Molinė masė. V1 ir V2 - reaguojančių dujinių medžiagų tūriai Molinė masė 28

Molekulinė masė yra viena iš pagrindinių šiuolaikinės chemijos sąvokų. Į jį patekti tapo įmanoma po to mokslinis pagrindimas Avogadro teiginiai, kad daugelis medžiagų susideda iš mažiausių dalelių – molekulių, kurių kiekviena savo ruožtu susideda iš atomų. Mokslas didžiąją dalį šio sprendimo skolingas italų chemikui Amadeo Avogadro, kuris moksliškai pagrindė medžiagų molekulinę struktūrą ir suteikė chemijai daug svarbiausios sąvokos ir įstatymus.

Elementų masės vienetai

Iš pradžių vandenilio atomas buvo laikomas pagrindiniu atominės masės vienetu, o molekulinė masė yra lengviausias iš visatos elementų. Tačiau atominės masės dažniausiai buvo skaičiuojamos pagal jų deguonies junginius, todėl buvo nuspręsta pasirinkti naują atominių masių nustatymo standartą. Deguonies atominė masė buvo paimta lygi 15, lengviausios Žemėje medžiagos vandenilio atominė masė - 1. 1961 metais deguonies sistema svoriui nustatyti buvo visuotinai priimta, tačiau sukėlė tam tikrų nepatogumų.

1961 m. buvo priimta nauja santykinių atominių masių skalė, kurios standartas buvo anglies izotopas 12 C. Atominės masės vienetas (sutrumpintai a.m.u.) yra 1/12 šio etalono masės. Šiuo metu atominė masė reiškia atomo masę, kuri turi būti išreikšta a.m.u.

Molekulių masė

Bet kurios medžiagos molekulės masė yra lygi visų atomų, sudarančių šią molekulę, masių sumai. Vandenilis turi mažiausią dujų molekulinę masę, jo junginys parašytas kaip H 2 ir jo vertė artima dviem. Vandens molekulė susideda iš deguonies atomo ir dviejų vandenilio atomų. Vadinasi, jo molekulinė masė yra 15,994 + 2*1,0079=18,0152 a.m.u. Didžiausios molekulinės masės turi kompleksą organiniai junginiai- baltymai ir aminorūgštys. Baltymų struktūrinio vieneto molekulinė masė svyruoja nuo 600 iki 10 6 ir daugiau, priklausomai nuo peptidinių grandinių skaičiaus šioje makromolekulinėje struktūroje.

apgamas

Kartu su standartiniais masės ir tūrio vienetais chemijoje naudojamas labai specialus sistemos vienetas – molis.

Molis – tai medžiagos kiekis, kuriame yra tiek struktūrinių vienetų (jonų, atomų, molekulių, elektronų), kiek yra 12 gramų 12C izotopo.

Taikant medžiagos kiekio matą, būtina nurodyti, kokius struktūrinius vienetus turima omenyje. Kaip matyti iš „molio“ sąvokos, kiekvienu konkrečiu atveju reikia tiksliai nurodyti, apie kokius struktūrinius vienetus kalbama - pavyzdžiui, molis H + jonų, molis H 2 molekulių ir pan.

Molinė ir molekulinė masė

Medžiagos kiekio masė 1 mole matuojama g / mol ir vadinama moline mase. Santykį tarp molekulinės ir molinės masės galima parašyti lygtimi

ν = k × m/M, kur k yra proporcingumo koeficientas.

Nesunku pasakyti, kad bet kokiems santykiams proporcingumo koeficientas bus lygus vienetui. Iš tiesų, anglies izotopo santykinė molekulinė masė yra 12 amu, o pagal apibrėžimą šios medžiagos molinė masė yra 12 g/mol. Molekulinės masės ir molinės masės santykis yra 1. Iš to galime daryti išvadą, kad molinė ir molekulinė masė turi tokias pačias skaitines reikšmes.

Dujų kiekiai

Kaip žinote, visos mus supančios medžiagos gali būti kietos, skystos arba dujinės agregacijos būsenos. Kietosioms medžiagoms dažniausiai naudojamas bazinis matas yra masė; kietosioms medžiagoms ir skysčiams – tūris. Taip yra dėl to, kad kietosios medžiagos išlaiko savo formą ir galutinius matmenis, Skystos ir dujinės medžiagos neturi baigtinių matmenų. Bet kurių dujų ypatumas yra tas, kad tarp jų struktūrinių vienetų – molekulių, atomų, jonų – atstumas yra daug kartų didesnis už tuos pačius atstumus skysčiuose ar kietose medžiagose. Pavyzdžiui, vienas molis vandens normaliomis sąlygomis užima 18 ml tūrį – maždaug tiek pat telpa viename valgomajame šaukšte. Vieno molio smulkiai kristalinės valgomosios druskos tūris yra 58,5 ml, o 1 molio cukraus – 20 kartų daugiau nei molio vandens. Dar daugiau vietos reikia dujoms. Vienas molis azoto normaliomis sąlygomis užima 1240 kartų didesnį tūrį nei vienas molis vandens.

Taigi dujinių medžiagų tūriai labai skiriasi nuo skystų ir kietų. Taip yra dėl skirtingų atstumų tarp skirtingų agregatų būsenų medžiagų molekulių.

Normalios sąlygos

Bet kokių dujų būsena labai priklauso nuo temperatūros ir slėgio. Pavyzdžiui, azotas 20 ° C temperatūroje užima 24 litrus, o 100 ° C temperatūroje tuo pačiu slėgiu - 30,6 litro. Chemikai atsižvelgė į šią priklausomybę, todėl buvo nuspręsta visas operacijas ir matavimus su dujinėmis medžiagomis sumažinti iki normalių sąlygų. Visame pasaulyje normalių sąlygų parametrai yra vienodi. Dėl dujinių cheminių medžiagų tai yra:

Temperatūra 0°C.
Slėgis 101,3 kPa.

Normalioms sąlygoms naudojama speciali santrumpa - n.o. Kartais šis pavadinimas neparašytas užduotyse, tada turėtumėte atidžiai perskaityti problemos sąlygas ir pritaikyti pateiktus dujų parametrus į normalias sąlygas.

1 mol dujų tūrio apskaičiavimas

Pavyzdžiui, lengva apskaičiuoti vieną molį bet kokių dujų, pavyzdžiui, azoto. Norėdami tai padaryti, pirmiausia turite rasti jo santykinės molekulinės masės vertę:

M r (N 2) = 2 × 14 = 28.

Kadangi santykinė medžiagos molekulinė masė yra skaitine prasme lygi molinei masei, tada M(N 2) \u003d 28 g/mol.

Empiriškai buvo nustatyta, kad normaliomis sąlygomis azoto tankis yra 1,25 g / l.

Pakeiskime šią reikšmę į standartinę formulę, žinomą iš mokyklos fizikos kurso, kur:

V – dujų tūris;
m – dujų masė;
ρ yra dujų tankis.

Gauname, kad azoto molinis tūris normaliomis sąlygomis

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

Pasirodo, vienas molis azoto užima 22,4 litro.

Jei atliksite šią operaciją su visomis esamomis dujinėmis medžiagomis, galite padaryti netikėtą išvadą: bet kokių dujų tūris įprastomis sąlygomis yra 22,4 litro. Nepriklausomai nuo to, apie kokias dujas kalbame, kokia jų struktūra ir fizikinės bei cheminės savybės, vienas molis šių dujų užims 22,4 litro tūrį.

Molinis dujų tūris yra viena iš svarbiausių chemijos konstantų. Ši konstanta leidžia išspręsti daugelį cheminių problemų, susijusių su dujų savybių matavimu normaliomis sąlygomis.

Rezultatai

Dujinių medžiagų molekulinė masė yra svarbi nustatant medžiagos kiekį. Ir jei tyrėjas žino konkrečių dujų medžiagos kiekį, jis gali nustatyti tokių dujų masę arba tūrį. Tai pačiai dujinės medžiagos daliai vienu metu tenkinamos šios sąlygos:

ν = m/ M ν= V/ V m.

Jei pašalinsime konstantą ν, galime sulyginti šias dvi išraiškas:

Taigi galite apskaičiuoti vienos medžiagos dalies masę ir jos tūrį, o tiriamos medžiagos molekulinė masė tampa žinoma. Taikant šią formulę galima nesunkiai apskaičiuoti tūrio ir masės santykį. Sumažinant šią formulę iki formos M = m V m / V, bus žinoma norimo junginio molinė masė. Norint apskaičiuoti šią vertę, pakanka žinoti tiriamų dujų masę ir tūrį.

Reikėtų prisiminti, kad neįmanoma griežtai atitikti tikrosios medžiagos molekulinės masės ir pagal formulę nustatytos masės. Bet kokiose dujose yra daug priemaišų ir priedų, kurie daro tam tikrus jų struktūros pokyčius ir turi įtakos jų masės nustatymui. Tačiau šie svyravimai pakeičia trečią ar ketvirtą skaitmenį po kablelio rastame rezultate. Todėl mokyklos užduočių ir eksperimentų rezultatai yra gana tikėtini.

V eq1 ir V eq2 – jų ekvivalentų moliniai tūriai.

Taikant svarstytus stechiometrinius dėsnius, galima išspręsti daugybę problemų. Toliau pateikiami daugelio tipinių užduočių sprendimo pavyzdžiai.

3.3 Klausimai savikontrolei

1. Kas yra stechiometrija?

2. Kokius žinote stechiometrinius dėsnius?

3. Kaip suformuluotas medžiagų masės tvermės dėsnis?

4. Kaip, remiantis atomine-molekuline teorija, paaiškinti medžiagų masės tvermės dėsnio pagrįstumą?

5. Kaip formuluojamas kompozicijos pastovumo dėsnis?

6. Suformuluokite paprastųjų tūrinių santykių dėsnį.

7. Kaip suformuluotas Avogadro dėsnis?

8. Suformuluokite Avogadro dėsnio pasekmes.

9. Kas yra molinis tūris? Kam jis lygus?

10. Koks yra santykinis dujų tankis?

11. Kaip, žinant santykinį dujų tankį, galima nustatyti jų molinę masę?

12. Kokie parametrai apibūdina dujų būseną?

13. Kokius masės, tūrio, slėgio ir temperatūros vienetus žinote?

14. Kuo skiriasi Celsijaus ir Kelvino temperatūros skalės?

15. Kokios dujų būsenos sąlygos laikomos normaliomis?

16. Kaip dujų tūrį pasiekti normaliomis sąlygomis?

17. Kas vadinama medžiagos ekvivalentu?

18. Kokia yra ekvivalento molinė masė?

19. Kaip nustatomas a) oksido lygiavertiškumo koeficientas,

b) rūgštys, c) bazės, d) druskos?

20. Kokiomis formulėmis galima apskaičiuoti a) oksido, b) rūgšties, c) bazės, d) druskos ekvivalentą?

21. Kokiomis formulėmis galima apskaičiuoti a) oksido, b) rūgšties, c) bazės, d) druskos ekvivalentų molines mases?

22. Koks yra ekvivalento molinis tūris?

23. Kaip formuluojamas ekvivalentų dėsnis?

24. Kokiomis formulėmis galima išreikšti ekvivalentų dėsnį?

3.4. Savikontrolės testai tema „Ekvivalentiškas“ 1 variantas

1. Tomis pačiomis sąlygomis paimami vienodi O 2 ir C1 2 tūriai. Koks yra abiejų dujų masių santykis?

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

2. Kokia santykinio deguonies tankio reikšmė vandenilio atžvilgiu?

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

3. Kiek molių sieros rūgšties ekvivalentų yra 1 molyje šios medžiagos molekulių, dalyvaujančių visiškoje neutralizacijos reakcijoje?

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

4. Kas yra geležies (III) chlorido ekvivalentas reakcijoje

FeCl 3 + 3NaOH \u003d Fe (OH) 3 + 3NaC1?

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

5. Kokia yra cinko masė gramais, kurią reikia paimti, kad vykstant reakcijai su rūgštimi išsiskirtų 5,6 litro tūrio vandenilis?

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

Atsakymus rasite 26 puslapyje.

2 variantas

1. Sumaišyti vienodus tūrius vandenilio ir chloro. Kaip pasikeis mišinio tūris po reakcijos?

1) padidės 2 kartus 2) sumažės 2 kartus 3) nesikeis.

2. 2,24 litro tūrio dujų masė (normaliomis sąlygomis) yra 2,8 g Kokia yra dujų santykinė molekulinė masė?

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

3. Pagal kokį skaičių yra azoto oksido formulė, kurios azoto ekvivalento molinė masė yra 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. Po kokiu skaičiumi yra vandenilio tūrio litrais reikšmė n.o., kuris išsiskirs ištirpus rūgštyje 18 g metalo, kurio ekvivalento molinė masė yra 9?

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

5. Kas yra hidroksido geležies nitrato (III) ekvivalentas reakcijoje:

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.

Atsakymus rasite 26 puslapyje.

80 problema.
200 ml acetileno masė normaliomis sąlygomis yra 0,232 g. Nustatykite acetileno molinę masę.
Sprendimas:
1 molis bet kokių dujų normaliomis sąlygomis (T = 0 0 C ir P \u003d 101,325 kPa) užima 22,4 litro tūrį.Žinodami acetileno masę ir tūrį normaliomis sąlygomis, apskaičiuojame jo molinę masę, sudarydami proporciją:

Atsakymas:

81 problema.
Apskaičiuokite dujų molinę masę, jei 600 ml jų masė normaliomis sąlygomis yra 1,714 g.
Sprendimas:
1 molis bet kokių dujų normaliomis sąlygomis (T \u003d 0 0 C ir P \u003d 101,325 kPa) užima 22,4 litro tūrį. Žinodami acetileno masę ir tūrį normaliomis sąlygomis, apskaičiuojame jo molinę masę, sudarydami proporciją:

Atsakymas:

82 problema.
0,001 m3 dujų masė (0°C, 101,33 kPa) yra 1,25 g. Apskaičiuokite: a) dujų molinę masę; b) vienos dujų molekulės masė.
Sprendimas:
a) Šių problemų išreiškimas SI vienetų sistemoje (P = 10,133,104Pa; V = 10,104m 3; m = 1,25,10-3kg; T = 273K) ir jų pakeitimas Clapeyrono-Mendelejevo lygtimi (būsenos lygtis). idealių dujų ), randame dujų molinę masę:

Čia R yra universali dujų konstanta, lygi 8,314 J/(mol K); T yra dujų temperatūra, K; Р – dujų slėgis, Pa; V – dujų tūris, m3; M – dujų molinė masė, g/mol.

b) 1 molis bet kurios medžiagos turi 6,02 . 10 23 dalelės (atomai, molekulės), tada vienos molekulės masė apskaičiuojama iš santykio:

Atsakymas: M = 28 g/mol; m = 4,65 . 10-23 metai

83 problema.
0,001 m 3 dujų masė normaliomis sąlygomis yra 0,0021 kg. Nustatykite dujų molinę masę ir jų tankį ore.
Sprendimas:
1 molis bet kokių dujų normaliomis sąlygomis (T \u003d 0 0 C ir P \u003d 101,325 kPa) užima 22,4 litro tūrį. Žinodami dujų masę ir tūrį normaliomis sąlygomis, apskaičiuojame jų molinę masę, sudarydami proporciją:

Dujų tankis ore yra lygus tam tikrų dujų molinės masės ir oro molinės masės santykiui:

Čia yra dujų tankis ore; - molinė dujų masė; - oro (29g/mol). Tada

84 problema.
Etileno tankis deguonies atžvilgiu yra 0,875. Apibrėžkite dujų molekulinė masė.
Sprendimas:
Nuo Avogadro dėsnis iš to išplaukia, kad esant tokiam pačiam slėgiui ir ta pačiai temperatūrai vienodo tūrio dujų masės yra susietos su jų molekulinėmis masėmis:

Deguonies molinė masė yra 32 g/mol. Tada

Atsakymas:

85 problema.
0,001 m 3 kai kurių dujų masė normaliomis sąlygomis yra 0,00152 kg, o 0,001 m 3 azoto masė yra 0,00125 kg. Apskaičiuokite dujų molekulinę masę pagal: a) jų tankį azoto atžvilgiu; b) nuo molinio tūrio.
Sprendimas:

čia m 1 /m 2 yra pirmųjų dujų santykinis tankis antrųjų atžvilgiu, žymimas D. Todėl pagal uždavinio sąlygą:

Azoto molinė masė yra 28 g/mol. Tada

b) 1 molis bet kokių dujų normaliomis sąlygomis (T \u003d 0 0 C ir P \u003d 101,325 kPa) užima 22,4 litro tūrį. Žinodami dujų masę ir tūrį normaliomis sąlygomis, apskaičiuojame molinė masė tai padarydami proporciją:

Atsakymas: M (dujos) = 34 g/mol.

86 problema.
Kiek atomų sudaro gyvsidabrio molekulė garuose, jei gyvsidabrio garų tankis ore yra 6,92?
Sprendimas:
Iš Avogadro dėsnio išplaukia, kad esant tokiam pačiam slėgiui ir tokiai pačiai temperatūrai, vienodo tūrio dujų masės yra susijusios su jų molekulinėmis masėmis:

čia m 1 /m 2 yra pirmųjų dujų santykinis tankis antrųjų atžvilgiu, žymimas D. Todėl pagal uždavinio sąlygą:

Oro molinė masė yra 29 g/mol. Tada

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

Žinodami, kad Ar (Hg) \u003d 200,6 g / mol, randame gyvsidabrio molekulę sudarančių atomų skaičių (n):

Taigi gyvsidabrio molekulė susideda iš vieno atomo.

Atsakymas: iš vieno.

87 problema.
Tam tikroje temperatūroje sieros garų tankis azote yra 9,14. Kiek atomų sudaro sieros molekulę šioje temperatūroje?
Sprendimas:
Iš Avogadro dėsnio išplaukia, kad esant tokiam pačiam slėgiui ir tokiai pačiai temperatūrai, vienodo tūrio dujų masės yra susijusios su jų molekulinėmis masėmis:

čia m 1 /m 2 yra pirmųjų dujų santykinis tankis antrųjų atžvilgiu, žymimas D. Todėl pagal uždavinio sąlygą:

Azoto molinė masė yra 28 g/mol. Tada sieros garų molinė masė yra:

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

Žinodami, kad Ar(S) = 32g/mol, randame sieros molekulę sudarančių atomų skaičių (n):

Taigi, sieros molekulė susideda iš vieno atomo.

Atsakymas: iš aštuonių.

88 problema.
Apskaičiuokite acetono molinę masę, jei 500 ml jo garų masė 87 °C temperatūroje ir 96 kPa (720 mm Hg) slėgyje yra 0,93 g
Sprendimas:
Išreiškus šias problemas SI vienetų sistemoje (P = 9,6 . 104Pa; V = 5 . 104m 3; m = 0,93 . 10-3kg; T = 360K) ir pakeičiant juos į (idealios dujų būsenos lygtis), randame dujų molinę masę:

Čia R yra universali dujų konstanta, lygi 8,314 J/(mol . TO); T yra dujų temperatūra, K; Р – dujų slėgis, Pa; V – dujų tūris, m 3; M – dujų molinė masė, g/mol.

Atsakymas: 58 g/mol.

89 problema.
Esant 17°C temperatūrai ir 104 kPa (780 mm Hg) slėgiui, 624 ml dujų masė yra 1,56 g. Apskaičiuokite dujų molekulinę masę.

Šių problemų išreiškimas SI vienetų sistemoje (P = 10.4.104Pa; V = 6.24.10-4m3; m = 1.56.10-3kg; T = 290K) ir pakeitimas Clapeyrono-Mendelejevo lygtimi (lygties būsena idealios dujos), randame dujų molinę masę:

Čia R yra universali dujų konstanta, lygi 8,314 J/(mol K); T yra dujų temperatūra, K; Р – dujų slėgis, Pa; V – dujų tūris, m 3; M – dujų molinė masė, g/mol.

Atsakymas: 58 g/mol.

APIBRĖŽIMAS

Vadinamas medžiagos masės (m) ir jos kiekio (n) santykis medžiagos molinė masė:

Molinė masė dažniausiai išreiškiama g/mol, rečiau kg/kmol. Kadangi viename molyje bet kurios medžiagos yra tiek pat struktūrinių vienetų, medžiagos molinė masė yra proporcinga atitinkamo struktūrinio vieneto masei, t.y. santykinė tam tikros medžiagos atominė masė (M r):

kur κ yra proporcingumo koeficientas, vienodas visoms medžiagoms. Santykinė molekulinė masė yra bematis dydis. Jis apskaičiuojamas naudojant santykines atomines mases cheminiai elementai, nurodyta Periodinėje sistemoje D.I. Mendelejevas.

Santykinė atominio azoto masė yra 14,0067 amu. Jo santykinė molekulinė masė bus 14,0064, o molinė masė:

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

Yra žinoma, kad azoto molekulė yra dviatomė - N 2, tada santykinė azoto molekulės atominė masė bus lygi:

A r (N 2) = 14,0067 × 2 = 28,0134 amu

Santykinė azoto molekulės molekulinė masė bus 28,0134, o molinė masė:

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

Azotas yra bespalvės dujos, neturinčios nei kvapo, nei skonio (atominė struktūra parodyta 1 pav.), blogai tirpios vandenyje ir kituose tirpikliuose, kurių lydymosi temperatūra (-210 o C) ir virimo temperatūra (-195,8 o C) yra labai žema. .

Ryžiai. 1. Azoto atomo sandara.

Yra žinoma, kad gamtoje azotas gali būti dviejų izotopų 14 N (99,635%) ir 15 N (0,365%) pavidalu. Šie izotopai pasižymi skirtingu neutronų kiekiu atomo branduolyje, taigi ir moline mase. Pirmuoju atveju jis bus lygus 14 g / mol, o antruoju - 15 g / mol.

Dujinės būsenos medžiagos molekulinė masė gali būti nustatyta naudojant jos molinio tūrio sąvoką. Norėdami tai padaryti, suraskite tūrį, kurį normaliomis sąlygomis užima tam tikra tam tikros medžiagos masė, ir tada apskaičiuokite 22,4 litro šios medžiagos masę tomis pačiomis sąlygomis.

Norint pasiekti šį tikslą (molinės masės apskaičiavimą), galima naudoti idealių dujų būsenos lygtį (Mendelejevo-Clapeyrono lygtį):

čia p – dujų slėgis (Pa), V – dujų tūris (m 3), m – medžiagos masė (g), M – medžiagos molinė masė (g/mol), T – absoliuti temperatūra (K), R yra universali dujų konstanta, lygi 8,314 J / (mol × K).