Молярная масса азота
Молярная масса азота
M = m / n.
Молярную массу обычно выражают в г/моль, реже в кг/кмоль. Поскольку в одном моле любого вещества содержится одинаковое число структурных единиц, то молярная масса вещества пропорциональная массе соответствующей структурной единицы, т.е. относительной атомной массе данного вещества (Mr):
M = κ × Mr,
где κ – коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех веществ. Относительная молекулярная масса – величина безразмерная. Её вычисляют, используя относительные атомные массы химических элементов, указанных в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Относительная атомная масса атомарного азота равна 14,0067 а.е.м. Его относительная молекулярная масса будет равна 14,0064, а молярная масса:
M(N) = Mr (N) × 1 моль = 14,0067 г/моль.
Известно, что молекула азота двухатомна – N2, тогда, относительная атомная масса молекулы азота будет равна:
Ar(N2) = 14,0067 × 2 = 28,0134 а.е.м.
Относительная молекулярная масса молекулы азота будет равна 28,0134, а молярная масса:
M(N2) = Mr (N2) × 1 моль = 28,0134 г/моль или просто 28 г/моль.
Азот представляет собой бесцветный газ, не обладающий ни запахом, ни вкусом (схема строения атома представлена на рис. 1), плохо растворимый в воде и других растворителях с очень низкими значениями температур плавления (-210oC) и кипения (-195,8oC).
Рис. 1. Строение атома азота.
Известно, что в природе азот может находиться в виде двух изотопов 14N (99,635%) и 15N (0,365%). Эти изотопы характеризуются различным содержанием нейтронов в ядре атома, а значит и молярной массой. В первом случае она будет равна 14 г/моль, а во втором – 15 г/моль.
Молекулярную массу вещества в газообразном состоянии можно определить, используя понятие о его молярном объеме. Для этого находят объем, занимаемый при нормальных условиях определенной массой данного вещества, а затем вычисляют массу 22,4 л этого вещества при тех же условиях.
Для достижения данной цели (вычисление молярной массы) возможно использование уравнения состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):
pV = mRT / M,
где p – давление газа (Па), V – объем газа (м3), m – масса вещества (г), M – молярная масса вещества (г/моль), Т – абсолютная температура (К), R – универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж/(моль×К).
Примеры решения задач
Задание | Азот можно получить термическим разложением нитрита аммония:
NH4NO2 = N2↑ + 2H2O. Определите, какой объем газа, приведенный к нормальным условиям, образуется при разложении нитрита аммония массой 16 г. |
Решение | Запишем уравнение реакции:
NH4NO2 = N2↑ + 2H2O. Рассчитаем количество вещества нитрита аммония (молярная масса равна – 64,06 г/моль): n = m / M; n(NH4NO2) = m(NH4NO2) / M(NH4NO2); n(NH4NO2) = 16 / 64,06 = 0,25моль. Согласно уравнению реакции n(NH4NO2) :n(N2) = 1:1, т.е. n(NH4NO2) = n(N2) = 0,25 моль. Рассчитаем объем выделившегося азота: V = n×Vm; V(N2) = n (N2) ×Vm; V(N2) = 0,25 × 22,4 = 5,6л. |
Ответ | Объем азота равен 5,6 л. |
Задание | Вычислите объем азота (нормальные условия), который может прореагировать с магнием массой 36 г. |
Решение | Запишем уравнение реакции химического взаимодействия магния с азотом:
4Mg + 3N2 = 2Mg2N3. Найдем количество вещества магния, вступившего в реакцию (молярная масса равна 24 г/моль): n = m / M; n(Mg) = m(Mg) / M(Mg); n(Mg) = 36 / 24 = 1,5 моль. Согласно уравнению реакции n(Mg) : n(N2) = 4:3; n(N2) = 3/4×n(Mg); n(N2) = 3/4×1,5 = 1,125моль. Рассчитаем объем выделившегося азота: V = n×Vm; V(N2) = n (N2) ×Vm; V(N2) = 1,125× 22,4 = 25,2л. |
Ответ | Объем азота равен 25,2 л. |