Какое количество вещества содержится в воде массой 1 грамм
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?
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.
Единица измерения количества вещества
До этого урока мы обсуждали лишь индивидуальные молекулы и атомы, а их массы мы выражали в атомных единицах массы. В реальной жизни с индивидуальными молекулами работать невозможно, потому что они ничтожно малы. Для этого химики взвешивают вещества ни в а.е.м., а в граммах.
Чтобы перейти от молекулярной шкалы измерения масс в лабораторную шкалу, используют единицу измерения количества вещества под названием моль. 1 моль содержит 6,022·1023 частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·1023 носит название Число Авогадро, которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода 12C. Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·1023).
Как уже было сказано, термин «моль» применяется не только к молекулам, но также и к атомам. Например, если вы говорите о моле гелия (He), то это означает, что вы имеет количество равное 6,022·1023атомов. Точно так же, 1 моль воды (H2O) подразумевает количество равное 6,022·1023молекул. Однако чаще всего моль применяют именно к молекулам.
Молярная масса вещества
Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:
- Молярная масса формула M=m/n
- Количество вещества формула n=m/M
- Число молекул формула N =NA·n
где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, NA — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль.
На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.
Задачи на количество вещества
Пример 1. Сколько граммов Н2, Н2O, СН3ОН, октана (С8Н18) и газа неона (Ne) содержится в 1 моле?
Решение: Молекулярные массы (в атомных единицах массы) перечисленных веществ приведены в таблице Менделеева. 1 моль каждого из названных веществ имеет следующую массу:
Поскольку массы, указанные в решении примера 1, дают правильные относительные массы взвешиваемых молекул, указанная масса каждого из перечисленных веществ содержит одинаковое число молекул. Этим и удобно использование понятия моля. Нет даже необходимости знать, чему равно численное значение моля, хотя мы уже знаем, что оно составляет 6,022·1023; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом NA. Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·1023 раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·1023 а.е.м. Если мы понимаем под молекулярной массой массу моля вещества, то ее следует измерять в граммах на моль; если же мы действительно имеем в виду массу одной молекулы, то она численно совпадает
с молекулярной массой вещества, но выражается в атомных единицах массы на одну молекулу. Оба способа выражения молекулярной массы правильны.
Пример 2. Сколько молей составляют и сколько молекул содержат 8 г газообразного кислорода O2?
Решение: Выписываем из таблицы Менделеева атомную массу атома кислорода (O), которая равна 15,99 а.е.м, округляем до 16. Так как у нас молекула кислорода, состоящая из двух атомов O, то ее атомная масса равна 16×2=32 а.е.м. Хорошо, а теперь переводим ее в молярную массу: 32 а.е.м = 32 г/моль. Это означает, что 1 моль (6,022·1023 молекул) O2 имеет массу 32 грамма. Ну и в заключении по формулам выше находим количество вещества (моль) и число молекул, содержащихся в 8 граммах O2:
- n = m / M = 8г / 32г/моль = 0,25 моль
- N = NA × n = 6,022·1023 × 0,25 = 1,505·1023 молекул
Пример 3. 1 молекула Н2 реагирует с 1 молекулой Сl2, в результате чего образуются 2 молекулы газообразного хлористого водорода НСl. Какую массу газообразного хлора необходимо использовать, чтобы он полностью прореагировал с 1 килограммом (кг) газообразного водорода?
Решение: Молекулярные массы H2 и Cl2 равны 2,0160 и 70,906 г/моль соответственно. Следовательно, в 1000 г H2 содержится
Даже не выясняя, сколько молекул содержится в одном моле вещества, мы можем быть уверены, что 496 моля Cl2 содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H2. Сколько же граммов Cl2 содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl2 равна 70,906 г/моль, то
Пример 4. Сколько молекул H2 и Cl2 принимает участие в реакции, описанной в примере 3?
Решение: В 496 молях любого вещества должно содержаться 496 моля × 6,022·1023 молекул/моль, что равно 2,99·1026 молекул.
Чтобы наглядно показать, сколь велико число Авогадро, приведем такой пример: 1 моль кокосовых орехов каждый диаметром 14 сантиметров (см) мог бы заполнить такой объем, какой занимает наша планета Земля. Использование молей в химических расчетах рассматривается в следующей главе, но представление об этом пришлось ввести уже здесь, поскольку нам необходимо знать, как осуществляется переход от молекулярной шкалы измерения масс к лабораторной шкале.
Надеюсь урок 5 «Моль и молярная масса» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Грамм-атом и грамм-молекула являются химическими мерами веса, широко применяющимися в расчетах.
Грамм-атомом (г-атом) называется количество граммов элемента, численно равное его атомному весу. Например, если атомный вес кислорода равен 16 у.е., то грамм-атом кислорода равен 16 г. Если атомный вес серы равен 32 у.е., то ее грамм-атом равен 32 г. Грамм-атом водорода равен 1 г.
Если сравнить между собой грамм-атомы различных элементов, то нетрудна прийти к выводу, что в них содержится одинаковое число атомов. Например, возьмем 1 г водорода и 1 г кислорода. Если сравнить между собой атомы кислорода и водорода по весу, то атом кислорода в 16 раз тяжелее атома водорода, поэтому в 1 г водорода будет содержаться в 16 раз больше атомов, чем в 1 г кислорода, а чтобы иметь столько же атомов кислорода, сколько имеется атомов водорода в 1 г водорода, надо взять 16 г кислорода.
На 1г водорода — это грамм-атом водорода, а 16 г кислорода — это грамм-атом кислорода. Следовательно, в грамм-атомах водорода и кислорода содержится одинаковое количество атомов. Так как подобное рассуждение можно провести для любого элемента, то ясно, что в грамм-атоме любого элемента содержится одно и то же число атомов.
Грамм-молекулой (или молем) называется количество граммов вещества, численно равное его молекулярному весу. Например, 1 моль Н2O равен 18 г.
В 1 моле любого вещества содержится одно и то же число молекул. Это число, равное количеству атомов в грамм-атоме и высчитанное итальянским химиком Авогадро, равно 6,02-1023 частиц. Оно получило название числа Авогадро.
Если нужно вычислить, в каком количестве едкого натра NaOH содержится столько же молекул, сколько в 9 г воды, то поступают так:
1 моль NaOH = 23 + 16 + 1 = 40г 1 моль Н2О = 2+16=18г
Далее подсчитывают, какую долю грамм-молекулы воды составляют 9 г:
9:18 = 0,5 моля.
Так как в 1 моле любого вещества содержится одинаковое число молекул, то в равных долях грамм-молекул разных веществ также содержится одно и то же число молекул. Очевидно, чтобы иметь столько же молекул NaOH, сколько их содержится в 0,5 моля воды, мы должны взять 0,5 моля NaOH, т. е. 40 · 0,5 = 20 г едкого натра.
■ 1. Что такое грамм-атом? (См. Ответ)
2. Что такое грамм-молекула?
3. Правильно ли сказать: а) что 1 г кислорода и 1 грамм-атом кисло-
рода — это одно и то же; б) что 1 г водорода и 1 грамм-атом водорода — это одно и то же? Почему?
4. Как доказать, что в 1 грамм-атоме любого элемента содержится
одно и то же число атомов?
5. Что такое число Авогадро?
6. В каком количестве меди Си содержится столько же атомов, сколько их находится в 16 г серы S? (См. Ответ)
7. Сколько нужно взять серной кислоты H2SO4 чтобы иметь столько же молекул, сколько их содержится в 9 г воды? (См. Ответ)
2. Расчеты по формулам
Пользуясь понятием о грамм-атоме и грамм-молекуле, можно производить простейшие расчеты.
Пример 1. Рассчитайте, сколько железа Fe содержится в 116 г магнитной окиси железа Fe3O4.
Дано: 116 г Fe3O4
Найти: Fe (г) ?
Решение:
Атомный вес железа равен 56 у.е.; 1 грамм-атом = 56 г. Атомный вес кислорода равен 16 у.е.; 1 грамм-атом О = 16 г. Молекулярный вес магнитной окиси железа равен
56 · 3+ 16 · 4 = 232 у. е.
1 моль Fe3O4 = 232 г. Далее рассуждаем так: в 232 г Fe3O4 содержится 56-3 = 168 г Fe » 116 » Fe3O4 » х » Fe,
где за х принимается неизвестное количество железа, содержащееся в 116 г.
Составим и решим пропорцию: 232:116 = 168 : x
x = (168 · 116) : 232 = 84 г Fe
Ответ: в 116 г магнитной окиси железа содержится 84 г железа.
Пример 2. В каком количестве окиси ртути HgO содержится 100 г ртути Hg.
Дано: 100 г Hg
Найти: HgO (г) ?
Решение:
Атомный вес ртути равен 200 у.е.; 1 грамм-атом Hg = 200 г.
Атомный.вес кислорода равен 16 у.е.; 1 грамм-атом О = 16 г. Молекулярный вес окиси ртути равен 200 + 16 = 216 у.е.; 1 моль HgO = 216 г.
Примем неизвестное количество окиси ртути за х. Далее рассуждаем так: в 216 г HgO содержится 200 г Hg » x » HgO » 100 » Hg
Составим и решим пропорцию:
216 : x = 200:100
x = (100 · 216) : 200 = 108 г HgO
Ответ: 100 г ртути содержится в 108 г окиси ртути.
Пример 3. Сколько грамм-атомов железа Fe содержится в 4 молях сульфида железа FeS?
Дано: 4 моля FeS
Найти: Fe (г-атом)?
Решение:
Примем неизвестное количество грамм-атомов железа за х. Далее рассуждаем так.
В 1 молекуле сернистого железа содержится 1 атом железа.
Следовательно, в 1 моле FeS содержится 1 грамм-атом железа. Но у нас не один, а 4 моля FeS. В данном случае и без пропорции ясно, что в 4 молях FeS содержится 4 грамм-атома железа.
Пример 4. В каком количестве грамм-молекул медного купороса CuSO4 содержится 2 грамм-атома кислорода?
Дано: 2 грамм-атома О
Найти: CuSO4 (моль) ?
Решение:
Примем неизвестное количество грамм-молекул медного купороса за х. Далее рассуждаем так: в 1 молекуле CuSO4 содержится 4 атома О. Следовательно, в 1 моле CuSO4 содержится 4 грамм-атома О, а в х молях CuSO4 содержится 2 грамм-атома О.
Составим и решим пропорцию: 1 : x = 4 : 2;
x = (2 · 1) : 4 = 0,5 моля CuSO4
Ответ: в 0,5 моля медного купороса содержится 2 грамм-атома кислорода.
Пример 5. Сколько граммов натрия Na содержится в 6 молях поваренной соли NaCl?
Дано: 6 молей NaCl
Найти: Na (г) ?
Решение:
В 1 молекуле NaCl содержится 1 а том Na, а в 1 моле NaCl содержится 1 грамм-атом Na. Соответственно в 6 молях NaCl содержится 6 грамм-атомов Na.
Итак, мы определили количество натрия, но только в грамм-атомах, а нам требуется определить его в граммах. Для этого нужно проделать несложный расчет, чтобы перевести грамм-атомы в граммы. Атомный вес Na23 у.е.; 1 грамм-атом Na = 23 г, а у нас 6 грамм-атомов Na. Их вес 23 · 6 = 138 г.
Ответ: в 6 молях поваренной соли содержится 138 г натрия.
Пример 6. Сколько грамм-атомов железа Fe содержится в 304 г железного купороса FeSO4?
Дано: 304 г FeSO4
Найти: Fe (г-атом) ?
Решение:
Рассчитаем сначала, какое количество граммов железа содержится в 304 г FeSO4. Атомный вес железа равен 56 у.е.; 1 грамм-атом Fe равен 56 г.
Атомный вес серы равен 32 у.е.; 1 грамм-атом S равен 32 г. Атомный вес кислорода равен 16 у.е.; 1 грамм-атом кислорода равен 16 г.
Грамм-молекула FeSO4 равна 56 + 32 + 16 · 4 = 152 г.
в 152 г FeSO4 содержится 56 г Fe » 304 » FeSO4 » х » Fe
Составим и решим пропорцию: 152 : 304 = 56 : x.
x = (304 · 56) : 152 = 112 г Fe.
Теперь надо перевести граммы железа в грамм-атомы. 1 грамм-атом Fe = 56 г, следовательно, 112 г составляют 2 грамм-атома Fe.
Ответ: в 304 г железного купороса содержится 2 грамм-атома железа.
■ 8. Сколько граммов железа содержится в 44 г сульфида железа FeS? (См. Ответ)
9. В каком количестве карбоната меди CuCO3 содержится 32 г меди Сu?
10. Сколько грамм-атомов кислорода содержится в 5 молях воды?
11. Сколько граммов серебра содержится в 7 молях нитрата серебра AgNO3?
12. Сколько грамм-атомов ртути содержится в 434 г окиси ртути HgO? (См. Ответ)
3. Расчеты по уравнениям реакций
Пользуясь понятиями «грамм-атом» и «грамм-молекула», можно производить расчеты по уравнениям реакций.
По уравнениям реакций можно рассчитать количество образующегося продукта реакции или количество сырья, необходимого для получения того или иного продукта.
Пример 1. Определите, какое количество ртути Hg образуется при разложении 21,6 г окиси ртути HgO.
Дано: 21,6 г HgO
Найти: Hg (г) ?
Решение:
При решении таких задач прежде всего необходимо написать уравнение реакции:
2HgO = 2Hg + O2
Вещество, количество которого нам дано, мы подчеркнем одной чертой, а то вещество, которое требуется определить,— двумя чертами и под ними поставим грамм-молекулярный вес этих соединений. Если имеется коэффициент, грамм-молекулярный вес на него умножается:
2HgO : (216 · 2) = 2Hg : (200 · 2) + O2
Затем производим расчет. По нашему уравнению из 432 г HgO получается 400 r Hg, а из 21,6 г HgO получается х г Hg
x = (21,6 · 400) : 432 = 20 г Hg
Ответ. Из 21,6г HgO можно получить 20 г Hg.
Пример 2. Какое количество железа потребуется для вытеснения 0,5 грамм-атома меди Сu из медного купороса CuSO4?
Дано: 0,5 г-атома Сu
Найти: Fe (г) ?
Решение:
Последовательность решения совершенно такая же, как и в предыдущей задаче. Разница лишь в том, что в первой задаче нужно было определить вес продукта реакции по исходному веществу, а здесь, наоборот, определяется количество исходного вещества по продукту реакции. Составляем уравнение реакции и подчеркиваем нужные нам вещества:
Fe : (56г) + CuSO4 = FeSO4 + Cu : (64г)
Здесь за х мы примем неизвестное количество железа. Рассуждаем следующим образом. По уравнению реакции для вытеснения 1 грамм-атома меди требуется 1 грамм-атом железа. Соответственно для вытеснения 0,5 грамм-атома меди необходимо 0,5 грамм-атома железа, которые составляют 56 · 0,5 = 28 г.
Ответ: для вытеснения 0,5 грамм-атома меди требуется 28 г железа.
■ 13. Какое количество жженой магнезии MgO образуется при сжигании магния Mg в 5 молях кислорода O2? (См. Ответ)
14. Сколько алюминия Аl потребуется для получения 51 г окиси алюминия Аl2O3 при окислении алюминия кислородом воздуха?
15. Сколько сульфида ртути HgS получится при растирании с серой 2 г ртути Hg?
16. Сколько грамм-молекул воды получится при сжигании в кислороде 7 грамм-молекул водорода Н2? (См. Ответ)
Статья на тему Грамм атом грамм-молекула