Молярная масса. Молярный объём. Решение задач

В про­цес­се хи­ми­че­ских ре­ак­ций атомы (или мо­ле­ку­лы) ве­ще­ства друг с дру­гом вза­и­мо­дей­ству­ют, об­ра­зуя новые мо­ле­ку­лы. Но опре­де­лить ко­ли­че­ство ато­мов, мо­ле­кул и дру­гих ча­стиц на прак­ти­ке невоз­мож­но – они слиш­ком малы и не видны нево­ору­жен­ным гла­зом. Для опре­де­ле­ния числа струк­тур­ных ча­стиц ве­ще­ства в химии при­ме­ня­ют осо­бую ве­ли­чи­ну – ко­ли­че­ство ве­ще­ства (n – «эн»).

Еди­ни­цей ко­ли­че­ства ве­ще­ства яв­ля­ет­ся моль (от слова «мо­ле­ку­ла»).

1 моль лю­бо­го ве­ще­ства со­дер­жит 6,02·10²³ ча­стиц (на­при­мер, мо­ле­кул). Это число на­зы­ва­ют чис­лом Аво­га­д­ро.

По­сто­ян­ная Аво­га­д­ро: N_а = 6,02·10²³ 1/моль.

Ис­поль­зуя по­сто­ян­ную Аво­га­д­ро, можно на­хо­дить ко­ли­че­ство ве­ще­ства, если из­вест­но число мо­ле­кул в нем, и на­о­бо­рот. Ко­ли­че­ство ве­ще­ства равно от­но­ше­нию об­ще­го числа его мо­ле­кул к по­сто­ян­ной Аво­га­д­ро.

В рав­ных ко­ли­че­ствах ве­ществ со­дер­жит­ся рав­ное число их струк­тур­ных ча­стиц (на­при­мер, мо­ле­кул).

Уста­нов­ле­но, что масса од­но­го моля ве­ще­ства чис­лен­но равна его от­но­си­тель­ной мо­ле­ку­ляр­ной массе. Такая ве­ли­чи­на на­зы­ва­ет­ся мо­ляр­ной мас­сой ве­ще­ства, М. Мо­ляр­ная масса из­ме­ря­ет­ся в г/моль. На­при­мер, мо­ляр­ная масса азота N₂ равна 28 г/моль.

Ко­ли­че­ство ве­ще­ства можно вы­чис­лить, раз­де­лив массу пор­ции ве­ще­ства на мо­ляр­ную массу этого ве­ще­ства: n=m/М.

 Задача 1

Усло­вие. Какое ко­ли­че­ство ок­си­да каль­ция со­дер­жит­ся в 112 г этого ве­ще­ства?

Дано:

m (СаО )=112г

Найти:

n (СаО) – ?

Ре­ше­ние.

Хи­ми­че­ская фор­му­ла ок­си­да каль­ция – СаО.

n(CaO) = m(CaO)/М(СаО)

M_r(CaO) = 40 + 16 = 56

n(CaO) = 112 г/ (56г/моль) = 2 моль

Ответ: 2 моль СаО.

 Задача 2

Усло­вие. Вы­чис­ли­те массу пор­ции воды, в ко­то­рой со­дер­жит­ся столь­ко же мо­ле­кул, сколь­ко их в 22 г уг­ле­кис­ло­го газа.

Дано:

m(CO₂) = 22 г

n(CO₂) = n(H₂O)

Найти:

m(H₂O) – ?

Ал­го­ритм ре­ше­ния

Зная массу уг­ле­кис­ло­го газа, рас­счи­ты­ва­ют его ко­ли­че­ство. Затем на­хо­дят ко­ли­че­ство воды (оно будет равно ко­ли­че­ству уг­ле­кис­ло­го газа). А потом, зная ко­ли­че­ство воды, вы­чис­ля­ют ее массу:

m(CO₂) → n(CO₂) → n(H₂O) → m(H₂O)

Ре­ше­ние.

1. n(CO₂) = m(CO₂)/М(СО₂)

M_r(CO₂) = 12 + 16·2 = 44

n(CO₂) = 22 г/ 44 г/моль = 0,5 моль

2. n(H₂O) = n(CO₂) = 0,5 моль

3. m(H₂O) = n(H₂O)·M(H₂O)

M_r(H₂O) = 1·2+16 = 18

m(H₂O) = 0,5 моль·18 г/моль = 9 г

Ответ: 9 г Н₂О.

 Молярный объем

В 1811 году ита­льян­ский уче­ный Аме­део Аво­га­д­ро (рис. 1) сфор­му­ли­ро­вал ос­нов­ной га­зо­вый закон, ко­то­рый на­зва­ли его име­нем. Закон Аво­га­д­ро зву­чит так:

В рав­ных объ­е­мах газов при оди­на­ко­вых усло­ви­ях со­дер­жит­ся рав­ное число мо­ле­кул.

Сле­до­ва­тель­но, при оди­на­ко­вых усло­ви­ях рав­ные ко­ли­че­ства раз­лич­ных газов за­ни­ма­ют рав­ные объ­е­мы.

При нор­маль­ных усло­ви­ях (при тем­пе­ра­ту­ре 0 °С и дав­ле­нии 1 атм.) 1 моль лю­бо­го газа за­ни­ма­ет объем 22,4 л. Эта фи­зи­че­ская по­сто­ян­ная – мо­ляр­ный объем газа при н. у.:

V_m = 22,4 л/моль при нор­маль­ных усло­ви­ях.

Ко­ли­че­ство га­зо­об­раз­но­го ве­ще­ства равно от­но­ше­нию объ­е­ма пор­ции газа к мо­ляр­но­му объ­е­му газа при дан­ных усло­ви­ях.

Рис. 1. Аме­део Аво­га­д­ро (1776–1856)

 Задача 3

Усло­вие. Вы­чис­ли­те массу ме­та­на СН₄, объем ко­то­ро­го при н. у. со­став­ля­ет 67,2 л.

Дано:

V(CН₄) = 67,2 л

Найти:

m(CН₄) – ?

Ре­ше­ние.

Ал­го­ритм ре­ше­ния

V(CН₄) → n(CН₄) → m(CН₄)

1) n(CН₄) = V(CН₄)/V_n = 67,2 л/ 22,4 (л/моль) = 3 моль

2) m(CН₄) = n(CН₄)·M(CН₄)

M_r(CН₄) = 12 + 1·4 =16

m(CН₄) = 3 моль·16 г/моль = 48 г

Ответ: 48 г CН₄.

 

Под­ве­де­ние ито­гов.

Вы узна­ли, что такое мо­ляр­ная масса и мо­ляр­ный объем ве­ще­ства и как ис­поль­зо­вать эти по­ня­тия при ре­ше­нии рас­чет­ных задач.