Глава II. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии. § 18. Количество вещества. Молярная масса — с. 83
§ 18. Проверьте свои знания.
1. Что называют количеством вещества?
В каких единицах измеряется эта физическая величина?
Количество вещества — физическая величина, которая показывает число структурных частиц (атомов, молекул, ионов) в порции вещества и обозначается n. За единицу количества вещества принят моль: 1 моль любого вещества содержит 6,02 · 10²³ частиц (число Авогадро). Применяют и кратные единицы: киломоль (1 кмоль = 1000 моль) и миллимоль (1 ммоль = 0,001 моль).
Пример: 1 моль воды содержит 6,02 · 10²³ молекул H₂O.
Пример: 1 моль воды содержит 6,02 · 10²³ молекул H₂O.
§ 18. Проверьте свои знания.
2. Что представляет собой число Авогадро?
Как взаимосвязаны количество вещества и число Авогадро?
Число Авогадро Nₐ = 6,02 · 10²³ моль⁻¹ — это число частиц, которое содержится в 1 моль любого вещества. Оно имеет размерность 1/моль.
Количество вещества равно отношению числа частиц к числу Авогадро: n = N / Nₐ, где n — количество вещества (моль), N — число частиц, Nₐ — число Авогадро (моль⁻¹). Отсюда N = n · Nₐ.
Пример: в 2 моль воды содержится N = 2 моль · 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 12,04 · 10²³ = 1,204 · 10²⁴ молекул.
Количество вещества равно отношению числа частиц к числу Авогадро: n = N / Nₐ, где n — количество вещества (моль), N — число частиц, Nₐ — число Авогадро (моль⁻¹). Отсюда N = n · Nₐ.
Пример: в 2 моль воды содержится N = 2 моль · 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 12,04 · 10²³ = 1,204 · 10²⁴ молекул.
§ 18. Проверьте свои знания.
3. Какое количество вещества атомов каждого химического элемента содержит 1 моль веществ, формулы которых: SO₂, H₃PO₄, Fe₂O₃, Ca(OH)₂?
Индекс в формуле показывает, сколько молей атомов данного элемента содержится в 1 моль вещества.
1 моль SO₂ содержит 1 моль атомов серы и 2 моль атомов кислорода.
1 моль H₃PO₄ содержит 3 моль атомов водорода, 1 моль атомов фосфора и 4 моль атомов кислорода.
1 моль Fe₂O₃ содержит 2 моль атомов железа и 3 моль атомов кислорода.
1 моль Ca(OH)₂ содержит 1 моль атомов кальция, 2 моль атомов кислорода и 2 моль атомов водорода (индекс 2 за скобками относится и к O, и к H).
1 моль SO₂ содержит 1 моль атомов серы и 2 моль атомов кислорода.
1 моль H₃PO₄ содержит 3 моль атомов водорода, 1 моль атомов фосфора и 4 моль атомов кислорода.
1 моль Fe₂O₃ содержит 2 моль атомов железа и 3 моль атомов кислорода.
1 моль Ca(OH)₂ содержит 1 моль атомов кальция, 2 моль атомов кислорода и 2 моль атомов водорода (индекс 2 за скобками относится и к O, и к H).
§ 18. Примените свои знания.
4. Не выполняя расчётов, расположите формулы веществ в порядке возрастания молярных масс: NaCl, AgCl, HCl, KCl.
Во всех четырёх веществах есть хлор, поэтому молярные массы различаются только массой атома первого элемента: Ar(H) = 1, Ar(Na) = 23, Ar(K) = 39, Ar(Ag) = 108. Чем тяжелее атом, тем больше молярная масса.
Порядок возрастания: HCl, NaCl, KCl, AgCl.
Проверка: M(HCl) = 36,5 г/моль; M(NaCl) = 58,5 г/моль; M(KCl) = 74,5 г/моль; M(AgCl) = 143,5 г/моль.
Порядок возрастания: HCl, NaCl, KCl, AgCl.
Проверка: M(HCl) = 36,5 г/моль; M(NaCl) = 58,5 г/моль; M(KCl) = 74,5 г/моль; M(AgCl) = 143,5 г/моль.
§ 18. Примените свои знания.
5. Какое количество вещества составляет: а) 5,6 г гидроксида калия KOH; б) 9,6 т серы S; в) 5,85 мг хлорида натрия NaCl?
Используем формулу n = m / M.
а) M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 г/моль; n(KOH) = 5,6 г / 56 г/моль = 0,1 моль.
б) M(S) = 32 г/моль = 32 кг/кмоль; m = 9,6 т = 9600 кг; n(S) = 9600 кг / 32 кг/кмоль = 300 кмоль.
в) M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 г/моль = 58,5 мг/ммоль; n(NaCl) = 5,85 мг / 58,5 мг/ммоль = 0,1 ммоль.
Ответ: а) 0,1 моль; б) 300 кмоль; в) 0,1 ммоль.
а) M(KOH) = 39 + 16 + 1 = 56 г/моль; n(KOH) = 5,6 г / 56 г/моль = 0,1 моль.
б) M(S) = 32 г/моль = 32 кг/кмоль; m = 9,6 т = 9600 кг; n(S) = 9600 кг / 32 кг/кмоль = 300 кмоль.
в) M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 г/моль = 58,5 мг/ммоль; n(NaCl) = 5,85 мг / 58,5 мг/ммоль = 0,1 ммоль.
Ответ: а) 0,1 моль; б) 300 кмоль; в) 0,1 ммоль.
§ 18. Примените свои знания.
6. Какое количество вещества составляют: а) 1,806 · 10²³ молекул озона O₃; б) 1,204 · 10²⁴ молекул углекислого газа CO₂; в) 12,8 г сернистого газа SO₂; г) порция метана CH₄, содержащая 6,02 · 10²² атомов углерода; д) порция воды H₂O, содержащая 3,6 · 10²⁴ атомов водорода?
а) n(O₃) = N / Nₐ = 1,806 · 10²³ / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 0,3 моль.
б) n(CO₂) = 1,204 · 10²⁴ / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 12,04 · 10²³ / 6,02 · 10²³ = 2 моль.
в) M(SO₂) = 32 + 16 · 2 = 64 г/моль; n(SO₂) = 12,8 г / 64 г/моль = 0,2 моль.
г) В одной молекуле CH₄ один атом углерода, поэтому n(CH₄) = n(C) = 6,02 · 10²² / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 0,1 моль.
д) Найдём количество вещества атомов водорода: n(H) = 3,6 · 10²⁴ / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ ≈ 6 моль. В молекуле H₂O два атома водорода, поэтому n(H₂O) = 1/2 · n(H) = 1/2 · 6 моль = 3 моль.
Ответ: а) 0,3 моль; б) 2 моль; в) 0,2 моль; г) 0,1 моль; д) 3 моль.
б) n(CO₂) = 1,204 · 10²⁴ / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 12,04 · 10²³ / 6,02 · 10²³ = 2 моль.
в) M(SO₂) = 32 + 16 · 2 = 64 г/моль; n(SO₂) = 12,8 г / 64 г/моль = 0,2 моль.
г) В одной молекуле CH₄ один атом углерода, поэтому n(CH₄) = n(C) = 6,02 · 10²² / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 0,1 моль.
д) Найдём количество вещества атомов водорода: n(H) = 3,6 · 10²⁴ / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ ≈ 6 моль. В молекуле H₂O два атома водорода, поэтому n(H₂O) = 1/2 · n(H) = 1/2 · 6 моль = 3 моль.
Ответ: а) 0,3 моль; б) 2 моль; в) 0,2 моль; г) 0,1 моль; д) 3 моль.
§ 18. Примените свои знания.
7. Одно из соединений азота с кислородом количеством вещества 0,2 моль имеет массу 6 г. Определите молярную массу и формулу вещества.
Дано: n = 0,2 моль; m = 6 г. Найти: M, формулу.
Решение: M = m / n = 6 г / 0,2 моль = 30 г/моль.
Формула имеет вид NₓOᵧ: 14x + 16y = 30. Этому условию удовлетворяет x = 1, y = 1: 14 + 16 = 30. Значит, это оксид азота(II) NO.
Ответ: M = 30 г/моль; формула NO.
Решение: M = m / n = 6 г / 0,2 моль = 30 г/моль.
Формула имеет вид NₓOᵧ: 14x + 16y = 30. Этому условию удовлетворяет x = 1, y = 1: 14 + 16 = 30. Значит, это оксид азота(II) NO.
Ответ: M = 30 г/моль; формула NO.
§ 18. Используйте дополнительную информацию.
8. Предложите формулу для расчёта массы вещества, если известно число его молекул.
Число молекул N связано с количеством вещества: n = N / Nₐ. Масса вещества связана с количеством вещества и молярной массой: m = n · M.
Подставим первую формулу во вторую: m = N · M / Nₐ, где m — масса (г), N — число молекул, M — молярная масса (г/моль), Nₐ = 6,02 · 10²³ моль⁻¹.
Пример: масса 3,01 · 10²³ молекул воды m = 3,01 · 10²³ · 18 г/моль / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 9 г.
Подставим первую формулу во вторую: m = N · M / Nₐ, где m — масса (г), N — число молекул, M — молярная масса (г/моль), Nₐ = 6,02 · 10²³ моль⁻¹.
Пример: масса 3,01 · 10²³ молекул воды m = 3,01 · 10²³ · 18 г/моль / 6,02 · 10²³ моль⁻¹ = 9 г.