Молярная масса соединений

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 6,022·1023; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом NA. Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·1023 раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·1023 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 (6,022·1023 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 = NA × n = 6,022·1023 × 0,25 = 1,505·1023 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 Clравны 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 Clсодержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H2. Сколько же граммов Clсодержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Clравна 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 × 6,022·1023 молекул/моль, что равно 2,99·1026 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.

Молярная масса некоторых веществ и смесей

Элемент, вещество или смесь Молярная масса, г/моль
N{\displaystyle \color {Blue}{\ce {N}}} 14
N2{\displaystyle \color {Blue}{\ce {N2}}} 28
Ar{\displaystyle \color {Blue}{\ce {Ar}}} 40
H{\displaystyle \color {Blue}{\ce {H}}} 1
H2{\displaystyle \color {Blue}{\ce {H2}}} 2
H2O{\displaystyle \color {Blue}{\ce {H2O}}} 18
He{\displaystyle \color {Blue}{\ce {He}}} 4
Воздух 29
O{\displaystyle \color {Blue}{\ce {O}}} 16
O2{\displaystyle \color {Blue}{\ce {O2}}} 32
S{\displaystyle \color {Blue}{\ce {S}}} 32
Li{\displaystyle \color {Blue}{\ce {Li}}} 7
Ne{\displaystyle \color {Blue}{\ce {Ne}}} 20
Ag{\displaystyle \color {Blue}{\ce {Ag}}} 108
Mo{\displaystyle \color {Blue}{\ce {Mo}}} 96
CO2{\displaystyle \color {Blue}{\ce {CO2}}} 44

Округлённые до целого числа молекулярные массы некоторых веществ и смесей приведены в таблице.

Криоскопическая константа

Задание 169. Вычислите криоскопическую константу уксусной кислоты, зная, что раствор, содержащий 4,25 г антрацена С14Н10 в 100 г уксусной кислоты, кристаллизуется при 15,718°С. Температура кристаллизации уксусной кислоты 16,65°С. Ответ: 3,9°С.Решение:Понижение температуры кристаллизации равно:  = 16,65 – 15,718 = 0,9320. М(С14Н10) = 178 г/моль. криоскопическую константу уксусной кислоты вычислим, используя уравнение Рауля:

К – криоскопическая константа; m1– масса растворённого вещества; m2 – масса растворителя; М – молярная масса растворённого вещества;  – понижение температуры замерзания раствора.

Отсюда

Ответ: 3,9°С.

Средняя молярная масса

Средняя молярная масса M¯{\displaystyle {\bar {M}}} смеси нескольких индивидуальных веществ с разными молярными массами M1,M2…Mn{\displaystyle M_{1},M_{2}…M_{n}} может быть вычислена через мольные доли x1,x2…xn{\displaystyle x_{1},x_{2}…x_{n}} веществ в смеси как среднее арифметическое взвешенное мольных долей:

M¯=∑i=1nxiMi∑i=1nxi=∑i=1nxiMi,{\displaystyle {\bar {M}}={\frac {\sum _{i=1}^{n}x_{i}M_{i}}{\sum _{i=1}^{n}x_{i}}}=\sum _{i=1}^{n}x_{i}M_{i},}

так как ∑i=1nxi=1.{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}x_{i}=1.}

Если состав вещества задан через массовые доли w1,w2…wn{\displaystyle w_{1},w_{2}…w_{n}} индивидуальных веществ, то средняя молярная масса определяется через среднее гармоническое взвешенное массовых долей:

M¯=∑i=1nwi∑i=1nwiMi=1∑i=1nwiMi.{\displaystyle {\bar {M}}={\frac {\sum _{i=1}^{n}w_{i}}{\sum _{i=1}^{n}w_{i}/M_{i}}}={\frac {1}{\sum _{i=1}^{n}w_{i}/M_{i}}}.}

Средняя молярная масса важна для смесей газов, так как входит в термодинамические уравнения состояния газовых смесей.

Например, молярная масса воздуха Ma¯{\displaystyle {\bar {M_{a}}}}, в предположении, для простоты пренебрегаем другими газами, что он состоит на 23,2 масс. % (21 об. %) из кислорода, 75,4 масс. % (78 об. %) азота и 1,4 масс. % (1 об. %) аргона (молярные массы 32; 28 и 40 г/моль соответственно) даёт для средней молярной массы воздуха:

Ma¯=21⋅32+78⋅28+1⋅40100=10075,428+23,232+1,440=28,96{\displaystyle {\bar {M_{a}}}={\frac {21\cdot 32+78\cdot 28+1\cdot 40}{100}}={\frac {100}{75,4/28+23,2/32+1,4/40}}=28,96} г/моль.

Более точный расчет средней молярной массы сухого воздуха дает 28,97 г/моль.

Для высокомолекулярных веществ, состоящих из молекул с разной молярной массой, например, полимеров, иногда указывают среднюю молярную массу или диапазон молярных масс.

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 6,022·1023 частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·1023 носит название Число Авогадро, которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода 12C

Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·1023)

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 6,022·1023атомов. Точно так же, 1 моль воды (H2O) подразумевает количество равное 6,022·1023молекул. Однако чаще всего моль применяют именно к молекулам.

Ссылка на основную публикацию