В этой статье мы коснемся нескольких краеугольных понятий в химии, без которых совершенно невозможно
решение задач. Старайтесь понять смысл физических величин, чтобы усвоить эту тему.
Я постараюсь приводить как можно больше примеров по ходу этой статьи, в ходе изучения вы увидите множество примеров
по данной теме.
Относительная атомная масса — Ar
Представляет собой массу атома, выраженную в атомных единицах массы. Относительные атомные массы указаны в периодической
таблице Д.И. Менделеева. Так, один атом водорода имеет атомную массу = 1, кислород = 16, кальций = 40.
Относительная молекулярная масса — Mr
Относительная молекулярная масса складывается из суммы относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав вещества.
В качестве примера найдем относительные молекулярные массы кислорода, воды, перманганата калия и медного купороса:
Mr (O2) = (2 × Ar(O)) = 2 × 16 = 32
Mr (H2O) = (2 × Ar(H)) + Ar(O) = (2 × 1) + 16 = 18
Mr (KMnO4) = Ar(K) + Ar(Mn) + (4 × Ar(O)) = 39 + 55 + (4 * 16) = 158
Mr (CuSO4*5H2O) = Ar(Cu) + Ar(S) + (4 × Ar(O)) + (5 × ((Ar(H) × 2) +
Ar(O))) = 64 + 32 + (4 × 16) + (5 × ((1 × 2) + 16)) = 160 + 5 * 18 = 250
Моль и число Авогадро
Моль — единица количества вещества (в системе единиц СИ), определяемая как количество вещества, содержащее столько же структурных единиц
этого вещества (молекул, атомов, ионов) сколько содержится в 12 г изотопа 12C, т.е. 6 × 1023.
Число Авогадро (постоянная Авогадро, NA) — число частиц (молекул, атомов, ионов) содержащихся в одном моле любого вещества.
Больше всего мне хотелось бы, чтобы вы поняли физический смысл изученных понятий. Моль — международная единица количества вещества, которая
показывает, сколько атомов, молекул или ионов содержится в определенной массе или конкретном объеме вещества. Один моль любого вещества
содержит 6.02 × 1023 атомов/молекул/ионов — вот самое важное, что сейчас нужно понять.
Иногда в задачах бывает дано число Авогадро, и от вас требуется найти, какое вам дали количество вещества (моль). Количество вещества в химии
обозначается N, ν (по греч. читается «ню»).
Рассчитаем по формуле: ν = N/NA количество вещества 3.01 × 1023 молекул воды и 12.04 × 1023 атомов углерода.
Мы нашли количества вещества (моль) воды и углерода. Сейчас это может показаться очень абстрактным, но, иногда не зная, как найти
количество вещества, используя число Авогадро, решение задачи по химии становится невозможным.
Молярная масса — M
Молярная масса — масса одного моля вещества, выражается в «г/моль» (грамм/моль). Численно совпадает с изученной нами ранее
относительной молекулярной массой.
Рассчитаем молярные массы CaCO3, HCl и N2
M (CaCO3) = Ar(Ca) + Ar(C) + (3 × Ar(O)) = 40 + 12 + (3 × 16) = 100 г/моль
M (HCl) = Ar(H) + Ar(Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 г/моль
M (N2) = Ar(N) × 2 = 14 × 2 = 28 г/моль
Полученные знания не должны быть отрывочны, из них следует создать цельную систему. Обратите внимание: только что мы рассчитали
молярные массы — массы одного моля вещества. Вспомните про число Авогадро.
Получается, что, несмотря на одинаковое число молекул в 1 моле (1 моль любого вещества содержит 6.02 × 1023 молекул),
молекулярные массы отличаются. Так, 6.02 × 1023 молекул N2 весят 28 грамм, а такое же количество молекул
HCl — 36.5 грамм.
Это связано с тем, что, хоть количество молекул одинаково — 6.02 × 1023, в их состав входят разные атомы, поэтому и
массы получаются разные.
Часто в задачах бывает дана масса, а от вас требуется рассчитать количество вещества, чтобы перейти к другому веществу в реакции.
Сейчас мы определим количество вещества (моль) 70 грамм N2, 50 грамм CaCO3, 109.5 грамм HCl. Их молярные
массы были найдены нам уже чуть раньше, что ускорит ход решения.
ν (CaCO3) = m(CaCO3) : M(CaCO3) = 50 г. : 100 г/моль = 0.5 моль
ν (HCl) = m(HCl) : M(HCl) = 109.5 г. : 36.5 г/моль = 3 моль
Иногда в задачах может быть дано число молекул, а вам требуется рассчитать массу, которую они занимают. Здесь нужно использовать
количество вещества (моль) как посредника, который поможет решить поставленную задачу.
Предположим нам дали 15.05 × 1023 молекул азота, 3.01 × 1023 молекул CaCO3 и 18.06 × 1023 молекул
HCl. Требуется найти массу, которую составляет указанное число молекул. Мы несколько изменим известную формулу, которая поможет нам связать
моль и число Авогадро.
Теперь вы всесторонне посвящены в тему. Надеюсь, что вы поняли, как связаны молярная масса, число Авогадро и количество вещества.
Практика — лучший учитель. Найдите самостоятельно подобные значения для оставшихся CaCO3 и HCl.
Молярный объем
Молярный объем — объем, занимаемый одним молем вещества. Примерно одинаков для всех газов при стандартной температуре
и давлении составляет 22.4 л/моль. Он обозначается как — VM.
Подключим к нашей системе еще одно понятие. Предлагаю найти количество вещества, количество молекул и массу газа объемом
33.6 литра. Поскольку показательно молярного объема при н.у. — константа (22.4 л/моль), то совершенно неважно, какой газ мы
возьмем: хлор, азот или сероводород.
Запомните, что 1 моль любого газа занимает объем 22.4 литра. Итак, приступим к решению задачи. Поскольку какой-то газ
все же надо выбрать, выберем хлор — Cl2.
Моль (количество вещества) — самое гибкое из всех понятий в химии. Количество вещества позволяет вам перейти и к
числу Авогадро, и к массе, и к объему. Если вы усвоили это, то главная задача данной статьи — выполнена 
Относительная плотность и газы — D
Относительной плотностью газа называют отношение молярных масс (плотностей) двух газов. Она показывает, во сколько раз одно вещество
легче/тяжелее другого. D = M (1 вещества) / M (2 вещества).
В задачах бывает дано неизвестное вещество, однако известна его плотность по водороду, азоту, кислороду или
воздуху. Для того чтобы найти молярную массу вещества, следует умножить значение плотности на молярную массу
газа, по которому дана плотность.
Запомните, что молярная масса воздуха = 29 г/моль. Лучше объяснить, что такое плотность и с чем ее едят на примере.
Нам нужно найти молярную массу неизвестного вещества, плотность которого по воздуху 2.5
Предлагаю самостоятельно решить следующую задачку (ниже вы найдете решение): «Плотность неизвестного вещества по
кислороду 3.5, найдите молярную массу неизвестного вещества»
Относительная плотность и водный раствор — ρ
Пишу об этом из-за исключительной важности в решении
сложных задач, высокого уровня, где особенно часто упоминается плотность. Обозначается греческой буквой ρ.
Плотность является отражением зависимости массы от вещества, равна отношению массы вещества к единице его объема. Единицы
измерения плотности: г/мл, г/см3, кг/м3 и т.д.
Для примера решим задачку. Объем серной кислоты составляет 200 мл, плотность 1.34 г/мл. Найдите массу раствора. Чтобы не
запутаться в единицах измерения поступайте с ними как с самыми обычными числами: сокращайте при делении и умножении — так
вы точно не запутаетесь.
Иногда перед вами может стоять обратная задача, когда известна масса раствора, плотность и вы должны найти объем. Опять-таки,
если вы будете следовать моему правилу и относится к обозначенным условным единицам «как к числам», то не запутаетесь.
В ходе ваших действий «грамм» и «грамм» должны сократиться, а значит, в таком случае мы будем делить массу на плотность. В противном случае
вы бы получили граммы в квадрате
К примеру, даны масса раствора HCl — 150 грамм и плотность 1.76 г/мл. Нужно найти объем раствора.
Массовая доля — ω
Массовой долей называют отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Важно заметить, что в понятие раствора входит
как растворитель, так и само растворенное вещество.
Массовая доля вычисляется по формуле ω (вещества) = m (вещества) / m (раствора). Полученное число будет показывать массовую долю
в долях от единицы, если хотите получить в процентах — его нужно умножить на 100%. Продемонстрирую это на примере.
Решим несколько иную задачу и найдем массу чистой уксусной кислоты в широко известной уксусной эссенции.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Какая масса воздуха выйдет из комнаты, если температура воздуха возросла с 10 °C до 20 °C? Объём комнаты 
давление нормальное. Ответ выразите в килограммах и округлите до десятых.
Спрятать решение
Решение.
Значение нормального давление можно найти в справочном материале, оно равно 
Воздух в комнате подчиняется уравнению Клапейрона — Менделеева. Выпишем это уравнение для воздуха до и после нагревания: 
Следовательно, масса вышедшего воздуха равна
Ответ: 2,5.
Спрятать решение
·
·
Гость 16.06.2012 22:44
А откуда вы взяли 0,029 кг/моль?если я не ошибаюсь это плотность воздуха?
Гость
Добрый день!
Это не плотность, а молярная масса воздуха. Она взята из раздела «Справочник», являющегося точной копией справочных материалов, прилагающихся к варианту ЕГЭ на экзамене.
Формула воздуха
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Воздух — это естественная смесь газов (главным образом азота и кислорода), которая образует атмосферу земли.
Газовый состав воздуха
От уровня моря до высоты около 11 000 м (слой тропосферы) газовый состав воздуха остается практически неизменным и выглядит следующим образом:
(
begin{array}{|c|c|c|c|}
hline
Вещество& Формула&Объемная,доля&Массовая,доля\ hline
Азот&mathrm{N}_{2}&78,08&75,5\ hline
Кислород&mathrm{O}_{2}&20,95&23,1\ hline
Аргон&text { Ar }&0,93&1,29\ hline
Углекислый, газ&mathrm{CO}_{2}&0,034&0,046\ hline
Неон&text { Ne }&0,0018&0,0014\ hline
Гелий&text { He }&0,000524&0,000073\ hline
Метан&mathrm{CH}_{4}&0,0002&0,000084\ hline
Криптон&mathrm{Kr}&0,0001&0,003\ hline
Водород&mathrm{H}_{2}&0,00005&0,00008\ hline
Ксенон&text { Xe }&0,000008&0,00004\ hline
end{array}
)
Средняя молярная масса воздуха: 29,16 г / моль
Воздух в тропосфере почти всегда содержит несколько водяных паров. Влажность воздуха зависит от его температуры и высоты над уровнем моря.
Состав воздуха может незначительно варьироваться в зависимости от географического положения, времени года, времени суток. В крупных городах, как правило, высокий уровень углекислого газа. В горах наблюдается более низкое содержание кислорода из-за того, что кислород тяжелее азота, поэтому его плотность уменьшается с высотой быстрее.
В нижних слоях атмосферы могут быть приостановлены определенные количества мелких частиц пыли и золы, которые образуются в процессе сжигания различных видов топлива или в результате вулканических извержений. Присутствие этих мелких частиц в воздухе связано с цветом восходов и закатов из-за рассеяния солнечного света на них.
Примеры решения задач по «воздушной формуле»
ПРИМЕР 1
Плотность некоторого газа в воздухе равна 2. Какова масса этого газа с объемом 5,6 литра (ну)?
Раствор Молекулярная масса воздуха составляет 29 г / моль.
Рассчитайте молекулярную массу этого газа:
(
M(газ) = M(воздух)cdot D(газ) =29 cdot 2=58 г/моль
)
Согласно результату закона Авогадро молярный объем газа в нормальных условиях составляет 22,4 л.
Составьте пропорцию и рассчитайте массу 5,6 литров газа:
58 г газа занимает 22,4 литра
xg-газ занимает 5,6 литров
Отсюда
(
x=58 cdot 5,6 / 22,4=14,5g
)
Масса 5,6 литров газа будет равна 14,5 г.
ПРИМЕР 2
Во время сгорания 5.36 г определенного гомолога бензола потреблялось 56,7 литра воздуха (NU). Определите формулу исходного соединения.
Напишите уравнение для реакции горения:
(
C_{n} H_{2 n-6}+left(frac{3 n-3}{2}right) O_{2}=n C O_{2}+(n-3) H_{2} O
)
Содержание кислорода в воздухе составляет 21%. Рассчитайте объем потребляемого в процессе сгорания кислорода:
(
Vleft(O_{2}right)=V(воздух) cdotomegaleft(O_{2}right) / 100=56,7 cdot 21 / 100=11,9л
)
Количество кислородного вещества будет равно:
(
nleft(O_{2}right)=Vleft(O_{2}right) / V_{M}=11,9 / 22,4=0,531моль
)
Согласно уравнению реакции
(
1моль mathrm{CnH} 2 mathrm{n}-6-(3 mathrm{n}-3) / 2 моль O2
)
(
x моль mathrm{CnH} 2 mathrm{n}-6-0.531 моль O2
)
Следовательно, количество вещества бензольного гомолога, входящего в реакцию, будет равно:
(
x=nleft(C_{n} H_{2 pi-6}right)=frac{2 cdot 0,531}{3 n-3}
)
Молярная масса (
mathrm{CnH} 2 mathrm{n}-6
) равна:
(
Mleft(C_{n} H_{2 n-6}right)=12 n+2 n-6=14 n-6
)
(
nleft(C_{n} H_{2 n-6}right)=frac{mleft(C_{n} H_{2 n-6}right)}{Mleft(C_{n} H_{2 n-6}right)}=frac{5,36}{14 n-6}=frac{2 cdot 0,531}{3 n-3}
)
(
1,062(14 n-6)=5,36(3 n-3)
)
(
1,212 n=9,708
)
(
n=8
)
Следовательно, формула вещества (
mathrm{C} 8 mathrm{H} 10
)
составная формула — (
mathrm{C} 8 mathrm{H} 10
)
Как найти молярную массу воздуха
Молярная масса — это масса одного моля вещества, то есть величина, показывающая, в каком количестве вещества содержится 6,022*10 (в степени 23) частиц (атомов, молекул, ионов). А если речь идет не о чистом веществе, а о смеси веществ? Например, о жизненно необходимом человеку воздухе, ведь он представляют собою смесь великого множества газов. Как вычислить его молярную массу?
Вам понадобится
- — точные лабораторные весы;
- — круглодонная колба со шлифом и краном;
- — вакуумный насос;
- — манометр с двумя кранами и соединительными шлангами;
- — термометр.
Инструкция
Прежде всего подумайте над допустимой погрешностью вычислений. Если вам не нужна высокая точность, ограничьтесь лишь тремя самыми «весомыми» компонентами: азотом, кислородом и аргоном, и возьмите «округленные» величины их концентраций. Если же необходим более точный результат, то используйте в расчетах еще и углекислый газ и можете обойтись без округления.
Предположим, что вас устроит первый вариант. Напишите молекулярные массы этих компонентов и их массовые концентрации в воздухе:
— азот (N2). Молекулярная масса 28, массовая концентрация 75,50%;
— кислород (О2). Молекулярная масса 32, массовая концентрация 23,15%;
— аргон (Ar). Молекулярная масса 40, массовая концентрация 1,29%.
Для облегчения расчетов, округлите величины концентраций:
— для азота – до 76%;
— для кислорода – до 23%;
— для аргона – до 1,3%.
Произведите несложное вычисление:
28* 0,76 + 32* 0,23 + 40*0, 013 = 29,16 граммов/моль.
Полученная величина очень близка к той, которая указана в справочниках: 28,98 граммов/моль. Расхождение объясняется округлением.
Можете определить молярную массу воздуха и с помощью несложного лабораторного опыта. Для этого измерьте массу колбы с находящимся в ней воздухом.
Запишите полученный результат. Потом, подсоединив шланг колбы к манометру, откройте кран и, включив насос, начните откачивать воздух из колбы.
Подождите некоторое время (чтобы воздух в колбе нагрелся до комнатной температуры), запишите показания манометра и термометра. Затем, закрыв кран на колбе, отсоедините ее шланг от манометра, и взвесьте колбу с новым (уменьшенным) количеством воздуха. Запишите результат.
Далее вам на помощь придет универсальное уравнение Менделеева-Клапейрона:
PVm = MRT.
Запишите его в несколько измененном виде:
∆PVm = ∆MRT, причем вам известны и изменение давления воздуха ∆P и изменение массы воздуха ∆M. Молярная масса воздуха m вычисляется элементарно: m = ∆MRT/∆PV.
Полезный совет
Уравнение Менделеева-Клапейрона описывает состояние идеального газа, которым воздух, конечно же, не является. Но при величинах давления и температуры, близких к нормальным, погрешности настолько незначительны, что ими можно пренебречь.
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.