Как найти молярную массу неизвестного газа

Как определить молярную массу газа

Что такое молярная масса? Это масса одного моля вещества, то есть такого его количества, в котором содержится столько же атомов, сколько в 12 граммах углерода. Молярную массу сложного вещества вычисляют, складывая молярные массы входящих в него элементов. Например, NaCl – хорошо знакомая всем нам поваренная соль. Какова ее молярная масса? Заглянув в Таблицу Менделеева, получите ответ: 23 + 35,5 = 58,5. Часто ставится задача определить молярную массу газа. Как это можно сделать?

Как определить молярную массу газа

Инструкция

Зная формулу газа, его молярную массу можно вычислить путем элементарного подсчета. Возьмите углекислый газ. Его формула – СО2. Значит его молярная масса такова: 12 + 32 (молярная масса кислорода с учетом индекса «2») = 44.

Ну а если вам надо вычислить молярную массу неизвестного нам газа, находящегося в каком-то замкнутом объеме, например, герметично закрытом баллоне? Тут нам на помощь придет универсальное уравнение Менделеева–Клапейрона, описывающее состояние «идеального газа». Разумеется, ни один газ не удовлетворяет условиям «идеального», но при давлении и температуре, несущественно отличающихся от нормальных, это уравнение очень удобно для расчетов. А полученная при вычислениях погрешность весьма незначительна и ею смело можно пренебречь.

Универсальное уравнение имеет такой вид: PV = MRT/m, гдеР – давление газа в Паскалях;
V – его объем в кубических метрах;
M – фактическая масса газа;
m – его молярная масса;
R – универсальная газовая постоянная;
Т – температура газа в градусах Кельвина.

Вы увидите, что молярная масса вычисляется по формуле MRT/PV. Например, надо найти молярную массу газа, если известно, что 3 килограмма этого газа находятся в герметичной емкости объемом 1,7 кубических метра при давлении 100000 Па и температуре 27 градусов по Цельсию.

Подставьте известные значения в эту формулу, разумеется, не забыв сначала преобразовать в одну систему величин. Иначе выйдет полная несуразица. 3,0*8,31*300/170000=0,04399 кг/моль.

Ну а поскольку молярная масса вещества измеряется в граммах на моль, умножьте полученный результат на 1000 и получите ответ: молярная масса газа, находящегося при таких условиях, равна 43,99 грамма/моль или с учетом округления – 44 грамма/моль. То есть это тот же самый углекислый газ.

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.

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.

Моль в химии

Относительная атомная масса – Ar

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 – Mr

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:

Mr (O2) = (2 × Ar(O)) = 2 × 16 = 32

Mr (H2O) = (2 × Ar(H)) + Ar(O) = (2 × 1) + 16 = 18

Mr (KMnO4) = Ar(K) + Ar(Mn) + (4 × Ar(O)) = 39 + 55 + (4 * 16) = 158

Mr (CuSO4*5H2O) = Ar(Cu) + Ar(S) + (4 × Ar(O)) + (5 × ((Ar(H) × 2) +
Ar(O))) = 64 + 32 + (4 × 16) + (5 × ((1 × 2) + 16)) = 160 + 5 * 18 = 250

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 12C, т.е. 6 × 1023.

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

Число Авогадро

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 × 1023 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/NA количество вещества 3.01 × 1023 молекул воды и 12.04 × 1023 атомов углерода.

Число Авогадро пример

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 (CaCO3) = Ar(Ca) + Ar(C) + (3 × Ar(O)) = 40 + 12 + (3 × 16) = 100 г/моль

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

M (N2) = Ar(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 × 1023 молекул),
молекулярные массы отличаются. Так, 6.02 × 1023 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 × 1023, в их состав входят разные атомы, поэтому и
массы получаются разные.

Молярная масса

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.

Молярная масса и количество вещества

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 × 1023 молекул азота, 3.01 × 1023 молекул CaCO3 и 18.06 × 1023 молекул
HCl. Требуется найти массу, которую составляет указанное число молекул. Мы несколько изменим известную формулу, которая поможет нам связать
моль и число Авогадро.

Молярная масса, количество вещества 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 – VM.

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.

Молярная масса, количество вещества, число Авогадро и молярный объем

Молярная масса, количество вещества, число Авогадро и молярный объем

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 🙂

Количество вещества в химии

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

Плотность

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

Относительная плотность

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/см3, кг/м3 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.

Задача на плотность

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.

Плотность 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.

Расчет массовой доли

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

Массовая доля

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023

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.

В ходе решения таких задач рекомендуется придерживаться алгоритма:

  • внимательно прочитать условие задачи и выяснить, что у вас спрашивают;
  • написать соответствующую формулу и проанализировать её;
  • найти числовые значения требуемых величин, каждый раз записывая вначале формулу, а затем расчёт, учитывая размерность величин.

Содержание

  • Задачи по теме «Газы»
    • Задачи для самостоятельного решения
  • Задачи по теме «Способы выражения концентрации растворов»
    • Задачи для самостоятельного решения

Задачи по теме «Газы»

Известно, что вещества при нормальных условиях (н. у.) могут находиться в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном. В твёрдом и жидком состояниях между молекулами (атомами) вещества имеются довольно сильные взаимодействия, в результате чего частицы находятся на небольших расстояниях друг от друга (рис. 30).

В газах расстояния между частицами очень велики, и силы взаимодействия ничтожны (рис. 31).

Поэтому равные объёмы любых газов содержат одинаковое число молекул. Это формулировка закона АВОГАДРО.

Следствием этого закона является:

1 моль любого газа при нормальных условиях (н. у.) занимает объём 22,4 литра.

Эта величина (22,4 л/моль) является молярным объёмом газа (VМ):

где VM — молярный объём газа, моль/л; V — объём газа, л; ν — количество вещества газа, моль.

Таким образом, зная массу газа, можно определить:

Но для того же газа из формулы (1) имеем:

Отсюда для любого газа выполняется соотношение:

Задача 3. Какую массу имеет кислород объёмом 7 л?

Задача 4. Какой объём занимает азот массой 14 г?

Задача 5. Чему равна молярная масса газа, 1 л которого имеет массу 1,25 г?

Ответ. Молярная масса неизвестного газа 28 г/моль.

Пользуясь этими формулами, можно рассчитать объём, массу, молярную массу газа, например:

Известно, что

где ρ — плотность газа (г/л), поэтому:

ПОМНИТЕ! Эти формулы можно использовать лишь тогда, когда данные задачи (плотность газа, его объём) измерены при н. у.: 273 К, 1 атм.

Из формулы (3) вытекает понятие об относительной плотности газов (Dx). Эта величина, равная отношению плотностей двух газов:

где ρ1 и М1 — плотность и молярная масса одного газа, а ρ2 и М2 — плотность и молярная масса другого газа.

Относительная плотность газа показывает, во сколько раз данный газ тяжелее второго газа. Пользуясь этой формулой, можно легко определить молярную массу данного газа:

Выполняя такие расчёты, следует помнить, что:

  • любая смесь газов, например воздух, именуется в задачах словом «газ»;
  • средняя молярная масса воздуха, как показывают расчёты, равна 29 г/моль;
  • по умолчанию, если не сказано иного, расчёты ведут для н. у.: 273 К, 1 атм.

Задача 6. Определить молярную массу газа, если:

а) плотность его равна 1,25 г/л;
б) плотность его по кислороду равна 0,75.

Решение.

Состав смеси газов, как правило, измеряют в объёмных процентах φ (фи).

Второе следствие, при помощи которого была экспериментально подтверждена гипотеза Авогадро (гипотеза стала законом уже после смерти автора!), заключается в следующем: объемы реагирующих газов относятся как их коэффициенты в соответствующем уравнении реакции.

Это следствие позволяет решать задачи «в уме», если известны объёмы реагирующих газов или количества вещества для них.

Задача 7. Какой объём кислорода потребуется для сжигания 6 л пропана?

Из уравнения реакции:

видно, что молярное соотношение пропана и кислорода составляет 1 : 5. Таким образом, объём кислорода в пять раз больше объёма пропана.

Ответ. Требуется 5 · 6 = 30 л кислорода.

Задачи для самостоятельного решения

3. Определить массы газов:

а) хлороводорода, объёмом 56 л;
б) озона О3, объёмом 14 л.

4. Определить объёмы газов:

а) хлороводорода, массой 72 г;
б) аммиака NH3, массой 3,4 г.

5. Определить молярные массы газов, если:

а) 2 л газа имеет массу 2,86 г;
б) 10 г газа занимает объём 7,47 л.

6. Определить молярную массу газа, если:

а) плотность его равна 1,52 г/л;
б) плотность по кислороду равна 1,81.

7. Какой объем занимает смесь, состоящая из 4 г метана и 22 г пропана?

8. Какой газ имеет большую массу: этан, объёмом 56 л или бутан, объёмом 44,8 л?

9. Существуют ли газообразные соединения серы легче воздуха?

10. Определите, не выполняя расчёт, какой из газов тяжелее воздуха: Не, Ar, CO2, CH4, N2, O2.

Задачи по теме «Способы выражения концентрации растворов»

Для того чтобы определить массовую долю растворенного вещества, нужно воспользоваться формулой:

Ответ может быть дан в долях (единицы): ω = 0,15; или в процентах: ω% = 15 %.

Задача 8. В 200 г воды растворили 16 г сахара. Определить ω(сахара) в полученном растворе.

Решение. В данном случае масса раствора неизвестна. Но:

Задача 9. В 300 мл раствора (ρ = 1,2 г/мл) содержится 72 г NаОН. Определить ω(NаОН) в этом растворе.

Решение. В этом случае масса раствора неизвестна, но известен объём. Найдём массу раствора:

Задача 10. В 20 мл воды растворили 4,48 л хлороводорода. Определить ω(НСl) в соляной кислоте. Плотность раствора равна 1,14 г/мл.

Решение. При растворении хлороводорода в воде получена соляная кислота, её масса равна:

где ν — количество вещества, моль; M — молярная масса вещества, причём для газов

откуда

где ρ — плотность воды (1 г/мл); V — объём воды, мл

Обратите внимание: в 20 мл воды растворили 4,48 л газа, но суммарный объём отнюдь не равен (4,48 + 0,02), т. е. 4,5 литра! Суммарный объём этого раствора равен:

т. е. при растворении более 4 литров газа объём жидкого раствора увеличился менее чем на 4 миллилитра!

Выводы.

  1. Объёмы жидкостей и объёмы растворяемых газов суммировать нельзя.
  2. При растворении в жидкости газы сжимаются более чем в 1000 раз.
  3. Объёмы жидкостей и газов рассчитывают (исходя из значения массы) по-разному:

где m — масса, г; М — молярная масса, г/моль; V — объём (жидкости в мл, газа — в л); ρ — плотность жидкости, г/мл.

Пользуясь формулой (1) нетрудно рассчитать и массу раствора, и массу растворённого вещества. Но при этом следует учитывать, что обычно в задачах говорится (упоминается) о «5 %-ном растворе», «16 %-ном растворе» и т. д., т. е. массовая доля вещества выражена в процентах. В этом случае легко видеть, что:

  • в 5 %-ном растворе ω(вещества) = 0,05;
  • в 16 %-ном растворе ω(вещества)= 0,16 и т. д.

Зная массовую долю вещества в растворе, можно определить:

Задача 11. Сколько граммов соли и воды нужно взять для приготовления 350 мл (ρ = 1,1 г/мл) 12 %-ного раствора?

Решение. Из формулы (1) получаем формулу (2):

где ρ — плотность раствора (1,1 г/мл); V — объём раствора (350 мл), тогда

Задача 12. Сколько граммов 8 %-ного раствора можно приготовить, имея 64 г NaCl?

Решение. Из формулы (3):

Такие задачи можно решать, составляя пропорции. При этом следует знать, что массовая доля (в %) вещества показывает, сколько граммов вещества содержится (растворено) в 100 граммах раствора: 5 %-ный раствор ⇒ 5 г вещества в 100 граммах раствора.

Задача 13. Сколько мл 15 %-ного раствора (ρ = 1,1 г/мл) можно приготовить из 22,5 г вещества?

Обратите внимание: в пропорции в одном столбце должны совпадать и размерность, и наименование компонента, о котором идёт речь.

Задача 14. К 200 мл 20 %-ного раствора (ρ = 1,2 г/мл) добавили 30 г того же вещества. Определить массовую долю вещества в полученном растворе.

Решение. Определим в начале массу исходного раствора и растворённого вещества:

При добавлении новых порций растворяемого вещества, его масса увеличивается:

На ту же величину увеличивается масса раствора:

Задача 15. Сколько граммов 19 %-ного раствора и воды нужно взять для получения 380 г 6 %-ного раствора?

Решение. При добавлении воды масса растворённого вещества не меняется. Поэтому рассчитаем массу растворённого вещества в 6 %-ном растворе (столько же его будет и в 19 %-ном растворе):

Теперь можно рассчитать массу 19 %-ного раствора:

Теперь задумаемся: почему возросла масса исходного 19 %-ного раствора? Потому, что добавили воду. Значит, масса воды равна:

Ответ. Нужно добавить 260 г воды.

В случаях, когда изменяется и масса раствора, и масса вещества, нужно прибегнуть к приёму, когда неизвестная величина (о ней спрашивается в вопросе задачи), принимается за известную, и обозначается А.

Задача 16. Сколько граммов 25 %-ного раствора нужно добавить к 210 г 15 %-ного раствора, чтобы получить 18 %-ный раствор?

Решение. Пусть нужно добавить А граммов 25 %-ного раствора, тогда масса 18 %-ного раствора составит (210 + А) г. Определим массу вещества в 15 %-ном растворе:

аналогично:

Решим полученное уравнение:

Ответ. Нужно добавить 90 г 25 %-ного раствора.

Задачи для самостоятельного решения

11. В 300 г раствора содержится 45 г поваренной соли. Определить ω (NaСl) в этом растворе.

12. В 300 мл воды растворили 100 г сахара. Определить ω (сахара) в полученном растворе.

13. В 2 л раствора (пл. = 1,05 г/мл) содержится 105 г соли. Определить ω(соли) в этом растворе.

14. В 200 мл воды растворили 56 л аммиака NH3. Определить ω (NH3) в этом растворе.

15. Бромоводород объёмом 5,4 л затрачен на приготовление 8 %-ного раствора (пл. = 1,057 г/мл). Найти объём полученного раствора.

16. Сколько граммов воды и сахара нужно взять для приготовления 3 литров 30 %-ного сиропа? (Пл. = 1,13 г/мл.)

17. Какой объём 25 %-ного раствора можно приготовить из 150 г соли, если плотность раствора равна 1,2 г/мл?

18. К 500 мл 32 %-ной кислоты (ρ = 1,2 г/мл) добавили 1 л воды. Вычислить массовую долю кислоты в полученном растворе.

19. Смешали 25 г 16 %-ного раствора КОН с 30 мл 20 %-ного раствора КОН (плотность 1,2 г/мл). Вычислить массовую долю щёлочи в полученном растворе.

20. К 220 г 20 %-ного раствора поваренной соли добавили 44 мл воды и 36 г этой же соли. Вычислить массовую долю соли в полученном растворе.

21. Определить массу воды, которую нужно выпарить из 1 кг 3 %-ного раствора сульфата меди II для получения 5 %-ного раствора.

22. Сколько граммов воды нужно добавить к 50 г 70 %-ной уксусной кислоты, чтобы получить 5 %-ный уксус?

23. После добавления соды к 200 мл 16 %-ного раствора её (ρ = 1,17 г/мл) массовая доля вещества возросла до 20 %. Определить массу добавленной соды.

24. Какой объём 96 %-ной кислоты (ρ = 1,86 г/мл) необходимо добавить к 5 л 30 %-ной кислоты (ρ = 1,3 г/мл), для того чтобы получить 40 %-ный раствор?

Количество вещества

Несколько столетий тому назад алхимики, готовясь к различным опытам и после их проведения, нередко взвешивали вещества, определяли их объемы. После открытия М. В. Ломоносовым и А. Л. Лавуазье закона сохранения массы веществ при химических реакциях химия начала быстро развиваться, обретая статус точной науки. Расчеты стали неотъемлемой частью химических исследований.

Вы уже знаете, что вещества могут иметь молекулярное, атомное или ионное строение. Превращение одних веществ в другие происходит в результате соединения атомов в молекулы, распада молекул на атомы, перегруппировки атомов или ионов.

Комментируя реакцию горения углерода

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

вы скажете, что каждый атом Карбона взаимодействует с молекулой кислорода с образованием молекулы углекислого газа, два атома Карбона взаимодействуют с двумя молекулами кислорода, образуя две молекулы углекислого газа, и т. д.

Чтобы подготовить какой-либо химический опыт, не имеет смысла пересчитывать атомы, молекулы. Да это и невозможно сделать. Химики используют физическую величину, которая определяется количеством частиц вещества в определенной его порции. Название этой величины — количество вещества. Ее обозначают латинской буквой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Единицей измерения количества вещества является моль*.

Ученые установили, что 1 моль любого вещества содержит 602 ООО ООО ООО ООО ООО ООО ООО его формульных единиц (атомов, молекул, совокупностей ионов). Это число можно записать как Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (21 — количество нулей в первой записи), или Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

1 моль — это порция вещества, которая содержит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами его формульных единиц.

Так, 1 моль углерода (вещество атомного строения) содержит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Карбона, 1 моль кислорода (вещество молекулярного строения) — 6Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами а 1 моль поваренной соли Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами(вещество ионного строения) — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами пар ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами , т. е. Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами .

* Термин происходит от латинского слова moles — бесконечное

Понятие «количество вещества» используют не только по отношению к веществам, но и по отношению к частицам — атомам, молекулам, ионам. Например, выражение «1 моль ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами » означает Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами ».

Число Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами было выбрано не случайно. Ученые определили, что столько атомов содержится в 12г углерода — массе этого простого вещества в граммах, которая численно равна относительной атомной массе соответствующего элемента (Карбона). Отсюда — такое определение единицы измерения количества вещества:

1 моль — это порция вещества, которая содержит столько формульных единиц, сколько атомов Карбона содержится в 12 г углерода.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Представление о порциях различных веществ в 1 моль можно получить из рисунка 1.

Число Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами назвали числом Авогадро в честь итальянского ученого А. Авогадро.

Число Авогадро в миллиарды раз превышает количество волос на головах, в усах, бородах всех живущих на Земле людей. Если покрыть земную поверхность таким количеством (Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами) теннисных мячей, то толщина «покрытия» будет составлять приблизительно 100 км. Если же разместить Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Гидрогена, наименьших среди всех атомов, вплотную друг к другу в линию, то ее длина составит приблизительно Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами км. Нитью такой длины можно обмотать земной шар по экватору более чем 1 500 ООО раз (рис. 2).

Амедео Авогадро (1776—1856) 

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Выдающийся итальянский физик и химик. Выдвинул гипотезу о молекулярном строении веществ, в частности газов. Открыл один из законов для газов (1811 год), позже названный его именем. Уточнил атомные массы некоторых элементов, определил состав молекул воды, аммиака, углекислого и угарного газов, метана, сероводорода и др. Разработал экспериментальные методы определения молекулярных масс газообразных веществ.
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

                                               Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Числу Авогадро отвечает постоянная Авогадро. Ее обозначение — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами а размерность вытекает из такого выражения:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Если порция вещества содержит N частиц (формульных единиц), то можно вывести формулу для вычисления соответствующего количества вещества n:

в 1 моль вещества содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами частиц,
в n моль вещества — N частиц;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Слово «моль» не склоняется, если перед ним есть число, но склоняется, если числа нет.

Примеры словосочетаний: взято 5 моль железа, определение моля.

Решение задач. Решим несколько задач, в которых используется величина «количество вещества».

ЗАДАЧА 1. В каком количестве вещества содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Алюминия?

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Воспользуемся формулой, которая отображает связь между количеством вещества и числом частиц (атомов):

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

В 1 моль какого-либо молекулярного вещества всегда содержится больше чем 1 моль атомов (1 моль элемента). Например, в 1 моль кислорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — 2 моль атомов Оксигена (2 моль элемента Оксигена); в 1 моль метана Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — 1 моль атомов Карбона и 4 моль атомов Гидрогена (1 моль Карбона и 4 моль Гидрогена).

Количества вещества ионов в ионном соединении вычисляют аналогично.

ЗАДАЧА 2. Рассчитать количества вещества ионов в феррум (Ш) оксиде Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами взятом количеством вещества 4 моль.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

Формульная единица оксида Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами содержит 2 иона Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 3 иона Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Поэтому 1 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами состоит из 2 моль ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 3 моль ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

В 4 моль этого соединения количества вещества ионов в четыре раза больше:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

По формуле соединения можно определить соотношение в нем количеств вещества атомов (элементов), ионов. Например, в метане Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

а в феррум(Ш) оксиде Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вернемся к химической реакции Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами рассмотренной в начале параграфа. Если вести речь о большом количестве частиц, которые взаимодействуют и образуются, то каждые Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Карбона (1 моль) реагируют с Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (1 моль) с образованием Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (1 моль). Записав химическое уравнение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

видим, что количества вещества соответствуют коэффициентам. Это справедливо для любой реакции. Приведем еще один пример: 

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ВЫВОДЫ. Количество вещества в химии определяют числом его частиц. Единица измерения количества вещества — моль. 1 моль содержит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами формульных единиц вещества — атомов, молекул, совокупностей ионов. Число Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами называют числом Авогадро.

Это интересно. Количество вещества используют для характеристики состава растворов в научных исследованиях.
 

Молярная масса

Важной величиной, которая связана с количеством вещества, является молярная масса. Ее используют во многих вычислениях — при подготовке к химическому эксперименту, внедрении технологических процессов на заводах, для обработки результатов исследования химических реакций.

Молярная масса — это масса 1 моль вещества.

Молярную массу обозначают латинской буквой М. Ее размерность — г/моль.

Молярная масса численно равна относительной атомной, молекулярной или формульной массе.

Для того чтобы записать молярную массу какого-либо вещества, достаточно указать значение соответствующей относительной атомной, молекулярной или формульной массы и добавить размерность — г/моль. Относительные атомные массы элементов представлены в периодической системе Д. И. Менделеева, а относительные молекулярные и формульные массы веществ вы научились вычислять в 7 классе.

Примеры записи молярных масс простых и сложных веществ:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

(расчет относительной молекулярной массы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

(расчет относительной формульной массы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку понятие «моль» используют не только по отношению к веществам, но и по отношению к частицам (атомам, молекулам, ионам), то и для них существуют молярные массы. Учитывая, что масса 1 моль атомов Гидрогена составляет 1 г, а 1 моль ионовКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами — 96 г, запишем молярные массы этих частиц:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Выведем формулу, которая описывает взаимосвязь между массой, количеством вещества и молярной массой. Если, например, 1 моль атомов Гидрогена имеет массу 1 г, то n моль этих атомов — массу, которая в n раз больше, т. е. n г. Запишем соответствующее математическое выражение:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Общая формула для вычисления массы атомов, ионов, веществ по количеству вещества:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Отсюда

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итак, молярная масса — это отношение массы к количеству вещества.

Решение задач. Рассмотрим два способа решения задач, которые предполагают использование молярной массы. Один из них предусматривает составление пропорции, а другой — вычисления по приведенным выше формулам.

ЗАДАЧА 1. Рассчитать количество вещества метана Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами если масса соединения составляет 6,4 г.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1-й способ

1. Вычисляем молярную массу соединения: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Находим количество вещества метана, составив пропорцию:

1 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами имеет массу 16 г,

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами —  6,4 г;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

Воспользуемся одной из формул, приведенных в параграфе:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ЗАДАЧА 2. Какая масса железа отвечает количеству вещества 1,5 моль?
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1-й способ

Железо — простое вещество, состоящее из атомов элемента Феррума.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Рассчитываем массу железа с помощью пропорции:

1 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами имеет массу 56 г,

1,5 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами г;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

Воспользуемся формулой, приведенной в параграфе:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ЗАДАЧА 3. Вычислить массу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Натрия.
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1-й способ

Поскольку Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами = 23 г/моль, то 1 моль атомов Натрия имеет массу 23 г. Учитывая, что 1 моль элемента — это Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов, составляем пропорцию и решаем ее:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Na имеют массу 23 г,

                Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Na  — х г;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

1. Рассчитываем количество вещества Натрия:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычисляем массу атомов Натрия:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ВЫВОДЫ. Молярная масса — это масса 1 моль вещества. Она численно равна относительной атомной, молекулярной или формульной массе. Молярная масса является отношением массы к количеству вещества.

Молярный объем

Порцию вещества можно охарактеризовать не только ее массой, но и объемом. Поэтому не случайно, что, кроме молярной массы, существует другая физическая величина — молярный, объем.

Молярным объемом называют объем 1 моль вещества.

Обозначение молярного объема — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами а единицы измерения — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Из курса физики 7 класса вам известна формула, в которую входят масса вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами его плотность Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и объем Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Аналогичная связь существует между молярной массой и молярным объемом:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Из этой формулы получаем другую:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

По ней можно вычислять молярный объем любого вещества. Для этого нужно рассчитать молярную массу вещества и найти в справочнике его плотность.

Для каждого твердого и жидкого вещества существует свой молярный объем (например, для алюминия, поваренной соли, воды и спирта — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами соответственно). Молярный объем, как и плотность таких веществ, почти не зависит от температуры и давления.

Газы при нагревании или понижении давления заметно расширяются, а при охлаждении или повышении давления сжимаются. Это происходит потому, что расстояния между молекулами в газах очень большие (в отличие от твердых и жидких веществ, где частицы соприкасаются друг с другом).

При изменении условий изменяются также плотность газа и его молярный объем. Поэтому, приводя значения этих физических величин, обязательно указывают соответствующие температуру и давление.

Нормальные условия (н. у.) = О °С; 101,3 кПа

Для газов при н. у. Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ученые установили, что молярный объем различных газов при одинаковых условиях один и тот же. В частности, при температуре О °С и давлении 101,3 кПа (или 760 мм рт. ст.) он составляет 22,4 л/моль. Приведенные условия называют нормальными (сокращенно — н. у.).

1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л.

Описывая физические свойства вещества, указывают его агрегатное состояние при обычных условиях. В этом случае речь идет об условиях, которые чаще всего существуют в помещении, где изучают или используют вещество. Это — температура приблизительно +20 °С и давление приблизительно 760 мм рт. ст.

Связь между объемом Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами количеством вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и молярным объемом Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами описывает такая формула (попробуйте вывести ее самостоятельно):

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Из нее можно получить две другие:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итак, молярный объем — это отношение объема к количеству вещества.

Закон Авогадро

Вы уже знаете, что 1 моль водорода, кислорода или углекислого газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 л и содержит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул. Гипотезу об одинаковом количестве молекул в равных объемах различных газов, которая базировалась на результатах исследований реакций между газами, высказал еще в начале 

XIX ст. А. Авогадро. Получив впоследствии экспериментальное подтверждение и теоретическое обоснование, эта гипотеза стала законом.

Закон Авогадро формулируют так:
в равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул*.

Приводим важное следствие закона Авогадро:
в равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержатся одинаковые количества вещества.

* — Для инертных газов – одинаковое число атомов.

Изложенный материал обобщает рисунок 3.Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение задач. Рассмотрим несколько задач, при решении которых используют молярный объем газа.

ЗАДАЧА 1. Вычислить объем 0,4 г водорода при нормальных условиях.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

1-й способ

1. Находим количество вещества водорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычисляем объем водорода составлением пропорции:

1 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами занимает при н. у. объем 22,4 л, 0,2 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами —  х л;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

1. Находим количество вещества водорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычисляем объем водорода по соответствующей формуле:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ЗАДАЧА 2. Вычислить количество молекул в 1 л кислорода при нормальных условиях.
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1-й способ

Вычисляем количество молекул кислорода в 1 л газа при нормальных условиях:

в 22,4 л кислорода содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул,
в 1 л кислорода — х молекул;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

Вычисляем количество молекул кислорода в 1 л газа при нормальных условиях. Для этого из формулы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами получаем: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Осуществляем расчет:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Эту задачу можно решить еще одним способом. По соответствующим формулам сначала вычисляют количество вещества кислорода, а затем — количество молекул.

ЗАДАЧА 3. Рассчитать плотность угарного газа СО при нормальных условиях.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

1-й способ

1. Находим молярную массу угарного газа:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычисляем плотность газа при нормальных условиях:

1 моль угарного газа, т. е.

28 г СО занимает при н. у. объем 22,4 л,
х г СО — 1л;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

1. Находим молярную массу угарного газа:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Рассчитываем плотность угарного газа при нормальных условиях, преобразовав формулу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (с. 17) в другую:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ВЫВОДЫ

Молярный объем — объем 1 моль вещества. Эта физическая величина является отношением объема к количеству вещества.

Молярные объемы твердых и жидких веществ разные, а газов (при одних и тех же температуре и давлении) — одинаковы. При нормальных условиях (температуре О°С и давлении 101,3 кПа, или 760 мм рт. ст.) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.

В равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул (закон Авогадро).

Соотношение объемов газов в химических реакциях

Согласно закону Авогадро, равные объемы газов содержат одинаковое число молекул (при одинаковых условиях). Если каждая молекула одного газа реагирует с одной молекулой другого, например, во время реакции

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

то должны взаимодействовать одинаковые объемы веществ, скажем, Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами В реакции

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

на один объем кислорода должны приходиться два объема реагирующего с ним водорода. Только при таком условии число молекул водорода будет вдвое превышать число молекул кислорода, как того «требует» химическое уравнение.

Обобщением этих выводов является закон объемных соотношений газов, который открыл французский ученый Ж. Гей-Люссак в 1808 г.: объемы газов, которые вступают в реакцию и образуются в результате реакции, соотносятся как небольшие целые числа.

Со временем ученые установили, что эти числа являются соответствующими коэффициентами в химических уравнениях.

Итак, для газов в реакциях (1) и (2)

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Использование закона Гей Люссака дает возможность химику или инженеру-технологу определить, какие объемы газов нужно взять для осуществления реакции. Отобрать определенный объем газа значительно легче, чем взвесить его необходимую массу.

Относительная плотность газа

В равных объемах различных газов содержится одно и то же число молекул*. Поскольку молекулы различных веществ обычно имеют разную массу, то массы одинаковых объемов газов, как правило, разные. Например, масса 1 Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами кислорода составляет 0,00143 г, а масса такого же объема водорода — 0,0000893 г. Значит, кислород тяжелее водорода (рис. 4). А во сколько раз? Разделим массу 1 Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами кислорода на массу 1 Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами водорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

* — При одних и тех же условиях.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Число 16 называют относительной плотностью кислорода по водороду. Ее обозначают буквой D и записывают так:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Относительная плотность газа по другому газу — это отношение массы определенного объема газа к массе такого же объема другого газа (при одинаковых температуре и давлении).

Масса 1 Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вещества численно равна его плотности. Плотности кислорода и водорода (при нормальных условиях) таковы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Узнать, во сколько раз кислород тяжелее водорода, можно, разделив плотность кислорода на плотность водорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Эта формула объясняет, почему физическую величину, о которой идет речь в параграфе, называют относительной плотностью.

Относительная плотность, как и относительная атомная (молекулярная, формульная) масса, не имеет размерности.

Если взять по 22,4 л кислорода и водорода при нормальных условиях, то массы веществ (в граммах) будут численно равны их молярным массам или относительным молекулярным массам. Отсюда — такие варианты вычисления относительной плотности кислорода по водороду:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Преобразуем все приведенные выше формулы на общие. Более тяжелый газ обозначим буквой В, более легкий — буквой А, а относительную плотность первого газа по второму — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Запомните: соотноы1ение масс газов можно использовать для вычисления относительной плотности лишь при условии, что Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Газы часто сравнивают с воздухом. Хотя воздух является смесью газов, его можно условно считать газом с относительной молекулярной массой 29. Это число называют средней относительной молекулярной массой воздуха. Оно находится в промежутке между числами 32 и 28 — относительными молекулярными массами кислорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и азота Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами главных компонентов воздуха. (Эти два газа занимают почти 99 % его объема.)

Установить, легче или тяжелее воздуха определенный газ, очень просто. Достаточно заполнить им резиновый шарик и отпустить его (рис. 5, 6).

Формулы для расчета относительной плотности газа В по воздуху имеют такой вид:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Это интересно. Самый легкий среди газов — водород Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами а самый тяжелый — радон Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение задач. Покажем, как решают задачи с использованием изложенного в параграфе материала.

ЗАДАЧА 1. Рассчитать относительную плотность углекислого газа по водороду и по воздуху.
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

Находим относительную плотность углекислого газа по водороду и по воздуху.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ:  Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

В соответствии с полученным результатом углекислый газ в 1,52 раза тяжелее воздуха. Очевидно, что воздух во столько же раз легче углекислого газа.

Если для неизвестного газа В определена его относительная плотность по газу А, то можно вычислить молярную или относительную молекулярную массы газа В по формулам, которые являются производными от приведенных выше:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ЗАДАЧА 2. Относительная плотность газа X (соединение Сульфура) по водороду равна 17. Вычислить молярную массу газа Х и найти формулу соединения.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

1. Вычисляем молярную массу газа X по одной из формул, приведенных в параграфе:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Находим формулу соединения. Поскольку Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами то в молекуле соединения X содержится один атом Сульфура. (Если бы атомов этого элемента было два или больше, то молярная масса соединения превышала бы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами) На второй элемент в молярной массе соединения приходится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Очевидно, что этим элементом является Гидроген; его атомов в молекуле соединения — два. Формула соединения — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами формула соединения — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ВЫВОДЫ

Относительная плотность газа по другому газу — это отношение массы определенного объема газа к массе такого же объема другого газа (при одинаковых температуре и давлении). Значение относительной плотности газа показывает, во сколько раз он тяжелее другого газа.

В качестве газа сравнения часто служит воздух. Он ведет себя как газ с относительной молекулярной массой 29.

По относительной плотности газа можно вычислить его молярную массу.
 

О средней относительной молекулярной массе воздуха.

Почему средняя относительная молекулярная масса воздуха равна 29, а не 30 — среднему арифметическому относительных молекулярных масс кислорода (32) и азота (28)? Потому что в воз духе содержится неодинаковое количество этих газов: кислорода — 21% по объему, азота — 78%.

Вычислим среднюю молярную массу воздуха (она численно равна средней относительной молекулярной массе).

Предположим, что воздух состоит только из кислорода и азота. Тогда средняя молярная масса воздуха будет равна массе 1 моль смеси газов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количества вещества газов пропорциональны их объемам или объемным долям Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Взяв приближенные значения объемных долей газов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами в воздухе (0,2 и 0,8 соответственно), вычислим количество вещества каждого газа в 1 моль смеси:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Найдем массу 1 моль воздуха, т. е. 1 моль смеси газов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Таким образом, Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества

После повторения изученных начальных химических понятий для вас начинается новый этап познания химии. Это — количественные отношения веществ в химических реакциях, связь химических знаний с математическими.

Вы уже знаете, что существуют вещества молекулярного и немолекулярного строения, а их составными частицами могут быть атомы, молекулы, ионы. Абсолютные размеры этих структурных частиц очень малы, тогда как их количественные соотношения в химических уравнениях выражаются небольшими целыми числами, которые равны коэффициентам.

Рассмотрим взаимодействие вещества немолекулярного строения — углерода с веществом молекулярного строения — кислородом:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Как видно из уравнения реакции, 1 атом простого вещества углерода взаимодействует с 1 молекулой простого вещества кислорода и образуется 1 молекула сложного вещества оксида углерода(1У), или углекислого газа. Но для проведения этой реакции никогда не считают атомы углерода и молекулы кислорода, а оперируют такими величинами, как масса углерода и масса или обт/ем кислорода. Как в таких случаях не ошибиться и взять столько каждого из веществ, чтобы их было достаточно для проведения реакции и получения продукта реакции необходимой массы или объема?

Вам известны такие физические величины — время, масса, длина, объем, плотность, температура. С ними в повседневной жизни приходится довольно часто сталкиваться. Однако это не весь перечень характеристик, по которым сравнивают и отличают тела, вещества, явления.

Порция воды объемом 18 мл (приблизительно одна столовая ложка) при комнатной температуре имеет массу 18 г, поскольку плотность воды составляет 1 г/мл. Это привычные для вас числа. А вот приходилось ли вам иметь дело с таким удивительно огромным числом, как 602 000 000 000 000 000 000 000? Именно столько молекул содержится в порции воды объемом 18 мл! Согласитесь, не так уж и удобно отсчитывать число молекул воды (или число любых структурных частиц других веществ) в определенной ее порции, ведь счетчики атомов или молекул еще не сконструированы. Во избежание этих неудобств и была введена физическая величина количество вещества.

Количество вещества — это физическая величина, которая характеризуется числом структурных частиц вещества в определенной ее порции.

Количество вещества обозначают буквой греческого алфавита Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (читается *ню»).

В каких случаях используют эту физическую величину? Прежде всего, когда нужно количественно охарактеризовать реагенты или продукты реакции.

Для каждой физической единицы существует эталон, сравнивая с которым проводят измерения, и способы или приборы для измерений. Вводя ту или иную физическую величину, сразу предлагают и единицы ее измерения. Например, для измерения массы введен кг и производные от него — мг, г, т; для измерения длины — м (мм, см, км). Так, вы можете легко измерить длину медной проволоки или определить массу пакета поваренной соли и не допустить при этом ошибки.

А с чем сравнивать порцию вещества, определяя количество вещества в ней? В каких единицах измеряют эту физическую величину? Существует ли ее эталон?

За единицу измерения количества вещества принят моль. Если единицы большинства физических величин введены в оборот давно, то единицу количества вещества моль ввели лишь в 1971 году. В переводе «моль» означает множественное число.

Моль — это количество вещества, которое содержит столько структурных частиц (атомов, молекул и т. п.) этого вещества, сколько атомов содержится в 12 г более легкой разновидности атома углерода.

 Вспомните: изучая в 7 классе атомную единицу массы, вы узнали, что в природе преобладает более легкая разновидность атомов углерода, в ядрах которого есть по 6 протонов и нейтронов. В то же время более тяжелая разновидность углерода представлена атомами, ядра которых состоят из 6 протонов и 7 нейтронов, и в природе их мало.

Из чего состоит 1 моль вещества. Как показали расчеты, 12 г более легкой разновидности атомов углерода содержат 602 204 500 000 000 000 000 000 атомов. С введением физической величины количество вещества было принято, что это число показывает, сколько структурных частиц вещества содержится в одном моле любого вещества. В честь итальянского ученого Амедео Авогадро его назвали числом Авогадро (обозначается Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Для практических расчетов достаточно брать приближенное значение 602 000 000 000 000 000 000 000. Это число трудно прочесть, а еще труднее представить, как оно велико. Так, если всю воду гидросферы нашей планеты измерять стаканами вместимостью 200 мл, то получим число, которое будет лишь миллиардной долей числа Авогадро Это сравнение иллюстрирует, насколько велико число Авогадро и насколько малы размеры структурных частиц веществ.

Это — универсальное число, которое указывает на количество структурных частиц в одном моле вещества, независимо от его агрегатного состояния. Число Авогадро Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — одна из важнейших постоянных величин в естественных науках.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Единица измерения количества вещества моль обозначается так: 1 моль воды, 2 моль сахара, 5 моль углекислого газа и т. п. Обратите внимание, что окончание не изменяется, если слово «моль» пишется после цифры. Если же запись сделана без цифры, то окончание изменяется согласно падежу. Например: «Сколько молей кислорода выделится, если разложить 4 моль перманганата калия?»; «В одном моле воды содержится число Авогадро молекул».

Поупражняемся в применении числа Авогадро относительно конкретных структурных частиц разных веществ — атомов, молекул и др.

Пример 1. Графит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — вещество атомного строения. Следовательно один моль этого вещества состоит из 602 000 000 000 000 000 000 000 атомов углерода.

Пример 2. Вода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — вещество молекулярного строения. Следовательно один моль этого вещества состоит из 602 000 000 000 000 000 000 000 молекул Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Пример 3. Хлорид натрия Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — вещество ионного строения. Каковы его структурные частицы? Сколько таких частиц в 1 моль этого вещества?

В 7 классе вы записывали химическую формулу поваренной соли, или хлорида натрия Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и объясняли, что атомы натрия и атомы хлора, превращаясь в катионы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и анионы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами соединяются в соотношении Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Относительно хлорида натрия число Авогадро означает число формульных единиц вещества в 1 моль этого вещества.

Формульная единица вещества — это совокупность его частиц, которая отображена химической формулой.

Для веществ, структурными частицами которых являются атомы, формульная единица вещества — атом. Для веществ, структурными частицами которых являются молекулы, формульная единица — молекула. А для веществ, структурными частицами которых являются ионы, формульная единица — совокупность ионов, которая отображена в химической формуле вещества. Например, в поваренной соли Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами такая совокупность представлена одним катионом натрия и одним анионом хлора, в хлориде кальция Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — одним катионом кальция и двумя анионами хлора.

Поэтому правильно говорить, что в 1 моль хлорида натрия насчитывается 1 моль катионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 1 моль анионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Тогда как в 1 моль хлорида кальция — 1 моль катионов кальция Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 2 моль анионов хлора Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вы уже умеете оперировать такими физическими величинами, как масса и объем веществ и тел. Умеете пользоваться и приборами для их измерения. Для измерения же количества вещества приборов не существует (рис. 1).

Как же тогда отмерить, например, порцию воды количеством вещества 2 моль? Чтобы получить ответ на этот вопрос, необходимо выяснить сущность понятия «молярная масса».
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итоги:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Амедео Авогадро (1776—1856 гг.) — итальянский химик и физик, первым стал систематически исследовать количественный и качественный состав веществ на основе соотношения объемов газообразных веществ, из которых они образованы. Ему принадлежат правильные записи формул: воды Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вместо Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами углекислого газа Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вместо Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами угарного газа Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вместо Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и др.

В 1811 г. Авогадро открыл закон, который до сих пор является общепризнанным: в одинаковых объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Закон носит имя своего первооткрывателя.

Ученый первым предсказал, что молекулы водорода, кислорода, азота двухатомны. В его честь число формульных единиц, которое содержится в 1 моль вещества, назвали числом Авогадро.

Один из минералов металлического элемента цезия (в периодической системе находится в ячейке под номером 55) — авогадрит также назван в честь ученого.

Молярная масса

Понятие молярная масса введено для определения соотношения количества вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и массы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами которые характеризуют порцию вещества.

Молярная масса Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — это отношение массы некоторой порции вещества к количеству вещества в этой порции.

Молярную массу вычисляют по формуле: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

То есть, молярная масса — это величина, которая характеризует конкретное вещество и измеряется в килограммах на моль (кг/моль) или в граммах на моль (г/моль). Следует отметить, что в химии преимущественно используют единицу г/моль.

Если взять порции различных веществ, массы которых численно равны их относительным молекулярным массам, например 12 г углерода (С), 18 г воды Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами 58,5 г хлорида натрия Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и массу каждой порции разделить на абсолютную массу в граммах структурной частицы вещества, то частное от деления составит 602 000 000 000 000 000 000 000 то есть будет равно числу Авогадро.

Таким образом, несмотря на разную относительную молекулярную массу веществ Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами в их порциях, массы которых численно равны относительным молекулярным массам этих веществ, содержится число Авогадро структурных частиц.

Масса одного моля любого вещества численно равна его относительной молекулярной массе и содержит число Авогадро структурных частиц (формульных единиц) вещества.

Для определения молярной массы вещества нет необходимости каждый раз делить массу порции вещества на количество вещества в ней. Достаточно вычислить ее относительную молекулярную массу и найденное число выразить в единицах молярной массы, то есть в г/моль.

Пример 1. Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Таким образом, один моль углекислого газа — вещества молекулярного строения — имеет массу 44 г и содержит число Авогадро молекул.

Пример 2. Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Таким образом, один моль оксида меди Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — вещества немолекулярного строения — имеет массу 80 г и также содержит число Авогадро формульных единиц вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Зная массу порции любого вещества и количество вещества в ней, по формуле Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вычисляют молярную массу вещества.

Пример 3. Вычислить молярную массу бинарного соединения серы с кислородом, если в порции массой 32 г количество вещества равно 0,5 моль.

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: молярная масса соединения равна Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Производные формулы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Формула Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами дает возможность определять количество вещества, если известны масса порции вещества и молярная масса этого вещества.

Пример 4. Определить количество вещества в порции оксида алюминия Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами массой 20,4 г.
Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

 Решение:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: количество вещества в порции оксида алюминия массой 20,4 г составляет 0,2 моль.

Формула Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами дает возможность вычислять массу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами порции вещества, если известны молярная масса вещества и количество вещества в порции.

Пример 5. Определить массу порции оксида серыКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами количеством вещества 4 моль.

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: масса порции оксида серыКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами количеством вещества 4 моль равна 320 г.

Как вычислить число структурных частиц вещества. Вам известно, что формулы многих веществ содержат индексы. Это дает возможность, характеризуя количественный состав вещества, отмечать число структурных частиц в формульной единице вещества. Число структурных частиц вещества в одном моле вещества принято помечать Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (читается «эн»).

Пример 6. Вычислить, сколько атомов фосфора и сколько атомов кислорода содержится в одном моле оксида фосфораКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Анализируя химическую формулу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами видим, что одна формульная единица вещества состоит из 2 атомов фосфора и 5 атомов кислорода. Поэтому в 1 моль этого вещества содержится 2 моль атомов фосфора и 5 моль атомов кислорода. А поскольку 1 моль вещества содержит число Авогадро структурных частиц, то можно записать:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

И снова имеем дело с большими числами. На уроках математики вы также будете выполнять действия с очень большими или очень малыми числами. Для удобства их записывают в стандартном виде, то есть в виде Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и число Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами целое.

Такими числами удобно пользоваться для обозначения числа Авогадро. Вы легко убедитесь в том, что, умножив Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами в произведении будем иметь число Авогадро. Это же число можно выразить по-другому: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Как видим, у записи вместо множителя с 23-мя нулями значится множитель Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами В дальнейшем для удобства мы будем пользоваться записью числа Авогадро в виде Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итоги:

В примере мы ограничились найденным ответом 64 г/моль относительно молярной массы неизвестного вещества. Но вам, наверное, интересно знать, что это за бинарное соединение серы с кислородом? Для этого необходимо установить неизвестные индексы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами в формуле Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Рассуждаем так: если бы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами то относительная масса двух атомов серы в формульной единице вещества равнялась бы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Но такую же массу имеет вся формульная единица вещества, в которую также входит кислород. Поэтому делаем вывод о наличии в составе химической формулы одного {то есть Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атома серы и продолжаем определять Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: формула бинарного соединения — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Молярный объем газов

Как известно, вещества могут находиться в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. Особенность газообразного состояния заключается в том, что между структурными частицами (молекулами) газов расстояния в тысячи раз большие, чем расстояния между структурными частицами жидкого, а тем более твердого вещества. Так, один моль воды при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении занимает объем 18 мл (приблизительно 1 столовая ложка). Объем 1 моль мелкокристаллического хлорида натрия втрое больше объема 1 моль воды, а объем 1 моль сахара — больше почти в 20 раз (рис. 2). А для одного моля азота при тех же условиях необходим сосуд приблизительно в 1240 раз вместительнее, чем столовая ложка.

Следовательно, объем одного моля газообразного вещества азота существенно отличается от объема одного моля жидкого или твердого вещества, в то время как разница объемов одного моля жидкости воды и твердого вещества хлорида натрия или сахара незначительная.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вычислим объем 1 моль азота и некоторых других газообразных веществ в литрах. Для этого воспользуемся такой физической характеристикой вещества, как плотность Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и формулой для ее определения:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку давление и температура существенно влияют на объем газообразных веществ, принято проводить определения при температуре Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и давлении 1 атм (101,3 кПа).

Температура Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и давление 101,3 кПа получили название нормальные условия.

Нормальные условия сокращенно обозначаются их первыми буквами с точкой после каждой в круглых скобках — (н.у.).

Вычисление объема 1 моль азота начнем с нахождения его относительной молекулярной массы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку молярная масса численно равна относительной молекулярной, то

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

При нормальных условиях плотность азота 1,25 г/л.

Подставляем значение молярной массы 28 г/моль и плотности азота 1,25 г/л в формулу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и находим молярный объем азота при нормальных условиях:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итак, 1 моль азота при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. Заметим, что при других условиях, он будет иметь и другие значения. Так, при Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (комнатной температуре) и давлении 101,3 кПа 1 моль азота занимает объем 24 л, а при температуре Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и при таком же давлении — 30,6 л.

Вычислим молярный объем кислорода при нормальных условиях, если его плотность равна Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами или округленно 22,4 л.

Если бы мы вычисляли молярный объем других газообразных веществ при нормальных условиях, то получили бы значения, близкие к 22,4 л.

Одной из величин, которая характеризует 1 моль любого газообразного вещества при нормальных условиях, является молярный объем газов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Следовательно, Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Из рисунка 3 видно, что 1 моль кислорода (а), 1 моль углекислого газа (б), 1 моль метана (в), 1 моль гелия (г), при нормальных условиях занимают одинаковый объем и содержат одинаковое число молекул.

Подумайте и сделайте вывод — одинаковую ли массу они при этом имеют.

Вы, очевидно, обращали внимание на то, что определяющей физической величиной для жидкостей является объем, тогда как для твердых веществ — масса. Это потому, что твердые вещества сохраняют свою форму, а жидкие — нет, они приобретают форму сосуда, в котором содержатся. В этом отношении газы похожи на жидкости, поскольку собственной формы у них также нет.

Рассмотрим примеры вычислений с использованием молярного объема газов.

Пример 1. Вычислить объем азота количеством вещества 0,5 моль при нормальных условиях.

Решение

Воспользуемся формулой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: объем азота количеством вещества 0,5 моль составляет 11,2 л.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Пример 2. Какому количеству вещества оксида углерода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами отвечает 112 л этого вещества (н.у.)?

Решение

Воспользуемся формулой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: количество вещества оксида углеродаКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами в порции объемом 112 л составляет 5 моль.

Итоги:

Теперь вы знаете, что количество вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами для газа можно вычислить, если известна масса или объем его порции. То есть, для одной и той же порции газообразного вещества существуют 2 формулы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Приравняем их правые части: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Отсюда можно определить массу порции вещества и ее объем, а также молярную массу вещества:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Все три формулы широко применяются в химической практике. Например, если в формулу 1 подставить значение объема известного вещества, то сразу вычислим массу порции этого вещества. Если же в формулу 2 подставить значение массы порции известного вещества, то вычислим объем ее порции. Молярную массу неизвестного вещества можно вычислить с помощью одного действия по формуле 3. Для этого нужно знать массу и объем порции вещества.

Относительная плотность газов

При изучении веществ и явлений не обойтись без сравнений. Их проводят по разным характеристикам — массе, плотности, размерам, зарядам структурных частиц, физическим или химическим свойствам веществ и т. п.

Для газообразных веществ сравнения часто проводят по относительной плотности газов (обозначается буквой латинского алфавита Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами, произносится “дэ”).

Относительная плотность одного газа по другому газу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — это отношение плотности одного газа Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами к плотности другого газа Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку плотность — это масса одного объема вещества, а молярный объем всех газов при нормальных условиях одинаков и составляет 22,4 л, делаем вывод, что плотности газов относятся между собой, как и их молярные массы. Вам известно, что молярные массы численно равны относительным молекулярным массам веществ. Отсюда относительная плотность газов может быть вычислена по формуле:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

где Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами —относительная молекулярная масса одного газа; Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — относительная молекулярная масса второго газа, плотность по которому определяют.

Внизу справа после буквы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами пишут формулу газа, относительно которого вычисляют плотность другого газа. Например, плотность по водороду обозначается Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами по кислороду— Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Из формулы для вычисления относительной плотности одного газа по другому следует, что необходимо знать относительные молекулярные массы обоих газообразных веществ. Как и относительная молекулярная масса, относительная плотность газа — величина безразмерная, потому что показывает, во сколько раз один газ легче или тяжелее другого.

Относительную плотность газов можно вычислить по любому газу — водороду, кислороду, углекислому газу и др., а также по газообразным смесям (рис. 4). Чаще всего ее вычисляют по водороду и воздуху. Если говорят о газообразных смесях веществ, то речь идет о средней относительной молекулярной массе смеси, определенной при нормальных условиях в объеме 22,4 л. Так, средняя относительная молекулярная масса воздуха равна 29.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Рассмотрим на примерах, как вычисляется относительная плотность газов и как, воспользовавшись формулой для ее вычисления, находят относительную молекулярную и молярную массы газообразного вещества.

Пример 1. Вычислить относительную плотность кислорода по водороду.

Решение    

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами кислорода по водороду равна 16.

Вычисляя относительную плотность газа по водороду, в знаменателе всегда записывают число 2 (относительная молекулярная масса водорода). Отсюда формулу для вычисления относительной плотности газов по водороду можем подать в таком виде:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

На практике часто необходимо определить относительную плотность газа по воздуху. Вспомните: в 7 классе вы выясняли, как необходимо располагать сосуд для собирания газообразного вещества, чтобы наполнить его газом способом вытеснения воздуха.

Поскольку относительная молекулярная масса воздуха составляет 29, то относительную плотность по воздуху вычисляют по формуле:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Пример 2. Вычислить относительную плотность кислорода по воздуху.

Решение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: относительная плотность кислорода по воздуху равна 1,1.

Таким образом, кислород несколько тяжелее воздуха и потому, чтобы собрать его способом вытеснения воздуха, сосуд располагают книзу дном.

Пример 3. Вычислить относительную плотность водорода по воздуху.

Решение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: относительная плотность водорода по воздуху равна 0,07.

В рассмотренных примерах кислород тяжелее водорода и воздуха, а водород легче воздуха. Эти и другие примеры доказывают, что если относительная плотность газа больше единицы, то газ тяжелее того газа, с которым его сравнивают. И наоборот, если полученная величина меньше единицы, то газ легче того газа, с которым его сравнивают.

Производными относительной плотности газов являются такие формулы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Пример 4. Бинарное соединение азота с водородом имеет относительную плотность по водороду 8,5. Установить химическую формулу вещества, если массовая доля азота в ней равна 82 % .

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку относительная атомная масса азота 14, то Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: формула соединения Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итоги:

  • Относительная плотность газов — это безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз один газ тяжелее или легче другого.
  • Для вычисления относительной плотности газа относительную молекулярную или молярную массу одного газа делят на относительную молекулярную или молярную массу другого газа.
  • Выбирают способ сбора газов вытеснением воздуха по результатам вычисления относительной плотности газов по воздуху: если она больше единицы, то сосуд для наполнения газом держат книзу дном, а если меньше — вверх дном.

Перенасыщение углекислым газом опасно для организма человека и животного. Установлено, что когда содержание углекислого газа в воздухе превышает 10 %, наступает потеря сознания и даже смерть.

В Италии есть пещера, названная «Собачьей». В нее не рекомендуют заходить с собаками, потому что она почти вполовину человеческого роста заполнена углекислым газом. Если вы определите относительную плотность углекислого газа по воздуху, то поймете, почему человек может находиться в этой пещере определенное время, тогда как собака вскоре начинает задыхаться и может даже погибнуть.

Расчеты по химическим формулам

Изучая химию, вы, наверное, обратили внимание, насколько важная для характеристики вещества информация содержится в его химической формуле. Обобщая эти знания, можно сделать вывод, что химическая формула содержит сведения о молекуле или другой формульной единице вещества, а также о количестве вещества.

Химическая формула информирует о:

  • качественном составе вещества (какие элементы его образуют);
  • количественном составе вещества (сколько атомов каждого элемента входит в состав его формульной единицы массы);
  • принадлежности вещества к простым или сложным.
  • Пользуясь химической формулой, можно осуществлять расчеты:
  • относительной молекулярной массы вещества;
  • молярной массы вещества;
  • отношения масс элементов в веществе;
  • массовой части элемента в веществе;
  • числа структурных частиц вещества в определенной его порции;
  • молярной массы, количества и объема вещества;
  • относительной плотности газов.

Частью этих расчетов вы уже овладели, ознакомимся с другими расчетами.

Расчеты отношения масс элементов в веществе. Химическая формула, как вам известно, состоит из символов химических элементов и индексов. Индексы являются теми числами, которые передают количественный состав вещества. Это дает возможность по химической формуле вычислять соотношение масс элементов. Рассмотрим такие расчеты на примере.

Пример 1. Вычислить соотношение масс элементов в оксиде фосфора Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Составляем формулу соединения по валентности фосфора: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Из формулы видно, что в веществе на каждых 2 атома фосфора приходится 5 атомов кислорода. Следовательно, соотношение масс элементов равно отношению относительных атомных масс двух атомов фосфора и пяти атомов кислорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: отношение масс элементов фосфора и кислорода в оксиде фосфора Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами составляет Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

В 7 классе вам демонстрировали горение фосфора в кислороде. Теперь вы знаете, что эти два вещества реагируют полностью, без остатка, если их взять в отношении масс Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Это может быть, например, 3,1 г фосфора и 4 г кислорода, или 155 г фосфора и 200 г кислорода. В обоих случаях вещества прореагируют полностью и ни одно не будет в остатке, т. к. выдержано соотношение Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами В первом случае образуется 7,1 г Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами во втором — 355,5 г.

Пример 2. Какие вещества образуются в закрытом сосуде после сжигания в нем фосфора массой 93 г в кислороде массой 160 г?

Не будем строить прогнозы, а проведем четкие математические расчеты. Сначала вычислим, сколько кислорода необходимо, чтобы прореагировал весь фосфор. Для этого составим уравнение, в левой части которого запишем отношение масс элементов фосфора и кислорода по формуле, а в правой — по условию задачи, обозначив массу кислорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Расчеты показали, что для полного взаимодействия порции фосфора массой 93 г достаточно 120 г кислорода. Его же было 160 г. Следовательно, после прекращения реакции в сосуде еще остается: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами кислорода, а также образуется: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами оксида фосфора Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: после сжигания в сосуде будет 213 г оксида фосфоpaКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 40 г кислорода.

Итоги:

  • Химическая формула вещества отображает ее качественный и количественный состав и дает возможность вычислять количество вещества, относительную молекулярную массу, молярную массу, объем и массу порции вещества, число структурных частиц вещества в определенной его порции.
  • По химической формуле вычисляют также массовые доли элементов и отношения масс элементов в веществе.

Химики часто устанавливают не только отношения масс элементов по химической формуле вещества, но и отношения количества вещества реагентов и продуктов реакции. Так, если нужно установить массу или объем продуктов реакции, лучше воспользоваться физической величиной количество вещества. Это потому, что коэффициенты (если их правильно расставить) показывают, сколько молей одного вещества реагирует, а другого — образуется. Из уравнения реакции окисления магния

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

следует, что 2 моль магния вступают в реакцию соединения с 1 моль кислорода и образуют 2 моль оксида магния.

Для этой реакции отношение количества вещества реагентов и продуктов реакции является таким:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Это значит, что, взяв определенное количество вещества магния, мы получим столько же молей оксида магния , тогда как израсходованное количество вещества кислорода будет вдвое меньшим.

Это учитывают на химических заводах по производству различных веществ и всегда проводят необходимые вычисления.

Вычисления с использованием числа Авогадро

К вычислениям по химическим формулам относятся также определение числа структурных частиц в данном количестве вещества, установление молярной массы вещества, массы или объема определенной порции вещества, по известному числу структурных частиц, из которых оно образовано. Рассмотрим конкретные примеры таких вычислений.

Определение числа атомов (молекул) в данном количестве вещества.

Пример 1. Определить число молекул в порции сульфида водорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами количеством вещества 2 моль.

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (молекул).

Ответ: в порции сульфида водорода количеством вещества 2 моль содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул.

Усложним условие предыдущей задачи.

Пример 2. Определить число молекул в порции сульфида водорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами объемом 11,2 л (н.у.).

Дано:
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1. Для определения числа молекул необходимо знать количество вещества. Поэтому из формулы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами выводим формулу для вычисления Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и определяем количество вещества в порции сульфида водорода объемом 11,2 л:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Определяем число молекул в порции сульфида водорода количеством вещества 0,5 моль:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (молекул).

Ответ: в порции сульфида водорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами объемом 11,2 л (н.у.) содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул.

Пример 3. Определить, где больше молекул — в порции углекислого газа массой 88 г или в порции газа пропана Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами такой же массы?
Дано:    
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1. Вычислим относительные молекулярные и молярные массы углекислого газа и пропана:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычислим количество вещества в порции углекислого газа массой 88 г:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (моль).

3. Вычислим количество вещества в порции пропана массой 88 г:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (моль).

Количество вещества в обеих порциях одинаково, следовательно, число молекул также одинаково.

Ответ: число молекул в порциях углекислого газа и пропана массой 88 г каждая одинаковое.

Пример 4 Вычислить молярную массу соединения серы с кислородом и найти его формулу, если масса Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул этого вещества составляет 16 г, а массовая доля серы в нем равна 50 %.
Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Для вычисления молярной массы соединения нужно знать его химическую формулу. Если же химическая формула неизвестна, можно прибегнуть к вычислениям молярной массы вещества по таким формулам:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

1. По формуле Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вычислим молярную массу вещества:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. По массовой доле серы находим, сколько атомов этого элемента обозначено в формуле буквой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

отсюда Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

3. Находим, сколько атомов кислорода обозначено в формуле буквой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: молярная масса соединения серы с кислородом равна 64 г/моль, а ее формула — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итоги:

Используя число Авогадро, определяют числа структурных частиц вещества в данной его порции, устанавливают молекулярную формулу вещества.

Вычисления с применением числа Авогадро проводят по формулам: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Физическую величину количество вещества можно применить не только к индивидуальным веществам, но и к их смесям. Это дает возможность проводить расчеты по более сложным химическим формулам, чем те, которые были приведены в параграфе. В частности, можно вычислять содержимое компонентов в составе газообразной смеси, а также массовые и объемные части газов в смеси.

Пример. Вычислить массовые и объемные доли газов в смеси оксида углерода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и оксида углеродаКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами относительная плотность по водороду которой равна 18,8.

 Объемная доля компонента Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (читается «фи») в смеси показывает, какую долю от общего объема смеси составляет объем данного газообразного ее компонента:Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Объемную долю вычисляют в процентах или в долях от единицы.

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решая эту задачу, важно помнить, что физическую величину количество вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами можно применять для обозначения порции атомов, молекул, ионов, смеси веществ и т. п.

Решение

Вычислим молярную массу смеси по формуле: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Обозначим содержимое оксида углеродаКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами в 1 моль смеси буквой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами тогда количество вещества оксида углерода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами будет равно Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами моль.

Данными сведениями заполним таблицу:
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Составим алгебраическое уравнение и решим его:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вычислим массу каждого компонента смеси: 

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вычислим массовые доли компонентов смеси:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Находим объемные доли компонентов смеси. Поскольку в молярном объеме смеси объемные доли каждого компонента равны его количеству вещества, то:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: массовые и объемные доли газов в смеси составляют:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

  • Органические соединения
  • Теория химического строения органических соединений А. М. Бутлерова
  • Насыщенные углеводороды
  • Ненасыщенные углеводороды
  • Неметаллы в химии
  • Галогены в химии
  • Подгруппа кислорода
  • Подгруппа азота

Молярная масса газа

Определить молярную массу газа (мольную), если масса его 500 миллилитров при нормальных условиях равна 0,625 грамм.

Решение задачи

Молярная масса газа связывает между собой две физические величины: массу вещества и химическое количество вещества.

молярная масса газа

Зная объем порции газа, определим химическое количество вещества этой порции газа по формуле, устанавливающей связь между  химическим количеством и объемом газа:

химическое количество газа

Учитывая, что 500 мл = 0,5 л, получаем:

n (газа) = 0,5 / 22,4 = 0,022 (моль).

А затем, зная массу газа и количество вещества, вычислим молярную массу газа по формуле, устанавливающей связь между  массой газа и химическим количеством:

M (газа) = 0,625 / 0,022 = 28 (г/моль).

Ответ:

молярная масса газа равна 28 г/моль.

Добавить комментарий