Формула массы в химии
Определение и формула для расчета массы
Одним из основополагающих законов в химии является закон сохранения массы (масса веществ, вступивших в химическую реакцию, всегда равна массе образовавшихся веществ), который говорит о том, что зная массу веществ, вступивших в реакцию мы легко можем рассчитать массу продуктов этой реакции и наоборот.
Для того, чтобы определить массу вещества используют следующую формулу:
m = n×M,
где n — количество вещества (моль), а М – молярная масса вещества (г/моль), откуда следует, что единицей измерения массы является [г].
Моль – это количество вещества, которое содержит столько же частиц (молекул, атомов, ионов, электронов), сколько атомов углерода содержится в 12 г изотопа 12С.
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.
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.
Примеры решения задач
| Задание | Рассчитайте массу осадка, который образуется, если к раствору, содержащему сульфат алюминия массой 7,1 г, прилить избыток водного раствора аммиака. |
| Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия сульфата алюминия с водным раствором аммиака:
Al2(SO4)3 + 6(NH3×H2O)conc., cold = 2Al(OH)3↓ + 3(NH4)2SO4. В результате реакции образовался осадок – гидроксид алюминия. Рассчитаем количество вещества сульфата алюминия (молярная масса – 342 г/моль): n = m / M; n(Al2(SO4)3) = m(Al2(SO4)3) / M(Al2(SO4)3); n(Al2(SO4)3) = 7,1 / 342 = 0,021 моль. Согласно уравнению реакции n(Al2(SO4)3) : n(Al(OH)3) = 1:2, значит: n(Al(OH)3) = 2 × n(Al2(SO4)3); n(Al(OH)3) = 2 × 0,021 = 0,042 моль. Тогда, масса гидроксида алюминия (молярная масса – 78 г/моль) будет равна: m = n × M; m(Al(OH)3) = n(Al(OH)3) × M(Al(OH)3); m(Al(OH)3) = 0,042 × 78 = 3,24 г. |
| Ответ | Масса гидроксида алюминия равна – 3,24 г |
| Задание | Для получения кремния из оксида кремния (IV) в качестве восстановителя применяют кокс:
SiO2 = 2C = Si + 2CO. Рассчитайте массу оксида кремния (IV), который можно восстановить с помощью кокса массой 50 г (массовая доля углерода в коксе составляет 95%). |
| Решение | Запишем уравнение реакции восстановления оксида кремния (IV) коксом:
SiO2 = 2C = Si + 2CO. Определим массу углерода: m(C) = m(coke) ×ω(C)/100%; m(C) = 50 ×95/100% = 47,5 г. Рассчитаем количество вещества углерода (молярная масса – 12 г/моль): n = m / M; n(С) = m(С) / M(С); n(С) = 47,5 / 12 = 3,96 моль. Согласно уравнению реакции n(С) : n(SiO2) = 2:1, значит: n(SiO2) = 1/2 × n(С); n(SiO2) = 0,5 × 3,96 = 1,98 моль. Тогда, масса оксида кремния (IV) (молярная масса – 60 г/моль) будет равна: m = n × M; m(SiO2) = n(SiO2) × M(SiO2); m(SiO2) = 1,98 × 60 = 118,75 г. |
| Ответ | Масса оксида кремния (IV) равна 118,75 г |
