Как найти молярную массу водорода
Водород – первый элемент таблицы Менделеева и самый распространенный во Вселенной, поскольку именно из него, главным образом, состоят звезды. Он входит в состав жизненно необходимого для биологической жизни вещества – воды. Водород, как и любой другой химический элемент, обладает специфическими характеристиками, в том числе молярной массой.
Инструкция
Вспомните, что такое молярная масса? Это – масса одного моля вещества, то есть такого его количества, в котором находится примерно 6,022*10^23 элементарных частиц вещества (атомов, молекул, ионов). Это колоссальное число носит называние «число Авогадро», и названо так в честь известного ученого Амедео Авогадро. Молярная масса вещества численно совпадает с его молекулярной массой, но имеет другую размерность: не атомные единицы массы (а.е.м.), а грамм/моль. Зная это, определить молярную массу водорода проще простого.
Какой состав имеет молекула водорода? Она двухатомная, с формулой Н2. Сразу уточним: рассматривается молекула, состоящяя из двух атомов самого легкого и распространенного водородного изотопа, протия, а не из более тяжелого дейтерия или трития. Какова атомная масса одного атома водорода-протия? Она равна 1,008 а.е.м. Для простоты вычислений округлите ее до 1. Следовательно, масса молекулы водорода будет равна 2 а.е.м. То есть молярная масса водорода будет равна 2 грамма/моль.
А можно ли вычислить молярную массу водорода каким-то другим путем? Да, можно. Для этого вам надо вспомнить универсальное уравнение Менделеева-Клапейрона, которое очень часто используется в физике и химии. Оно названо в честь двух выдающихся ученых, и описывает состояние идеального газа при условиях, близких к нормальным. Выглядит это уравнение так: PV = MRT/m. Где, P – давление газа в паскалях, V – его объем в кубических метрах, M – фактическая масса газа, m – молярная масса газа, R – универсальная газовая постоянная, Т – температура газа в градусах Кельвина.
Вы видите, что молярная масса газа m легко вычисляется: m = MRT/PV. Подставив в эту формулу все известные вам величины, вы легко вычислите молярную массу водорода.
Полезный совет
Точно таким же образом можно вычислить молярную массу любого другого газа.
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Каждый, кто уже немного продвинулся в изучении химии, сталкивается с понятием «моль». Правда, большинство сразу думает о моли, которая съела за лето шубу в шкафу, но моль в химии – это совсем другая история. И вот сейчас мы в этом разберёмся.
Итак, давайте посмотрим на какую-нибудь химическую реакцию. Например, такую:
Н2+F2=2HF
Здесь 1 молекула водорода H2 реагирует с одной молекулой фтора F2 и получается две молекулы фторида водорода. Напомню, то число молекул или атомов, вступающих в реакцию или получающихся в реакции, определяется коэффициентом, то есть цифрой, стоящей перед формулой вещества. В нашем примере перед водородом не стоит ничего, но на самом деле мы можем поставить здесь единицу, то есть нам нужна 1 молекула водорода. Перед фтором тоже не стоит ничего, значит, нам нужна 1 молекула фтора. А вот перед фторидом водорода HF стоит двойка. Это означает, что у нас получилось 2 молекула фторида водорода. То есть:
Н2 + F2 = 2HF – это то же самое, что и
1 молекула H2 + 1 молекула F2 = 2 молекулы HF.
Но вы знаете, что молекулы так малы, что мы их увидеть не можем. Как же нам считать эти молекулы, вступающие в реакцию? Для этого и ввели понятие МОЛЬ.
Моль – это количество вещества, в котором содержится столько же частиц, сколько атомов содержится в 12 граммах углерода с атомной единицей массы 12.
Это довольно мудрёное определение, но его нужно запомнить. Есть и приятный момент: в одном моле любого вещества содержится число Авогадро частиц. Вот оно, это число:
Такое число представить сложно. Вы только подумайте, миллиард – это 1 000 000 000. А в одном моле частиц 6,02*100 000 000 000 000 000 000 000! (Но чтобы не видеть по ночам кошмаров, просто запомните 6,02*10 в двадцать третьей степени).
Итак, в одном моле любого вещества содержится 6,02*10 в двадцать третьей степени частиц. Но мы же знаем, что атомы разных веществ имеют разное строение, а поэтому и разную массу. Поэтому и массы одного моля у разных веществ различаются. Чтобы разобраться в этом, давайте поедем на дачу и проведём эксперимент.
Мы точно помним, что 1 моль – это всегда одинаковое число частиц (6,02*10 в двадцать третьей степени ). Но в обычной жизни таких чисел нет, поэтому возьмём число поменьше, например, 100. Это будет наш условный экспериментальный моль. Теперь в одну кучу складываем 100 вишен, в другую кучу – 100 груш, в третью – 100 арбузов. Куча – это 1 моль. В каждую кучу мы добросовестно сложили одинаковое число частиц, верно? Но частицы эти разного вида: в одной куче вишни, в другой – груши, в третьей – арбузы. А теперь будем взвешивать. Как вы думаете, будет ли различаться масса 100 вишен, 100 груш и 100 арбузов? Конечно же, будет. При этом обратите внимание: число частиц в каждой куче одинаково, но весят эти кучи по-разному. Почему? Потому что частицы разные!
В химии всё точно так же. Если взять 1 моль водорода, 1 моль кислорода и 1 моль натрия, то масса их будет разной (вспоминаем поездку на дачу). И это важно. Но теперь возникает закономерный вопрос: а как же узнать, какова масса 1 моль водорода, 1 моль кислорода и 1 моль натрия и вообще любого вещества? Для этого вводится понятие молярная масса.
Молярная масса и есть масса 1 моля вещества.
Как её определить? Просто. Это атомная масса или молекулярная масса вещества, которую мы рассчитываем, пользуясь таблицей Менделеева. Молярная масса обозначается буквой М и выражается в г/моль (просто потому, что она показывает сколько граммов вести 1 моль). Примеры из учебника химии.
Пример 1.
Найдите массу одного моля (она же молярная масса) алюминия.
Решаем химию и смотрим в таблицу Менделеева. Видим, что атомная масса алюминия 27. Формула просто вещества алюминия – Al, то есть атом здесь один. Следовательно, молярная масса алюминия совпадает с атомной и равна 27 г/моль.
Пример 2.
Найдите молярную массу фтора.
Фтор у нас в обычных условиях – газ, поэтому молекула фтора состоит из двух атомов и выглядит так: F2. В периодической таблице находим фтор и видим, что его атомная масса 19. Следовательно, молярная масса фтора 2*19=38 г/моль.
Пример 3.
Найдите молярную массу оксида кальция.
Формула оксида кальция СаО. Опять смотрим в таблицу: атомная масса кальция 40, атомная масса кислорода 16. Молярная масса оксида кальция 40+16=56 г/моль.
Пример 4.
Найдите молярную массу оксида кремния.
Формула оксида кремния SiO2. Таблица Менделеева сообщает, что атомная масса кремния 28, кислорода – 16. Будьте внимательны, в этом вопросе подвох! В формуле оксида два атома кислорода, обязательно учтите это, чтобы ответ был верным. И он будет таким: молярная масса оксида кремния 28+16*2=60 г/моль. (16 – масса одного атома кислорода, у нас в формуле их два, поэтому мы и умножили 16 на 2!).
Пример 5.
Сложный пример от репетитора по химии. Но я рекомендую всё-таки вникнуть и разобраться, чтобы прояснить всё окончательно. Итак, ответьте, какова молярная масса серной кислоты.
Здесь придётся сосредоточиться, чтобы не запутаться. Формула серной кислоты H2SO4, то есть у нас имеется:
· 2 атома водорода
· 1 атом серы
· 4 атома кислорода.
Смотрим в периодическую таблицу и определяем атомные массы:
· атомная масса водорода – 1
· атомная масса серы – 32
· атомная масса кислорода – 16.
Переходим к расчёту:
2 атома водорода + 1 атом серы + 4 атома кислорода
2*1 + 1*32 + 4*16
В этом выражении в каждом слагаемом первый множитель – число атомов элемента, второй множитель – атомная масса. Дальше просто математика: 2*1+1*32+4*16=98. И да, молярная масса серной кислоты 98 г/моль.
Уверена, теперь вы различите моль в шкафу и моль в химии. А дальше мы будем разбираться, как взвесить на обычных весах эти моли.
Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.
Масса водорода
На нашей планете содержится около 1,4 * 10 18 тонн воды (H2O). Какова масса водорода (H2), содержащегося в этом количестве воды (H2O)?
Решение задачи
Учитывая, что молекулярная масса воды (H2O) равна:
Mr (H2O) = 2 ∙ 1 + 16 = 18.
Следовательно, молярная масса воды (H2O) равна 18 г/моль.
Молярная масса вещества, имеющего молекулярную структуру, численно равна относительной молекулярной массе.
Значит, один моль воды (H2O) равен по массе 18 г.
Учитывая, что в 1 грамме 10-6 тонн, найдем массу водорода (H2), содержащегося в 1,4 * 10 18 тонн воды (H2O). Составим соотношение:
в H2O массой 18 ∙ 10-6 т содержится водород массой 2 ∙ 10-6 т
в H2O массой 1,4 * 10 18 т содержится водород массой х т
Откуда:
Значит, масса водорода (H2), содержащегося в 1,4 * 10 18 тонн воды (H2O) равна 1,56 ∙ 1017 тонн.
Ответ:
масса водорода равна 1,56 ∙ 1017 тонн.
4.3.3. Расчеты массы вещества или объема газов по известному количеству вещества, массе или объему одного из участвующих в реакции веществ.
На данный момент задачи по этой теме кодификатора идут в КИМе ЕГЭ под номером 29.
Для их решения можно воспользоваться следующим алгоритмом:
1) записать уравнение реакции, о которой идет речь в задаче, и убедиться в правильности расставленных коэффициентов;
2) рассчитать количество молей вещества, масса или объем которого указаны в условии.
Если указана масса некого вещества A, то расчет количества вещества для него следует вести по формуле:
где mA – масса вещества А, а MA – молярная масса вещества А.
Если указан объем газообразного вещества А:
где VA – объем газообразного вещества А, а Vm – молярный объем, одинаковый для всех газов и при н.у. равный 22,4 л/моль.
Иногда вместо массы или объема вещества дается его количество вещества (моль). В таком случае действия по его нахождению не требуются.
3) далее от молей вещества А нужно перейти к молям вещества, массу или объем которого спрашивают в условии.
Допустим спрашивают объем или массу вещества B. Тогда для перехода от количества моль вещества А к количеству моль вещества B следует пользоваться тем правилом, что для любого вещества его количество, деленное на его коэффициент, в уравнении реакции одно и то же. Т.е. количества веществ А и В связаны друг с другом через коэффициенты в уравнении следующим образом:
где n(A) и n(B) – количества вещества А и В соответственно, а k(A) и k(B) – коэффициенты в уравнении перед этими веществами.
Из этого выражения следует, что количество вещества В равно:
4) далее, зная количество вещества B, мы можем найти его массу по формуле:
Если же вещество B является газом и спрашивают его объем, то рассчитать его можно следующим образом:
В общем, последовательность решения таких задач можно изобразить следующей схемой:
1) Зная массу или объем вещества A, рассчитываем его количество вещества.
2) Зная количество вещества A, рассчитываем количество вещества B по формуле:
где n(A) и n(B) – количества веществ А и В соответственно, а k(A) и k(B) – коэффициенты в уравнении перед этими веществами.
3) В зависимости от того, требуется найти массу вещества В или объем газа В, умножаем его количество либо на молярную массу, либо на молярный объем газа:
Пример
Какая масса сульфида алюминия потребуется для того, чтобы в результате его взаимодействия с избытком соляной кислоты образовался газ объемом 33,6 л (н.у.).
Решение:
1) Запишем уравнение реакции:
2) Рассчитываем количество вещества, для которого известна его масса или объем (в случае газа). Нам известен объем сероводорода, рассчитаем его количество вещества:
3) Отношение количества вещества любого фигуранта реакции к его коэффициенту в уравнении этой реакции всегда одно и то же. Т.е. для сульфида алюминия и сероводорода мы можем записать, что:
где k(Al2S3) и k(H2S) – коэффициенты перед Al2S3 и H2S соответственно.
Из этого выражения выразим n(Al2S3):
Подставим известные значения n(H2S) и коэффициентов перед H2S и Al2S3:
Тогда масса сульфида алюминия будет равна:
Задачи с реальных экзаменов ЕГЭ на тему «Расчеты массы вещества или объема газов по известному количеству вещества, массе или объему одного из участвующих в реакции веществ» можно порешать здесь.
Задачи из школьного курса химии довольно часто предлагают самостоятельно обращаться к справочникам постоянных величин. Так учащиеся получают навыки самостоятельной работы со справочной литературой и учатся получать информацию из комбинированных источников. Так, старшеклассникам предлагается самостоятельно узнать, чему равна молярная масса водорода, или попытаться определить ее самостоятельно. Для решения подобных задач нужно четко понимать, что такое молярная масса, как она определяется и для чего это нужно.
Определение
Впервые понятие молярной массы было введено в обращение непосредственно после признание меры «моль» в качестве меры количества вещества. Измеряется эта величина в [г /моль]. Таким образом, молярная масса водорода – это определенная его масса, заключенная в одном моле данного элемента.
Поскольку в молях измеряется количество, выраженное в количестве самых малых частиц исследуемого вещества, разницы между молекулярной и молярной массой нет. эти единицы тождественны.
Молекулярная и молярная масса водорода
Абсолютными значениями молекулярных масс, в силу их чрезвычайно малой величины, пользоваться очень затруднительно. Например, абсолютная масса атома водорода, выраженная в стандартах системы СИ, составляет 1,67 × 10 -24 грамм.
Поэтому в химии используют относительную атомную массу. Ее величина составляет 1/12 массы атома углерода. В этой шкале водород имеет наименьший молекулярный вес, так как его атом – самый легкий среди всех существующих элементов.
Определение молярной массы
Молярная масса водорода может быть легко определена при помощи периодической таблицы. Внизу возле каждого химического элемента обозначена величина его относительной атомной массы. Так, возле водорода стоит значение 1,0079.
Из курса неорганической химии известно, что водород в атомарном состоянии в естественных условиях практически не встречается. Атомы этого элемента в свободном состоянии стремятся объединиться в молекулы. Поскольку валентность водорода равна 1, атом Н может присоединить к себе еще только один атом другого элемента. Таким образом, молекула водорода выглядит так:
А в химических записях формула молекулы водорода имеет вид Н2. Зная формулу элемента, легко вычислить его относительную молекулярную (а значит, и молярную) массу. Из полученных данных легко вычисляется молярная масса водорода:
1,00 × 2 = 2,00 г/моль. Точное химическое взвешивание дает значение 2,016 г/моль.
