Формула количества вещества
Определение и формула количества вещества
Моль – количество вещества системы, которое содержит столько определенных структурных звеньев (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), сколько содержится в 0,012 кг углерода-12.
Масса одного атома 12С равна 12 а.е.м., поэтому число атомов в 12 г изотопа 12С равно:
NA = 12 г / 12 × 1,66057×10-24 г = 1/1,66057×10-24 = 6,0221×10-23.
Таким образом, моль вещества содержит 6,0221×10-23 частиц этого вещества.
Физическую величину NA называют постоянной Авогадро, она имеет размерность [NA] = моль-1. Число 6,0221×10-23 называют числом Авогадро. Таким образом количество вещества будет вычисляться как:
n = N / NA,
где N – число структурных звеньев, а NA — постоянная Авогадро.
Молярная масса (М) – это масса 1 моль вещества. Легко показать, что численные значения молярной массы М и относительной молекулярной массы Mr равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая безразмерна:
M = NA × m (1 молекулы) = NA × Mr × 1 а.е.м. = (NA ×1 а.е.м.) × Mr = × Mr.
Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 44 а.е.м., то масса одного моля молекул равна 44 г.
Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных отношений к молярным. Поэтому другая формула для вычисления количество вещества выглядит следующим образом:
n = m / M,
где m – масса вещества (г), а М – его молярная масса (г/моль).
Количество вещества газа можно рассчитать при помощи закона Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Следовательно, при нормальных условиях 1 моль различных газов занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа:
n= V /Vm,
где V – объем газа (л), а Vm – молярный объем (л/моль).
Примеры решения задач
| Задание | Какое количество вещества магния и сколько атомов магния содержится в образце чистого магния массой 6 г? Какова масса одного атома магния? |
| Решение | Найдем количество вещества магния (молярная масса равна 24 г/моль):
n = m / M; n(Mg) = m(Mg) / M(Mg); n(Mg) = 6 / 24 = 0,25 моль. Рассчитаем количество атомов магния в образце: N = n × NA; N(Mg) = n(Mg) ×NA; N(Mg) = 0,25 × 6,023 × 1023 = 1,506× 1023атомов. Определим массу одного атома магния: matom = M / NA; matom(Mg) = M / NA; matom(Mg) = 24 / 6,023 × 1023 = 3,985 × 1023 г. |
| Ответ | Количество вещества — 0,25 моль, число атомов — 1,506× 1023 атомов, масса одного атома магния — 3,985 × 1023 г. |
| Задание | Какая масса серы потребуется для получения сульфида алюминия Al2S3 массой 30 г? В каких условиях может быть получен этот сульфид из простых веществ? |
| Решение | Запишем уравнение реакции получения сульфида серы:
2Al + 3S = Al2S3. Вычислим количество вещества сульфида алюминия (молярная масса – 150 г/моль): n = m / M; n(Al2S3) = m(Al2S3) / M(Al2S3); n(Al2S3) = 30 / 150 = 0,2моль. Согласно уравнению реакции n(Al2S3) : n(S) = 1:3, значит: n(S) = 3 × n(Al2S3); n(S) = 3 × 0,2 = 0,6 моль. Тогда масса серы будет равна (молярная масса – 32г/моль): m = n × M; m(S) = n(S) × M(S); m(S) = 0,6 × 32 = 19,2г. |
| Ответ | Масса серы 19,2 г |
