МОЛЬ. МОЛЯРНАЯ МАССА

Истинные массы атомов и молекул очень малы, порядка 10^-24¸10^-20 г. Пользоваться столь малыми величинами неудобно. Поэтому в химии имеют дело не с абсолютными значениями масс, а с относительными атомными и молекулярными массами.

Относительной атомной массой химического элемента А_r называется величина, равная отношению средней массы атомов данного элемента (с учетом процентного содержания его изотопов в природе) к массы изотопа углерода 12 (¹²С). Значения атомных масс всех химических элементов содержатся в Периодической системе Д.И. Менделеева.

массы изотопа углерода С принята за атомную единицу массы (а.е.м.).

.

Относительной молекулярной массой вещества M_r называется отношение массы его молекулы к массы изотопа углерода 12.

Связь между M_r и истинной массой вещества m в кг выражается формулами

.

В 1971 году в Международную систему единиц измерения (СИ) была введена единица количества вещества – моль. Моль – количество вещества, содержащее столько структурных элементарных частиц (атомов, молекул, ионов, электронов, эквивалентов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12. Число атомов в 0,012 кг углерода равно 6,02×10²³ атомов. Эта величина называется постоянной Авогадро N_А и является одной из важнейших универсальных постоянных

N_А = (6,022045±0,000031)×10²³ моль^-1.

Масса 1 моль вещества называется молярной массой M и представляет собой отношение массы вещества m к его количеству n, кг/моль (или г/моль):

.

Численное значение молярной массы в г/моль совпадает с относительной молекулярной или атомной массой данного вещества.

Пример 1.Сколько молекул СО получится при сгорании 4 мг углерода?

Р е ш е н и е

1. Составим уравнение реакции горения углерода с образованием СО

2С + О₂ = 2СО ,

из которого следует, что при сгорании 1 моль углерода образуется 1 моль газа СО.

2. Найдем количество моль углерода, которое будет равно числу моль СО

3. Тогда число молекул оксида углерода (II) найдем по формуле

N_СО = n_CO×N_A = 3,33×10^-4×6,02×10²³ = 2,00×10²⁰ .

Пример 2. Определите абсолютную массу молекулы серной кислоты в граммах.

Р е ш е н и е

1. Найдем относительную молекулярную массу молекулы H₂SO₄

M_r = 2×A_r(H) + A_r(S) + 4× A_r(O) = 2×1 + 32 + 4×16 = 98 а.е.м.

2. Так как M_r и масса 1 моль вещества численно равны друг другу, то

.

Пример 3.Сколько моль атомов азота содержится в 1 кг нитрата аммония?

Р е ш е н и е

1. Масса 1 моль нитрата аммония NH₄NO₃ равна

М = 2×A_r(N) + 4× A_r(H) + 3× A_r(O) = 2×14 + 4×1 + 3×16 = 80 г/моль.

2. Из формулы вещества следует, что 1 моль нитрата аммония содержит 2 моль атомов азота, тогда

n_N = 2n_{нитрата} = .

Пример 4.Массовая доля фосфора в его оксиде равна 43,7 % мас. Определите простейшую формулу оксида.

Р е ш е н и е

Обозначим числа атомов фосфора и кислорода в простейшей формуле оксида через х и у. Атомные массы данных элементов равны 31 и 16. Значит, массы фосфора и кислорода в составе оксида относятся друг к другу как 31х :16у. По условию задачи в 100 г оксида содержится 43,7 г фосфора и 56,3 г кислорода. Следовательно

31х :16у = 43,7: 56,3 или х : у = = 1,41 : 3,52 .

Чтобы выразить полученное соотношение целыми числами, необходимо оба значения поделить на наименьшее из них

х : у = = 1 : 2,5 .

Поскольку дробные коэффициенты в химических формулах не употребляются, то оба члена последнего соотношения умножим на два

х : у = 2 : 5 .

Таким образом, простейшая формула оксида фосфора Р₂О₅ .

З А Д А Ч И

1. Молекула некоторого вещества имеет массу, равную 1,2×10^-25 кг. Определите молекулярную массу вещества.

2. Сколько молекул СО₂ получится при сгорании 2 г углерода?

3. Если отсчитывать по 60 молекул в 1 минуту, то сколько лет потребуется для того, чтобы пересчитать то количество молекул, которое содержит 1 кг йода (год считать равным 365 дням)?

4. Сравните число молекул, содержащееся в 4 кг соляной кислоты, с числом молекул, содержащимся в 4 кг азотной кислоты. В каком случае и во сколько раз число молекул больше?

5. Выразите в молях 6,02×10²² молекул ацетилена. Какова молярная масса этого соединения?

6. В какой массе аммиака содержится столько же молекул, сколько содержится молекул в 1 кг хлора?

7. Сколько грамм СО необходимо сжечь, чтобы получить столько же молекул СО₂, сколько их содержит 10 г водорода?

8. Сколько моль кислорода образуется при разложении 490 г KСlO₃?

9. Сколько грамм цинка и серной кислоты необходимо взять, чтобы получить 4 моль водорода?

10. В каком количестве хлорида натрия содержится столько же натрия, сколько его находится в 5 моль сульфата натрия?

11. В какой массе хлорида натрия содержится столько же натрия, сколько его находится в 2 моль нитрита натрия?

12. Сколько грамм серы содержится в 0,5 моль сульфата железа (II)?

13. Сколько грамм кислорода потребуется для окисления 0,25 моль алюминия?

14. Сколько грамм СО потребуется для полного восстановления 3,42×10²⁶ молекул оксида железа (III)?

15. Сколько молекул сульфида цинка может образоваться из смеси, в состав которой входят 130 г цинка и 48 г серы?

16. Исходя из молярной массы углерода, определите абсолютную массу атома углерода в граммах.

17. Вычислите, сколько азота в граммах содержится в 1 кг нитрата калия.

18. Исходя из молярной массы воды, определите абсолютную массу молекулы воды в граммах. Сколько молекул воды может образоваться при разложении 1 г пероксида водорода?

19. Вычислите, сколько азота содержится в 1 кг дигидрофосфата аммония. Определите весовое соотношение между водородом и азотом.

20. Вычислите, сколько моль азотной кислоты потребуется для получения 1 кг нитрата кальция.

21. Напишите уравнение реакции гидроксида железа (III) с соляной кислотой, при которой образуется хлорид дигидроксожелеза. Сколько грамм гидроксида и кислоты необходимо для получения 0,1 моль данной соли?

22. Сравните число молекул, содержащееся в 1 кг перманганата калия, с числом атомов кислорода, содержащимся в 100 г азотной кислоты. В каком случае и во сколько раз число частиц больше?

23. Сколько атомов кислорода расходуется при сжигании 2 моль магния?

24. Сколько грамм оксида ртути (II) потребуется для получения такого количества кислорода, которое понадобится для окисления 7 г хлора с образованием его высшего оксида?

25. Определите весовое соотношение (в % мас.) между азотом и кислородом в гидросульфите аммония.

26. Кристаллогидрат содержит 18,6 % мас. натрия, 25,8 % мас. серы, 19,4 % мас. кислорода и 36,2 % мас. воды. Выведите формулу кристаллогидрата, зная, что его молекулярная масса равна 248 г/моль.

27. Определите простейшую формулу щавелевой кислоты, если известно, что в 20 г этой кислоты содержится 0,444 г водорода, 5,33 г углерода, остальное – кислород.

28. Установите формулу кристаллогидрата сульфата железа (II), если известно, что эта соль содержит 45,32 % воды по массе.

29. Сколько моль сульфида железа (II) получится при нагревании 7 г железа с 7 г серы? Какое вещество израсходуется полностью?

30. Сколько грамм кислорода требуется для окисления:

а) 1 моль алюминия; б) 35 г цинка; в) 3,01×10²³ атомов магния?