Что такое моль
Прежде чем говорить о том, как найти молярную массу вещества, определимся с понятием «моль». Его ввели как искусственную величину для упрощения расчетов. Это количество вещества, в котором содержится столько же мельчайших частиц, сколько в 12 г одного из изотопов углерода — C12.
Для всех химических веществ это количество одинаково и представляет собой число Авогадро 6,02 · 1023. Постоянная Авогадро обозначается NA, а измеряется в моль-1.
Число Авогадро — это количество молекул, ионов или других мельчайших частиц в 1 моле вещества.
NA = 6,02 · 1023 моль-1.
Историческая справка
В 1811 году химик Амедео Авогадро предположил, что если взять два равных объема газов в равных значимых условиях (при одинаковой температуре и давлении), то количество молекул в этих объемах тоже будет одинаковым. Опираясь на свою гипотезу, он определил атомные и молекулярные массы многих веществ, а также рассчитал количество атомов в молекулах воды, оксидов азота и т. д. Однако в научных кругах гипотеза Авогадро долго не находила понимания. Общепринятой она стала только в 1860 году.
Что такое молярная масса
Молярная масса — это масса одного моля вещества, она измеряется в граммах деленных на моль (г/моль). Данная величина представляет собой отношение массы вещества к его количеству, которое измеряется в молях.
Как обозначается молярная масса: М.
Единица измерения молярной массы: г/моль.
Несмотря на то, что в 1 моле любого химического вещества содержится одинаковое количество молекул (и оно равно числу Авогадро), молярные массы разных веществ отличаются. Все потому, что отличаются атомы, которые входят в состав этих молекул. В частности, разница между ними заключается в относительной атомной массе (Ar) — например, Ar(Mg) = 24, а Ar(Hg) = 200. Сейчас станет ясно, какое это имеет значение.
Получи больше пользы от Skysmart:
-
Подтяни оценки на курсах по химии.
-
Выбирай из 550+ репетиторов по химии.
Записывайся на бесплатные курсы для детей.
Как определить молярную массу
Данная величина тесно связана с такими понятиями, как относительные атомная и молекулярная массы. Именно относительные, потому что абсолютную массу молекулы или атома вещества в химии не используют для решения задач — это слишком малые величины.
Относительная атомная масса вещества (Ar) показывает, во сколько раз его атом больше 1/12 атома углерода. Это значение для каждого химического элемента можно увидеть в таблице Менделеева.
Относительная молекулярная масса (Mr) складывается из Ar каждого атома в молекуле вещества с учетом индексов. Она показывает, на сколько масса молекулы больше 1/12 атома углерода.
Разберемся на примерах.
В молекуле хлорида натрия NaCl есть 1 атом натрия и 1 атом хлора, при этом Ar(Na) = 23, Ar (Cl) = 35,5.
Mr(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5.
В молекуле NaNO2 есть 1 атом натрия, 1 атом азота и 2 атома кислорода.
Ar(Na) = 23, Ar(N) = 14, Ar(O) = 16.
Mr(NaNO2) = 23 + 14 + 16 · 2 = 69.
Собственно, для вычисления молярной массы больше ничего и не требуется.
Количество вещества
Из предыдущих формул понятно, что молярная масса и количество вещества тесно связаны. Рассмотрим эту связь подробнее. Начнем с того, что количество вещества может обозначаться как латинской буквой
В формуле нахождения молярной массы мы обозначили количество вещества через
Пользуясь этим, можно найти количество вещества (в молях), если нам известны его абсолютная и молярная масса.
Пример 1
Как определить, какое количество вещества включают 350 г сульфата бария BaSO4?
Воспользуемся формулой
Мы помним, что M = Mr (значение молярной массы равно значению относительной молекулярной).
Mr(BaSO4) = Ar(Ba) + Ar(S) + Ar(O) · 4 = 137 + 32 + 16 · 4 = 233.
М(BaSO4) = Mr(BaSO4) = 233 г/моль.
Подставим значение молярной массы в формулу:
Есть и еще одна формула количества вещества, которая позволяет найти его, если известно число молекул или других структурных единиц.
Пример 2
Допустим, некий объем CaCO3 содержит 3,01 · 1023 молекул. Как найти количество вещества, соответствующее данному объему?
Воспользуемся формулой
Молярный объем
Выше мы находили количество вещества через молярную массу, но для газов это можно сделать и через молярный объем. Согласно закону Авогадро количество любого газа, равное 1 моль, будет занимать один и тот же объем, если газы рассматриваются при одинаковой температуре и давлении.
При стандартных физических условиях — температуре 0°С и давлении 1 атм или 760 мм ртутного столба, 1 моль газа занимает объем 22,4 л.
Молярный объем — это объем газа, взятого в количестве 1 моль. Он обозначается Vm.
При нормальных условиях Vm = 22,4 л/моль.
Значения молярного и фактического объема газа помогают найти количество вещества.
Пример 1
Сколько молей содержится в 120 литрах газа при нормальных условиях?
Рассчитаем по формуле
Ответ: 120 литров любого газа при стандартных условиях содержат 5,36 моль.
Относительная плотность одного газа по другому
Иногда для решения задачи нужно знать, как найти молярную массу газа, о котором сообщается лишь его плотность по воздуху или по другому газу. Это возможно, если знать формулу относительной плотности, которая обозначается буквой D.
Пример 1
Как определить, во сколько раз угарный газ плотнее водорода?
Для начала найдем молярную массу CO и H2:
М(CO) = Mr(CO) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28.
М(H) = Mr(H2) = 2 · Ar(H) = 2 · 1 = 2.
Ответ: угарный газ в 14 раз плотнее водорода.
Пример 2
Как посчитать молярную массу газа х, о котором известно, что он в 10 раз плотнее углекислого газа CO2?
Подсчитаем для начала молярную массу углекислого газа:
M(CO2) = Mr(CO2) = 12 + 2 · 16 = 44.
Ориентируясь на формулу относительной плотности, произведем расчет молярной массы искомого газа х.
М(х) = D(х/CO2) · M(CO2) = 10 · 44 = 440 г/моль.
Ответ: у данного газа молярная масса 440 г/моль.
Примеры задач
Итак, мы разобрались, как находить молярную массу жидкости, газа или твердого тела и как это понятие связано с количеством вещества, а также с относительной плотностью одного газа по другому. Чтобы закрепить знания, посмотрите, как эти сведения применяются в решении задач.
Задача 1
Известно, что 300 г неустановленного вещества содержат 12,04 · 1023 молекул. Чему равна молярная масса данного вещества?
Дано:
N(х) = 12,04 · 1023.
m(х) = 300 г.
M(х) = ?
Решение:
Найдем количество вещества
Подставим количество вещества в формулу
Ответ: молярная масса данного вещества 150 г/моль.
Задача 2
Какой объем займет водород в количестве 0,7 моль?
Дано:
Решение:
По формуле
Зная, что молярный объем при обычных условиях составляет 22,4 л/моль, вычислим фактический объем водорода:
Ответ: объем водорода составляет 15,68 литров.
Задача 3
В порции оксида серы SO3 содержится 8,356 · 1023 атомов кислорода. Какова масса этой порции?
Дано:
N(O) = 8,356 · 1023.
m(SO3) = ?
Решение:
Для решения задачи нам подходит формула
Мы знаем, что в одной молекуле SO3 есть 3 атома кислорода, исходя из этого можно вычислить количество молекул в порции оксида:
Зная количество молекул, рассчитаем количество вещества:
Теперь можно узнать молярную массу SO3:
M(SO3) = 32 + 16 · 3 = 80 г/моль.
Рассчитаем фактическую массу через молярную массу:
Ответ: абсолютная масса порции оксида серы 36,8 грамм.
Задача 4
Как рассчитать молярную массу простого вещества, о котором известно, что в порции 100 г содержится 15,05 · 1023 молекул? Назовите это вещество.
Дано:
m(x) = 100 г.
N(x) = 15,05 · 1023.
М(х) = ?
Решение:
В данном случае поможет вычислить молярную массу NA, с помощью которого мы сначала узнаем количество вещества:
Исходя из этого, рассчитаем молярную массу:
Ответ: согласно таблице Менделеева можно предположить, что это кальций Ca.
Задача 5
Определите, насколько сероводород H2S плотнее водорода H2?
Решение:
Нам требуется вычислить относительную плотность сероводорода по водороду:
Для этого вычислим молярные массы H2S и H2:
М(H2S) = 1 · 2 + 32 = 34 г/моль.
М(H2) = 1 · 2 = 2 г/моль.
Подставим значения в формулу:
Ответ: сероводород в 17 раз плотнее водорода.
Вопросы для самопроверки
Что такое число Авогадро и чему оно равно?
В чем измеряется молярная масса?
Напишите формулу молярной массы вещества.
Какая формула связывает количество вещества и его объем?
Как узнать количество вещества, если известно число молекул в порции?
