Как найти соотношение количества вещества

Количество вещества

Несколько столетий тому назад алхимики, готовясь к различным опытам и после их проведения, нередко взвешивали вещества, определяли их объемы. После открытия М. В. Ломоносовым и А. Л. Лавуазье закона сохранения массы веществ при химических реакциях химия начала быстро развиваться, обретая статус точной науки. Расчеты стали неотъемлемой частью химических исследований.

Вы уже знаете, что вещества могут иметь молекулярное, атомное или ионное строение. Превращение одних веществ в другие происходит в результате соединения атомов в молекулы, распада молекул на атомы, перегруппировки атомов или ионов.

Комментируя реакцию горения углерода

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

вы скажете, что каждый атом Карбона взаимодействует с молекулой кислорода с образованием молекулы углекислого газа, два атома Карбона взаимодействуют с двумя молекулами кислорода, образуя две молекулы углекислого газа, и т. д.

Чтобы подготовить какой-либо химический опыт, не имеет смысла пересчитывать атомы, молекулы. Да это и невозможно сделать. Химики используют физическую величину, которая определяется количеством частиц вещества в определенной его порции. Название этой величины — количество вещества. Ее обозначают латинской буквой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Единицей измерения количества вещества является моль*.

Ученые установили, что 1 моль любого вещества содержит 602 ООО ООО ООО ООО ООО ООО ООО его формульных единиц (атомов, молекул, совокупностей ионов). Это число можно записать как Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (21 — количество нулей в первой записи), или Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

1 моль — это порция вещества, которая содержит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами его формульных единиц.

Так, 1 моль углерода (вещество атомного строения) содержит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Карбона, 1 моль кислорода (вещество молекулярного строения) — 6Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами а 1 моль поваренной соли Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами(вещество ионного строения) — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами пар ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами , т. е. Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами .

* Термин происходит от латинского слова moles — бесконечное

Понятие «количество вещества» используют не только по отношению к веществам, но и по отношению к частицам — атомам, молекулам, ионам. Например, выражение «1 моль ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами » означает Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами ».

Число Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами было выбрано не случайно. Ученые определили, что столько атомов содержится в 12г углерода — массе этого простого вещества в граммах, которая численно равна относительной атомной массе соответствующего элемента (Карбона). Отсюда — такое определение единицы измерения количества вещества:

1 моль — это порция вещества, которая содержит столько формульных единиц, сколько атомов Карбона содержится в 12 г углерода.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Представление о порциях различных веществ в 1 моль можно получить из рисунка 1.

Число Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами назвали числом Авогадро в честь итальянского ученого А. Авогадро.

Число Авогадро в миллиарды раз превышает количество волос на головах, в усах, бородах всех живущих на Земле людей. Если покрыть земную поверхность таким количеством (Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами) теннисных мячей, то толщина «покрытия» будет составлять приблизительно 100 км. Если же разместить Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Гидрогена, наименьших среди всех атомов, вплотную друг к другу в линию, то ее длина составит приблизительно Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами км. Нитью такой длины можно обмотать земной шар по экватору более чем 1 500 ООО раз (рис. 2).

Амедео Авогадро (1776—1856) 

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Выдающийся итальянский физик и химик. Выдвинул гипотезу о молекулярном строении веществ, в частности газов. Открыл один из законов для газов (1811 год), позже названный его именем. Уточнил атомные массы некоторых элементов, определил состав молекул воды, аммиака, углекислого и угарного газов, метана, сероводорода и др. Разработал экспериментальные методы определения молекулярных масс газообразных веществ.
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

                                               Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Числу Авогадро отвечает постоянная Авогадро. Ее обозначение — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами а размерность вытекает из такого выражения:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Если порция вещества содержит N частиц (формульных единиц), то можно вывести формулу для вычисления соответствующего количества вещества n:

в 1 моль вещества содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами частиц,
в n моль вещества — N частиц;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Слово «моль» не склоняется, если перед ним есть число, но склоняется, если числа нет.

Примеры словосочетаний: взято 5 моль железа, определение моля.

Решение задач. Решим несколько задач, в которых используется величина «количество вещества».

ЗАДАЧА 1. В каком количестве вещества содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Алюминия?

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Воспользуемся формулой, которая отображает связь между количеством вещества и числом частиц (атомов):

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

В 1 моль какого-либо молекулярного вещества всегда содержится больше чем 1 моль атомов (1 моль элемента). Например, в 1 моль кислорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — 2 моль атомов Оксигена (2 моль элемента Оксигена); в 1 моль метана Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — 1 моль атомов Карбона и 4 моль атомов Гидрогена (1 моль Карбона и 4 моль Гидрогена).

Количества вещества ионов в ионном соединении вычисляют аналогично.

ЗАДАЧА 2. Рассчитать количества вещества ионов в феррум (Ш) оксиде Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами взятом количеством вещества 4 моль.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

Формульная единица оксида Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами содержит 2 иона Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 3 иона Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Поэтому 1 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами состоит из 2 моль ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 3 моль ионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

В 4 моль этого соединения количества вещества ионов в четыре раза больше:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

По формуле соединения можно определить соотношение в нем количеств вещества атомов (элементов), ионов. Например, в метане Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

а в феррум(Ш) оксиде Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вернемся к химической реакции Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами рассмотренной в начале параграфа. Если вести речь о большом количестве частиц, которые взаимодействуют и образуются, то каждые Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Карбона (1 моль) реагируют с Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (1 моль) с образованием Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (1 моль). Записав химическое уравнение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

видим, что количества вещества соответствуют коэффициентам. Это справедливо для любой реакции. Приведем еще один пример: 

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ВЫВОДЫ. Количество вещества в химии определяют числом его частиц. Единица измерения количества вещества — моль. 1 моль содержит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами формульных единиц вещества — атомов, молекул, совокупностей ионов. Число Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами называют числом Авогадро.

Это интересно. Количество вещества используют для характеристики состава растворов в научных исследованиях.
 

Молярная масса

Важной величиной, которая связана с количеством вещества, является молярная масса. Ее используют во многих вычислениях — при подготовке к химическому эксперименту, внедрении технологических процессов на заводах, для обработки результатов исследования химических реакций.

Молярная масса — это масса 1 моль вещества.

Молярную массу обозначают латинской буквой М. Ее размерность — г/моль.

Молярная масса численно равна относительной атомной, молекулярной или формульной массе.

Для того чтобы записать молярную массу какого-либо вещества, достаточно указать значение соответствующей относительной атомной, молекулярной или формульной массы и добавить размерность — г/моль. Относительные атомные массы элементов представлены в периодической системе Д. И. Менделеева, а относительные молекулярные и формульные массы веществ вы научились вычислять в 7 классе.

Примеры записи молярных масс простых и сложных веществ:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

(расчет относительной молекулярной массы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

(расчет относительной формульной массы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку понятие «моль» используют не только по отношению к веществам, но и по отношению к частицам (атомам, молекулам, ионам), то и для них существуют молярные массы. Учитывая, что масса 1 моль атомов Гидрогена составляет 1 г, а 1 моль ионовКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами — 96 г, запишем молярные массы этих частиц:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Выведем формулу, которая описывает взаимосвязь между массой, количеством вещества и молярной массой. Если, например, 1 моль атомов Гидрогена имеет массу 1 г, то n моль этих атомов — массу, которая в n раз больше, т. е. n г. Запишем соответствующее математическое выражение:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Общая формула для вычисления массы атомов, ионов, веществ по количеству вещества:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Отсюда

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итак, молярная масса — это отношение массы к количеству вещества.

Решение задач. Рассмотрим два способа решения задач, которые предполагают использование молярной массы. Один из них предусматривает составление пропорции, а другой — вычисления по приведенным выше формулам.

ЗАДАЧА 1. Рассчитать количество вещества метана Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами если масса соединения составляет 6,4 г.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1-й способ

1. Вычисляем молярную массу соединения: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Находим количество вещества метана, составив пропорцию:

1 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами имеет массу 16 г,

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами —  6,4 г;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

Воспользуемся одной из формул, приведенных в параграфе:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ЗАДАЧА 2. Какая масса железа отвечает количеству вещества 1,5 моль?
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1-й способ

Железо — простое вещество, состоящее из атомов элемента Феррума.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Рассчитываем массу железа с помощью пропорции:

1 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами имеет массу 56 г,

1,5 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами г;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

Воспользуемся формулой, приведенной в параграфе:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ЗАДАЧА 3. Вычислить массу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Натрия.
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1-й способ

Поскольку Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами = 23 г/моль, то 1 моль атомов Натрия имеет массу 23 г. Учитывая, что 1 моль элемента — это Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов, составляем пропорцию и решаем ее:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Na имеют массу 23 г,

                Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атомов Na  — х г;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

1. Рассчитываем количество вещества Натрия:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычисляем массу атомов Натрия:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ВЫВОДЫ. Молярная масса — это масса 1 моль вещества. Она численно равна относительной атомной, молекулярной или формульной массе. Молярная масса является отношением массы к количеству вещества.

Молярный объем

Порцию вещества можно охарактеризовать не только ее массой, но и объемом. Поэтому не случайно, что, кроме молярной массы, существует другая физическая величина — молярный, объем.

Молярным объемом называют объем 1 моль вещества.

Обозначение молярного объема — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами а единицы измерения — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Из курса физики 7 класса вам известна формула, в которую входят масса вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами его плотность Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и объем Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Аналогичная связь существует между молярной массой и молярным объемом:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Из этой формулы получаем другую:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

По ней можно вычислять молярный объем любого вещества. Для этого нужно рассчитать молярную массу вещества и найти в справочнике его плотность.

Для каждого твердого и жидкого вещества существует свой молярный объем (например, для алюминия, поваренной соли, воды и спирта — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами соответственно). Молярный объем, как и плотность таких веществ, почти не зависит от температуры и давления.

Газы при нагревании или понижении давления заметно расширяются, а при охлаждении или повышении давления сжимаются. Это происходит потому, что расстояния между молекулами в газах очень большие (в отличие от твердых и жидких веществ, где частицы соприкасаются друг с другом).

При изменении условий изменяются также плотность газа и его молярный объем. Поэтому, приводя значения этих физических величин, обязательно указывают соответствующие температуру и давление.

Нормальные условия (н. у.) = О °С; 101,3 кПа

Для газов при н. у. Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ученые установили, что молярный объем различных газов при одинаковых условиях один и тот же. В частности, при температуре О °С и давлении 101,3 кПа (или 760 мм рт. ст.) он составляет 22,4 л/моль. Приведенные условия называют нормальными (сокращенно — н. у.).

1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л.

Описывая физические свойства вещества, указывают его агрегатное состояние при обычных условиях. В этом случае речь идет об условиях, которые чаще всего существуют в помещении, где изучают или используют вещество. Это — температура приблизительно +20 °С и давление приблизительно 760 мм рт. ст.

Связь между объемом Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами количеством вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и молярным объемом Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами описывает такая формула (попробуйте вывести ее самостоятельно):

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Из нее можно получить две другие:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итак, молярный объем — это отношение объема к количеству вещества.

Закон Авогадро

Вы уже знаете, что 1 моль водорода, кислорода или углекислого газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 л и содержит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул. Гипотезу об одинаковом количестве молекул в равных объемах различных газов, которая базировалась на результатах исследований реакций между газами, высказал еще в начале 

XIX ст. А. Авогадро. Получив впоследствии экспериментальное подтверждение и теоретическое обоснование, эта гипотеза стала законом.

Закон Авогадро формулируют так:
в равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул*.

Приводим важное следствие закона Авогадро:
в равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержатся одинаковые количества вещества.

* — Для инертных газов — одинаковое число атомов.

Изложенный материал обобщает рисунок 3.Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение задач. Рассмотрим несколько задач, при решении которых используют молярный объем газа.

ЗАДАЧА 1. Вычислить объем 0,4 г водорода при нормальных условиях.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

1-й способ

1. Находим количество вещества водорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычисляем объем водорода составлением пропорции:

1 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами занимает при н. у. объем 22,4 л, 0,2 моль Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами —  х л;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

1. Находим количество вещества водорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычисляем объем водорода по соответствующей формуле:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ЗАДАЧА 2. Вычислить количество молекул в 1 л кислорода при нормальных условиях.
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1-й способ

Вычисляем количество молекул кислорода в 1 л газа при нормальных условиях:

в 22,4 л кислорода содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул,
в 1 л кислорода — х молекул;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

Вычисляем количество молекул кислорода в 1 л газа при нормальных условиях. Для этого из формулы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами получаем: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Осуществляем расчет:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Эту задачу можно решить еще одним способом. По соответствующим формулам сначала вычисляют количество вещества кислорода, а затем — количество молекул.

ЗАДАЧА 3. Рассчитать плотность угарного газа СО при нормальных условиях.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

1-й способ

1. Находим молярную массу угарного газа:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычисляем плотность газа при нормальных условиях:

1 моль угарного газа, т. е.

28 г СО занимает при н. у. объем 22,4 л,
х г СО — 1л;

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2-й способ

1. Находим молярную массу угарного газа:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Рассчитываем плотность угарного газа при нормальных условиях, преобразовав формулу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (с. 17) в другую:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ВЫВОДЫ

Молярный объем — объем 1 моль вещества. Эта физическая величина является отношением объема к количеству вещества.

Молярные объемы твердых и жидких веществ разные, а газов (при одних и тех же температуре и давлении) — одинаковы. При нормальных условиях (температуре О°С и давлении 101,3 кПа, или 760 мм рт. ст.) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л.

В равных объемах различных газов при одинаковых температуре и давлении содержится одинаковое число молекул (закон Авогадро).

Соотношение объемов газов в химических реакциях

Согласно закону Авогадро, равные объемы газов содержат одинаковое число молекул (при одинаковых условиях). Если каждая молекула одного газа реагирует с одной молекулой другого, например, во время реакции

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

то должны взаимодействовать одинаковые объемы веществ, скажем, Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами В реакции

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

на один объем кислорода должны приходиться два объема реагирующего с ним водорода. Только при таком условии число молекул водорода будет вдвое превышать число молекул кислорода, как того «требует» химическое уравнение.

Обобщением этих выводов является закон объемных соотношений газов, который открыл французский ученый Ж. Гей-Люссак в 1808 г.: объемы газов, которые вступают в реакцию и образуются в результате реакции, соотносятся как небольшие целые числа.

Со временем ученые установили, что эти числа являются соответствующими коэффициентами в химических уравнениях.

Итак, для газов в реакциях (1) и (2)

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Использование закона Гей Люссака дает возможность химику или инженеру-технологу определить, какие объемы газов нужно взять для осуществления реакции. Отобрать определенный объем газа значительно легче, чем взвесить его необходимую массу.

Относительная плотность газа

В равных объемах различных газов содержится одно и то же число молекул*. Поскольку молекулы различных веществ обычно имеют разную массу, то массы одинаковых объемов газов, как правило, разные. Например, масса 1 Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами кислорода составляет 0,00143 г, а масса такого же объема водорода — 0,0000893 г. Значит, кислород тяжелее водорода (рис. 4). А во сколько раз? Разделим массу 1 Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами кислорода на массу 1 Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами водорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

* — При одних и тех же условиях.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Число 16 называют относительной плотностью кислорода по водороду. Ее обозначают буквой D и записывают так:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Относительная плотность газа по другому газу — это отношение массы определенного объема газа к массе такого же объема другого газа (при одинаковых температуре и давлении).

Масса 1 Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вещества численно равна его плотности. Плотности кислорода и водорода (при нормальных условиях) таковы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Узнать, во сколько раз кислород тяжелее водорода, можно, разделив плотность кислорода на плотность водорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Эта формула объясняет, почему физическую величину, о которой идет речь в параграфе, называют относительной плотностью.

Относительная плотность, как и относительная атомная (молекулярная, формульная) масса, не имеет размерности.

Если взять по 22,4 л кислорода и водорода при нормальных условиях, то массы веществ (в граммах) будут численно равны их молярным массам или относительным молекулярным массам. Отсюда — такие варианты вычисления относительной плотности кислорода по водороду:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Преобразуем все приведенные выше формулы на общие. Более тяжелый газ обозначим буквой В, более легкий — буквой А, а относительную плотность первого газа по второму — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Запомните: соотноы1ение масс газов можно использовать для вычисления относительной плотности лишь при условии, что Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Газы часто сравнивают с воздухом. Хотя воздух является смесью газов, его можно условно считать газом с относительной молекулярной массой 29. Это число называют средней относительной молекулярной массой воздуха. Оно находится в промежутке между числами 32 и 28 — относительными молекулярными массами кислорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и азота Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами главных компонентов воздуха. (Эти два газа занимают почти 99 % его объема.)

Установить, легче или тяжелее воздуха определенный газ, очень просто. Достаточно заполнить им резиновый шарик и отпустить его (рис. 5, 6).

Формулы для расчета относительной плотности газа В по воздуху имеют такой вид:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Это интересно. Самый легкий среди газов — водород Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами а самый тяжелый — радон Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение задач. Покажем, как решают задачи с использованием изложенного в параграфе материала.

ЗАДАЧА 1. Рассчитать относительную плотность углекислого газа по водороду и по воздуху.
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

Находим относительную плотность углекислого газа по водороду и по воздуху.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ:  Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

В соответствии с полученным результатом углекислый газ в 1,52 раза тяжелее воздуха. Очевидно, что воздух во столько же раз легче углекислого газа.

Если для неизвестного газа В определена его относительная плотность по газу А, то можно вычислить молярную или относительную молекулярную массы газа В по формулам, которые являются производными от приведенных выше:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ЗАДАЧА 2. Относительная плотность газа X (соединение Сульфура) по водороду равна 17. Вычислить молярную массу газа Х и найти формулу соединения.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

1. Вычисляем молярную массу газа X по одной из формул, приведенных в параграфе:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Находим формулу соединения. Поскольку Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами то в молекуле соединения X содержится один атом Сульфура. (Если бы атомов этого элемента было два или больше, то молярная масса соединения превышала бы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами) На второй элемент в молярной массе соединения приходится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Очевидно, что этим элементом является Гидроген; его атомов в молекуле соединения — два. Формула соединения — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами формула соединения — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

ВЫВОДЫ

Относительная плотность газа по другому газу — это отношение массы определенного объема газа к массе такого же объема другого газа (при одинаковых температуре и давлении). Значение относительной плотности газа показывает, во сколько раз он тяжелее другого газа.

В качестве газа сравнения часто служит воздух. Он ведет себя как газ с относительной молекулярной массой 29.

По относительной плотности газа можно вычислить его молярную массу.
 

О средней относительной молекулярной массе воздуха.

Почему средняя относительная молекулярная масса воздуха равна 29, а не 30 — среднему арифметическому относительных молекулярных масс кислорода (32) и азота (28)? Потому что в воз духе содержится неодинаковое количество этих газов: кислорода — 21% по объему, азота — 78%.

Вычислим среднюю молярную массу воздуха (она численно равна средней относительной молекулярной массе).

Предположим, что воздух состоит только из кислорода и азота. Тогда средняя молярная масса воздуха будет равна массе 1 моль смеси газов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количества вещества газов пропорциональны их объемам или объемным долям Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Взяв приближенные значения объемных долей газов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами в воздухе (0,2 и 0,8 соответственно), вычислим количество вещества каждого газа в 1 моль смеси:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Найдем массу 1 моль воздуха, т. е. 1 моль смеси газов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Таким образом, Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества

После повторения изученных начальных химических понятий для вас начинается новый этап познания химии. Это — количественные отношения веществ в химических реакциях, связь химических знаний с математическими.

Вы уже знаете, что существуют вещества молекулярного и немолекулярного строения, а их составными частицами могут быть атомы, молекулы, ионы. Абсолютные размеры этих структурных частиц очень малы, тогда как их количественные соотношения в химических уравнениях выражаются небольшими целыми числами, которые равны коэффициентам.

Рассмотрим взаимодействие вещества немолекулярного строения — углерода с веществом молекулярного строения — кислородом:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Как видно из уравнения реакции, 1 атом простого вещества углерода взаимодействует с 1 молекулой простого вещества кислорода и образуется 1 молекула сложного вещества оксида углерода(1У), или углекислого газа. Но для проведения этой реакции никогда не считают атомы углерода и молекулы кислорода, а оперируют такими величинами, как масса углерода и масса или обт/ем кислорода. Как в таких случаях не ошибиться и взять столько каждого из веществ, чтобы их было достаточно для проведения реакции и получения продукта реакции необходимой массы или объема?

Вам известны такие физические величины — время, масса, длина, объем, плотность, температура. С ними в повседневной жизни приходится довольно часто сталкиваться. Однако это не весь перечень характеристик, по которым сравнивают и отличают тела, вещества, явления.

Порция воды объемом 18 мл (приблизительно одна столовая ложка) при комнатной температуре имеет массу 18 г, поскольку плотность воды составляет 1 г/мл. Это привычные для вас числа. А вот приходилось ли вам иметь дело с таким удивительно огромным числом, как 602 000 000 000 000 000 000 000? Именно столько молекул содержится в порции воды объемом 18 мл! Согласитесь, не так уж и удобно отсчитывать число молекул воды (или число любых структурных частиц других веществ) в определенной ее порции, ведь счетчики атомов или молекул еще не сконструированы. Во избежание этих неудобств и была введена физическая величина количество вещества.

Количество вещества — это физическая величина, которая характеризуется числом структурных частиц вещества в определенной ее порции.

Количество вещества обозначают буквой греческого алфавита Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (читается *ню»).

В каких случаях используют эту физическую величину? Прежде всего, когда нужно количественно охарактеризовать реагенты или продукты реакции.

Для каждой физической единицы существует эталон, сравнивая с которым проводят измерения, и способы или приборы для измерений. Вводя ту или иную физическую величину, сразу предлагают и единицы ее измерения. Например, для измерения массы введен кг и производные от него — мг, г, т; для измерения длины — м (мм, см, км). Так, вы можете легко измерить длину медной проволоки или определить массу пакета поваренной соли и не допустить при этом ошибки.

А с чем сравнивать порцию вещества, определяя количество вещества в ней? В каких единицах измеряют эту физическую величину? Существует ли ее эталон?

За единицу измерения количества вещества принят моль. Если единицы большинства физических величин введены в оборот давно, то единицу количества вещества моль ввели лишь в 1971 году. В переводе «моль» означает множественное число.

Моль — это количество вещества, которое содержит столько структурных частиц (атомов, молекул и т. п.) этого вещества, сколько атомов содержится в 12 г более легкой разновидности атома углерода.

 Вспомните: изучая в 7 классе атомную единицу массы, вы узнали, что в природе преобладает более легкая разновидность атомов углерода, в ядрах которого есть по 6 протонов и нейтронов. В то же время более тяжелая разновидность углерода представлена атомами, ядра которых состоят из 6 протонов и 7 нейтронов, и в природе их мало.

Из чего состоит 1 моль вещества. Как показали расчеты, 12 г более легкой разновидности атомов углерода содержат 602 204 500 000 000 000 000 000 атомов. С введением физической величины количество вещества было принято, что это число показывает, сколько структурных частиц вещества содержится в одном моле любого вещества. В честь итальянского ученого Амедео Авогадро его назвали числом Авогадро (обозначается Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Для практических расчетов достаточно брать приближенное значение 602 000 000 000 000 000 000 000. Это число трудно прочесть, а еще труднее представить, как оно велико. Так, если всю воду гидросферы нашей планеты измерять стаканами вместимостью 200 мл, то получим число, которое будет лишь миллиардной долей числа Авогадро Это сравнение иллюстрирует, насколько велико число Авогадро и насколько малы размеры структурных частиц веществ.

Это — универсальное число, которое указывает на количество структурных частиц в одном моле вещества, независимо от его агрегатного состояния. Число Авогадро Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — одна из важнейших постоянных величин в естественных науках.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Единица измерения количества вещества моль обозначается так: 1 моль воды, 2 моль сахара, 5 моль углекислого газа и т. п. Обратите внимание, что окончание не изменяется, если слово «моль» пишется после цифры. Если же запись сделана без цифры, то окончание изменяется согласно падежу. Например: «Сколько молей кислорода выделится, если разложить 4 моль перманганата калия?»; «В одном моле воды содержится число Авогадро молекул».

Поупражняемся в применении числа Авогадро относительно конкретных структурных частиц разных веществ — атомов, молекул и др.

Пример 1. Графит Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — вещество атомного строения. Следовательно один моль этого вещества состоит из 602 000 000 000 000 000 000 000 атомов углерода.

Пример 2. Вода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — вещество молекулярного строения. Следовательно один моль этого вещества состоит из 602 000 000 000 000 000 000 000 молекул Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Пример 3. Хлорид натрия Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — вещество ионного строения. Каковы его структурные частицы? Сколько таких частиц в 1 моль этого вещества?

В 7 классе вы записывали химическую формулу поваренной соли, или хлорида натрия Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и объясняли, что атомы натрия и атомы хлора, превращаясь в катионы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и анионы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами соединяются в соотношении Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Относительно хлорида натрия число Авогадро означает число формульных единиц вещества в 1 моль этого вещества.

Формульная единица вещества — это совокупность его частиц, которая отображена химической формулой.

Для веществ, структурными частицами которых являются атомы, формульная единица вещества — атом. Для веществ, структурными частицами которых являются молекулы, формульная единица — молекула. А для веществ, структурными частицами которых являются ионы, формульная единица — совокупность ионов, которая отображена в химической формуле вещества. Например, в поваренной соли Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами такая совокупность представлена одним катионом натрия и одним анионом хлора, в хлориде кальция Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — одним катионом кальция и двумя анионами хлора.

Поэтому правильно говорить, что в 1 моль хлорида натрия насчитывается 1 моль катионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 1 моль анионов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Тогда как в 1 моль хлорида кальция — 1 моль катионов кальция Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 2 моль анионов хлора Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вы уже умеете оперировать такими физическими величинами, как масса и объем веществ и тел. Умеете пользоваться и приборами для их измерения. Для измерения же количества вещества приборов не существует (рис. 1).

Как же тогда отмерить, например, порцию воды количеством вещества 2 моль? Чтобы получить ответ на этот вопрос, необходимо выяснить сущность понятия «молярная масса».
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итоги:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Амедео Авогадро (1776—1856 гг.) — итальянский химик и физик, первым стал систематически исследовать количественный и качественный состав веществ на основе соотношения объемов газообразных веществ, из которых они образованы. Ему принадлежат правильные записи формул: воды Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вместо Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами углекислого газа Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вместо Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами угарного газа Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вместо Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и др.

В 1811 г. Авогадро открыл закон, который до сих пор является общепризнанным: в одинаковых объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Закон носит имя своего первооткрывателя.

Ученый первым предсказал, что молекулы водорода, кислорода, азота двухатомны. В его честь число формульных единиц, которое содержится в 1 моль вещества, назвали числом Авогадро.

Один из минералов металлического элемента цезия (в периодической системе находится в ячейке под номером 55) — авогадрит также назван в честь ученого.

Молярная масса

Понятие молярная масса введено для определения соотношения количества вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и массы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами которые характеризуют порцию вещества.

Молярная масса Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — это отношение массы некоторой порции вещества к количеству вещества в этой порции.

Молярную массу вычисляют по формуле: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

То есть, молярная масса — это величина, которая характеризует конкретное вещество и измеряется в килограммах на моль (кг/моль) или в граммах на моль (г/моль). Следует отметить, что в химии преимущественно используют единицу г/моль.

Если взять порции различных веществ, массы которых численно равны их относительным молекулярным массам, например 12 г углерода (С), 18 г воды Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами 58,5 г хлорида натрия Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и массу каждой порции разделить на абсолютную массу в граммах структурной частицы вещества, то частное от деления составит 602 000 000 000 000 000 000 000 то есть будет равно числу Авогадро.

Таким образом, несмотря на разную относительную молекулярную массу веществ Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами в их порциях, массы которых численно равны относительным молекулярным массам этих веществ, содержится число Авогадро структурных частиц.

Масса одного моля любого вещества численно равна его относительной молекулярной массе и содержит число Авогадро структурных частиц (формульных единиц) вещества.

Для определения молярной массы вещества нет необходимости каждый раз делить массу порции вещества на количество вещества в ней. Достаточно вычислить ее относительную молекулярную массу и найденное число выразить в единицах молярной массы, то есть в г/моль.

Пример 1. Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Таким образом, один моль углекислого газа — вещества молекулярного строения — имеет массу 44 г и содержит число Авогадро молекул.

Пример 2. Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Таким образом, один моль оксида меди Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — вещества немолекулярного строения — имеет массу 80 г и также содержит число Авогадро формульных единиц вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Зная массу порции любого вещества и количество вещества в ней, по формуле Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вычисляют молярную массу вещества.

Пример 3. Вычислить молярную массу бинарного соединения серы с кислородом, если в порции массой 32 г количество вещества равно 0,5 моль.

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: молярная масса соединения равна Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Производные формулы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Формула Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами дает возможность определять количество вещества, если известны масса порции вещества и молярная масса этого вещества.

Пример 4. Определить количество вещества в порции оксида алюминия Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами массой 20,4 г.
Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

 Решение:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: количество вещества в порции оксида алюминия массой 20,4 г составляет 0,2 моль.

Формула Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами дает возможность вычислять массу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами порции вещества, если известны молярная масса вещества и количество вещества в порции.

Пример 5. Определить массу порции оксида серыКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами количеством вещества 4 моль.

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: масса порции оксида серыКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами количеством вещества 4 моль равна 320 г.

Как вычислить число структурных частиц вещества. Вам известно, что формулы многих веществ содержат индексы. Это дает возможность, характеризуя количественный состав вещества, отмечать число структурных частиц в формульной единице вещества. Число структурных частиц вещества в одном моле вещества принято помечать Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (читается «эн»).

Пример 6. Вычислить, сколько атомов фосфора и сколько атомов кислорода содержится в одном моле оксида фосфораКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Анализируя химическую формулу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами видим, что одна формульная единица вещества состоит из 2 атомов фосфора и 5 атомов кислорода. Поэтому в 1 моль этого вещества содержится 2 моль атомов фосфора и 5 моль атомов кислорода. А поскольку 1 моль вещества содержит число Авогадро структурных частиц, то можно записать:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

И снова имеем дело с большими числами. На уроках математики вы также будете выполнять действия с очень большими или очень малыми числами. Для удобства их записывают в стандартном виде, то есть в виде Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и число Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами целое.

Такими числами удобно пользоваться для обозначения числа Авогадро. Вы легко убедитесь в том, что, умножив Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами в произведении будем иметь число Авогадро. Это же число можно выразить по-другому: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Как видим, у записи вместо множителя с 23-мя нулями значится множитель Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами В дальнейшем для удобства мы будем пользоваться записью числа Авогадро в виде Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итоги:

В примере мы ограничились найденным ответом 64 г/моль относительно молярной массы неизвестного вещества. Но вам, наверное, интересно знать, что это за бинарное соединение серы с кислородом? Для этого необходимо установить неизвестные индексы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами в формуле Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Рассуждаем так: если бы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами то относительная масса двух атомов серы в формульной единице вещества равнялась бы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Но такую же массу имеет вся формульная единица вещества, в которую также входит кислород. Поэтому делаем вывод о наличии в составе химической формулы одного {то есть Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами атома серы и продолжаем определять Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: формула бинарного соединения — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Молярный объем газов

Как известно, вещества могут находиться в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. Особенность газообразного состояния заключается в том, что между структурными частицами (молекулами) газов расстояния в тысячи раз большие, чем расстояния между структурными частицами жидкого, а тем более твердого вещества. Так, один моль воды при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении занимает объем 18 мл (приблизительно 1 столовая ложка). Объем 1 моль мелкокристаллического хлорида натрия втрое больше объема 1 моль воды, а объем 1 моль сахара — больше почти в 20 раз (рис. 2). А для одного моля азота при тех же условиях необходим сосуд приблизительно в 1240 раз вместительнее, чем столовая ложка.

Следовательно, объем одного моля газообразного вещества азота существенно отличается от объема одного моля жидкого или твердого вещества, в то время как разница объемов одного моля жидкости воды и твердого вещества хлорида натрия или сахара незначительная.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вычислим объем 1 моль азота и некоторых других газообразных веществ в литрах. Для этого воспользуемся такой физической характеристикой вещества, как плотность Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и формулой для ее определения:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку давление и температура существенно влияют на объем газообразных веществ, принято проводить определения при температуре Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и давлении 1 атм (101,3 кПа).

Температура Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и давление 101,3 кПа получили название нормальные условия.

Нормальные условия сокращенно обозначаются их первыми буквами с точкой после каждой в круглых скобках — (н.у.).

Вычисление объема 1 моль азота начнем с нахождения его относительной молекулярной массы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку молярная масса численно равна относительной молекулярной, то

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

При нормальных условиях плотность азота 1,25 г/л.

Подставляем значение молярной массы 28 г/моль и плотности азота 1,25 г/л в формулу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и находим молярный объем азота при нормальных условиях:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итак, 1 моль азота при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. Заметим, что при других условиях, он будет иметь и другие значения. Так, при Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (комнатной температуре) и давлении 101,3 кПа 1 моль азота занимает объем 24 л, а при температуре Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и при таком же давлении — 30,6 л.

Вычислим молярный объем кислорода при нормальных условиях, если его плотность равна Количество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерамиКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами или округленно 22,4 л.

Если бы мы вычисляли молярный объем других газообразных веществ при нормальных условиях, то получили бы значения, близкие к 22,4 л.

Одной из величин, которая характеризует 1 моль любого газообразного вещества при нормальных условиях, является молярный объем газов Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Следовательно, Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Из рисунка 3 видно, что 1 моль кислорода (а), 1 моль углекислого газа (б), 1 моль метана (в), 1 моль гелия (г), при нормальных условиях занимают одинаковый объем и содержат одинаковое число молекул.

Подумайте и сделайте вывод — одинаковую ли массу они при этом имеют.

Вы, очевидно, обращали внимание на то, что определяющей физической величиной для жидкостей является объем, тогда как для твердых веществ — масса. Это потому, что твердые вещества сохраняют свою форму, а жидкие — нет, они приобретают форму сосуда, в котором содержатся. В этом отношении газы похожи на жидкости, поскольку собственной формы у них также нет.

Рассмотрим примеры вычислений с использованием молярного объема газов.

Пример 1. Вычислить объем азота количеством вещества 0,5 моль при нормальных условиях.

Решение

Воспользуемся формулой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: объем азота количеством вещества 0,5 моль составляет 11,2 л.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Пример 2. Какому количеству вещества оксида углерода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами отвечает 112 л этого вещества (н.у.)?

Решение

Воспользуемся формулой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: количество вещества оксида углеродаКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами в порции объемом 112 л составляет 5 моль.

Итоги:

Теперь вы знаете, что количество вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами для газа можно вычислить, если известна масса или объем его порции. То есть, для одной и той же порции газообразного вещества существуют 2 формулы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Приравняем их правые части: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Отсюда можно определить массу порции вещества и ее объем, а также молярную массу вещества:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Все три формулы широко применяются в химической практике. Например, если в формулу 1 подставить значение объема известного вещества, то сразу вычислим массу порции этого вещества. Если же в формулу 2 подставить значение массы порции известного вещества, то вычислим объем ее порции. Молярную массу неизвестного вещества можно вычислить с помощью одного действия по формуле 3. Для этого нужно знать массу и объем порции вещества.

Относительная плотность газов

При изучении веществ и явлений не обойтись без сравнений. Их проводят по разным характеристикам — массе, плотности, размерам, зарядам структурных частиц, физическим или химическим свойствам веществ и т. п.

Для газообразных веществ сравнения часто проводят по относительной плотности газов (обозначается буквой латинского алфавита Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами, произносится «дэ»).

Относительная плотность одного газа по другому газу Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — это отношение плотности одного газа Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами к плотности другого газа Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку плотность — это масса одного объема вещества, а молярный объем всех газов при нормальных условиях одинаков и составляет 22,4 л, делаем вывод, что плотности газов относятся между собой, как и их молярные массы. Вам известно, что молярные массы численно равны относительным молекулярным массам веществ. Отсюда относительная плотность газов может быть вычислена по формуле:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

где Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами —относительная молекулярная масса одного газа; Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами — относительная молекулярная масса второго газа, плотность по которому определяют.

Внизу справа после буквы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами пишут формулу газа, относительно которого вычисляют плотность другого газа. Например, плотность по водороду обозначается Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами по кислороду— Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Из формулы для вычисления относительной плотности одного газа по другому следует, что необходимо знать относительные молекулярные массы обоих газообразных веществ. Как и относительная молекулярная масса, относительная плотность газа — величина безразмерная, потому что показывает, во сколько раз один газ легче или тяжелее другого.

Относительную плотность газов можно вычислить по любому газу — водороду, кислороду, углекислому газу и др., а также по газообразным смесям (рис. 4). Чаще всего ее вычисляют по водороду и воздуху. Если говорят о газообразных смесях веществ, то речь идет о средней относительной молекулярной массе смеси, определенной при нормальных условиях в объеме 22,4 л. Так, средняя относительная молекулярная масса воздуха равна 29.

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Рассмотрим на примерах, как вычисляется относительная плотность газов и как, воспользовавшись формулой для ее вычисления, находят относительную молекулярную и молярную массы газообразного вещества.

Пример 1. Вычислить относительную плотность кислорода по водороду.

Решение    

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами кислорода по водороду равна 16.

Вычисляя относительную плотность газа по водороду, в знаменателе всегда записывают число 2 (относительная молекулярная масса водорода). Отсюда формулу для вычисления относительной плотности газов по водороду можем подать в таком виде:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

На практике часто необходимо определить относительную плотность газа по воздуху. Вспомните: в 7 классе вы выясняли, как необходимо располагать сосуд для собирания газообразного вещества, чтобы наполнить его газом способом вытеснения воздуха.

Поскольку относительная молекулярная масса воздуха составляет 29, то относительную плотность по воздуху вычисляют по формуле:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Пример 2. Вычислить относительную плотность кислорода по воздуху.

Решение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: относительная плотность кислорода по воздуху равна 1,1.

Таким образом, кислород несколько тяжелее воздуха и потому, чтобы собрать его способом вытеснения воздуха, сосуд располагают книзу дном.

Пример 3. Вычислить относительную плотность водорода по воздуху.

Решение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: относительная плотность водорода по воздуху равна 0,07.

В рассмотренных примерах кислород тяжелее водорода и воздуха, а водород легче воздуха. Эти и другие примеры доказывают, что если относительная плотность газа больше единицы, то газ тяжелее того газа, с которым его сравнивают. И наоборот, если полученная величина меньше единицы, то газ легче того газа, с которым его сравнивают.

Производными относительной плотности газов являются такие формулы:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Пример 4. Бинарное соединение азота с водородом имеет относительную плотность по водороду 8,5. Установить химическую формулу вещества, если массовая доля азота в ней равна 82 % .

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Поскольку относительная атомная масса азота 14, то Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: формула соединения Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итоги:

  • Относительная плотность газов — это безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз один газ тяжелее или легче другого.
  • Для вычисления относительной плотности газа относительную молекулярную или молярную массу одного газа делят на относительную молекулярную или молярную массу другого газа.
  • Выбирают способ сбора газов вытеснением воздуха по результатам вычисления относительной плотности газов по воздуху: если она больше единицы, то сосуд для наполнения газом держат книзу дном, а если меньше — вверх дном.

Перенасыщение углекислым газом опасно для организма человека и животного. Установлено, что когда содержание углекислого газа в воздухе превышает 10 %, наступает потеря сознания и даже смерть.

В Италии есть пещера, названная «Собачьей». В нее не рекомендуют заходить с собаками, потому что она почти вполовину человеческого роста заполнена углекислым газом. Если вы определите относительную плотность углекислого газа по воздуху, то поймете, почему человек может находиться в этой пещере определенное время, тогда как собака вскоре начинает задыхаться и может даже погибнуть.

Расчеты по химическим формулам

Изучая химию, вы, наверное, обратили внимание, насколько важная для характеристики вещества информация содержится в его химической формуле. Обобщая эти знания, можно сделать вывод, что химическая формула содержит сведения о молекуле или другой формульной единице вещества, а также о количестве вещества.

Химическая формула информирует о:

  • качественном составе вещества (какие элементы его образуют);
  • количественном составе вещества (сколько атомов каждого элемента входит в состав его формульной единицы массы);
  • принадлежности вещества к простым или сложным.
  • Пользуясь химической формулой, можно осуществлять расчеты:
  • относительной молекулярной массы вещества;
  • молярной массы вещества;
  • отношения масс элементов в веществе;
  • массовой части элемента в веществе;
  • числа структурных частиц вещества в определенной его порции;
  • молярной массы, количества и объема вещества;
  • относительной плотности газов.

Частью этих расчетов вы уже овладели, ознакомимся с другими расчетами.

Расчеты отношения масс элементов в веществе. Химическая формула, как вам известно, состоит из символов химических элементов и индексов. Индексы являются теми числами, которые передают количественный состав вещества. Это дает возможность по химической формуле вычислять соотношение масс элементов. Рассмотрим такие расчеты на примере.

Пример 1. Вычислить соотношение масс элементов в оксиде фосфора Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Составляем формулу соединения по валентности фосфора: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Из формулы видно, что в веществе на каждых 2 атома фосфора приходится 5 атомов кислорода. Следовательно, соотношение масс элементов равно отношению относительных атомных масс двух атомов фосфора и пяти атомов кислорода:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: отношение масс элементов фосфора и кислорода в оксиде фосфора Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами составляет Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

В 7 классе вам демонстрировали горение фосфора в кислороде. Теперь вы знаете, что эти два вещества реагируют полностью, без остатка, если их взять в отношении масс Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами Это может быть, например, 3,1 г фосфора и 4 г кислорода, или 155 г фосфора и 200 г кислорода. В обоих случаях вещества прореагируют полностью и ни одно не будет в остатке, т. к. выдержано соотношение Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами В первом случае образуется 7,1 г Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами во втором — 355,5 г.

Пример 2. Какие вещества образуются в закрытом сосуде после сжигания в нем фосфора массой 93 г в кислороде массой 160 г?

Не будем строить прогнозы, а проведем четкие математические расчеты. Сначала вычислим, сколько кислорода необходимо, чтобы прореагировал весь фосфор. Для этого составим уравнение, в левой части которого запишем отношение масс элементов фосфора и кислорода по формуле, а в правой — по условию задачи, обозначив массу кислорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Расчеты показали, что для полного взаимодействия порции фосфора массой 93 г достаточно 120 г кислорода. Его же было 160 г. Следовательно, после прекращения реакции в сосуде еще остается: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами кислорода, а также образуется: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами оксида фосфора Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: после сжигания в сосуде будет 213 г оксида фосфоpaКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами и 40 г кислорода.

Итоги:

  • Химическая формула вещества отображает ее качественный и количественный состав и дает возможность вычислять количество вещества, относительную молекулярную массу, молярную массу, объем и массу порции вещества, число структурных частиц вещества в определенной его порции.
  • По химической формуле вычисляют также массовые доли элементов и отношения масс элементов в веществе.

Химики часто устанавливают не только отношения масс элементов по химической формуле вещества, но и отношения количества вещества реагентов и продуктов реакции. Так, если нужно установить массу или объем продуктов реакции, лучше воспользоваться физической величиной количество вещества. Это потому, что коэффициенты (если их правильно расставить) показывают, сколько молей одного вещества реагирует, а другого — образуется. Из уравнения реакции окисления магния

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

следует, что 2 моль магния вступают в реакцию соединения с 1 моль кислорода и образуют 2 моль оксида магния.

Для этой реакции отношение количества вещества реагентов и продуктов реакции является таким:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Это значит, что, взяв определенное количество вещества магния, мы получим столько же молей оксида магния , тогда как израсходованное количество вещества кислорода будет вдвое меньшим.

Это учитывают на химических заводах по производству различных веществ и всегда проводят необходимые вычисления.

Вычисления с использованием числа Авогадро

К вычислениям по химическим формулам относятся также определение числа структурных частиц в данном количестве вещества, установление молярной массы вещества, массы или объема определенной порции вещества, по известному числу структурных частиц, из которых оно образовано. Рассмотрим конкретные примеры таких вычислений.

Определение числа атомов (молекул) в данном количестве вещества.

Пример 1. Определить число молекул в порции сульфида водорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами количеством вещества 2 моль.

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (молекул).

Ответ: в порции сульфида водорода количеством вещества 2 моль содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул.

Усложним условие предыдущей задачи.

Пример 2. Определить число молекул в порции сульфида водорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами объемом 11,2 л (н.у.).

Дано:
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1. Для определения числа молекул необходимо знать количество вещества. Поэтому из формулы Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами выводим формулу для вычисления Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и определяем количество вещества в порции сульфида водорода объемом 11,2 л:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Определяем число молекул в порции сульфида водорода количеством вещества 0,5 моль:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (молекул).

Ответ: в порции сульфида водорода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами объемом 11,2 л (н.у.) содержится Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул.

Пример 3. Определить, где больше молекул — в порции углекислого газа массой 88 г или в порции газа пропана Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами такой же массы?
Дано:    
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Решение

1. Вычислим относительные молекулярные и молярные массы углекислого газа и пропана:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. Вычислим количество вещества в порции углекислого газа массой 88 г:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (моль).

3. Вычислим количество вещества в порции пропана массой 88 г:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (моль).

Количество вещества в обеих порциях одинаково, следовательно, число молекул также одинаково.

Ответ: число молекул в порциях углекислого газа и пропана массой 88 г каждая одинаковое.

Пример 4 Вычислить молярную массу соединения серы с кислородом и найти его формулу, если масса Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами молекул этого вещества составляет 16 г, а массовая доля серы в нем равна 50 %.
Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решение

Для вычисления молярной массы соединения нужно знать его химическую формулу. Если же химическая формула неизвестна, можно прибегнуть к вычислениям молярной массы вещества по таким формулам:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

1. По формуле Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами вычислим молярную массу вещества:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

2. По массовой доле серы находим, сколько атомов этого элемента обозначено в формуле буквой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

отсюда Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

3. Находим, сколько атомов кислорода обозначено в формуле буквой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: молярная масса соединения серы с кислородом равна 64 г/моль, а ее формула — Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Итоги:

Используя число Авогадро, определяют числа структурных частиц вещества в данной его порции, устанавливают молекулярную формулу вещества.

Вычисления с применением числа Авогадро проводят по формулам: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Физическую величину количество вещества можно применить не только к индивидуальным веществам, но и к их смесям. Это дает возможность проводить расчеты по более сложным химическим формулам, чем те, которые были приведены в параграфе. В частности, можно вычислять содержимое компонентов в составе газообразной смеси, а также массовые и объемные части газов в смеси.

Пример. Вычислить массовые и объемные доли газов в смеси оксида углерода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами и оксида углеродаКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами относительная плотность по водороду которой равна 18,8.

 Объемная доля компонента Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами (читается «фи») в смеси показывает, какую долю от общего объема смеси составляет объем данного газообразного ее компонента:Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Объемную долю вычисляют в процентах или в долях от единицы.

Дано:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Решая эту задачу, важно помнить, что физическую величину количество вещества Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами можно применять для обозначения порции атомов, молекул, ионов, смеси веществ и т. п.

Решение

Вычислим молярную массу смеси по формуле: Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Обозначим содержимое оксида углеродаКоличество вещества в химии - формулы и определения с примерами в 1 моль смеси буквой Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами тогда количество вещества оксида углерода Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами будет равно Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами моль.

Данными сведениями заполним таблицу:
Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами
Составим алгебраическое уравнение и решим его:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вычислим массу каждого компонента смеси: 

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Вычислим массовые доли компонентов смеси:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Находим объемные доли компонентов смеси. Поскольку в молярном объеме смеси объемные доли каждого компонента равны его количеству вещества, то:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

Ответ: массовые и объемные доли газов в смеси составляют:

Количество вещества в химии - формулы и определения с примерами

  • Органические соединения
  • Теория химического строения органических соединений А. М. Бутлерова
  • Насыщенные углеводороды
  • Ненасыщенные углеводороды
  • Неметаллы в химии
  • Галогены в химии
  • Подгруппа кислорода
  • Подгруппа азота

найди число атомов каждого элемента в молекуле оксида углерода, если массовая доля углерода в нём равна (42,86) %, а массовая доля кислорода — (57,14) %.

1. Примем массу оксида равной (100) г. Масса углерода в такой порции равна (42,86) г, а масса кислорода — (57,14) г.

2. Находим относительные атомные массы элементов в Периодической таблице:

3. Обозначаем число атомов углерода как (x), а число атомов кислорода — (y), и записываем отношение масс:

m(C):m(O)=x⋅Ar(C)y⋅Ar(O)=x⋅12y⋅16=42,86:57,14

.

4. Получаем выражение:

5. Находим отношение  (x : y):

x:y=42,8612:57,1416=3,57:3,57=1:1

.

В молекуле оксида углерода на (1) атом углерода приходится (1) атом кислорода.

Решение задач по химии

Как решать задачи по химии? Как проводить простейшие расчеты по уравнениям химических реакций? Сколько выделяется газа, образуется воды, выпадает осадка или сколько получается конечного продукта реакций? Сейчас мы постараемся разобрать все нюансы и ответить на эти вопросы, которые очень часто возникают при изучении химии.

Решение задач в химии является неотъемлемой частью в изучении этой сложной, но очень интересной науки.

Алгоритм решения задач по химии

  1. Прочитать условия задачи (если они есть). Да, об этом все знают — как же решить задачу без условий — но все же, для полноты инструкции, мы не могли не указать этот пункт.
  2. Записать данные задачи. На этом пункте мы не будем заострять внимание, так как требования различных учебных заведений, учителей и преподавателей могут значительно отличаться.
  3. Записать уравнение реакции. Теперь начинается самое интересное! Здесь нужно быть внимательным! Обязательно необходимо верно расставить коэффициенты перед формулами веществ. Если вы забудете это сделать, то все наши усилия буду напрасны.
  4. Провести соответствующие расчеты по химическому уравнению. Далее рассмотрим, как же сделать эти самые расчеты.

Для этого у нас есть два пути, как решить задачу по химии. Условно, назовем их правильным (используя понятия количества вещества) и неправильным (используя пропорции). Конечно же, мы бы рекомендовали решать задачи правильным путем. Так как у неправильного пути имеется очень много противников. Как правило, учителя считают, что ученики, решающие задачи через пропорции, не понимают самой сути протекания процессов химических реакций и решают задачи просто математически.

Расчет по уравнениям химических реакций с использованием понятия количества вещества

Суть данного метода, состоит в том, что вещества реагируют друг с другом в строгом соотношении. И уравнение реакции, которое мы записали ранее, дает нам это соотношение. Коэффициенты перед формулами веществ дают нам нужные данные для расчетов.

Для примера, запишем простую реакцию нейтрализации серной кислоты и гидроксида натрия.

H_{2}SO_{4} + NaOH → Na_{2}SO_{4} + H_{2}O

Расставим коэффициенты:

H_{2}SO_{4} + 2NaOH → Na_{2}SO_{4} + 2H_{2}O

Исходя из этого уравнения, мы видим, что одна молекула серной кислоты взаимодействует с двумя молекулами гидроксида натрия. И в результате этой реакции получается одна молекула сульфата натрия и две молекулы воды.

Сейчас мы немного отступим от разбора задач, чтобы познакомиться с основными понятиями, которые пригодятся нам в решении задач по химии.

Рассчитывать количество молекул, например в 98 граммах серной кислоты — это не самое удобное занятие. Числа будут получаться огромными ( ≈ 6,022140857⋅1023 молекул в 98 граммах серной кислоты) . Для этого в химии ввели понятие количества вещества (моль) и молярная масса.

1 Моль (единица измерения количества вещества) — это такое количество атомов, молекул или каких либо еще структурных единиц, которое содержится в 12 граммах изотопа углерода-12. Позднее выяснилось, что в 12 граммах вещества углерод-12 содержится 6,022140857⋅1023 атомов. Соответственно, можно сказать, что 1 моль, это такая масса вещества, в которой содержится 6,022140857⋅1023 атомов (или молекул) этого вещества.

Но ведь молекулы и атомы имеют различный состав и различное строение. Разные атомы содержат разное количество протонов и нейтронов. Соответственно 1 моль для разных веществ будет иметь разную массу, имея при это одинаковое количество молекул ( атомов). Эта масса называется молярной.

Молярная масса — это масса 1 моля вещества.

Используя данные понятия, можно сказать, что 1 моль серной кислоты реагирует с 2 молями гидроксида натрия, и в результате получается 1 моль сульфата натрия и 2 моль воды. Давайте запишем эти данные под уравнением реакции для наглядности.

begin{matrix}H_{2}SO_{4} & + & 2NaOH & → & Na_{2}SO_{4} & + & 2H_{2}O \ 1 : моль & & 2 : моль & & 1 : моль & & 2 : моль end{matrix}

Следом запишем молярные массы для этих веществ

begin{matrix} H_{2}SO_{4} & + & 2NaOH & → & Na_{2}SO_{4} & + & 2H_{2}O \ 1 : моль & & 2 : моль & & 1 : моль & & 2 : моль \ 98 : г& & 40 : г & & 142 : г & & 18 : г end{matrix}

Теперь, зная массу одного из веществ, мы можем рассчитать, сколько нам необходимо второго вещества для полного протекания реакции, и сколько образуется конечных продуктов.

Для примера, решим по этому же уравнению несколько задач.

Задача. Сколько грамм гидроксида натрия (NaOH) необходимо для того, чтобы 49 грамм серной кислоты (H2SO4) прореагировало полностью?

Итак, наши действия: записываем уравнение химической реакции, расставляем коэффициенты. Для наглядности, запишем данные задачи над уравнением реакции. Неизвестную величину примем за Х. Под уравнением записываем молярные массы, и количество молей веществ, согласно уравнению реакции:

begin{matrix}49 : г & & X : г & & & & \ H_{2}SO_{4} & + & 2NaOH & → & Na_{2}SO_{4} & + & 2H_{2}O \ 1 : моль & & 2 : моль & & 1 : моль & & 2 : моль \ 98 : г& & 40 : г & & 142 : г & & 18 : г end{matrix}

Записывать данные под каждым веществом — не обязательно. Достаточно это будет сделать для интересующих нас веществ, из условия задачи. Запись выше дана для примера.

Примерно так должны выглядеть данные, записанные по условиям задачи. Не претендуем на единственно правильное оформление, требования у всех разные. Но так, как нам кажется, смотрится все довольно наглядно и информативно.

Первое наше действие — пересчитываем массу известного вещества в моли. Для этого разделим известную массу вещества (49 грамм) на молярную массу:

4998=0,5 моль серной кислоты

Как уже упоминалось ранее, по уравнению реакции 1 моль серной кислоты реагирует с 2 моль гидроксида натрия. Соответственно с 0,5 моль серной кислоты прореагирует 1 моль гидроксида натрия.

n(NaOH)=0.5*2=1 моль гидроксида натрия

Найдем массу гидроксида натрия, умножив количество вещества на молярную массу:

1 моль * 40 г/моль = 40 грамм гидроксида натрия.

Ответ: 40 грамм NaOH

Как видите, в решении задачи по уравнению реакции нет ничего сложного. Задача решается в 2-3 действия, с которыми справятся ученики начальных классов. Вам необходимо всего лишь запомнить несколько понятий.

Решение задач по химии через пропорцию

Ну и расскажем про второй способ вычислений по уравнениям химических реакций — вычисления через пропорцию. Этот способ может показаться немного легче, так как в некоторых случаях можно пропустить стадию перевода массы вещества в его количество. Чтобы было более понятно, объясню на том же примере.

Так же, как и в прошлом примере, запишем уравнение реакции, расставим коэффициенты и запишем над уравнением и под уравнением известные данные.

Для этого способа, нам так же понадобится записать под уравнением реакции, следом за молярной массой, массу вещества, соответствующую его количеству по уравнению. Если проще, то просто перемножить две строки под уравнением реакции, количество моль и молярную массу. Должно получиться так:

begin{matrix}49 : г & & X : г & & & & \ H_{2}SO_{4} & + & 2NaOH & → & Na_{2}SO_{4} & + & 2H_{2}O \ 1 : моль & & 2 : моль & & 1 : моль & & 2 : моль \ 98 : г& & 40 : г & & 142 : г & & 18 : г \ 98 : г & & 80 : г & & 142 : г & & 36 : г end{matrix}

А теперь внимание, начинается магия! Нас интересует строка данных над уравнением, и самая нижняя строка под уравнением. Составим из этих данных пропорцию.

frac{49}{98} = frac{X}{80}

Далее находим неизвестное значение Х из пропорции и радуемся полученному значению:

Х=49*80/98=40 грамм

Как видим, получается тот же результат. Прежде всего, при решении задач в химии, главное все же — понимание химических процессов. Тогда решение задачи не станет для вас проблемой!

Вычисление количества вещества, массы или объема вещества по количеству веществ, массе или объему одного из реагентов или продуктов реакции

Основой для проведения количественных расчётов в химии является закон сохранения массы. Согласно этому закону масса реагентов равна массе продуктов реакции.

Отсюда следует, что для любой химической реакции массы реагентов и продуктов реакции относятся между собой как молярные массы веществ, умноженные на их стехиометрические коэффициенты.

Для расчёта по химическим уравнениям можно использовать два эквивалентных способа: через количество вещества или через пропорцию. Подчеркнём ещё раз: официального запрета на использование метода пропорций при решении задач на ОГЭ и ЕГЭ нет!

Для определения массы (или количества вещества) продуктов реакции или исходных веществ по уравнениям химических реакций вначале составляют уравнение химической реакции и устанавливают стехиометрические коэффициенты; затем определяют молярную массу, массу и количество вещества известных реагентов химической реакции; составляют и решают пропорцию, в которую в зависимости от условий задачи вводят числовые значение величин: молярные массы, массы, количества веществ или их объёмы (для газов).

При этом в одном столбце пропорций должны находиться одинаковые характеристики вещества с одной и той же размерностью.

Пример 1. Масса железа, вступившего в реакцию с 6 моль хлора, равна _________ г. (Ответ запишите с точностью до целого числа.)

Решение. Составляем уравнение химической реакции:

Из этого уравнения следует, что 3 моль Cl2 реагируют с 2 моль Fe, т. е.:

Определяем массу железа:

Пример 2. Масса нитрида лития, образовавшегося в результате его реакции с азотом объёмом 8,96 л, равна_______________ г.

Решение. Составляем уравнение химической реакции:

Определяем количество вещества азота, вступившего в реакцию:

Из уравнения реакции следует, что из 1 моль N2 образуется 2 моль Li3N, т. е.:

Определим массу Li3N:

Пример 3. Объём углекислого газа, образовавшегося в результате разложения карбоната магния количеством вещества 4 моль избытком соляной кислоты, равен________ л.

Решение. Составляем уравнение химической реакции:

Из этого уравнения следует, что количество вещества углекислого газа и карбоната магния равны между собой, т. е. n(CO2) = 4 моль.

Пример 4. Объём водорода, который выделится при растворении 16,8 г железа в избытке разбавленной соляной кислоты, равен _________ л.

Решение. Составляем уравнение химической реакции:

Определим количество вещества железа:

Количество вещества железа и водорода в данном уравнении реакции равны между собой. Следовательно, количество вещества водорода также равно 0,3 моль.

Вычислим объём водорода:

Пример 5. Масса осадка, который образуется в результате взаимодействия 40,0 г хлорида кальция с избытком карбоната натрия, равна _________г.

Решение. Составляем уравнение реакции:

Согласно уравнению химической реакции составим пропорцию и решим её:

Пример 6. 250 г раствора нитрата серебра смешали с избытком раствора йодида калия. Выпал осадок массой 11,75 г. Вычислите массовую долю нитрата серебра в исходном растворе.

Элементы ответа (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла)

1) Составлено уравнение химической реакции:

2) По массе осадка йодида серебра рассчитано его количество вещества, а затем в соответствии с уравнением реакции — количество вещества и масса нитрата серебра, содержащегося в исходном растворе:

Из уравнения реакции следует, что n(AgI) = n(AgNO3) = 0,05 моль, тогда:

3) Вычислена массовая доля нитрата серебра в исходном растворе:

Критерии оценивания Баллы
Ответ правильный и полный, включает все названные элементы 3
Правильно записаны два первых элемента из названных выше 2
Правильно записан один из названных выше элементов (1-й или 2-й) 1
Все элементы ответа записаны неверно 0
Максимальный балл 3

Тренировочные задания

1. К 300 г раствора нитрата бария прибавили избыток раствора сульфата натрия. Масса выпавшего осадка составила 23,3 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

2. К 150 г раствора сульфата натрия прибавили избыток раствора хлорида бария. Масса выпавшего осадка составила 23,3 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

3. К 300 г раствора силиката натрия прибавили избыток раствора нитрата кальция. Масса выпавшего осадка составила 12,0 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

4. К 150 г раствора карбоната калия прибавили избыток раствора соляной кислоты. При этом выделился газ объёмом 3,36 л (н. у.). Определите концентрацию соли в исходном растворе.

5. К 250 г раствора гидрокарбоната натрия прибавили избыток раствора бромоводородной кислоты. При этом выделился газ объёмом 5,6 л. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

6. К 50 г раствора карбоната натрия прибавили избыток раствора хлорида бария. Масса выпавшего осадка составила 7,88 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

7. К 200 г раствора хлорида бария прибавили избыток раствора карбоната калия. Масса выпавшего осадка составила 7,88 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

8. К 200 г раствора хлорида железа (II) прибавили избыток раствора гидроксида калия. Масса выпавшего осадка составила 18,0 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

9. К 400 г раствора нитрата свинца прибавили избыток раствора йодида натрия. Масса выпавшего осадка составила 23,05 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

10. К 300 г раствора йодида натрия прибавили избыток раствора нитрата свинца. Масса выпавшего осадка составила 23,05 г. Определите концентрацию соли в исходном растворе.

11. Определите массу осадка, который выпадет при взаимодействии 150 г 14,8%-ного раствора хлорида кальция с избытком раствора карбоната натрия.

12. Определите объём газа (н. у.), который выделится при взаимодействии 120 г 8,8%-ного раствора карбоната натрия с избытком раствора соляной кислоты.

13. Определите массу соли, которая выпадет в осадок при взаимодействии 140 г 13,5%-ного раствора нитрата цинка с избытком раствора сульфида натрия.

14. Определите массу осадка, который выделится при взаимодействии 200 г 18,8%-ного раствора нитрата меди с избытком раствора сульфида натрия.

15. Определите массу осадка, который выпадет при взаимодействии 200 г 6,1%-ного раствора силиката натрия с избытком раствора хлорида цинка.

16. Определите массу осадка, который выделится при взаимодействии 200 г 12,7%-ного раствора хлорида железа (II) с избытком раствора сульфида натрия.

17. Определите массу осадка, который выделится при взаимодействии 50 г 17%-ного раствора нитрата серебра с избытком раствора бромида калия.

18. Определите массу осадка, который образуется при взаимодействии 200 г 6,1%-ного раствора силиката натрия с избытком раствора нитрата кальция.

19. Определите массу осадка, который образуется при взаимодействии 50 г 5,8%-ного раствора хлорида магния с избытком раствора фосфата натрия.

20. Определите объём газа, который выделится при взаимодействии 200 г 6,9%-ного раствора карбоната калия с избытком раствора соляной кислоты.

21. Оксид фосфора (V) массой 21,3 г растворили в растворе гидроксида калия, в результате чего был получен раствор средней соли массой 500 г. Определите концентрацию фосфата калия в конечном растворе.

22. Раствор хлорида железа (II) полностью прореагировал со 120 г раствора гидроксида натрия, в результате чего образовалось 6,0 г осадка. Определите массовую долю гидроксида натрия в исходном растворе.

23. Какой объём аммиака (н. у.) может полностью прореагировать со 150 г 20%-ного раствора серной кислоты с образованием средней соли?

24. В 200 г 20%-ного раствора соляной кислоты растворили магний до прекращения выделения газа. Определите объём выделившегося при этом водорода (н. у.).

25. Аммиак объёмом 10 л (н. у.) пропустили через раствор серной кислоты с массовой долей 8% до образования средней соли. Определите массу исходного раствора.

26. Определите объём сероводорода (н. у.), который необходимо пропустить через 130 г 6%-ного раствора хлорида меди (II) до полного осаждения сульфида меди (II).

27. Сероводород объёмом 3,36 л (н. у.) пропустили через раствор гидроксида натрия, в результате чего получили 180 г раствора сульфида натрия. Определите массовую долю соли в полученном растворе.

28. Алюминий массой 8,1 г может нацело прореагировать с 250 г раствора серной кислоты. Определите массовую долю серной кислоты в исходном растворе.

29. К 250 г раствора нитрата серебра добавили раствор хлорида калия до прекращения выделения осадка, масса которого составила 14,35 г. Определите массовую долю нитрата серебра в исходном растворе.

30. К 300 г 5%-ного раствора хлорида магния добавили избыток раствора фосфата калия. Вычислите массу выпавшего при этом осадка.

Расчёты по уравнениям химических реакций.

Стехиометрия – количественные соотношения между вступающими в реакцию веществами.

Если реагенты вступают в химическое взаимодействие в строго определенных количествах, а в результате реакции образуются вещества, количество которых можно расчитать, то такие реакции называются стехиометрическими.

Законы стехиометрии:

Коэффициенты в химических уравнениях перед формулами химических соединений называются стехиометрическими.

Все расчёты по химическим уравнениям основаны на использовании стехиометрических коэффициентов и связаны с нахождением количеств вещества (чисел молей).

Количество вещества в уравнении реакции (число молей) = коэффициенту перед соответствующей молекулой.

Моль – это такое количество вещества, в котором содержится определённое число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро:

Выход реакции η – отношение реальной массы продукта mp к теоретически возможной mт, выраженное в долях единицы или в процентах.

Если в условии выход продуктов реакции не указан, то в расчетах его принимают равным 100% (количественный выход).

Схема расчёта по уравнениям химических реакций:

  1. Составить уравнение химической реакции.
  2. Над химическими формулами веществ написать известные и неизвестные величины с единицами измерения.
  3. Под химическими формулами веществ с известными и неизвестными записать соответствующие значения этих величин, найденные по уравнению реакций.
  4. Составить и решить пропорцию.

Пример. Вычислить массу и количество вещества оксида магния, образовавшегося при полном сгорании 24 г магния.

1. Составим уравнение химической реакции:

2. Под формулами веществ укажем количество вещества (число молей), которое соответствует стехиометрическим коэффициентам:

3. Определим молярную массу магния:

Относительная атомная масса магния Ar(Mg) = 24.

Т.к. значение молярной массы равно относительной атомной или молекулярной массе, то M(Mg) = 24 г/моль.

4. По массе вещества, заданной в условии, вычислим количество вещества:

5. Над химической формулой оксида магния MgO, масса которого неизвестна, ставим x моль, над формулой магния Mg пишем его молярную массу:

6. Составим пропорцию:

По правилам решения пропорции:

Количество оксида магния ν(MgO) = 1 моль.

8 класс. Химия. Расчеты массы вещества по уравнению химической реакции

8 класс. Химия. Расчеты массы вещества по уравнению химической реакции

  • Оглавление
  • Занятия
  • Обсуждение
  • О курсе

Вопросы

Задай свой вопрос по этому материалу!

Поделись с друзьями

Комментарии преподавателя

Соотношение количеств веществ, участвующих в реакции

Коэффициенты в уравнении реакции показывают не только число молекул каждого вещества, но и соотношение количеств веществ, участвующих в реакции. Так, по уравнению реакции: 2H2 + O2 = 2H2O – можно утверждать, что для образования определенного количества воды (например, 2 моль) необходимо столько же моль простого вещества водорода (2 моль) и в два раза меньше моль простого вещества кислорода (1 моль). Приведем примеры подобных расчетов.

ЗАДАЧА 1. Определим количество вещества кислорода, образующегося в результате разложения 4 моль воды.

АЛГОРИТМ решения задачи:

1. Составить уравнение реакции

2. Составить пропорцию, определив количества веществ по уравнению реакции и по условию задачи (обозначить неизвестное количество вещества за х моль).

3. Составить уравнение (из пропорции).

4. Решить уравнение, найти х.

Рис. 1. Оформление краткого условия и решения задачи 1

ЗАДАЧА 2. Какое количество кислорода потребуется для полного сжигания 3 моль меди?

Воспользуемся алгоритмом решения задач с использованием уравнения химической реакции.

Рис. 2. Оформление краткого условия и решения задачи 2.

I. Используя алгоритм, решите самостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите количество вещества оксида алюминия, образовавшегося в результате взаимодействия алюминия количеством вещества 0,27 моль с достаточным количеством кислорода (4Al +3O2=2Al2O3).

2. Вычислите количество вещества оксида натрия, образовавшегося в результате взаимодействия натрия количеством вещества 2,3 моль с достаточным количеством кислорода (4Na+O2=2Na2O).

Алгоритм №1

Вычисление количества вещества по известному количеству вещества, участвующего в реакции.

Пример. Вычислите количество вещества кислорода, выделившегося в результате разложения воды количеством вещества 6 моль.

II. Используя алгоритм, решите самостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите массу серы, необходимую для получения оксида серы (IV) количеством вещества 4 моль (S+O2=SO2).

2. Вычислите массу лития, необходимого для получения хлорида лития количеством вещества 0,6 моль (2Li+Cl2=2LiCl).

Внимательно изучите алгоритм и запишите в тетрадь

Алгоритм №2

Вычисление массы вещества по известному количеству другого вещества, участвующего в реакции.

Пример: Вычислите массу алюминия, необходимого для получения оксида алюминия количеством вещества 8 моль.

III. Используя алгоритм, решите самостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите количество вещества сульфида натрия, если в реакцию с натрием вступает сера массой 12,8 г (2Na+S=Na2S).

2. Вычислите количество вещества образующейся меди, если в реакцию с водородом вступает оксид меди (II) массой 64 г (CuO + H2 = Cu + H2O).

Внимательно изучите алгоритм и запишите в тетрадь

Алгоритм №3

Вычисление количества вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции.

Пример. Вычислите количество вещества оксида меди (I), если в реакцию с кислородом вступает медь массой 19,2г.

Внимательно изучите алгоритм и запишите в тетрадь

IV. Используя алгоритм, решите самостоятельно следующие задачи:

1. Вычислите массу кислорода, необходимую для реакции с железом массой 112 г

Алгоритм №4

Вычисление массы вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции

Пример. Вычислите массу кислорода, необходимую для сгорания фосфора, массой 0,31г.

Рассмотрим уравнение реакции образования воды из простых веществ:

Можно сказать, что из двух молекул водорода и одной молекулы кислорода образуется две молекулы воды. С другой стороны, эта же запись говорит о том, что для образования каждых двух молей воды нужно взять два моля водорода один моль кислорода.

Мольное соотношение участников реакции помогает производить важные для химического синтеза расчеты. Рассмотрим примеры таких расчетов.

ЗАДАЧА 1. Определим массу воды, образовавшуюся в результате сгорания водорода в 3,2 г кислорода.

Чтобы решить эту задачу, сначала необходимо составить уравнение химической реакции и записать над ним данные условия задачи.

Если бы мы знали количество вещества вступившего в реакцию кислорода, то смогли бы определить количество вещества воды. А затем, рассчитали бы массу воды, зная ее количество вещества и молярную массу. Чтобы найти количество вещества кислорода, нужно массу кислорода разделить на его молярную массу.

Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе. Для кислорода это значение составляет 32. Подставим в формулу: количество вещества кислорода равно отношению 3,2 г к 32 г/моль. Получилось 0,1 моль.

Для нахождения количества вещества воды оставим пропорцию, используя мольное соотношение участников реакции:

на 0,1 моль кислорода приходится неизвестное количество вещества воды, а на 1 моль кислорода приходится 2 моля воды.

Отсюда количество вещества воды равно 0,2 моль.

Чтобы определить массу воды, нужно найденное значение количества воды умножить на ее молярную массу, т.е. умножаем 0,2 моль на 18 г/моль, получаем 3,6 г воды.

Рис. 1. Оформление записи краткого условия и решения Задачи 1

Помимо массы, можно рассчитывать объем газообразного участника реакции (при н.у.), используя известную вам формулу, в соответствие с которой объем газа при н.у. равен произведению количества вещества газа на молярный объем. Рассмотрим пример решения задачи.

ЗАДАЧА 2. Рассчитаем объем кислорода (при н.у.), выделившийся при разложении 27г воды.

Запишем уравнение реакции и данные условия задачи. Чтобы найти объем выделившегося кислорода, нужно найти сначала количество вещества воды через массу, затем по уравнению реакции определить количество вещества кислорода, после чего можно рассчитать его объем при н.у.

Количество вещества воды равно отношению массы воды к ее молярной массе. Получаем значение 1,5 моль.

Составим пропорцию: из 1,5 моля воды образуется неизвестное количество кислорода, из 2 молей воды образуется 1 моль кислорода. Отсюда количество кислорода равно 0,75 моля. Рассчитаем объем кислорода при н.у. Он равен произведению количества кислорода на молярный объем. Молярный объем любого газообразного вещества при н.у. равен 22,4 л/моль. Подставив числовые значения в формулу, получим объем кислорода, равный 16,8 л.

Рис. 2. Оформление записи краткого условия и решения Задачи 2

Зная алгоритм решения подобных задач, можно рассчитать массу, объем или количество вещества одного из участников реакции по массе, объему или количеству вещества другого участника реакции.

ИСТОЧНИКИ
исчтоник конспекта — http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/8-klass/bvewestva-i-ih-prevraweniyab/raschety-massy-veschestva-po-uravneniyu-himicheskoy-reaktsii

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=wZbj-o5J5Vs

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=8sPwPk7a7p0

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=ygaarSGQDwE

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=Gv-jZX0wZxE

Файлы

Нет дополнительных материалов для этого занятия.

источники:

http://www.calc.ru/Raschty-Po-Uravneniyam-Khimicheskikh-Reaktsiy.html

http://www.kursoteka.ru/course/2183/lesson/6956/unit/18148/1

Основные формулы для решения задач по химии

05-Авг-2012 | комментариев 450 | Лолита Окольнова

Все, все основные задачи по химии решаются с помощью

нескольких основных понятий и формул.

У всех веществ разная масса, плотность и объем. Кусочек металла одного элемента может весить во много раз больше, чем точно такого же размера кусочек другого металла.


Моль
 (количество моль)

Основные формулы для решения задач по химии

обозначение: моль, международное: mol — единица измерения количества вещества. Соответствует количеству вещества, в котором содержится NA частиц (молекул, атомов, ионов). Поэтому была введена универсальная величина — количество моль. Часто встречающаяся фраза в задачах — «было получено… моль вещества»

NA = 6,02 · 1023 

N— число Авогадро.  Тоже «число по договоренности». Сколько атомов содержится в стержне кончика карандаша? Несколько миллионов. Оперировать такими величинами не удобно. Поэтому химики и физики всего мира договорились — обозначим 6,02 · 1023 частиц (атомов, молекул, ионов) как 1 моль вещества.

1 моль =  6,02 · 1023 частиц 

Это была первая из основных формул для решения задач.

Молярная масса вещества

Молярная масса вещества — это масса одного моль вещества. Обозначается как M

Есть еще молекулярная масса — Mr

Находится по таблице Менделеева — это просто сумма атомных масс вещества.

Например, нам дана серная кислота — H2SO4. Давайте посчитаем молярную массу вещества: атомная масса H =1, S-32, O-16.
Mr(H2SO4)=1•2+32+16•4=98 гмоль.

Вторая необходимая формула для решения задач —

формула массы вещества:

Основные формулы для решения задач по химии

Т.е., чтобы найти массу вещества, необходимо знать количество моль (n), а молярную массу мы находим из Периодической системы.

Закон сохранения массы — масса веществ, вступивших в химическую реакцию, всегда равна массе образовавшихся веществ.

Если мы знаем массу (массы) веществ, вступивших в реакцию, мы можем найти массу (массы) продуктов этой реакции. И наоборот.

Третья формула для решения задач по химии —

объем вещества:

Основные формулы для решения задач по химии

Откуда взялось число 22.4?  Из закона Авогадро:

в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же число молекул.

Согласно закону Авогадро, 1 моль идеального газа при нормальных условиях (н.у.) имеет один и тот же объём Vm = 22,413 996(39) л

Т.е., если в задаче нам даны нормальные условия, то, зная количество моль (n), мы можем найти объем вещества.

Итак,  основные формулы для решения задач по химии

 Число Авогадро NA

6,02 · 1023 частиц

Количество вещества n (моль)

n=mM

n=V22.4 (лмоль)

Масса вещества m (г)

m=n•Mr

Объем вещества V(л)

V=n•22.4 (лмоль)

или вот еще удобная табличка:

Основные формулы для решения задач по химии

 Это формулы. Часто для решения задач нужно сначала написать уравнение реакции и (обязательно!) расставить коэффициенты — их соотношение определяет соотношение молей в процессе.


В ОГЭ и ЕГЭ по химии задач , в которых нужно было бы найти только объем массу кол-во моль нет — это обычно ЧАСТЬ решения задачи. Однако, чтобы легко решать более сложные задачи, нужно тренироваться на таких вот небольших упражнениях.

Находим количество вещества по массе

 
1 Какое количество вещества алюминия содержится в образце металла массой 10.8 г?

2 Какое количество вещества содержится в оксиде серы (VI) массой 12 г?

3 Определите количество моль брома, содержащееся в массе 12.8 г.

Находим массу по количеству вещества:


4. Определите массу карбоната натрия количеством вещества 0.25 моль.

Объем по количеству вещества:

 
5. Какой объем будет иметь азот при н.у., если его количество вещества 1.34 моль?

6. Какой объем занимают при н.у. 2 моль любого газа?
 

Ответы:/p>
 

  1. 0.4 моль
  2. 0.15 моль
  3. 0.08 моль
  4. 26.5 г
  5. 30 л
  6. 44.8 л

Категории:
|

Обсуждение: «Основные формулы для решения задач по химии»

(Правила комментирования)

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как составить олимпиаду по русскому языку для 5 класса
  • Как найти кандидата по одномандатному округу
  • Как найти на windows 10 автозапуск программ
  • Как найти скачанные книги в компьютере
  • Как найти данную страницу в поисковой системе