Молярная масса 23 г моль это что за металл

Урок 5. Моль и молярная масса

В уроке 5 «Моль и молярная масса» из курса «Химия для чайников» рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.

Единица измерения количества вещества

До этого урока мы обсуждали лишь индивидуальные молекулы и атомы, а их массы мы выражали в атомных единицах массы. В реальной жизни с индивидуальными молекулами работать невозможно, потому что они ничтожно малы. Для этого химики взвешивают вещества ни в а.е.м., а в граммах.

Чтобы перейти от молекулярной шкалы измерения масс в лабораторную шкалу, используют единицу измерения количества вещества под названием моль. 1 моль содержит 6,022·10 23 частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·10 23 носит название Число Авогадро, которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода 12 C. Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·10 23 ).

Молярная масса вещества

Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:

где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, N_A — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль.

На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.

Задачи на количество вещества

Пример 1. Сколько граммов Н₂, Н₂O, СН₃ОН, октана (С₈Н₁₈) и газа неона (Ne) содержится в 1 моле?

Решение: Молекулярные массы (в атомных единицах массы) перечисленных веществ приведены в таблице Менделеева. 1 моль каждого из названных веществ имеет следующую массу:

Поскольку массы, указанные в решении примера 1, дают правильные относительные массы взвешиваемых молекул, указанная масса каждого из перечисленных веществ содержит одинаковое число молекул. Этим и удобно использование понятия моля. Нет даже необходимости знать, чему равно численное значение моля, хотя мы уже знаем, что оно составляет 6,022·10 23 ; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом N_A. Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·10 23 раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·10 23 а.е.м. Если мы понимаем под молекулярной массой массу моля вещества, то ее следует измерять в граммах на моль; если же мы действительно имеем в виду массу одной молекулы, то она численно совпадает
с молекулярной массой вещества, но выражается в атомных единицах массы на одну молекулу. Оба способа выражения молекулярной массы правильны.

Пример 2. Сколько молей составляют и сколько молекул содержат 8 г газообразного кислорода O₂?

Решение: Выписываем из таблицы Менделеева атомную массу атома кислорода (O), которая равна 15,99 а.е.м, округляем до 16. Так как у нас молекула кислорода, состоящая из двух атомов O, то ее атомная масса равна 16×2=32 а.е.м. Хорошо, а теперь переводим ее в молярную массу: 32 а.е.м = 32 г/моль. Это означает, что 1 моль (6,022·10 23 молекул) O₂ имеет массу 32 грамма. Ну и в заключении по формулам выше находим количество вещества (моль) и число молекул, содержащихся в 8 граммах O₂:

Пример 3. 1 молекула Н₂ реагирует с 1 молекулой Сl₂, в результате чего образуются 2 молекулы газообразного хлористого водорода НСl. Какую массу газообразного хлора необходимо использовать, чтобы он полностью прореагировал с 1 килограммом (кг) газообразного водорода?

Решение: Молекулярные массы H₂ и Cl₂ равны 2,0160 и 70,906 г/моль соответственно. Следовательно, в 1000 г H₂ содержится

Даже не выясняя, сколько молекул содержится в одном моле вещества, мы можем быть уверены, что 496 моля Cl₂ содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H₂. Сколько же граммов Cl₂ содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl₂ равна 70,906 г/моль, то

Пример 4. Сколько молекул H₂ и Cl₂ принимает участие в реакции, описанной в примере 3?

Решение: В 496 молях любого вещества должно содержаться 496 моля × 6,022·10 23 молекул/моль, что равно 2,99·10 26 молекул.

Чтобы наглядно показать, сколь велико число Авогадро, приведем такой пример: 1 моль кокосовых орехов каждый диаметром 14 сантиметров (см) мог бы заполнить такой объем, какой занимает наша планета Земля. Использование молей в химических расчетах рассматривается в следующей главе, но представление об этом пришлось ввести уже здесь, поскольку нам необходимо знать, как осуществляется переход от молекулярной шкалы измерения масс к лабораторной шкале.

Надеюсь урок 5 «Моль и молярная масса» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

Молярная, молекулярная и атомная массы

Молярная масса (для обозначения в формулах используется буква М) — характеристика вещества, отражающая количество граммов, которое содержится в одном его моле. Измеряется эта величина в г/моль. Интересно, что в Международной системе единиц указано, что параметр должен выражаться в кг/моль. Но г/моль является более удобной единицей измерения, поэтому именно она обычно используется на практике.

За единицу отсчёта атом элемента был взят за нейтральность и широкую распространённость в природе его изотопа. Но учёные не сразу ориентировались на углерод. Сначала были попытки создания водородной шкалы исходя из того, что водород наиболее лёгкий элемент, потом — кислородной. Но когда оказалось, что в природе это вещество является смесью изотопов с массой от 16 до 18, единица стала неприемлемой, поэтому её заменили углеродной.

С массой атомной молярная тоже может быть одинаковой, если простое вещество состоит из одного атома. Для каждого элемента её легко определить по таблице Менделеева — вместе с порядковым номером она указана в ячейке.

Определение атомной массы для каждого химического элемента было непростой задачей. Для этого учёные взвешивали все существующие в земной коре изотопы и вычисляли их среднее значение с учётом процентной распространённости в природе. Что касается синтетических элементов, то их определяли по наиболее стабильному изотопу.

Определение в сложных веществах

Для простых веществ, состоящих из одного атома, параметр считается так же, как для элемента. Молярная масса углерода всегда равна 12. Этот показатель справедлив и для натрия. Как простое вещество, этот мягкий серебристо-белый металл содержит в себе 23 г/моль, а купрум (так на латинском обозначается медь) — 63,5 г/моль. Газ также может состоять из одного элемента, например, гелий, искомый параметр которого 4 г/моль.

Но существуют и газы, которые образованы двумя молекулами (водород, азот, кислород, хлор, фтор и другие) или тремя (озон). Для них нужно не забывать умножать атомную массу на число молекул. Для сложных веществ параметр можно рассчитать аналогичным образом:

Исходя из этого, формулу молярной массы можно вывести следующим образом: М (XxYy) = М (Хx) + М (Yy) = x * М (Х) + y * М (Y). Таким образом, вычислить этот параметр для любого органического или неорганического вещества совсем несложно.

Главное, иметь под рукой таблицу Менделеева, тогда никакие онлайн-калькуляторы не потребуются.

Расчёты в смеси

Задачу можно усложнить, попробовав посчитать этот показатель в смеси, где в разных пропорциях входят различные соединения. Идеальным примером для этого является воздух. В нем можно выделить следующие составляющие:

Искомый параметр будет вычисляться следующим образом: 0,23*32+0,76*28+0,01*40. Результат равен 29,04 г/моль (можно округлить до 29).

Конечно, в воздухе содержатся и другие вещества (углекислый и инертные газы, водород и т. д. ), но их масса составляет менее десятой процента, поэтому для простоты их допускается не учитывать.

Применение в химических задачах

С этим параметром связано множество других формул. Зная его, можно вычислить количество вещества (n). Для этого нужно разделить его фактическую массу на молярную (n = m / M). Чтобы узнать число частиц в нём (N), полученное значение n нужно умножить на константу Авогадро (N A). Получается 6,02*10 23 (N = n * N A) Именно столько структурных единиц содержится в одном моле любого соединения или простого вещества. С другой стороны, зная показатель n, можно найти m по формуле n * M. В итоге получается ещё одна формула: M = m / n.

В учебнике может ждать такая задача: «Найдите массу 0,75 моль азота N2». Начать нужно с нахождения массы одного атома азота. По таблице Менделеева она равняется 14 г. Молекула состоит из двух атомов, следовательно, масса одного моля азота как простого вещества будет иметь значение 28, а масса 0,75 моль — 21 грамм.

Не менее распространена в мире химии физическая величина под названием молярный объём (V m). Её получают как отношение молярной массы к плотности вещества (M /ρ). Размерность этой величины — м 3 /моль или л/моль (кубический метр или литр на моль). В стандартных условиях для идеального газа её значение принимается за 22,41. Конечно, в реальных условиях наблюдаются отклонения от этого значения, но для решения задач ими можно пренебречь, поскольку они минимальны.

Величину для газа можно найти по формуле M = V m * ρ. Но более правильным будет вычислять её с учётом всех условий по уравнению Менделеева — Клайперона. Оно выглядит следующим образом: p * V = m * R * T / M, где p — давление, V — объём, m — масса, R — константа, равная 8,314, T — температура, M — молярная масса.

Иногда требуется найти параметр для эквивалента (MЭ). Он будет напрямую зависеть от класса соединения и его формулы. Для кислот эквивалентное число (z) соответствует количеству атомов водорода в составе (один для HCl, два для H2SO4, три для H3PO4), для щелочей — групп OH (одна для KOH, две для Ca (OH)2). Для веществ, эквивалент которых равен единице, результат не меняется, для всех остальных МЭ находится как М/ z. Исходя из этого:

Химия может быть понятной и доступной только для тех, кто последовательно подходит к её изучению и уделяет внимание каждой теме, читая учебники или просматривая видеоуроки. Но старания стоят того, ведь эта наука невероятно важная и интересная, она может дать объяснение составу и строению любого объекта окружающей среды, а на основе этих данных можно узнать практически всё о его свойствах и научиться волшебству превращения одних веществ в другие.

Источник

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТА МЕТАЛЛА

Цель работы: усвоить понятия химического эквивалента, молярной массы эквивалента, закона эквивалентов; ознакомиться с экспериментальным определением молярной массы эквивалента металла методом вытеснения водорода из кислоты.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Известно, что количество вещества определяется числом структурных единиц (атомов, молекул, ионов) этого вещества и выражается в молях.

Моль (n) – это единица количества вещества, содержащая столько же структурных единиц данного вещества, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода, состоящего только из изотопа 12 С.

Молярная масса (М) вещества представляет собой отношение массы вещества (m) к его количеству (n), а значение молярной массы численно совпадает с относительной молекулярной массой вещества или относительной атомной массой элемента, но измеряется в г/моль.

Эквивалентом вещества (nэ),вступающего в какую-либо реакцию, называют такое его количество, которое приходится на единицу валентности соответствующего элемента при образовании им соединения.

Химический эквивалент и молярная масса эквивалента представляют собой важнейшие характеристики элементов, простых и сложных веществ, учитывая то, что согласно закону эквивалентов все вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах.

Единицей химического эквивалента (nэ), так же как и количества вещества является моль, а молярная масса эквивалента (Мэ), соответственно измеряется в г/моль.

Так, водород в своих соединениях, как правило, одновалентен, и его эквивалент равен 1 моль Н или 1/2 моль Н₂, а молярная масса его эквивалента Мэ(Н) = 1 г/моль.

Кислород в своих соединениях двухвалентен, тогда его эквивалент равен 1/2 моль О или 1/4 моль О₂, а молярная масса его эквивалента Мэ(О) = 8 г/моль.

Железо в своих соединениях может быть и двух-, и трехвалентным, тогда его эквивалент в первом случае будет равен 1/2 моль Fe, а молярная масса эквивалента Мэ(Fe) = 28 г/моль. Эквивалент железа во втором случае будет равен 1/3 моль Fe, а молярная масса эквивалента Мэ(Fe) = 18,6 г/моль. Следовательно, молярную массу эквивалента простого вещества можно рассчитать по формуле:

, (1)

где М(эл-та) – молярная масса элемента;
В(эл-та) – валентность элемента.

Молярные массы эквивалентов сложных веществ (оксидов, кислот, оснований, солей) рассчитываются несколько иначе.

Молярная масса эквивалента оксида рассчитывается отношением молярной массы оксида к произведению числа атомов элемента на его валентность.

,

где М(оксида) – молярная масса оксида;
n(эл-та) – число атомов элемента;
В(эл-та) – валентность элемента.

Для оксида железа (Ш), например, молярная масса его будет равна:

Молярная масса эквивалента кислоты рассчитывается отношением молярной массы кислоты к числу атомов водорода в кислоте, способных замещаться в химических реакциях.

,

где М (кислоты) – молярная масса кислоты;
n (H) – число замещающихся в химической реакции атомов водорода.

Для серной кислоты (H₂SO₄), например, молярная масса эквивалента будет равна:

Молярная масса эквивалента основания рассчитывается отношением молярной массы основания к числу гидроксогрупп.

,

где М (основания) – молярная масса основания;
n (OH) – число гидроксогрупп.

Для гидроксида кальция (Ca(OH)₂), например, молярная масса эквивалента будет равна:

Молярная масса эквивалента соли рассчитывается отношением молярной массы соли к произведению числа атомов металла на их валентность.

,

где М (соли) – молярная масса соли;
n (Ме) – число атомов металла;
В (Ме) – валентность металла.

Для сульфата натрия (Na₂SO₄), например, молярная масса эквивалента будет равна:

Из закона эквивалентов следует, что массы вступающих и образующихся в результате реакции веществ прямопропорциональны молярным массам их эквивалентов:

, (2)

где m(1) и Мэ(1) – масса и молярная масса эквивалента первого вещества;
m(2) и Мэ(2) – масса и молярная масса эквивалента второго вещества.

Известно, что эквивалент водорода равен 1/2 моль Н₂, тогда молярный объем эквивалента водорода Vэ(Н₂) = 11,2 л/моль; соответственно Vэ(О₂) = 5,6 л/моль, т.к. эквивалент кислорода равен 1/4 моль О₂.

Если же в реакции участвуют газы и известны их объемы, то соотношение (2) можно представить следующим образом:

(3)

где m(1) и Мэ(1) – масса и молярная масса эквивалента первого вещества;
V(2) и Vэ(2) – объем и молярный объем эквивалента второго вещества.

Следует иметь ввиду, что объемы, входящие в соотношение (3), нужно приводить к нормальным условиям по формуле объединенного закона Гей-Люссака – Бойля –Мариотта:

, откуда (4)

где р, V, Т – давление, объем и температура газа при условиях опыта;
р_о, V_о, Т_о – давление, объем и температура газа при нормальных условиях.

Сущность экспериментального определения молярной массы эквивалента металла заключается в определении объема водорода (приведенного к нормальным условиям), вытесняемого из кислоты навеской металла, взятой на аналитических весах.

Произведением молярной массы эквивалента металла на его валентность определяют молярную массу атома металла.

По молярной массе атома металла и его валентности находят местоположение металла в периодической системе элементов Д.И.Менделеева, т.е. его название.

По указанию преподавателя студент взвешивает на аналитических весах навеску металла известной валентности.

Прибор для определения молярной массы эквивалента изображен на рисунке.

Перед началом работы прибор следует проверить на герметичность. Для этого отсоединяют пробирку А от прибора, через воронку С заливают водой таким образом, чтобы уровень воды в бюретке В установился на нулевом делении или несколько ниже; избыток воды удалить. Присоединяют пробирку А на место. Затем поднимают воронку C вверх и следят за уровнем воды в бюретке В. Если уровень в последней непрерывно повышается, то это означает, что прибор негерметичен и следует проверить все резиновые соединения. Если же прибор герметичен, то повышение уровня воды в бюретке В произойдет незначительно только в первый момент, а потом он будет оставаться неизменным.

Убедившись в герметичности прибора, отсоединяют пробирку А от прибора и, записав начальный уровень воды в бюретке В, наливают в пробирку А 1/4 ее объема соляной кислоты, приготовленной для определения молярной массы эквивалента металла соответствующей валентности.

Держа пробирку А в положении, близком к горизонтальному, помещают на сухое место у отверстия пробирки взвешенный металл и в таком положении соединяют пробирку А с бюреткой В, следя за тем, чтобы металл не упал в кислоту.

Убедившись вторично в герметичности прибора путем поднятия воронки С вверх, стряхивают металл в кислоту и наблюдают за ходом реакции.

По окончании реакции (прекращение выделения пузырьков водорода), устанавливают уровень воды в бюретке В и воронке С на одной высоте, перемещая кольцо К с воронкой С вниз по штативу, и записывают уровень воды в бюретке В после окончания опыта. Шкала бюретки В проградуирована в миллилитрах (мл).

С помощью барометра определяют величину атмосферного давления ( ратм ), термометра – температуру ( t ) воздуха в помещении (соответственно и температуру воды в приборе) в момент проведения опыта.

С помощью таблицы 1 определяют давление водяного пара ( рН₂О_пар ), соответствующего измеренной температуре опыта, в мм рт.ст.

Зависимость давления водяного пара от температуры

1. Определите объем выделившегося водорода в результате опыта. Для этого от значения уровня воды в бюретке В после окончания опыта ( V₂ ) следует вычесть значение уровня воды в бюретке В в начале опыта ( V₁ ).

2. Приведите экспериментальный объем выделившегося водорода к нормальным условиям, воспользовавшись формулой 4. Следует учесть, что давление внутри бюретки В складывается из давления водорода и давления водяного пара внутри объема бюретки при данной температуре:

где ратм – измеренное атмосферное давление во время проведения опыта;
рН₂О_пар – давление водяного пара при температуре опыта;
V (Н₂) – экспериментальный объем водорода;
Т – температура проведения опыта (К), равная (273+t);
р_о, Т_о – давление и температура при нормальных условиях.

3. Вычислите молярную массу эквивалента металла, с точностью до 0,1 г/моль, воспользовавшись формулой 3:

4. Воспользовавшись формулой 1, рассчитайте молярную массу металла и укажите какой это металл.

Результаты эксперимента представьте в виде таблицы 2.

5. Вычислите величины абсолютной и относительной ошибок (DХ).

DХ_абс. = М (Ме) табличное – М (Ме) экпериментальное

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется эквивалентом вещества?

2. Что является единицей эквивалента вещества?

3. Какую размерность имеет молярная масса эквивалента вещества?

4. Какие значения имеют молярные массы эквивалентов водорода и кислорода?

5. Как можно рассчитать молярную массу эквивалента элемента?

6. Что такое молярный объем и молярный объем эквивалента?

7. Какие значения имеют молярные объемы эквивалентов водорода и кислорода?

8. Как формулируется закон эквивалентов?

9. Почему при выполнении расчетов в экспериментальной части работы нужно знать давление водяного пара?

10. Какие Вы знаете методы экспериментального определения молярной массы эквивалента металлов?

1. Медь с кислородом образует два соединения, в которых содержится 79,9 % меди и 20,1 % кислорода, и 88,8 % меди и 11,2 % кислорода. Определите молярные массы эквивалентов меди в этих соединениях и составьте формулы этих соединений.

2. При сгорании 3 г магния образовалось 5 г оксида магния. Рассчитайте молярную массу эквивалента магния.

3. При взаимодействии 2,4 г углерода с кислородом образовалось 5,6 г оксида. Определите молярную массу эквивалента углерода в этом соединении и напишите уравнение реакции.

4. При взаимодействии 4 г двухвалентного металла с кислородом образовалось 5,6 г оксида. Определите, какой это металл и напишите уравнение реакции.

5. При растворении в соляной кислоте 5,4 г трехвалентного металла выделилось 6,72 л водорода, измеренного при н.у. Определите, какой это металл и напишите уравнение реакции.

6. При взаимодействии одновалентного металла с 0,2 г водорода образовалось 4,8 г гидрида металла. Определите, какой это металл и напишите уравнение этой реакции.

7. При окислении 8 г металла, проявляющего валентность, равную I, получено 9 г оксида. Определите, какой это металл и напишите уравнение данной реакции.

8. Рассчитайте объем водорода, выделившегося при растворении в соляной кислоте 18 г металла, молярная масса эквивалента которого равна 9 г/моль.

9. При взаимодействии 0,9 г трехвалентного металла с серой образовалось 2,5 г сульфида металла. Определите, какой это металл, учитывая, что молярная масса эквивалента серы в этом соединении 16 г/моль. Напишите уравнение соответствующей реакции.

10. При окислении 6,4 г серы образовалось 16 г оксида. Определите молярную массу эквивалента серы в этом соединении и напишите уравнение соответствующей реакции.

Источник