Моль — условное количество вещества
Добавлено: 3 октября 2021 в 12:58
Химия — наука, изучающая взаимодействие веществ на атомном и молекулярном уровнях. Эти процессы значительно отличаются от привычного нам макроуровня и поэтому требуют специфических подходов, в том числе к «подсчету» и «взвешиванию».
Школьный курс химии включает понятия «моль» и «молярной массы». Они кажутся сложными, но если разобраться, то вы без труда поймете сущность этих понятий и научитесь ими пользоваться при решении задач.
Моль
Понятие «моль» попытаемся разобрать и, самое главное, понять на примере всем знакомой реакции взаимодействия кислорода и водорода. Когда одна молекула O2 соединяется с двумя молекулами H2, получается две молекулы H2O:
- O2 + 2H2 = 2H2O
То есть, чтобы максимально полно провести химическую реакцию, мы должны взять на каждую молекулу кислорода две молекулы водорода. Итак, у нас есть 100 г кислорода.
Сколько понадобится водорода для протекания процесса? И тут возникает первый вопрос: сколько молекул в 100 г кислорода? Наверное, миллиарды или даже миллиарды миллиардов? И сколько их в 100 г водорода? Уж точно в не в 2 раза меньше.
Как вообще подсчитать молекулы, ведь они бывают совершенно разными, «тяжелыми» и «легкими». Этими вопросами задавались и люди, закладывавшие основу современной химической науки.
Был найден простой выход, который помогает легко и изящно решить проблему. Химики решили взять за единицу измерения не одну молекулу, а определенное их количество, причем очень большое. Таким образом эта единица измерения приводит микроуровень к макроуровню. Она называется «моль».
Моль — это количество вещества из 6,02214076⋅1023 атомов или молекул. Оно не имеет физического смысла и изначально было привязано к массе определенного количества (12 граммов) углерода-12, но позже переопределено, как и многие другие единицы системы СИ.
В школьных расчетах количество структурных единиц в моле, которое также называется постоянной Авогадро, обычно округляют до 6,022⋅1023 и обозначают NA.
С этой величиной связано другое химическое понятие — «количество вещества», то есть количество структурных единиц в определенной его порции. Оно обозначается буквой ν (ню).
Примеры
В стакане содержится 2 моль воды. Сколько молекул воды находится в стакане?
- N = ν⋅ NA =2 ⋅ 6,022⋅1023 = 12,044⋅1023 молекул воды.
Также можно решить обратную задачу. Сколько молей вещества составляют 24,088⋅1023 молекул воды?
- ν⋅ = N / NA = 24,088⋅1023 / 6,022⋅1023 = 4 моля.
Что называется молярной массой
Итак, мы поняли, что моль — условное количество вещества, выбранное для удобства химиков. Это даже не миллиарды миллиардов, как мы предположили ранее, а миллиарды триллионов, что никак не облегчает задачу подсчета этих структурных единиц.
Как же все-таки узнать, сколько атомов или молекул в 100 граммах того или иного вещества? Теперь хорошо бы связать количество вещества и его массу, ведь это не одно и то же. Нам поможет «молярная масса» — 1 моль вещества или 6,022⋅1023 структурных единиц этого вещества.
Итак, масса вещества равна массе порции вещества m к количеству молекул ν в его порции:
- М = m / ν.
Вооружившись этим знанием, мы можем переводить граммы в число молекул и наоборот. При этом следует учесть, что молярная масса численно идентична молекулярной массе (то есть массе молекулы), выраженной в атомных единицах массы, и относительной молекулярной массе.
Пример
Найдем массу 5 моль воды.
Чтобы решить эту задачу, обратимся к формуле молярной массы и выразим из нее массу:
- m = М ⋅ ν
В этой формуле мы знаем количество вещества ν = 5 моль, а молярную массу сложной молекулы нужно определить, как сумму молярных масс составляющих ее химических элементов:
- M (H2O) = 2 ⋅M (H) + M (O)
Где взять молярные массы кислорода и водорода (в соединение входит два атома водорода, поэтому его молярную массу умножаем на 2)?
Для этого нам понадобится таблица Менделеева и значение «относительной атомной массы», которая, как мы уже знаем, идентична молекулярной. Это значение приведено для каждого химического элемента и для водорода равно 1,00797 (то есть близко к 1), для углерода — близко к 6, для кислорода — около 16.
Подставим соответствующие значения в исходную формулу и получим:
- M (H2O) = 2 ⋅M (H) + M (O) = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 г/моль.
То есть вес 1 моль воды составляет 18 граммов. Теперь можем подсчитать массу 5 моль воды:
- m = М ⋅ ν = 18 ⋅ 5 = 90 г.
Аналогичным образом мы можем подсчитать количество вещества, которое содержится в определенном образце заданной массы. Для примера возьмем оксид алюминия Al2O3 и узнаем, сколько моль в 400 граммах этого вещества. Для этого выразим количество вещества через молярную массу и подставим исходные данные:
- ν = m / М = 400 / (2 ⋅ М (Al) + 3 ⋅ (O)) = 400 / (2 ⋅ 75 + 3 ⋅ 16) = 400 / (150 + 48) = 400 / 198 ≈ 2,02 моль.
Занимайтесь на курсах ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu и получите максимум баллов на экзамене:
Эксперт по подготовке к ЕГЭ, ОГЭ и ВПР
Задать вопрос
Закончил Московский физико-технический институт (Физтех) по специальности прикладная физика и математика. Магистр физико-математических наук. Преподавательский стаж более 13 лет. Соучредитель курсов ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu.
Читайте также:
В уроке 5 «Моль и молярная масса» из курса «Химия для чайников» рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.
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 6,022·1023 атомов. Точно так же, 1 моль воды (H2O) подразумевает количество равное 6,022·1023 молекул. Однако чаще всего моль применяют именно к молекулам.
Молярная масса вещества
Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:
- Молярная масса формула M=m/n
- Количество вещества формула n=m/M
- Число молекул формула N =NA·n
где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, NA — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль.
На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.
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 Cl2 равны 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 Cl2 содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H2. Сколько же граммов Cl2 содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl2 равна 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.
Загрузить PDF
Загрузить PDF
Молярность — это соотношение между молями растворенного вещества и объемом раствора.[1]
Чтобы получить подробное представление о том, как найти молярность раствора, когда даны моли, литры, граммы и/или миллилитры, читайте далее.
-
1
Запомните основную формулу для вычисления молярности. Молярность равна количеству молей вещества, поделенному на объем раствора в литрах.[2]
Следовательно, ее можно записать в следующем виде: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора.- Пример: какова молярность раствора, содержащего 0,75 моль NaCl в 4,2 литрах?
-
2
Проанализируйте пример. Чтобы найти молярность, нужно знать количество молей и литров. Если в задаче даны оба этих значения, никаких предварительных расчетов делать не нужно.
- Пример:
- Моли = 0,75 моль NaCl
- Объем = 4,2 л
- Пример:
-
3
Разделите количество молей на количество литров. Получившееся соотношение даст вам количество молей на литр раствора, также известное как молярность.
- Пример: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора = 0,75 моль / 4,2 л = 0,17857142
-
4
Запишите ответ. Округлите получившееся число до сотых или тысячных, в зависимости от требований вашего преподавателя. Когда вы записываете ответ, сокращайте «молярность» буквой «M» и указывайте химическую формулу растворенного вещества.
- Пример: 0,179 M NaCl
Реклама
-
1
Запомните основную формулу для вычисления молярности. Молярность выражают отношением количества молей растворенного вещества к литрам раствора, или его объему. В виде формулы молярность выражается следующим образом: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора.[3]
- Пример: какова молярность раствора, полученного растворением 3,4 г KMnO4 в 5,2 л воды?
-
2
Проанализируйте задачу. Чтобы найти молярность, необходимо знать количество молей и количество литров. Если количество молей не дано, но известны объем раствора и масса растворенного вещества, то для того, чтобы продолжить решение, вам нужно рассчитать количество молей растворенного вещества.
- Пример:
- Масса = 3,4 г KMnO4
- Объем = 5,2 л
- Пример:
-
3
Найдите молярную массу растворенного вещества. Чтобы найти число молей, зная массу, или граммы, использованного растворенного вещества, нужно сначала определить его молярную массу.[4]
Это можно сделать, сложив отдельные молярные массы всех элементов, входящих в состав растворенного вещества. Найдите молярные массы элементов с помощью таблицы Менделеева.[5]
Сделайте это с каждым элементом.- Пример:
- Молярная масса K = 39,1 г
- Молярная масса Mn = 54,9 г
- Молярная масса O = 16,0 г
- Общая молярная масса = K + Mn + O+ O +O + O = 39,1+ 54,9 + 16,0 + 16,0 + 16,0 + 16,0 =158,0 г
- Пример:
-
4
Преобразуйте граммы в моли. Теперь, когда у вас есть молярная масса растворенного вещества, вам нужно умножить количество граммов растворенного вещества на коэффициент пересчета его формульной (молярной) массы.[6]
- Пример: граммы растворенного вещества * (1/молярная масса растворенного вещества) =3,4 г * (1 моль / 158 г) = 0,0215 моль
- Как видно в приведенном примере выше, граммы сокращаются и остаются только моли.
-
5
Разделите количество молей на количество литров. Теперь, когда у вас есть количество молей, вы можете разделить это значение на количество литров раствора для того, чтобы найти молярность.
- Пример: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора = 0,0215 моль / 5,2 л = 0,04134615
-
6
Запишите полученный ответ. Следует округлить число до такого количества знаков после запятой, которого требует от вас ваш преподаватель. Обычно это два или три знака. Кроме того, когда вы записываете ответ, сокращайте «молярность» буквой «M» и указывайте растворенное вещество.
- Пример: 0,004 M KMnO4
Реклама
-
1
Запомните основную формулу. Чтобы найти молярность, нужно вычислить количество молей растворенного вещества в литре раствора. Миллилитры использовать нельзя. Общая формула, используемая для выражения молярности, имеет следующий вид: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора.[7]
- Пример: какова молярность раствора, содержащего 1,2 моля CaCl2 в 2905 миллилитрах?
-
2
Проанализируйте задачу. Для вычисления молярности нужно знать количество молей и количество литров. Если объем дан в миллилитрах, а не в литрах, тогда вам придется перевести объем в литры, прежде чем продолжить расчет.
- Пример:
- Моли = 1,2 моль CaCl2
- Объем = 2905 мл
- Пример:
-
3
Переведите миллилитры в литры.[8]
Найдите количество литров, разделив количество миллилитров на 1000, так как в 1 литре содержится 1000 миллилитров. Обратите внимание, что вы также можете переместить запятую на три знака влево.- Пример: 2905 мл * (1 л / 1000 мл) = 2,905 л
-
4
Разделите количество молей на количество литров. Теперь, когда у вас есть количество литров, вы можете разделить количество молей растворенного вещества на это значение, чтобы получить молярность раствора.
- Пример: молярность = моли растворенного вещества / литры раствора = 1,2 моль CaCl2 / 2,905 л = 0,413080895
-
5
Запишите ответ. Округлите ответ в соответствии с требованиями вашего преподавателя (обычно до второго или третьего знака). Когда вы записываете ответ, сокращайте «молярность» буквой «M» и указывайте растворенное вещество.
- Пример: 0,413 M CaCl2
Реклама
-
1
Найдите молярность раствора, полученного растворением 5,2 г NaCl в 800 мл воды. Определите значения, данные в задаче: масса в граммах и объем в миллилитрах.
-
- Масса = 5,2 г NaCl
- Объем = 800 мл воды
-
-
2
Найдите молярную массу NaCl. Для этого сложите молярную массу натрия, Na, и хлора,Cl.
- Молярная масса Na = 22,99 г
- Молярная масса Cl = 35,45 г
- Молярная масса NaCl = 22,99 + 35,45 =58,44 г
-
3
Умножьте массу растворенного вещества на коэффициент пересчета его молярной массы. В данном примере молярная масса NaCl равна 58,44 г, соответственно, коэффициент пересчета будет равен 1 моль / 58,44 грамм.
- Моли NaCl = 5,2 г NaCl * (1 моль / 58,44 г) = 0,08898 моль = 0,9 моль
-
4
Разделите 800 мл воды на 1000. Поскольку в литре содержится 1000 мл, то, чтобы найти количество литров, вам нужно будет разделить количество миллилитров в этой задаче на 1000.
- Это действие также можно рассмотреть как умножение 800 мл на коэффициент пересчета 1 л / 1000 мл.
- Для ускорения процесса вы можете просто переместить десятичную запятую на три знака влево, ничего не перемножая и не деля.
- Объем = 800 л * (1 л / 1000 мл) = 800 мл / 1000 мл = 0,8 л
-
5
Разделите количество молей растворенного вещества на количество литров раствора. Чтобы найти молярность, вам необходимо разделить 0,09 моль, количество молей растворенного NaCl, на объем растворенного вещества в литрах.
- молярность = моли растворенного вещества / литры раствора = 0,09 моль / 0,8 л =0,01125 моль/л.
-
6
Приведите ответ в порядок. Округлите полученный ответ до двух или трех знаков после запятой и сократите молярность буквой «M».
- Ответ: 0,11 M NaCl
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 112 031 раз.
Была ли эта статья полезной?
How Much Does 1 Mole of Water Weigh?
GIPhotoStock / Getty Images
Updated on November 12, 2019
How much is a mole of water? A mole is a unit of measuring the quantity of anything. It is simple to calculate the weight and volume of a mole of water.
Quick Mole Review
A single mole is set to the number of particles found in 12.000 grams of carbon-12. This number is 6.022 x 1023 carbon atoms. The number 6.022 x 1023 is known as Avogadro’s Number.
- A mole of carbon-12 atoms has 6.022 x 1023 carbon-12 atoms. A mole of apples has 6.022 x 1023 apples.
- A mole of water has 6.022 x 1023 water molecules.
Mass of 1 Mole of Water
How much water is that to most people?
- Water (H2O) is made from 2 atoms of hydrogen and 1 atom of oxygen. A mole of water molecules would be 2 moles of hydrogen atoms plus 1 mole of oxygen atoms.
- From the periodic table we see the atomic weight of hydrogen is 1.0079 and the atomic weight of oxygen is 15.9994.
- Atomic mass is the number of grams per mole of the element. This means 1 mole of hydrogen weighs 1.0079 grams and 1 mole of oxygen weighs 15.9994 grams.
Therefore, water would weigh:
- weight of water = 2(1.0079) g + 15.9994 g
- weight of water = 2.0158 g + 15.9994 g
- weight of water = 18.0152 g
Therefore, one mole of water weighs 18.0152 grams.
Unless you have a good sense of mass, this value probably doesn’t have much meaning to you. It’s easier to grasp how much water is in a mole if you find the volume of this amount of mass. Fortunately, this is another simple calculation.
Volume of 1 Mole of Water
To find out the volume of water in one mole, you need to know the density of water. The density of water varies depending on temperature and pressure but can usually be taken as 1 gram per milliliter.
Density is the amount of mass per unit volume or:
- Density = Mass/Volume
This equation can be rewritten to solve for volume:
- Volume = Mass/Density
Plugging in the mass of 1 mole of water and its density gives you:
- Volume = 18 grams / 1 gram/mL
- Volume = 18 mL
Therefore: 18 mL holds a mole of water.
How much is 18 mL? It’s not a lot! To put it in perspective, it’s common to buy beverages in 1-liter volumes. 1 liter is 1000 milliliters.
Как найти количество моль
В химических процессах участвуют мельчайшие частицы вещества – атомы, молекулы, ионы, электроны. Число таких частиц даже в очень малом количестве исследуемого образца чрезвычайно велико. Для того чтобы избежать математических расчетов с огромными числами, была введена специальная единица – моль.
Вам понадобится
- — таблица Менделеева.
Инструкция
Моль – это количество вещества, содержащее в себе определенное число частиц (атомов, ионов, молекул), равное постоянной Авогадро. Na = 6,02 Х 10 в 23 степени. Сама же постоянная Авогадро определяется, как количество атомов, содержащееся в двенадцати граммах углерода.
Исходя из этого, можно рассчитать, какое количество молей содержится в веществе, если вам известно количество атомов или молекул в нем. Данное значение необходимо разделить на число Авогадро. К примеру, если в исследуемом образце имеется 12,04 х 10 в 23 степени молекул, то количество молей будет 2. Обозначается количество моль как n.
Молярная масса вещества (М) – это масса, которую имеет один моль этого вещества. Получить эти данные можно, пользуясь таблицей Менделеева. Для этого необходимо сложить молярные массы каждого элемента, учитывая при этом имеющиеся коэффициенты. К примеру, для метана CH4 молярная масса М будет равна 12 + 4 х 1 = 16. Измеряется данная величина в грамма, деленных на моль.
Для того чтобы рассчитать моль, необходимо помимо молярной массы знать и массу исследуемого образца. Дальнейшие расчеты ведутся по формуле n = m/M, где m – масса вещества.
Если вы знаете концентрацию и объем раствора, можно найти количество моль вещества, исходя из этих данных. Для этого вам необходимо перемножить объем и концентрацию. Формула выглядит следующим образом: n = c x V.
Если вы хотите высчитать количество молей, содержащихся в газе при нормальных условиях (давлении, равном 101 325 Па, и температуре 273 К), вам необходимо знать лишь объем газа. Формула в данном случае выглядит так: n = V/Vm. Vm – это молярный объем идеального газа, постоянная величина при нормальных условиях. Равен молярный объем 22,4 литра/моль. Также зачастую он измеряется в кубических дециметрах, деленных на моль.
Источники:
- 10 в 23 степени
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.