Кол молей. Химические формулы веществ. Расчет массовой доли химического элемента в химическом соединении
Количество вещества в химии (моли):
Формулы в химии определяют, из чего состоит вещество. Сейчас мы научимся определять, в каких количествах эти вещества присутствуют в соединениях.
Количество вещества - это, по сути, количество наименьших частиц (или структурных единиц ), из которых состоит вещество. Наименьшие частицы - это либо атомы (Fe) (в них только один элемент), либо молекулы (H 2 O) (из разных элементов).
Количество вещества в химии выражают через (это греческая буква «ню», которая похожа на английскую «v», только с закругленными вершинами).
Даже в крупице вещества молекул миллиарды, поэтому все их не считают, а используют специальные единицы измерения - моли .
1 моль - это количества вещества равное 6,02*10 23 структурных единиц вещества . Именно столько (6,02*10 23) молекул, например, в одном моле воды или сахара или чего-либо еще.
Как видите, это очень-очень много - миллиард, умноженный на миллиард, еще на 100 000 и на 6!!! Если взять такое количество однокопеечных монет и выложить ими всю поверхность Земли (а также все моря и океаны), то получится слой толщиной в 1 км!
Инструкция
Одна из формул объема раствора: V = m/p, где V – объем раствора(мл), m – масса(г), p – плотность(г/мл). Если требуется дополнительно найти массу, то это можно сделать, зная формулу и количество нужного вещества. С помощью формулы вещества мы найдем его молярную массу, сложив атомные массы всех элементов, входящих в его . Например, M(AgNO3) = 108+14+16*3 = 170 г/моль. Далее находим массу по формуле: m = n*M, где m – масса(г), n – количество вещества(моль), M – молярная масса вещества(г/моль). Подразумевается, что количество вещества дано в задаче.
Следующая для нахождения объема раствора выводится из формулы молярной : с = n/V, где c – молярная концентрация раствора(моль/л), n – количество вещества(моль), V – объем раствора(л). Выводим: V = n/c. Количество вещества можно дополнительно найти по формуле: n = m/M, где m – масса, M – молярная масса.
Далее приведены формулы для нахождения объема газа. V = n*Vm, где V – объем газа(л), n – количество вещества(моль), Vm – молярный объем газа(л/моль). При нормальных , т.е. давлении равным 101 325 Па 273 К молярный объем газа является величиной постоянной и равен 22,4 л/моль.
Для газовой системы существует формула: : q(x) = V(x)/V, где q(x)(фи) – объемная доля компонента, V(x) – объем компонента (л), V – объем системы (л). Из этой формулы можно вывести 2 другие: V(x) = q*V, а также V = V(x)/q.
Если в условии задачи присутствует уравнение реакции, решать задачу следует с помощью него. Из уравнения можно найти количество любого вещества, оно равно коэффициенту. Например, CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O. Отсюда видим, что при взаимодействии 1 моля оксида меди и 2 моль соляной кислоты получилось 1 моль хлорида меди и 1 моль воды. Зная по условию задачи количество вещества всего одного компонента реакции, можно без труда найти количества всех веществ. Пусть, количество вещества оксида меди равно 0,3 моль, значит n(HCl) = 0,6 моль, n(CuCl2) = 0,3 моль, n(H2O) = 0,3 моль.
Обратите внимание
Не забывайте про единицы измерения!
Источники:
- "Сборник задач по химии", Г.П. Хомченко, И.Г. Хомченко, 2002.
- объем формула от массы
Масса любого вещества,молекулы равна сумме масс образующих ее атомов. Если при расчете использовать относительные атомные массы,то получается относительная молекулярная масса вещества. Относительная молекулярная масса показывает во сколько раз абсолютная масса молекулы данного вещества больше 1/12 части абсолютной массы атома углерода. Обычно используют приблизительные значения относительных атомных и молекулярных масс. Эти величины безразмерны.
Инструкция
Подсчитайте,чему равна каждого элемента в молекуле. Чтобы узнать относительную массу одного атома загляните в периодическую систему элементов.Порядковый номер и есть атомная масса. Также вы можете рассчитать ее по формуле Ar(элемента)=m(элемента)/1a.e.m. Для легкости расчетов используют приблизительные значения.
Ar(H)=1?2=2;Ar(O)=16?1=16Ar(Fe)=56?2=112;Ar(S)=32?3=96;Ar(O)=16?12=192
Сложите полученные результаты.Это и будет молекулярная масса вещества.
Mr(H2O)=2Ar(H)+Ar(O)=2+16=18
Mr(Fe2(SO4)3)=2Ar(Fe)+3Ar(S)+12Ar(O)=112+96+192=400
Кроме относительной молекулярной массы при расчетах чаще используют молярную массу. Ее единица измерения - г/моль. Она численно равна относительной молекулярной массе вещества.
M(H2O)=18 г/моль
M(Fe2(SO4)3=400 г/моль
Видео по теме
В ходе химической реакции могут образоваться самые разные вещества: газообразные, растворимые, малорастворимые. В последнем случае они выпадают в осадок. Часто возникает необходимость узнать, какова точная масса образовавшегося осадка. Каким образом это можно вычислить?
Вам понадобится
- - стеклянная воронка;
- - бумажный фильтр;
- - лабораторные весы.
Инструкция
Можете действовать опытным путем. То есть, проведите химическую , тщательно отделите образовавшийся осадок от фильтрата с помощью обычной стеклянной воронки и бумажного фильтра, например. Более полное отделение достигается с помощью вакуумной фильтрации (на воронке Бюхнера).
После этого осадок высушите – естественным путем или под вакуумом, и взвесьте с возможно большей точностью. Лучше всего, на чувствительных лабораторных весах. Вот так будет решена поставленная задача. К этому методу прибегают, когда неизвестны точные количества исходных веществ, вступивших в реакцию.
Если же вам известны эти количества, тогда задачу можно решить гораздо проще и быстрее. Предположим, необходимо вычислить, сколько хлористого образовалось 20 грамм хлористого - поваренной соли - и 17 грамм азотнокислого серебра. Прежде всего, напишите уравнение :NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl.
В ходе этой реакции образуется очень мало растворимое соединение – хлорид серебра, выпадающий в виде белого осадка.
Подсчитайте молярные массы исходных веществ. Для хлористого натрия она примерно составляет 58,5 г/моль, для азотнокислого серебра – 170 г/моль. То есть, изначально по условиям задачи вы имели 20/58,5 = 0,342 моля хлористого натрия и 17/170 = 0,1 моля азотнокислого серебра.
Таким образом, получается, что хлористый натрий изначально был взят в избытке, то есть, реакция по второму исходному веществу пройдет до конца (прореагируют все 0,1 моля азотнокислого серебра, «связав» те же 0,1 моля поваренной соли). Сколько же образуется хлористого серебра? Для ответа на этот вопрос, найдите молекулярную массу образовавшегося осадка: 108 + 35,5 = 143,5. Умножив изначальное количество азотнокислого серебра (17 грамм) на соотношение молекулярных масс продукта и исходного вещества, получите ответ: 17* 143,5/170 = 14,3 грамма. Вот такова будет точная масса осадка, образовавшегося в ходе реакции.
Разумеется, полученный ответ не очень точный, поскольку вы использовали в расчетах округленные значения атомных масс элементов. Если требуется большая точность, необходимо учесть, что атомная масса серебра, к примеру, равна не 108, а 107,868. Соответственно, атомная масса хлора не 35,5, а 35, 453 и т.д.
Источники:
- вычислите массу осадка который образовался при взаимодействии
В задачах по химии школьного курса, как правило, требуется вычислить объем для газообразного продукта реакции. Вы можете это сделать, если известно количество молей любого участника химического взаимодействия. Или найдите это количество из других данных задачи.
Алгоритм нахождения количества вещества достаточно прост, он может пригодиться для упрощения хода решения. Познакомьтесь также с еще одним понятием, которое потребуется вам для вычисления количества вещества: это молярная масса, или масса одного моля отдельного атома элемента. Уже из определения заметно, что она измеряется в г/моль. Воспользуйтесь стандартной таблицей, которая содержит значения молярной массы для некоторых элементов.
Что такое количество вещества и как его определяют
При этом масса водорода, участвующего в реакции, примерно в 8 раз меньше массы кислорода (так как атомная масса водорода примерно в 16 раз меньше атомной массы кислорода). Когда теплота реакции записывается так, как это сделано в данном уравнении, подразумевается, что она выражена в килоджоулях на стехиометрическую единицу («моль») реакции по записанному уравнению. Теплоты реакций всегда табулируются в расчете на моль образующегося соединения.
Для того чтобы понять, что такое количество вещества в химии, дадим термину определение. Чтобы понять, что такое количество вещества, отметим, что у данной величины есть свое обозначение. Восьмиклассники, которые еще не умеют писать химические уравнения, не знают, что такое количество вещества, как использовать данную величину в расчетах. После знакомства с законом постоянства массы веществ, становится понятно значение этой величины. Под ней подразумевают ту массу, которая соответствует одному молю конкретного химического вещества. Ни одна задача школьного курса химии, связанная с вычислениями по уравнению, не обходится без использования такого термина, как «количество вещества».
2.10.5. Установление формулы
химического соединения по его элементному
составу
Получаем истинную формулу вещества: С2Н4- этилен. 2,5 моль атомов водорода.
Обозначается как Mr. Находится по таблице Менделеева - это просто сумма атомных масс вещества. Закон сохранения массы - масса веществ, вступивших в химическую реакцию, всегда равна массе образовавшихся веществ. Т. е., если в задаче нам даны нормальные условия, то, зная количество моль (n), мы можем найти объем вещества. Основные формулы для решения задач по химии Это формулы.
Где в Периодической системе находятся элементы, соответствующие простым веществам металлам? Из приведенных ниже предложений выпишете номера соответствующие металлам в один столбик, а номера соответствующие неметаллам в другой столбик. Для получения определенного количества продукта(в химической лаборатории или на заводе) необходимо брать строго определенные количества исходных веществ. Химики, проводя эксперименты, заметили, что состав продуктов некоторых реакций зависит от того, в каких соотношениях были взяты реагирующие вещества. Сколько в этой массе будет атомов?
N – число структурных звеньев, а NA - постоянная Авогадро. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных отношений к молярным. V – объем газа (л), а Vm – молярный объем (л/моль).
Единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ) - моль.Определение. Запишите формулу для расчета этой энергии и названия физических величин,входящих в формулу. Данный вопрос относится к разделу «10-11″ классов.
1. Основные понятия, определения и законы химии
1.3. Химическое количество вещества. Моль. Молярная масса
Химическое количество вещества. Моль. Молярная масса
Характеризуя порцию взятого вещества, используют его массу или объем. Однако с этой же целью можно указать и число структурных единиц во взятой порции вещества. Знать это число чрезвычайно важно, так как в химических реакциях вещества взаимодействуют в отношениях, пропорциональных именно числу структурных единиц, а не массам. Например, запись 2H 2 + O 2 = 2H 2 O обозначает, что числа (но не массы!) реагирующих молекул H 2 и O 2 относятся соответственно как 2 : 1.
Для удобства подсчета числа структурных единиц, содержание которых в любой измеримой порции вещества огромно, была введена новая физическая величина - количество вещества, которую при химических расчетах называют также химическим количеством вещества.
Химическое количество вещества - физическая величина, пропорциональная числу структурных единиц (атомов, молекул, ФЕ), содержащихся в данной порции вещества.
Обозначается химическое количество буквой n (реже ν).
Единицей химического количества вещества является моль.
Моль - порция вещества, содержащая столько его элементарных структурных единиц, сколько атомов содержится в порции нуклида С-12 массой 12 г.
Число атомов в указанной порции нуклида С-12 примерно равно 6,02 ⋅ 10 23 . Физическая величина, равная 6,02 ⋅ 10 23 моль −1 , называется постоянной Авогадро и обозначается N A:
N A = 6,02 ⋅ 10 23 моль − 1 = 6,02 ⋅ 10 23 моль − 1 .
Единицу числителя в величине N A не указывают, так как для разных случаев она может быть разная, например:
N A = 6,02 ⋅ 10 23 атомов моль,
N A = 6,02 ⋅ 10 23 молекул моль,
N A = 6,02 ⋅ 10 23 ФЕ моль.
Физический смысл постоянной Авогадро состоит в том, что ее численное значение (6,02 ⋅ 10 23) показывает число структурных единиц в 1 моль вещества. Например, 1 моль натрия (m = 23 г) содержит 6,02 ⋅ 10 23 атомов Na; 1 моль серной кислоты (m = 98 г) содержит 6,02 ⋅ 10 23 молекул H 2 SO 4 ; 1 моль карбоната кальция (m = 100 г) содержит 6,02 ⋅ 10 23 формульных единиц CaCO 3 .
Моль - это порция вещества, содержащая 6,02 ⋅ 10 23 его структурных единиц
Число структурных единиц вещества N (B) и химическое количество вещества n (B) связаны соотношением
n (B) = N (B) N A , (1.8)
N (B) = n (B)N A . (1.9)
Зная химическое количество любого вещества, можно по его химической формуле рассчитать химическое количество входящих в его состав отдельных атомов.
Один моль любого вещества численно содержит такое же химическое количество атомов, сколько их (атомов) содержится в одной молекуле (формульной единице) вещества
Например:
- в составе молекулы Р 4 содержится 4 атома Р, а в составе 1 моль P 4 - 4 моль атомов P;
- в составе формульной единицы Na 3 PO 4 содержится 3 атома Na, 1 атом Р и 4 атома О, а в 1 моль Na 3 PO 4 - 3 моль атомов Na, 1 моль атомов P и 4 моль атомов O.
С увеличением (уменьшением) химического количества вещества пропорционально возрастает (уменьшается) химическое количество входящих в его состав атомов. Например: 0,5 моль Na 3 PO 4 содержит 3 · 0,5 = 1,5 (моль) атомов Na; 5 моль Р 4 содержит 5 · 4 = = 20 (моль) атомов Р.
Для подобных расчетов можно использовать и так называемые стехиометрические схемы . Принципы составления стехиометрических схем и проведения расчетов показаны на примере K 2 SO 4 химическим количеством 0,3 моль:
x = n (K) = 0,3 ⋅ 2 1 = 0,6 (моль);
y = n (S) = 0,3 ⋅ 1 1 = 0,3 (моль);
z = n (O) = 0,3 ⋅ 4 1 = 1,2 (моль).
Понятие моль применимо ко всем веществам, а понятие молекула - не ко всем, а только к веществам молекулярного строения. Например, оба понятия применимы в отношении воды (вода имеет молекулярное строение), но в случае карбоната кальция (немолекулярное строение) применимо только понятие «моль».
Понятие «моль» используется также и в случае ионов, электронов, протонов, нейтронов и химических связей. Например, если N (PO 4 3 −) = 3,01 ⋅ 10 23 , то
n (PO 4 3 −) = 3,01 ⋅ 10 23 / 6,02 ⋅ 10 23 = 0,5 (моль);
N (e) = 1,505 ⋅ 10 22 ,
n (e) = N (e) / N A = 1,505 ⋅ 10 22 / 6,02 ⋅ 10 23 = 0,025 (моль) ;
2 моль молекул Н 2 (Н–Н) содержат 2 моль связей водород - водород, а 3 моль молекул Н 2 О (Н–О–Н) - 6 моль связей Н–О (в каждой молекуле содержится две связи Н–О).
Молярная масса М (В) - физическая величина, равная отношению массы вещества к его химическому количеству:
M (B) = m (B) n (B) . (1.10)
Из выражения (1.10) следуют формулы для расчета массы вещества:
m (B) = n (B) ⋅ M (B) (1.11)
и его химического количества:
n (B) = m (B) M (B) . (1.12)
Поскольку при n (B) = 1 моль численные значения n (B) и M (B) совпадают, часто говорят, что молярная масса - это масса 1 моль вещества. Это, конечно же, неверно, так как совпадают только численные значения этих величин, а их физический смысл и единицы измерения разные.
С помощью молярной массы можно легко рассчитать массу молекулы или формульной единицы вещества:
m мол, ФЕ = M (В) N A . (1.13)
Кроме того, молярную массу можно найти по формуле
M (В) = m мол, ФЕ ⋅ N A . (1.14)
Нетрудно показать, что при использовании единицы молярной массы грамм на моль ее численное значение совпадает:
- с A r для простых веществ атомного строения:
A r (O) = 16, M (O) = 16 г моль;
- M r сложных веществ молекулярного и немолекулярного строения:
M r (H 2 O) = 18, M (H 2 O) = 18 г моль;
M r (KOH) = 56, M (KOH) = 56 г моль.
В самом деле:
M (B) = m мол (В) ⋅ N A = M r (B) ⋅ u ⋅ N A = M r (B) ⋅ 1 N A ⋅ N A = M r (B)
M (В) = m aт ⋅ N A = A r (B) ⋅ u ⋅ N A = A r (B) ⋅ 1 N A ⋅ N A = A r (B) .
Пример 1.5. Масса молекулы вещества равна 7,31 ⋅ 10 −23 г. Рассчитайте молярную массу вещества.
Решение. Первый способ. Из формулы (1.14) следует:
M (B) = m мол (B) ⋅ N A
M (B) = 7,31 ⋅ 10 − 23 г ⋅ 6,02 ⋅ 10 23 1 моль = 44 г/моль.
Второй способ. Используем формулу (1.5):
M r (B) = m мол (B) u = 7,31 ⋅ 10 − 23 г 1,66 ⋅ 10 − 24 г = 44 ;
M (B) = 44 г/моль.
Ответ : 44 г/моль.
Газовые законы. Смеси газов
Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Жидкое и твердое состояния называются конденсированными . Для большинства веществ агрегатные состояния взаимопереходящие: при нагревании твердое вещество вначале плавится, затем испаряется; при охлаждении газ вначале конденсируется - переходит в жидкое состояние, затем жидкость замерзает (кристаллизуется). Повышение давления и понижение температуры способствуют переходу вещества в конденсированное состояние с меньшим объемом (и наоборот - понижение давления и повышение температуры способствуют переходу вещества в газообразное состояние).
Давление газа в закрытом сосуде прямо пропорционально числу его молекул (или химическому количеству)
При переходе вещества из твердого состояния в жидкое, а затем - в газообразное расстояние между частицами последовательно возрастает, и в случае газа это расстояние в сотни раз больше размеров самих молекул. Из этого следует, что объем порции газа определяется не природой газа (размером его молекул), а расстоянием между молекулами (по существу, объем, который занимает газ, это объем свободного пространства между молекулами).
Расстояние между молекулами газа зависит от температуры и давления, а это означает, что при одинаковых внешних условиях расстояние между молекулами различных газов одинаковое.
Отсюда следует положение, известное как закон Авогадро (1811): в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул
Из закона Авогадро вытекают три следствия.
1. Одинаковое число молекул различных газов при одинаковых давлении и температуре занимают одинаковый объем.
2. При нормальных условиях (н.у.: Т = 273 К или 0 °С, p = 101,3 кПа) объем порции любого газа химическим количеством 1 моль, или молярный объем V m ,
V m = 22,4 дм 3 /моль.
3. Массы одинаковых объемов двух газов относятся как их молярные (относительные молекулярные) массы. Это отношение называется относительной плотностью газа А по газу В и обозначается как D B (A):
m (A) m (B) = D B (A) = M (A) M (B) = M r (A) M r (B) . (1.15)
С использованием V m находят объем и химическое количество газа:
V (B) = n (B) ⋅ V m ; (1.16)
n (B) = V (B)/V m . (1.17)
Формула (1.15) позволяет, зная относительную плотность неизвестного газа Х по известному газу, находить M (M r) неизвестного газа:
M (X) = D B (X) ⋅ M (B). (1.18)
Например, если относительная плотность газа Х по воздуху (М возд = 29 г/моль) равна 1,517, то молярная масса этого газа
M (X) = 29 ⋅ 1,517 = 44 (г/моль).
Относительная плотность - величина безразмерная и не зависит от температуры и давления.
Зная молярную массу газа, можно легко рассчитать плотность ρ газа (в г/дм 3):
ρ (В) = M (В) V m = M (В) 22,4 . (1.19)
Например, для азота
ρ (N 2) = M (N 2) V m = 28 г/моль 22,4 дм 3 /моль = 1,25 г/дм 3 .
По плотности газа находят его молярную массу:
M (В) = ρ(В)V m . (1.20)
Плотность газа зависит от температуры Т и давления Р : с ростом Т и уменьшением Р плотность уменьшается.
Если равны плотности ρ двух газов (ρ 1 = ρ 2), то равны и их молярные (относительные молекулярные) массы, т.е. M 1 = M 2 (и наоборот - если равны молярные массы газов, то равны и их плотности)
В случае газов справедлив также закон объемных отношений Гей-Люссака (1805–1808): в химических реакциях объемы реагирующих и полученных газов относятся как небольшие целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам
Например, для реакции
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O
V (NH 3) V (O 2) = 4 5 ;
V (O 2) V (NO) = 5 4 .
Пример 1.6. Относительная плотность (н.у.) некоторого газа X по аргону равна 1,2. Найдите массу молекулы газа X.
Решение . Используя формулу (1.18), найдем молярную массу газа Х:
M (X) = D Ar (X) ⋅ M (Ar) ,
M (X) = 1,2 ⋅ 40 = 48 г/моль.
По формуле (1.13) рассчитаем массу молекулы газа X:
m мол (X) = M (X) N A = 48 6,02 ⋅ 10 23 = 7,97 ⋅ 10 − 23 (г).
Можно использовать также формулу (1.7):
m мол (X) = M r (X) u = 48 ⋅ 1,66 ⋅ 10 − 24 = 7,97 ⋅ 10 − 23 (г).
Ответ : 7,97 ⋅ 10 −23 г.
Способы собирания газов. Молярная концентрация газа
Рассмотрим лабораторные способы собирания газов. Таких способов два (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Лабораторные способы собирания кислорода нагреванием KМnO 4:
А - способ вытеснения воды; б - способ вытеснения воздуха
Очевидно, что способом вытеснения воды можно собирать только те газы, которые в воде не растворяются и с ней не взаимодействуют (водород, метан, азот, кислород). Таким способом нельзя собирать газы, которые в воде хорошо растворяются или с ней взаимодействуют (HCl, HBr, HI, HF, NH 3). Оксид углерода(ІV) СО 2 в воде растворяется сравнительно плохо, поэтому его можно собирать данным способом.
При собирании газа способом вытеснения воздуха нужно правильно располагать пробирки:
- горлышком вверх, если газ тяжелее воздуха, т.е. M (газа) > M (возд) . Примеры: CO 2 , SO 2 , HCl;
- горлышком вниз, если газ легче воздуха, т.е. M (газа) < M (возд) . Примеры: H 2 , Ne, NH 3 , CH 4 .
Для характеристики газов используют молярную концентрацию c , равную отношению химического количества газа к объему порции газа:
c (X) = n (X) V (X)
Смеси газов подобно индивидуальным газам характеризуются молярной (относительной молекулярной) массой, плотностью ρ, относительной плотностью D по другому газу, а также массовыми w и объемными φ долями отдельных газов:
M (смеси) = m (смеси) n (смеси) , (1.22)
w = m (газа) m (смеси) , (1.23)
φ = V (газа) V (смеси) , (1.24)
φ = n (газа) n (смеси) , (1.25)
D A (смеси) = M (смеси) M (A) , (1.26)
ρ (смеси) = M (смеси) V m = m (смеси) V (смеси) . (1.27)
Молярную массу смеси газов удобно находить по объемным долям и молярным массам отдельных газов:
M (смеси) = M 1 φ 1 + M 2 φ 2 + M 3 φ 3 + ... + M n φ n . (1.28)
Очевидно:
φ 1 + φ 2 + φ 3 + ... + φ n = 1.
Для смеси двух газов (φ 1 + φ 2 = 1) φ 2 = 1 − φ 1 . Тогда
M (смеси) = M 1 φ 1 + M 2 φ 2 = M 1 φ 1 + M 2 (1 − φ 1) . (1.29)
Пример 1.7. Найдите молярную массу газовой смеси (н.у.), состоящей из азота объемом (н.у.) 1,12 дм 3 и кислорода массой 5,76 г.
Решение . По формулам (1.12) и (1.17) находим химическое количество газов и смеси:
n (O 2) = m (O 2) M (O 2) = 5,76 32 = 0,18 (моль),
n (N 2) = V (N 2) V m = 1,12 22,4 = 0,05 (моль).
Таким образом,
n (смеси) = n (O 2) + n (N 2) = 0,05 + 0,18 = 0,23 (моль).
По формуле (1.25) находим объемные доли газов в смеси:
φ (N 2) = 0,05 0,23 = 0,217 ,
φ (O 2) = 0,18 0,23 = 0,783
или (так как смесь состоит из двух газов):
φ(O 2) = 1 − 0,217 = 0,783.
По формуле (1.29) находим молярную массу смеси:
M (смеси) = M (O 2) φ (O 2) + M (N 2) φ (N 2) ;
M (смеси) = 32 ⋅ 0,783 + 28 ⋅ 0,217 = 31,2 (г/моль).
Ответ : 31,2 г/моль.
1. Молярная масса смеси газов находится между значениями молярной массы самого легкого и самого тяжелого газа смеси. Например, молярная масса смеси NH 3 (M = 17 г/моль) и CO 2 (М = 44 г/моль) в зависимости от объемных долей газов может принимать значения 17 < M (смеси) < 44 (г/моль).
2. Если молярные массы газов в смеси одинаковые, то молярная масса смеси не зависит от объемных долей отдельных газов. Например, молярная масса смеси CO, C 2 H 2 и N 2 всегда равна 28 г/моль независимо от объемных долей компонентов.
3. Если к смеси газов добавляется газ, M которого больше, чем M самого тяжелого газа смеси, то M (смеси) возрастает. Например, если к различным по составу смесям N 2 и O 2 добавлять CO 2 , то M (смеси) возрастет.
4. Если к смеси газов добавляется газ, M которого меньше M самого легкого газа смеси, то M (смеси) смеси уменьшается. Например, если к различным по составу смесям Ne и Ar добавлять He, то M (смеси) уменьшится.
5. При равенстве объемных долей газов в смеси молярная масса смеси равна среднеарифметическому молярных масс отдельных газов. Например, для смеси равных объемов CO 2 и O 2:
M (смеси) = M (O 2) + M (CO 2) 2 = 32 + 44 2 = 38 г/моль.
Наиболее типичными процессами, осуществляемыми в химии, являются химические реакции, т.е. взаимодействия между какими-то исходными веществами, приводящие к образованию новых веществ. Вещества реагируют в определенных количественных отношениях, которые требуется учитывать, чтобы на получение желаемых продуктов затратить минимальное количество исходных веществ и не создавать бесполезных отходов производства. Для расчета масс реагирующих веществ оказывается необходимой еще одна физическая величина, которая характеризует порцию вещества с точки зрения числа содержащихся в ней структурных единиц. Само по себе эго число необычайно велико. Это очевидно, в частности, из примера 2.2. Поэтому в практических расчетах число структурных единиц заменяется особой величиной, называемой количеством вещества.
Количество вещества - это мера числа структурных единиц, определяемая выражением
где N(X) - число структурных единиц вещества X в реально или мысленно взятой порции вещества, N A = 6,02 10 23 - постоянная (число) Авогадро, широко используемая в науке, одна из фундаментальных физических постоянных. В случае необходимости можно использовать более точное значение постоянной Авогадро 6,02214 10 23 . Порция вещества, содержащая N a структурных единиц, представляет собой единичное количество вещества - 1 моль. Таким образом, количество вещества измеряется в молях, а постоянная Авогадро имеет единицу измерения 1/моль, или в другой записи моль -1 .
При всевозможных рассуждениях и расчетах, связанных со свойствами вещества и химическими реакциями, понятие количество вещества полностью заменяет понятие число структурных единиц. Благодаря этому отпадает необходимость использовать большие числа. Например, вместо того чтобы сказать «взято 6,02 10 23 структурных единиц (молекул) воды», мы скажем: «взят 1 моль воды».
Всякая порция вещества характеризуется как массой, так и количеством вещества.
Отношение массы вещества X к количеству вещества называется молярной массой М(Х):
Молярная масса численно равна массе 1 моль вещества. Это важная количественная характеристика каждого вещества, зависящая только от массы структурных единиц. Число Авогадро установлено таким, что молярная масса вещества, выраженная в г/моль, численно совпадает с относительной молекулярной массой М г Для молекулы воды М г = 18. Это значит, что молярная масса воды М(Н 2 0) = 18 г/моль. Пользуясь данными таблицы Менделеева, можно вычислять и более точные значения М г и М(Х), но в учебных задачах по химии это обычно не требуется. Из всего сказанного понятно, насколько просто рассчитать молярную массу вещества - достаточно сложить атомные массы в соответствии с формулой вещества и поставить единицу измерения г/моль. Поэтому формулу (2.4) практически используют для расчета количества вещества:
Пример 2.9. Рассчитайте молярную массу питьевой соды NaHC0 3 .
Решение. Согласно формуле вещества М г = 23 + 1 + 12 + 3 16 = 84. Отсюда, по определению, M(NaIIC0 3) = 84 г/моль.
Пример 2.10. Какое количество вещества составляют 16,8 г питьевой соды? Решение. M(NaHC0 3) = 84 г/моль (см. выше). По формуле (2.5)
Пример 2.11. Сколько толик (структурных единиц) питьевой соды находится в 16,8 г вещества?
Решение. Преобразуя формулу (2.3), находим:
AT(NaHC0 3) = N a n(NaHC0 3);
tt(NaHC0 3) = 0,20 моль (см. пример 2.10);
N(NaHC0 3) = 6,02 10 23 моль" 1 0,20 моль = 1,204 10 23 .
Пример 2.12. Сколько атомов находится в 16,8 г питьевой соды?
Решение. Питьевая сода, NaHC0 3 , состоит из атомов натрия, водорода, углерода и кислорода. Всего в структурной единице вещества 1 + 1 + 1+ 3 = 6 атомов. Как было найдено в примере 2.11, данная масса питьевой соды состоит из 1,204 10 23 структурных единиц. Поэтому общее число атомов в веществе составляет
