Способы нахождения молярной массы

Урок 5. Моль и молярная масса

В уроке 5 «Моль и молярная масса» из курса «Химия для чайников» рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.

Единица измерения количества вещества

До этого урока мы обсуждали лишь индивидуальные молекулы и атомы, а их массы мы выражали в атомных единицах массы. В реальной жизни с индивидуальными молекулами работать невозможно, потому что они ничтожно малы. Для этого химики взвешивают вещества ни в а.е.м., а в граммах.

Чтобы перейти от молекулярной шкалы измерения масс в лабораторную шкалу, используют единицу измерения количества вещества под названием моль. 1 моль содержит 6,022·10 23 частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·10 23 носит название Число Авогадро, которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода 12 C. Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·10 23 ).

Как уже было сказано, термин «моль» применяется не только к молекулам, но также и к атомам. Например, если вы говорите о моле гелия (He), то это означает, что вы имеет количество равное 6,022·10 23 атомов . Точно так же, 1 моль воды (H₂O) подразумевает количество равное 6,022·10 23 молекул . Однако чаще всего моль применяют именно к молекулам.

Молярная масса вещества

Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:

• Молярная масса формула M=m/n
• Количество вещества формула n=m/M
• Число молекул формула N =N_A·n

где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, N_A — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль.

На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.

Задачи на количество вещества

Пример 1. Сколько граммов Н₂, Н₂O, СН₃ОН, октана (С₈Н₁₈) и газа неона (Ne) содержится в 1 моле?

Решение: Молекулярные массы (в атомных единицах массы) перечисленных веществ приведены в таблице Менделеева. 1 моль каждого из названных веществ имеет следующую массу:

Поскольку массы, указанные в решении примера 1, дают правильные относительные массы взвешиваемых молекул, указанная масса каждого из перечисленных веществ содержит одинаковое число молекул. Этим и удобно использование понятия моля. Нет даже необходимости знать, чему равно численное значение моля, хотя мы уже знаем, что оно составляет 6,022·10 23 ; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом N_A. Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·10 23 раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·10 23 а.е.м. Если мы понимаем под молекулярной массой массу моля вещества, то ее следует измерять в граммах на моль; если же мы действительно имеем в виду массу одной молекулы, то она численно совпадает
с молекулярной массой вещества, но выражается в атомных единицах массы на одну молекулу. Оба способа выражения молекулярной массы правильны.

Пример 2. Сколько молей составляют и сколько молекул содержат 8 г газообразного кислорода O₂?

Решение: Выписываем из таблицы Менделеева атомную массу атома кислорода (O), которая равна 15,99 а.е.м, округляем до 16. Так как у нас молекула кислорода, состоящая из двух атомов O, то ее атомная масса равна 16×2=32 а.е.м. Хорошо, а теперь переводим ее в молярную массу: 32 а.е.м = 32 г/моль. Это означает, что 1 моль (6,022·10 23 молекул) O₂ имеет массу 32 грамма. Ну и в заключении по формулам выше находим количество вещества (моль) и число молекул, содержащихся в 8 граммах O₂:

• n = m / M = 8г / 32г/моль = 0,25 моль
• N = N_A × n = 6,022·10 23 × 0,25 = 1,505·10 23 молекул

Пример 3. 1 молекула Н₂ реагирует с 1 молекулой Сl₂, в результате чего образуются 2 молекулы газообразного хлористого водорода НСl. Какую массу газообразного хлора необходимо использовать, чтобы он полностью прореагировал с 1 килограммом (кг) газообразного водорода?

Решение: Молекулярные массы H₂ и Cl₂ равны 2,0160 и 70,906 г/моль соответственно. Следовательно, в 1000 г H₂ содержится

Даже не выясняя, сколько молекул содержится в одном моле вещества, мы можем быть уверены, что 496 моля Cl₂ содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H₂. Сколько же граммов Cl₂ содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl₂ равна 70,906 г/моль, то

Пример 4. Сколько молекул H₂ и Cl₂ принимает участие в реакции, описанной в примере 3?

Решение: В 496 молях любого вещества должно содержаться 496 моля × 6,022·10 23 молекул/моль, что равно 2,99·10 26 молекул.

Чтобы наглядно показать, сколь велико число Авогадро, приведем такой пример: 1 моль кокосовых орехов каждый диаметром 14 сантиметров (см) мог бы заполнить такой объем, какой занимает наша планета Земля. Использование молей в химических расчетах рассматривается в следующей главе, но представление об этом пришлось ввести уже здесь, поскольку нам необходимо знать, как осуществляется переход от молекулярной шкалы измерения масс к лабораторной шкале.

Надеюсь урок 5 «Моль и молярная масса» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

Способы нахождения молярной массы

Моль, молярная масса

В химических процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы, ионы, электроны. Число таких частиц даже в малой порции вещества очень велико. Поэтому, чтобы избежать математических операций с большими числами, для характеристики количества вещества, участвующего в химической реакции, используется специальная единица – моль.

Моль — это такое количество вещества, в котором содержится определенное число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро

Постоянная Авогадро N_A определяется как число атомов, содержащееся в 12 г изотопа 12 С:

Таким образом, 1 моль вещества содержит 6,02 • 10 23 частиц этого вещества.

Исходя из этого, любое количество вещества можно выразить определенным числом молей ν (ню). Например, в образце вещества содержится 12,04 • 10 23 молекул. Следовательно, количество вещества в этом образце составляет:

где N – число частиц данного вещества;
N_A – число частиц, которое содержит 1 моль вещества (постоянная Авогадро).

Молярная масса вещества (M) – масса, которую имеет 1 моль данного вещества.
Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν, имеет размерность кг/моль или г/моль. Молярная масса, выраженная в г/моль, численно равна относительной относительной молекулярной массе M_r (для веществ атомного строения – относительной атомной массе A_r).
Например, молярная масса метана CH₄ определяется следующим образом:

M(CH₄)=16 г/моль, т.е. 16 г CH₄ содержат 6,02 • 10 23 молекул.

Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество (число молей) ν, по формуле:

Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:

или найти массу вещества по числу молей и молярной массе:

Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и количественным составом, т.е. зависит от M_r и A_r. Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m.

Пример Вычислить массы метана CH₄ и этана С₂H₆, взятых в количестве ν = 2 моль каждого.

Решение
Молярная масса метана M(CH₄) равна 16 г/моль;
молярная масса этана M(С₂Н₆) = 2 • 12+6=30 г/моль.
Отсюда:

Таким образом, моль – это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.

Вычисление ν используется практически в каждой расчетной задаче.

Образцы решения задач

Задача №1. Вычислите массу (г) магния, взятого количеством вещества 0, 5 моль?

M (Mg ) = Ar ( Mg ) = 24 г/моль (из периодической системы)

m ( Mg ) = 24 г/моль · 0,5 моль = 12 г

Ответ: m ( Mg ) =12 г

Задача №2. Вычислите массу (г) 12,04 · 10 23 молекул оксида цинка Zn О ?

n (Zn O )= 12,04 * 10 23 молекул

m = M · ν , ν= N / N_a ,

следовательно, формула для расчёта

M(ZnO) = Ar(Zn) + Ar(O) = 65 + 16 = 81 г / моль

m = 81 г/моль · (12,04 * 10 23 /6.02 · 10 23 1/моль) = 162 г

Задания для закрепления

Заполните таблицу (округляя числа до целых )

Источник

МОЛЯРНАЯ МАССА И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА: В ЧЕМ ОТЛИЧИЕ И ПОЧЕМУ ОНИ ЧИСЛЕННО РАВНЫ

Как вычислить молярную массу вещества? В каких единицах она измеряется?

А еще есть относительная молекулярная масса. Почему она относительная и численно равна молярной массе? Может быть это одно и то же?

Вот сколько вопросов возникает сразу в отношении такого простого на первый взгляд понятия, как молярная масса.

Разберемся по порядку и научимся ее определять.

Относительная атомная масса

Огромнейший вклад в развитие и обоснование понятия относительная атомная масса внесли в разное время французский ученый Гей-Люссак, итальянский ученый А.Авогадро и шведский ученый Й.Я. Берцелиус.

Не углубляясь в историю вопроса, вспомним, что любой химический элемент представляет собой определенную разновидность атомов. Сегодня мы знаем, что атомы химических элементов имеют свои особые характеристики.

И самая главная из них, определяющая практически все остальные, это заряд ядра. А так как заряд ядра обусловлен присутствием в нем протонов, а заряд одного протона равен +1, то и количество протонов, соответственно, также является важнейшей характеристикой атомов химических элементов.

Основную массу атома составляет ядро, которое кроме протонов содержит еще и нейтроны. Масса последних сопоставима с массой первых. Оболочку атома составляют электроны.

По числу частиц в атоме, а точнее, по их суммарной массе, атомы химических элементов можно условно разделить на тяжелые и легкие. Например, легким элементом является водород, так как его атомы имеют самую маленькую массу. А свинец — это уже тяжелый элемент. Масса его атома в 302 раза тяжелее массы атома водорода.

Но тем не менее, как бы мы не делили все атомы на тяжелые или легкие, абсолютная масса (m_A) каждого из них ничтожно мала, как мала и масса составляющих их частиц. Например,Очевидно, что такие значения крайне не удобны в вычислениях. Поэтому используют не абсолютные, а относительные массы атомов (Ar). То есть массы атомов, посчитанные относительно какой-то определенной одной и той же величины.

Величина, с которой сравнивают массу атома

Первоначально еще Дальтон сравнивал массы атомов с массой атома водорода, как самого легкого. Позднее появилась так называемая кислородная единица, равная 1/16 части массы атома кислорода. К ней перешли потому, что большинство атомов химических элементов образуют соединения с кислородом.

Однако, с развитием атомной физики и эта единица стала крайне неудобной. Все потому, что кислород в природе имеет несколько изотопов (а именно 3 устойчивых, всего же их 16). А изотопы, как известно, отличаются своей атомной массой. Из-за большого разнообразия изотопов и их различной устойчивости кислородная единица утратила свою актуальность.

В настоящее время (с 1961 года) общепринятой является углеродная единица , так называемая атомная единица массы (сокращенно а.е.м.). Она равна 1/12 части массы атома углерода (изотопа 12 С).

Почему именно углерод? Да потому, что:

— у углерода всего 2 изотопа: 12 С и 13 С; причем первого 98,9%;

— количество органических веществ (их основу составляет, как известно, именно углерод) в сотни раз больше, чем неорганических;

— при переходе от кислородной единицы к углеродной уже посчитанные относительные атомные массы всех элементов изменились не существенно, что оказалось очень удобным.Таким образом, масса атома любого химического элемента связана с массой атома углерода как относительная атомная масса:Зная значения абсолютных масс атомов и а.е.м. найдем Аr:Ar считается безразмерной величиной, либо величиной в а.е.м. Но «а.е.м.» обычно не пишут, оставляя значение Ar без единиц измерения.

Почему атомная масса дробная?

Вернемся к строению атома.

Масса атома складывается из массы всех составляющих его частиц.

Массы протона и нейтрона приняты равными 1. А вот массой электрона обычно пренебрегают (по крайней мере в химии), так как даже относительная она безнадежно мала (0,0005485799090659(16) а.е.м.). То есть можно сказать, что масса атома определяется массой его ядра.

В составе ядра целое количество частиц. Например, в атоме одного из изотопов кислорода 8 протонов и 8 нейтронов. Значит, его Ar должна быть равна 16. Так почему же Ar представлена в периодической системе химических элементов в виде десятичной дроби? Для кислорода это Ar(О)=15,9994.Дело в том, что в периодической системе указаны относительные атомные массы, посчитанные с учетом всех существующих в природе изотопов элемента. А содержание их в природе разное.

Например, химический элемент кислород в природе состоит на 99,76% из изотопа 16 О, на 0,04% из изотопа 17 О и на 0,20% из изотопа 18 О. Таким образом, Ar для кислорода является средним значением, учитывающим относительное содержание его изотопов.

Относительная молекулярная масса

А как же найти относительную молекулярную массу?

Здесь не все так просто. Понятие «относительная молекулярная масса» не всегда применяется корректно. Правильнее было бы говорить о «формульной массе» .

Дело в том, что молекулы характерны для веществ с ковалентными связями: вода H₂O, серная кислота H₂SO₄, глюкоза C₆H₁₂O₆ и т.д. И к ним в полной мере можно применить термин «относительная молекулярная масса».

Так как молекулы состоят из атомов, то относительная молекулярная масса (Mr) будет складываться из их относительных атомных масс. Например:А вот металлы (как простые вещества) и ионные соединения молекул не имеют. Их кристаллические решетки состоят из бесконечного количества атомов и ионов. Поэтому молекулярная формула таких соединений отражает количественные соотношения частиц в кристалле.

Например, формула NaCl показывает, что в кристалле хлорида натрия на один ион натрия Na + приходится один ион хлора Cl — . На самом деле формула хлорида натрия должна выглядеть так: Na_∞Cl_∞. Поэтому запомним, что к ионным соединениям термины «молекула» и «молекулярная масса» не применимы.

В связи с этим для подобных веществ вычисляется формульная масса . А вычисляется она все по тому же принципу, что и молекулярная масса. Обозначается так же — Mr. Например, для хлорида натрия:

Точно так же, как относительную атомную массу (Ar), относительную молекулярную массу (Mr) будем сопоставлять с 1/12 частью атома изотопа углерода 12 С.

В последующем говорим о Mr.

Количество вещества и молярная масса

В практических расчетах все-таки требуется вычислять массы, взятые в граммах, килограммах ато и в тоннах (если речь идет о каком-то производстве, например).

Как же поступают тогда?

Введена новая и тоже относительная величина – моль .

Точно было посчитано, что определенное количество атомов изотопа углерода 12 С, а именно 6,02·10 23 , имеют массу ровно 12 г. Обратите внимание, что относительная молекулярная масса для этого же изотопа равна 12, но не грамм!

Количество вещества, которое содержит столько же частиц (атомов, ионов, молекул – в зависимости от строения), что и 12 г изотопа углерода 12 С, назвали молем.

Один моль вещества (любого!) всегда содержит 6,02·10 23 его частиц ( постоянная Авогадро ).

Ну, а так как атомы элементов отличаются по своей массе, то и 1 моль вещества тоже будет отличаться по массе.! Обратите внимание, что в русском языке «моль» мужского рода! (это не как моль бабочка).

Массу одного моля вещества называют молярной массой (М) и вычисляют в г/моль.

Таким образом, молярная масса и количество вещества связаны соотношением:

Можно также определить и такие отношения, связанные с количеством вещества:

Почему же относительная молекулярная и молярная массы равны?

Итак, относительная молекулярная и молярная массы, как следует из их определений – это не одно и то же.

Докажем, каким образом обе массы численно могут быть равны:

Как вычислить молярную массу вещества

Мы уже знаем, что относительная молекулярная масса складывается из относительных атомных масс.

При нахождении относительной молекулярной массы (Mr), а значит и молярной (М), выполняем следующие действия :

1) правильно записываем формулу вещества;

2) анализируем качественный состав (атомы каких элементов составляют вещество) и количественный состав (в каких количествах находятся эти атомы – смотрим по индексам, которые стоят справа внизу от знака химического элемента);

3) в периодической системе химических элементов находим элементы, атомы которых составляют вещество, и округляем относительную атомную массу, стоящую рядом со знаком элемента, до целого числа (! у хлора – до 35,5);

4) складываем относительные атомные массы всех элементов с учетом количества атомов.

Рассмотрим еще примеры:

Как вычислить молярную массу вещества, находящегося в газообразном состоянии

Определить молекулярную (а значит и молярную) массу газообразного вещества можно, используя закон Авогадро . Он гласит, что в равных объемах газов, взятых при одинаковой температуре, а также одинаковом давлении, содержится равное число молекул.

Это означает, что в данных условиях отношение масс газов друг к другу является отношением их молярных масс:Отношение масс газообразных веществ называют относительной плотностью одного газа по другому и обозначают как D:Таким образом, з ная молярную массу одного газа и его плотность по другому газу, можно вычислить молярную (а значит, и молекулярную) массу второго газа :Например:

Запомните, что средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль .

Вычислить молярную массу вещества (а, значит, и относительную молекулярную), находящегося в газообразном состоянии, можно, используя молярный объем газа (V_M):

Итак, подведем итог:

• Относительная молекулярная масса (Mr) показывает отношение массы молекулы к 1/12 части массы атома изотопа углерода 12 С.
• Молярная масса (М) – масса одного моля вещества, равная отношению массы вещества к его количеству и выраженная в г/моль.
• Относительная молекулярная и молярная массы численно равны.
• Вычислить молярную массу вещества (и относительную молекулярную также) можно, используя значения относительных атомных масс, записанных в периодической системе.

Без вычисления молярной массы не обходится решение практически ни одной задачи. Если вы поняли, что такое молярная и относительная молекулярная массы и как их вычислять, но еще не умеете решать задачи с их применением, то самое время научиться.

Разбор простых типовых задач по химии в книге, которую вы можете совершенно БЕСПЛАТНО скачать здесь.

Источник