.), содержащего столько же атомов кислорода, сколько их содержится в алебастре массой 87 г?
Рассчитайте количество (моль) ионов в навеске селенида калия массой 39,25.
В порции газа массой 26,4 г содержится 3,612∙1023 молекул. Укажите относительную плотность этого газа по водороду.
Вычислите количество (моль) всех анионов, содержащихся в Ca3(PO4)2 массой 372 г.
Какое число электронов содержится в образце массой 6,4 г, состоящем из нуклида меди-64?
Задачи средней сложности
Образец сплава железа-56 с медью-63 содержит электроны и нейтроны химическим количеством 2,77 моль и 3,21 моль соответственно. Рассчитайте массовую долю (%) меди в сплаве.
Какую массу (г) гидросульфата аммония надо добавить к гидросульфиту натрия массой 15,6 г для получения смеси, содержащей равное число атомов водорода и кислорода?
Какую массу (г) сульфата натрия следует добавить к сульфиду натрия массой 3,9 г, чтобы в полученной смеси массовая доля натрия стала равной 51,9%?
В порции кристаллогидрата сульфата железа (II) содержится 1,204∙1024 атомов железа и 1,3244∙1025 атомов кислорода. Укажите число атомов водорода в данной порции кристаллогидрата.
В смеси оксида железа (II) и оксида железа (III) на 4 атома железа приходится 5 атомов кислорода. Вычислите массовую долю (%) оксида железа (II) в такой смеси.
Газовая смесь содержит 6,02∙1022 молекул и имеет массу 2,3 г. Укажите относительную плотность этой газовой смеси по кислороду.
Для получения бронзы массой 567 г (массовая доля меди 79,01%) использовали минералы медный блеск Cu2S и касситерит SnO2. Укажите общую массу (г) израсходованных минералов, если считать, что минералы не содержали примесей.
Образец минерала браунита массой 100 состоит из вещества, формула которого 3Mn2O3∙MnCO3, и примесей, которые не содержат в своём составе металлы. Массовая доля этих примесей 1,5%. Вычислите массу (г) марганца в исходном образце минерала.
Одна таблетка биологически активных добавок (БАВ) к пище содержит медь массой 2 мг, где медь находится в форме ацетата меди (II). Укажите массу (г) ацетата меди (II), который поступает в организм за неделю при ежедневном приёме 1 таблетки БАВ.
Алюминиевая руда (боксит) состоит из оксида алюминия и других веществ, не содержащих алюминий. Массовая доля алюминия в боксите составляет 21,6%. Вычислите массу (г) оксида алюминия в образце боксита массой 100 г.
Сложные задачи
Для анализа смеси массой 3,125 г, состоящей из хлорида калия и бромида калия, её растворили в воде и к полученному раствору добавили раствор нитрата серебра (I) массой 42,5 г с массовой долей соли 20%. В результате чего образовался осадок массой 5,195 г. Рассчитайте массовую долю (%) ионов калия в исходной смеси.
Твёрдое вещество массой 116 г, состоящее из атомов железа и кислорода, восстановили избытком углерода при нагревании. После полного завершения реакции получили смесь оксидов углерода общим объёмом 33,6 л с массовой долей кислорода 64%. Рассчитайте массу (г) железа в исходном веществе.
Сера, содержащаяся в неизвестном веществе массой 51,2 г, была полностью переведена в соль сульфит натрия массой 100,8 г. Укажите массовую долю (%) серы в неизвестном веществе
Массовая доля трёхвалентного металла в смеси, состоящей из его оксида и гидроксида, составляет 45%. Химические количества веществ равны между собой. Укажите молярную массу (г/моль) металла.
Укажите число электронов, переходящих к окислителю от восстановителя при полном разложении нитрата хрома и нитрита аммония общим химическим количеством 0,2 моль.
Кусочек цинка погрузили в концентрированный раствор гидроксида натрия. В результате образовалась соль массой 1074 г. Рассчитайте химическое количество электронов, которые атомы цинка отдали атомам водорода в результате описанного взаимодействия.
При взаимодействии цинка с избытком концентрированного раствора гидроксида калия от атомов цинка к атомам водорода перешло 4 моль электронов. Укажите массу (г) образовавшейся при этом соли.
Имеется твёрдый образец массой 291,195 г, содержащий только элементы Cu и O. Этот образец полностью восстановили углеродом, в результате чего получили смесь СО и СО2 объёмом 40,32 л (н.у.) с массовой долей кислорода 65,82%. Рассчитайте массу восстановленной меди.
Некоторый металл массой 11,8 г прокалили на воздухе, в результате чего образовалась смесь оксидов массой 16,067 г. Затем эти оксиды растворили в соляной кислоте. Через образовавшийся раствор пропустили газообразный хлор массой 2,345 г, который полностью поглотился. Затем раствор выпарили и получили единственный кристаллогидрат, представляющий собой гексагидрат хлорида металла в степени окисления +3. Рассчитайте массу кристаллогидрата.
В карбоновую трубку поместили порошок металла Х массой 15,36 г и пропустили по трубке ток очищенного хлора при нагревании до 700С и повышенном давлении. Через некоторое время металл полностью прореагировал, а в конце трубки накопились коричневые кристаллы вещества Y массой 26,72 г. Длительное нагревание Y в токе водорода приводит к образованию X и газа Z, который при растворении в воде даёт сильную неорганическую кислоту. Вещество Y состоит из пятиатомных молекул, содержащих один атом металла. Укажите химический символ металла X.
Имеется вещество, состоящее из атомов четырёх химических элементов. Массовые доли серы, водорода и кислорода соответственно равны 13,4%, 5,03% и 67,04%. Порцию этого вещества массой 71,6 г растворили в воде массой 100 г. Массовая доля воды в полученном растворе составила 77,16%. Затем к полученному раствору добавили избыток раствора нитрата бария. В результате этого образовался осадок массой 69,9 г. Укажите относительную молекулярную (формульную) массу неизвестного элемента, входящего в состав исходного вещества.
Имеется смесь оксида кобальта (II), оксида кобальта (III) и оксида кобальта (II, III). Эту смесь массой 0,782 г полностью восстановили водородом, в результате чего было получено твёрдое вещество массой 0,590 г. Эту же смесь массой 1,564 г полностью растворили в бромоводородной кислоте массой 48,6 г с массовой долей растворённого вещества 10%. Рассчитайте максимальную массу кобальта (мг), которую можно ещё растворить в полученном растворе, чтобы в нём содержалась только одна соль.
Задачи на удобрения
Потребность редиски в химическом элементе азот составляет в среднем 195 кг/га. Масса аммиачной селитры (кг), которую необходимо внести на 3 га почвы для подкормки редиски азотом, равна
Для подкормки растений на 1 м2 почвы необходимо внести азот массой 4,2 г и натрий массой 4,6 г. Укажите массу (г) смеси, состоящей из аммиачной селитры и чилийской селитры, которая потребуется, чтобы растения получили необходимое количество азота и натрия на приусадебном участке площадью 10 м2.
При поглощении аммиака объёмом (н.у.) 1,2 м3 азотной кислотой с выходом 86% получено удобрение под названием аммиачная селитра. Учитывая, что для удобрения 1 га почвы необходим азот массой 28 г, рассчитайте количество гектаров, которые можно удобрить, используя полученную селитру.
На одном дачном участке использовалось удобрение чилийская селитра массой 136 г, содержащая 6,25% примесей. Рассчитайте массу (г) аммиачной селитры, не содержащей примесей, которую нужно внести на другой такой же по размеру дачный участок, чтобы в почву поступило такое же количество азота, что и на первый дачный участок.
Имеется смесь кальциевой селитры и аммофоски (массовая доля оксида фосфора (V) составляет 23%) в таком количестве, чтобы при внесении в почву поступило по 10 кг калия, азота и оксида фосфора (V). Определите массу (кг) исходной смеси удобрений (примесями пренебречь, округления производить до четырех знаков после запятой).
На дачный участок было внесено 10 кг золы, в которой массовая доля поташа 13,8%. Вычислите массу (кг) органического удобрения, содержащего калий в виде примесей представленных хлоридом калия, которое необходимо дополнительно внести в почву, чтобы втрое увеличить содержание калия в почве. Учтите, что массовая доля хлорида калия в органическом удобрении всего лишь 0,4%.
Имеется смесь нитрата аммония и нитрата калия, которая необходима для удобрения территории площадью 10 м2. Рассчитайте массу этой смеси, если известно, что в почву необходимо внести азот массой 4,368 г и калий массой 5,616 г в расчёте на м2.
Вычислите массу (г) смеси, состоящей из аммиачной селитры и аммофоса, которая потребуется для удобрения участка для выращивания льна площадью 100 м2, если массовая доля оксида фосфора (V) в аммофосе составляет 59,97%, а на 1 м2 почвы требуется 1,55 г фосфора и 4,2 г азота.
Ответы:
- 5
- 100
- 3,136
- 8
- 0,672
- 0,05
- 4,35
- 2,24
- 34
- 28,35
- 3,612∙1024
- 1,625∙1024
- 0,8
- 8,4∙1022
- 112,32
- 10
- 30
- 0,75
- 22
- 2,4
- 2∙1024
- 27
- 35
- 1,415
- 2∙1025
- 47
- 0,72
- 711
- 64,3
- 0,04
- 40,8
- 37,44
- 84
- 50
- 27
- 3,612∙1023
- 12
- 422
- 250
- 54,71
- Ir
- 52
- 590
- 1671
- 210
- 46
- 60
- 62,78
- 745
- 213
- 1552
А также вы можете получить доступ ко всем видео-урокам, заданиям реального ЕГЭ и ЦТ с подробными видео-объяснениями, задачам и всем материалам сайта кликнув:
- Просмотреть задания ЕГЭ всех лет вы можете здесь, нажав на эту строку
- Больше заданий РТ вы можете найти здесь, нажав на эту строку
- Больше заданий ЦТ вы можете найти здесь, нажав на эту строку
- Посмотреть все пробные варианты ЦТ вы можете здесь, нажав на эту строку
- Посмотреть видео-объяснения решений всех типов задач вы можете здесь, нажав на эту строку
- Посмотреть все видео-уроки вы можете здесь, нажав на эту строку
- Прочитать всю теорию для подготовки к ЕГЭ и ЦТ вы можете здесь, нажав на эту строку
- Если вы сдаёте ЦТ по химии, то посмотреть видео-объяснения каждого задания ЦТ, РТ и ДРТ всех лет вы можете получив полный доступ к сайту кликнув здесь «Получить все материалы сайта»