Molekulska masa. V1 i V2 - volumeni reagirajućih plinovitih tvari Molarna masa 28

Molekulska težina je jedan od osnovnih pojmova u modernoj kemiji. Njegov je ulazak postao moguć nakon znanstveno opravdanje Avogadrova izjava da se mnoge tvari sastoje od najmanjih čestica - molekula, od kojih se svaka pak sastoji od atoma. Znanost uvelike duguje ovu prosudbu talijanskom kemičaru Amadeu Avogadru, koji je znanstveno potkrijepio molekularnu strukturu tvari i dao kemiji mnogo najvažniji pojmovi i zakoni.

Jedinice mase elemenata

U početku je atom vodika uzet kao osnovna jedinica atomske i molekularne mase kao najlakši element u svemiru. No atomske mase uglavnom su izračunavane na temelju njihovih kisikovih spojeva, pa je odlučeno odabrati novi standard za određivanje atomskih masa. Atomska masa kisika uzeta je jednaka 15, atomska masa najlakše tvari na Zemlji, vodika, - 1. Godine 1961. sustav kisika za određivanje težine bio je općenito prihvaćen, ali je stvorio određene neugodnosti.

Godine 1961. usvojena je nova ljestvica relativnih atomskih masa, čiji je standard bio izotop ugljika 12 C. Jedinica atomske mase (skraćeno a.m.u.) je 1/12 mase ovog standarda. Trenutno se atomska masa odnosi na masu atoma koja se mora izraziti u a.m.u.

Masa molekula

Masa molekule bilo koje tvari jednaka je zbroju masa svih atoma koji tvore ovu molekulu. Vodik ima najmanju molekulsku masu među plinovima, njegov spoj se piše kao H 2 i ima vrijednost blizu dva. Molekula vode sastoji se od atoma kisika i dva atoma vodika. Stoga je njegova molekularna težina 15,994 + 2*1,0079=18,0152 a.m.u. Najveće molekularne težine imaju složene organski spojevi- proteini i aminokiseline. Molekulska težina strukturne jedinice proteina kreće se od 600 do 10 6 i više, ovisno o broju peptidnih lanaca u ovoj makromolekularnoj strukturi.

madež

Istovremeno sa standardnim jedinicama mase i volumena u kemiji se koristi vrlo posebna sistemska jedinica - mol.

Mol je količina tvari koja sadrži onoliko strukturnih jedinica (iona, atoma, molekula, elektrona) koliko ih ima u 12 grama izotopa 12C.

Kod primjene mjere količine tvari potrebno je naznačiti na koje se strukturne jedinice misli. Kao što proizlazi iz pojma "mola", u svakom pojedinačnom slučaju treba točno navesti o kojim se strukturnim jedinicama radi - na primjer, mol H + iona, mol molekula H 2 i tako dalje.

Molarna i molekularna težina

Masa količine tvari u 1 molu mjeri se u g / mol i naziva se molarna masa. Odnos između molekulske i molarne mase može se napisati kao jednadžba

ν = k × m/M, gdje je k koeficijent proporcionalnosti.

Lako je reći da će za bilo koji omjer koeficijent proporcionalnosti biti jednak jedan. Doista, izotop ugljika ima relativnu molekulsku masu od 12 amu, a, prema definiciji, molarna masa ove tvari je 12 g/mol. Omjer molekularne težine i molarne mase je 1. Iz ovoga možemo zaključiti da molarna i molekularna težina imaju iste brojčane vrijednosti.

Volumeni plina

Kao što znate, sve tvari oko nas mogu biti u krutom, tekućem ili plinovitom agregatnom stanju. Za čvrste tvari, najčešća osnovna mjera je masa; za čvrste tvari i tekućine, volumen. To je zbog činjenice da čvrste tvari zadržavaju svoj oblik i konačne dimenzije, Tekuće i plinovite tvari nemaju konačne dimenzije. Osobitost bilo kojeg plina je da je udaljenost između njegovih strukturnih jedinica - molekula, atoma, iona - mnogo puta veća od istih udaljenosti u tekućinama ili krutinama. Na primjer, jedan mol vode u normalnim uvjetima zauzima volumen od 18 ml - približno ista količina stane u jednu žlicu. Volumen jednog mola fino kristalne kuhinjske soli je 58,5 ml, a volumen 1 mola šećera je 20 puta veći od mola vode. Za plinove je potrebno još više prostora. Jedan mol dušika u normalnim uvjetima zauzima 1240 puta veći volumen od jednog mola vode.

Dakle, volumeni plinovitih tvari bitno se razlikuju od volumena tekućih i krutih. To je zbog razlike u udaljenosti između molekula tvari u različitim agregatnim stanjima.

Normalni uvjeti

Stanje bilo kojeg plina uvelike ovisi o temperaturi i tlaku. Na primjer, dušik pri temperaturi od 20 ° C zauzima volumen od 24 litre, a pri 100 ° C pri istom tlaku - 30,6 litara. Kemičari su uzeli u obzir tu ovisnost, pa je odlučeno da se sve operacije i mjerenja s plinovitim tvarima svedu na normalne uvjete. U cijelom svijetu parametri normalnih uvjeta su isti. Za plinovito kemijske tvari ovo je:

Temperatura 0°C.
Tlak pri 101,3 kPa.

Za normalne uvjete prihvaćena je posebna kratica - n.o. Ponekad ova oznaka nije napisana u zadacima, tada biste trebali pažljivo ponovno pročitati uvjete problema i dovesti zadane parametre plina u normalne uvjete.

Izračunavanje volumena 1 mola plina

Na primjer, lako je izračunati jedan mol bilo kojeg plina, poput dušika. Da biste to učinili, prvo morate pronaći vrijednost njegove relativne molekularne težine:

M r (N 2)= 2×14=28.

Budući da je relativna molekulska masa tvari brojčano jednaka molarnoj masi, tada M(N2) \u003d 28 g/mol.

Empirijski je utvrđeno da je u normalnim uvjetima gustoća dušika 1,25 g/l.

Zamijenimo ovu vrijednost standardnom formulom poznatom iz školskog tečaja fizike, gdje:

V je volumen plina;
m je masa plina;
ρ je gustoća plina.

Dobivamo taj molarni volumen dušika u normalnim uvjetima

V (N 2) \u003d 25 g / mol: 1,25 g / litra \u003d 22,4 l / mol.

Ispada da jedan mol dušika zauzima 22,4 litre.

Ako ovu operaciju izvedete sa svim postojećim plinovitim tvarima, možete doći do iznenađujućeg zaključka: volumen bilo kojeg plina u normalnim uvjetima je 22,4 litre. Bez obzira o kakvom plinu je riječ, kakva mu je struktura i fizikalno-kemijska svojstva, jedan mol ovog plina zauzimat će volumen od 22,4 litre.

Molarni volumen plina jedna je od najvažnijih konstanti u kemiji. Ova konstanta omogućuje rješavanje mnogih kemijskih problema povezanih s mjerenjem svojstava plinova u normalnim uvjetima.

Rezultati

Molekularna težina plinovitih tvari važna je za određivanje količine tvari. A ako istraživač zna količinu tvari određenog plina, može odrediti masu ili volumen takvog plina. Za isti dio plinovite tvari istovremeno su zadovoljeni sljedeći uvjeti:

ν = m/ M ν= V/ V m.

Ako uklonimo konstantu ν, možemo izjednačiti ova dva izraza:

Tako možete izračunati masu jednog dijela tvari i njezin volumen, a molekularna težina tvari koja se proučava postaje poznata. Primjenom ove formule lako se može izračunati omjer volumena i mase. Kada se ova formula reducira na oblik M = m V m / V, postat će poznata molarna masa željenog spoja. Da bi se izračunala ova vrijednost, dovoljno je znati masu i volumen plina koji se proučava.

Treba imati na umu da je stroga podudarnost između stvarne molekularne težine tvari i one koja se nalazi formulom nemoguća. Svaki plin sadrži puno nečistoća i dodataka koji čine određene promjene u njegovoj strukturi i utječu na određivanje njegove mase. Ali te fluktuacije mijenjaju treću ili četvrtu znamenku nakon decimalne točke u pronađenom rezultatu. Stoga su za školske zadatke i pokuse dobiveni rezultati prilično uvjerljivi.

V eq1 i V eq2 - molarni volumeni njihovih ekvivalenata.

Primjenom razmatranih stehiometrijskih zakona moguće je riješiti širok spektar problema. U nastavku su navedeni primjeri rješavanja niza tipičnih zadataka.

3.3 Pitanja za samokontrolu

1. Što je stehiometrija?

2. Koje stehiometrijske zakonitosti poznajete?

3. Kako je formuliran zakon održanja mase tvari?

4. Kako objasniti valjanost zakona o održanju mase tvari na temelju atomsko-molekularne teorije?

5. Kako je formuliran zakon stalnosti sastava?

6. Formulirajte zakon jednostavnih volumetrijskih omjera.

7. Kako je formuliran Avogadrov zakon?

8. Formulirajte posljedice Avogadrova zakona.

9. Što je molarni volumen? Čemu je to jednako?

10. Što je relativna gustoća plinova?

11. Kako se, znajući relativnu gustoću plina, može odrediti njegova molarna masa?

12. Koji parametri karakteriziraju stanje plina?

13. Koje jedinice za masu, volumen, tlak i temperaturu poznajete?

14. Koja je razlika između Celzijeve i Kelvinove temperaturne ljestvice?

15. Koji se uvjeti plinovitog stanja smatraju normalnim?

16. Kako se volumen plina može dovesti u normalne uvjete?

17. Što se naziva ekvivalentom tvari?

18. Kolika je molarna masa ekvivalenta?

19. Kako se određuje faktor ekvivalencije za a) oksid,

b) kiseline, c) baze, d) soli?

20. Po kojim se formulama može izračunati ekvivalent za a) oksid, b) kiselinu, c) bazu, d) sol?

21. Po kojim se formulama mogu izračunati molarne mase ekvivalenata za a) oksid, b) kiselinu, c) bazu, d) sol?

22. Koliki je molarni volumen ekvivalenta?

23. Kako je formuliran zakon ekvivalenata?

24. Kojim se formulama može izraziti zakon ekvivalenata?

3.4. Testovi za samokontrolu na temu "Ekvivalent" Opcija 1

1. Pod istim uvjetima uzeti su jednaki volumeni O 2 i C1 2. Koliki je omjer masa oba plina?

1) m(O2) > m(Cl 2), 2) m(O2)< m(Cl 2), 3) m(O2) = m(Cl2).

2. Kolika je vrijednost relativne gustoće kisika u odnosu na vodik?

1) 32, 2) 8, 3) 16, 4) 64.

3. Koliko mola ekvivalenata sumporne kiseline sadrži 1 mol molekula ove tvari koje sudjeluju u reakciji potpune neutralizacije?

1) 2, 2) 1, 3) 1/2, 4) 1/6, 5) 1/4.

4. Što je ekvivalent željezovog (III) klorida u reakciji

FeCl 3 + 3NaOH \u003d Fe (OH) 3 + 3NaCl?

1) 1/2, 2) 1, 3) 1/3, 4) 1/4, 5) 1/6.

5. Kolika je masa cinka u gramima koju treba uzeti da bi se tijekom reakcije s kiselinom oslobodio vodik volumena 5,6 litara?

1) 65, 2) 32,5, 3) 16,25, 4) 3,25.

Za odgovore pogledajte stranicu 26.

opcija 2

1. Pomiješani jednaki volumeni vodika i klora. Kako će se promijeniti volumen smjese nakon reakcije?

1) povećat će se 2 puta 2) smanjiti će se 2 puta 3) neće se promijeniti.

2. Masa plina obujma 2,24 litre (pri normalnim uvjetima) je 2,8 g. Kolika je vrijednost relativne molekulske mase plina?

1) 14, 2) 28, 3) 28 G/mol, 4) 42.

3. Pod kojim brojem je formula dušikovog oksida, molarna masa ekvivalenta dušika u kojem je 7 g / mol?

1) N 2 O, 2) NO, 3) N 2 O 3, 4) N 2 O 4, 5) N 2 O 5.

4. Pod kojim brojem je vrijednost volumena vodika u l pri n.o., koji će se osloboditi kada se 18 g metala otopi u kiselini, čija je molarna ekvivalentna masa 9?

1) 22,4, 2) 11,2, 3) 5,6, 4) 2,24.

5. Što je ekvivalent hidroksid željezov nitrat (III) u reakciji:

Fe (NO 3) 3 + NaOH \u003d Fe (OH) 2 NO 3 + NaNO 3?

1) 1/4, 2) 1/6, 3) 1, 4) 1/2, 5) 1/3.

Za odgovore pogledajte stranicu 26.

Problem 80.
Masa 200 ml acetilena u normalnim uvjetima je 0,232 g. Odredite molarnu masu acetilena.
Riješenje:
1 mol bilo kojeg plina pod normalnim uvjetima (T = 0 0 C i P \u003d 101,325 kPa) zauzima volumen jednak 22,4 litre. Poznavajući masu i volumen acetilena u normalnim uvjetima, izračunavamo njegovu molarnu masu, čineći udio:

Odgovor:

Problem 81.
Izračunajte molarnu masu plina ako je masa 600 ml plina pri normalnim uvjetima 1,714 g.
Riješenje:
1 mol bilo kojeg plina u normalnim uvjetima (T \u003d 0 0 C i P \u003d 101,325 kPa) zauzima volumen jednak 22,4 litre. Poznavajući masu i volumen acetilena u normalnim uvjetima, izračunavamo njegovu molarnu masu, čineći udio:

Odgovor:

Problem 82.
Masa 0,001 m3 plina (0°C, 101,33 kPa) je 1,25 g. Izračunajte: a) molarnu masu plina; b) masu jedne molekule plina.
Riješenje:
a) Izražavanje ovih problema u SI sustavu jedinica (P = 10.133.104Pa; V = 10.104m 3; m = 1.25.10-3kg; T = 273K) i njihova zamjena u Clapeyron-Mendelejevu jednadžbu (jednadžbu stanja idealnog plina), nalazimo molarnu masu plina:

Ovdje je R univerzalna plinska konstanta jednaka 8,314J/(mol K); T je temperatura plina, K; R – tlak plina, Pa; V je volumen plina, m3; M je molarna masa plina, g/mol.

b) 1 mol bilo koje tvari sadrži 6.02 . 10 23 čestica (atoma, molekula), tada se masa jedne molekule izračunava iz omjera:

Odgovor M = 28 g/mol; m = 4,65 . 10-23 godine

Problem 83.
Masa 0,001 m 3 plina u normalnim uvjetima je 0,0021 kg. Odredite molarnu masu plina i njegovu gustoću u zraku.
Riješenje:
1 mol bilo kojeg plina u normalnim uvjetima (T \u003d 0 0 C i P \u003d 101,325 kPa) zauzima volumen jednak 22,4 litre. Poznavajući masu i volumen plina u normalnim uvjetima, izračunavamo njegovu molarnu masu, čineći udio:

Gustoća plina u zraku jednaka je omjeru molarne mase danog plina i molarne mase zraka:

Ovdje je gustoća plina u zraku; - molarna masa plina; - zrak (29g/mol). Zatim

Problem 84.
Gustoća etilena u odnosu na kisik je 0,875. Definirati molekularna težina plina.
Riješenje:
Iz Avogadrov zakon slijedi da su pri istom tlaku i istoj temperaturi mase jednakih volumena plinova povezane kao njihove molekulske težine:

Molarna masa kisika je 32g/mol. Zatim

Odgovor:

Problem 85.
Masa 0,001 m 3 nekog plina u normalnim uvjetima iznosi 0,00152 kg, a masa 0,001 m 3 dušika 0,00125 kg. Izračunajte molekulsku masu plina na temelju: a) njegove gustoće u odnosu na dušik; b) iz molarnog volumena.
Riješenje:

gdje je m 1 /m 2 relativna gustoća prvog plina u odnosu na drugi, označena s D. Prema tome, prema uvjetu problema:

Molarna masa dušika je 28 g/mol. Zatim

b) 1 mol bilo kojeg plina u normalnim uvjetima (T \u003d 0 0 C i P \u003d 101,325 kPa) zauzima volumen jednak 22,4 litre. Poznavajući masu i volumen plina u normalnim uvjetima, izračunavamo molekulska masa tako što ćete napraviti udio:

Odgovor: M (plin) = 34 g/mol.

Problem 86.
Koliko atoma čini molekulu žive u pari ako je gustoća živine pare u zraku 6,92?
Riješenje:
Iz Avogadrova zakona slijedi da su pri istom tlaku i istoj temperaturi mase jednakih volumena plinova povezane kao njihove molekularne težine:

gdje je m 1 /m 2 relativna gustoća prvog plina u odnosu na drugi, označena s D. Prema tome, prema uvjetu problema:

Molarna masa zraka je 29g/mol. Zatim

M1=D . M2 = 6,92 . 29 = 200,6 g/mol.

Znajući da je Ar (Hg) \u003d 200,6 g / mol, nalazimo broj atoma (n) koji čine molekulu žive:

Dakle, molekula žive sastoji se od jednog atoma.

Odgovor: od jednog.

Problem 87.
Pri određenoj temperaturi gustoća sumporne pare u dušiku iznosi 9,14. Koliko atoma čini molekulu sumpora na ovoj temperaturi?
Riješenje:
Iz Avogadrova zakona slijedi da su pri istom tlaku i istoj temperaturi mase jednakih volumena plinova povezane kao njihove molekularne težine:

gdje je m 1 /m 2 relativna gustoća prvog plina u odnosu na drugi, označena s D. Prema tome, prema uvjetu problema:

Molarna masa dušika je 28 g/mol. Tada je molarna masa sumporne pare:

M1=D . M2 = 9,14. 2 = 255,92 g/mol.

Znajući da je Ar(S) = 32g/mol, nalazimo broj atoma (n) koji čine molekulu sumpora:

Dakle, molekula sumpora sastoji se od jednog atoma.

Odgovor: od osam.

Problem 88.
Izračunajte molarnu masu acetona ako je masa 500 ml njegove pare pri 87 °C i tlaku od 96 kPa (720 mm Hg) 0,93 g
Riješenje:
Izražavajući ove probleme u SI sustavu jedinica (P = 9,6 . 104Pa; V = 5 . 104m 3; m = 0,93 . 10-3kg; T = 360K) i zamijeniti ih u (jednadžba stanja idealnog plina), nalazimo molarnu masu plina:

Ovdje je R univerzalna plinska konstanta jednaka 8,314J/(mol . DO); T je temperatura plina, K; R – tlak plina, Pa; V je volumen plina, m 3; M je molarna masa plina, g/mol.

Odgovor: 58 g/mol.

Problem 89.
Pri 17°C i tlaku od 104 kPa (780 mm Hg), masa 624 ml plina je 1,56 g. Izračunajte molekulsku masu plina.

Izražavanje ovih problema u SI sustavu jedinica (P = 10.4.104Pa; V = 6.24.10-4m3; m = 1.56.10-3kg; T = 290K) i njihova zamjena u Clapeyron-Mendelejevu jednadžbu (jednadžba stanja idealni plin), nalazimo molarnu masu plina:

Ovdje je R univerzalna plinska konstanta jednaka 8,314J/(mol K); T je temperatura plina, K; R – tlak plina, Pa; V je volumen plina, m 3; M je molarna masa plina, g/mol.

Odgovor: 58 g/mol.

DEFINICIJA

Omjer mase (m) tvari i njezine količine (n) naziva se molarna masa tvari:

Molarna masa se obično izražava u g/mol, rjeđe u kg/kmol. Budući da jedan mol bilo koje tvari sadrži isti broj strukturnih jedinica, molarna masa tvari proporcionalna je masi odgovarajuće strukturne jedinice, tj. relativna atomska masa dane tvari (M r):

gdje je κ koeficijent proporcionalnosti, isti za sve tvari. Relativna molekularna težina je bezdimenzijska veličina. Izračunava se pomoću relativnih atomskih masa kemijski elementi, naznačeno u periodnom sustavu D.I. Mendeljejev.

Relativna atomska masa atomskog dušika je 14,0067 amu. Njegova relativna molekularna težina bit će 14,0064, a molarna masa će biti:

M(N) = M r (N) × 1 mol = 14,0067 g/mol.

Poznato je da je molekula dušika dvoatomna - N 2, tada će relativna atomska masa molekule dušika biti jednaka:

A r (N 2) = 14,0067 × 2 = 28,0134 amu

Relativna molekulska masa molekule dušika bit će 28,0134, a molarna masa:

M(N 2) \u003d M r (N 2) × 1 mol \u003d 28,0134 g / mol ili jednostavno 28 g / mol.

Dušik je plin bez boje koji nema ni mirisa ni okusa (struktura atoma prikazana je na sl. 1), slabo topljiv u vodi i drugim otapalima s vrlo niskim talištem (-210 o C) i vrelištem (-195,8 o C) .

Riža. 1. Građa atoma dušika.

Poznato je da u prirodi dušik može biti u obliku dva izotopa 14 N (99,635%) i 15 N (0,365%). Ove izotope karakterizira različit sadržaj neutrona u jezgri atoma, a time i molarna masa. U prvom slučaju, to će biti jednako 14 g / mol, au drugom - 15 g / mol.

Molekularna težina tvari u plinovitom stanju može se odrediti pomoću koncepta njezinog molarnog volumena. Da biste to učinili, pronađite volumen koji u normalnim uvjetima zauzima određena masa dane tvari, a zatim izračunajte masu od 22,4 litre te tvari pod istim uvjetima.

Da bi se postigao ovaj cilj (izračun molarne mase), moguće je koristiti jednadžbu stanja idealnog plina (Mendeleev-Clapeyron jednadžba):

gdje je p tlak plina (Pa), V je volumen plina (m 3), m je masa tvari (g), M je molarna masa tvari (g / mol), T je apsolutna temperatura (K), R je univerzalna plinska konstanta jednaka 8,314 J / (mol × K).