Molar kütle. V1 ve V2 - reaksiyona giren gaz halindeki maddelerin hacimleri Molar kütle 28

Molekül ağırlığı, modern kimyadaki temel kavramlardan biridir. Girişi daha sonra mümkün oldu bilimsel gerekçe Avogadro'nun, birçok maddenin en küçük parçacıklardan - her biri sırayla atomlardan oluşan moleküllerden - oluştuğuna dair ifadeleri. Bilim, bu yargının çoğunu, maddelerin moleküler yapısını bilimsel olarak doğrulayan ve kimyaya birçok bilgi veren İtalyan kimyager Amadeo Avogadro'ya borçludur. en önemli kavramlar ve yasalar.

Elementlerin kütle birimleri

Başlangıçta hidrojen atomu, evrendeki elementlerin en hafifi olarak atomik ve moleküler kütlenin temel birimi olarak alındı. Ancak atom kütleleri çoğunlukla oksijen bileşikleri temelinde hesaplandı, bu nedenle atom kütlelerini belirlemek için yeni bir standart seçilmesine karar verildi. Oksijenin atom kütlesi 15'e eşit alındı, dünyadaki en hafif maddenin atom kütlesi, hidrojen, - 1. 1961'de, ağırlığı belirlemek için oksijen sistemi genel olarak kabul edildi, ancak bazı rahatsızlıklar yarattı.

1961'de, standardı karbon izotopu 12 C olan yeni bir bağıl atomik kütle ölçeği kabul edildi. Atomik kütle birimi (kısaltılmış a.m.u.) bu standardın kütlesinin 1/12'sidir. Şu anda, atomik kütle, a.m.u olarak ifade edilmesi gereken bir atomun kütlesini ifade eder.

Molekül kütlesi

Herhangi bir maddenin molekülünün kütlesi, bu molekülü oluşturan tüm atomların kütlelerinin toplamına eşittir. Hidrojen, bir gazın en hafif moleküler ağırlığına sahiptir, bileşiği H2 olarak yazılır ve ikiye yakın bir değere sahiptir. Su molekülü bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluşur. Dolayısıyla moleküler ağırlığı 15.994 + 2*1.0079=18.0152 a.m.u'dur. En büyük moleküler ağırlıklar karmaşık organik bileşikler- proteinler ve amino asitler. Bir protein yapısal biriminin moleküler ağırlığı, bu makromoleküler yapıdaki peptit zincirlerinin sayısına bağlı olarak 600 ila 106 veya daha fazla arasında değişir.

köstebek

Kimyadaki standart kütle ve hacim birimleriyle eş zamanlı olarak çok özel bir sistem birimi kullanılır - köstebek.

Bir mol, 12 gramlık 12 C izotopundaki kadar yapısal birim (iyonlar, atomlar, moleküller, elektronlar) içeren bir maddenin miktarıdır.

Bir maddenin miktarının ölçüsünü uygularken, hangi yapısal birimlerin kastedildiğini belirtmek gerekir. “Köstebek” kavramından yola çıkarak, her bir durumda tam olarak hangi yapısal birimlerin söz konusu olduğu belirtilmelidir - örneğin, bir mol H + iyonu, bir mol H2 molekülü vb.

Molar ve moleküler ağırlık

1 mol içindeki bir madde miktarının kütlesi g/mol olarak ölçülür ve molar kütle olarak adlandırılır. Moleküler ve molar kütle arasındaki ilişki bir denklem olarak yazılabilir.

ν = k × m/M, burada k orantı katsayısıdır.

Herhangi bir oran için orantılılık katsayısının bire eşit olacağını söylemek kolaydır. Gerçekten de, karbon izotopunun bağıl moleküler kütlesi 12 amu'dur ve tanıma göre, bu maddenin molar kütlesi 12 g/mol'dür. Molar ağırlığın molara oranı 1'dir. Bundan molar ve moleküler ağırlıkların aynı sayısal değerlere sahip olduğu sonucuna varabiliriz.

Gaz hacimleri

Bildiğiniz gibi etrafımızdaki tüm maddeler katı, sıvı veya gaz halinde toplanma halinde olabilir. Katılar için en yaygın temel ölçü kütle, katılar ve sıvılar için hacimdir. Bunun nedeni katıların şekillerini ve son boyutlarını korumalarıdır. Sıvı ve gaz halindeki maddelerin sonlu boyutları yoktur. Herhangi bir gazın özelliği, yapısal birimleri - moleküller, atomlar, iyonlar - arasındaki mesafenin, sıvılarda veya katılarda aynı mesafeden birçok kez daha büyük olmasıdır. Örneğin, normal koşullar altında bir mol su 18 ml'lik bir hacim kaplar - yaklaşık olarak aynı miktar bir çorba kaşığına sığar. Bir mol ince kristal sofra tuzunun hacmi 58.5 ml'dir ve 1 mol şekerin hacmi bir mol sudan 20 kat fazladır. Gazlar için daha da fazla alan gereklidir. Normal koşullar altında bir mol azot, bir mol sudan 1240 kat daha büyük bir hacim kaplar.

Bu nedenle, gaz halindeki maddelerin hacimleri, sıvı ve katı maddelerin hacimlerinden önemli ölçüde farklıdır. Bunun nedeni, farklı kümelenme durumlarındaki maddelerin molekülleri arasındaki mesafelerdeki farktır.

Normal koşullar

Herhangi bir gazın durumu büyük ölçüde sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Örneğin, 20 ° C sıcaklıkta azot 24 litre ve aynı basınçta 100 ° C'de - 30,6 litre hacim kaplar. Kimyagerler bu bağımlılığı dikkate aldılar, bu nedenle gaz halindeki maddelerle yapılan tüm işlemlerin ve ölçümlerin normal koşullara indirilmesine karar verildi. Dünyanın her yerinde normal koşulların parametreleri aynıdır. gazlı için kimyasal maddeler bu:

0°C'de sıcaklık.
101,3 kPa'da basınç.

Normal koşullar için özel bir kısaltma kullanılmıştır - n.o. Bazen bu atama görevlerde yazılmaz, o zaman sorunun koşullarını dikkatlice tekrar okumalı ve verilen gaz parametrelerini normal koşullara getirmelisiniz.

1 mol gaz hacminin hesaplanması

Örnek olarak, nitrojen gibi herhangi bir gazın bir molünü hesaplamak kolaydır. Bunu yapmak için önce bağıl moleküler ağırlığının değerini bulmanız gerekir:

M r (N 2)= 2×14=28.

Bir maddenin bağıl moleküler kütlesi sayısal olarak mol kütlesine eşit olduğundan, o zaman M(N 2) \u003d 28 g / mol.

Ampirik olarak, normal koşullar altında nitrojen yoğunluğunun 1.25 g/litre olduğu bulunmuştur.

Bu değeri okul fizik dersinden bilinen standart formülle değiştirelim, burada:

V, gazın hacmidir;
m gazın kütlesidir;
ρ gaz yoğunluğudur.

Normal şartlar altında nitrojenin molar hacmini elde ederiz.

V (N 2) \u003d 25 g / mol: 1.25 g / litre \u003d 22.4 l / mol.

Bir mol azotun 22.4 litre kapladığı ortaya çıktı.

Bu işlemi mevcut tüm gaz halindeki maddelerle yaparsanız, şaşırtıcı bir sonuca varabilirsiniz: normal şartlar altında herhangi bir gazın hacmi 22,4 litredir. Ne tür bir gazdan bahsettiğimize, yapısı ve fiziko-kimyasal özellikleri ne olursa olsun, bu gazın bir molü 22.4 litre hacim kaplayacaktır.

Bir gazın molar hacmi kimyadaki en önemli sabitlerden biridir. Bu sabit, normal koşullar altında gazların özelliklerinin ölçülmesiyle ilgili birçok kimyasal sorunun çözülmesini mümkün kılar.

Sonuçlar

Gaz halindeki maddelerin moleküler ağırlığı, bir maddenin miktarını belirlemek için önemlidir. Ve araştırmacı belirli bir gazın madde miktarını biliyorsa, böyle bir gazın kütlesini veya hacmini belirleyebilir. Gaz halindeki bir maddenin aynı kısmı için aşağıdaki koşullar aynı anda sağlanır:

ν = m/ M ν= V/ V m.

ν sabitini kaldırırsak, bu iki ifadeyi eşitleyebiliriz:

Böylece maddenin bir kısmının kütlesini ve hacmini hesaplayabilirsiniz ve incelenen maddenin moleküler ağırlığı bilinir hale gelir. Bu formülü uygulayarak hacim-kütle oranı kolayca hesaplanabilir. Bu formül M = m V m / V formuna indirgendiğinde, istenen bileşiğin molar kütlesi bilinecektir. Bu değeri hesaplamak için incelenen gazın kütlesini ve hacmini bilmek yeterlidir.

Unutulmamalıdır ki, bir maddenin gerçek moleküler ağırlığı ile formülde bulunan arasında kesin bir benzerlik imkansızdır. Herhangi bir gaz, yapısında belirli değişiklikler yapan ve kütlesinin belirlenmesini etkileyen birçok safsızlık ve katkı maddesi içerir. Ancak bu dalgalanmalar, bulunan sonuçtaki ondalık noktadan sonraki üçüncü veya dördüncü hanede değişiklik yapar. Bu nedenle, okul görevleri ve deneyleri için bulunan sonuçlar oldukça makul.

V eq1 ve V eq2 - eşdeğerlerinin molar hacimleri.

Dikkate alınan stokiyometrik yasaları kullanarak çok çeşitli problemleri çözmek mümkündür. Bir dizi tipik görevi çözme örnekleri aşağıda verilmiştir.

3.3 Otokontrol için sorular

1. Stokiyometri nedir?

2. Hangi stokiyometrik yasaları biliyorsunuz?

3. Maddelerin kütlesinin korunumu yasası nasıl formüle edilir?

4. Atom-moleküler teori temelinde maddelerin kütlesinin korunumu yasasının geçerliliği nasıl açıklanır?

5. Bileşim sabitliği yasası nasıl formüle edilir?

6. Basit hacimsel oranlar yasasını formüle edin.

7. Avogadro yasası nasıl formüle edilir?

8. Avogadro yasasının sonuçlarını formüle edin.

9. Molar hacim nedir? Neye eşittir?

10. Gazların bağıl yoğunluğu nedir?

11. Bir gazın bağıl yoğunluğunu bilerek, onun molar kütlesi nasıl belirlenebilir?

12. Gaz durumunu hangi parametreler karakterize eder?

13. Hangi kütle, hacim, basınç ve sıcaklık birimlerini biliyorsunuz?

14. Celsius ve Kelvin sıcaklık ölçekleri arasındaki fark nedir?

15. Gaz durumunun hangi koşulları normal kabul edilir?

16. Gazın hacmi nasıl normal şartlara getirilebilir?

17. Bir maddenin eşdeğeri nedir?

18. Eşdeğerin molar kütlesi nedir?

19. a) oksit için eşdeğerlik faktörü nasıl belirlenir,

b) asitler, c) bazlar, d) tuzlar?

20. a) oksit, b) asit, c) baz, d) tuzun eşdeğerini hesaplamak için hangi formüller kullanılabilir?

21. a) oksit, b) asit, c) baz, d) tuz için eşdeğerlerin molar kütlelerini hesaplamak için hangi formüller kullanılabilir?

22. Eşdeğerin molar hacmi nedir?

23. Eşdeğerler yasası nasıl formüle edilir?

24. Hangi formüller eşdeğerler yasasını ifade edebilir?

3.4. "Eşdeğer" Seçenek 1 konusunda kendi kendini kontrol etme testleri

1. Aynı koşullar altında eşit hacimlerde O 2 ve C1 2 alınır. Her iki gazın kütle oranı nedir?

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

2. Oksijenin bağıl yoğunluğunun hidrojene göre değeri nedir?

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

3. Tam nötralizasyon reaksiyonuna katılan bu maddenin 1 mol molekülünde kaç mol sülfürik asit eşdeğeri bulunur?

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

4. Reaksiyondaki demir (III) klorürün eşdeğeri nedir?

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

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

5. Asit ile reaksiyon sırasında 5,6 litre hacme sahip hidrojeni serbest bırakmak için alınması gereken çinkonun gram cinsinden kütlesi nedir?

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

Cevaplar için sayfa 26'ya bakın.

seçenek 2

1. Karıştırılmış eşit hacimlerde hidrojen ve klor. Reaksiyondan sonra karışımın hacmi nasıl değişir?

1) 2 kat artacak 2) 2 kat azalacak 3) değişmeyecek.

2. Hacmi 2,24 litre olan (normal şartlar altında) bir gazın kütlesi 2,8 g'dır Gazın bağıl moleküler ağırlığının değeri nedir?

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

3. Nitrik oksit formülü, 7 g / mol olan nitrojen eşdeğerinin molar kütlesi hangi sayının altındadır?

1) N 2 O, 2) HAYIR, 3) N 2 O 3, 4) N 2 O 4, 5) N 2 O 5.

4. Eşdeğerinin molar kütlesi 9 olan 18 g bir metal asit içinde çözüldüğünde açığa çıkacak olan hidrojenin litre cinsinden hacminin değeri kaç altında bulunur?

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

5. Reaksiyondaki hidroksit demir nitratın (III) eşdeğeri nedir:

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.

Cevaplar için sayfa 26'ya bakın.

Sorun 80.
Normal koşullar altında 200 ml asetilenin kütlesi 0.232 g'dır. Asetilenin molar kütlesini belirleyin.
Çözüm:
Normal koşullar altında 1 mol gaz (T = 0 0 C ve P \u003d 101.325 kPa) 22.4 litreye eşit bir hacim kaplar. Normal koşullar altında asetilenin kütlesini ve hacmini bilerek, oranı oluşturan molar kütlesini hesaplarız:

Cevap:

Sorun 81.
Normal şartlar altında 600 ml'lik bir gazın kütlesi 1.714 g ise bir gazın molar kütlesini hesaplayın.
Çözüm:
Normal koşullar altında 1 mol gaz (T \u003d 0 0 C ve P \u003d 101.325 kPa) 22.4 litreye eşit bir hacim kaplar. Normal koşullar altında asetilenin kütlesini ve hacmini bilerek, oranı oluşturan molar kütlesini hesaplarız:

Cevap:

Sorun 82.
0.001 m3 gazın (0°C, 101.33 kPa) kütlesi 1.25 g'dır. Aşağıdakileri hesaplayın: a) gazın molar kütlesi; b) bir gaz molekülünün kütlesi.
Çözüm:
a) Bu problemleri SI birim sisteminde (P = 10.133.104Pa; V = 10.104m 3; m = 1.25.10-3kg; T = 273K) ifade etmek ve bunları Clapeyron-Mendeleev denkleminde (durum denklemi) yerine koymak ideal bir gazın ), gazın molar kütlesini buluruz:

Burada R, 8.314J/(mol K)'ye eşit evrensel gaz sabitidir; T gaz sıcaklığıdır, K; Р – gaz basıncı, Pa; V gazın hacmidir, m3; M gazın molar kütlesidir, g/mol.

b) 1 mol herhangi bir madde 6.02 içerir . 10 23 parçacık (atomlar, moleküller), daha sonra bir molekülün kütlesi şu orandan hesaplanır:

Cevap: M = 28g/mol; m = 4.65 . 10-23 yıl

Sorun 83.
Normal şartlar altında 0,001 m3 gazın kütlesi 0,0021 kg'dır. Gazın molar kütlesini ve havadaki yoğunluğunu belirleyin.
Çözüm:
Normal koşullar altında 1 mol gaz (T \u003d 0 0 C ve P \u003d 101.325 kPa) 22.4 litreye eşit bir hacim kaplar. Normal koşullar altında gazın kütlesini ve hacmini bilerek, oranı oluşturan molar kütlesini hesaplarız:

Bir gazın havadaki yoğunluğu, belirli bir gazın molar kütlesinin havanın molar kütlesine oranına eşittir:

İşte havadaki gaz yoğunluğu; - gazın molar kütlesi; - hava (29g/mol). O zamanlar

Sorun 84.
Etilenin oksijene göre yoğunluğu 0.875'tir. Tanımlamak gazın moleküler ağırlığı.
Çözüm:
İtibaren Avogadro yasası aynı basınçta ve aynı sıcaklıkta, eşit hacimdeki gazların kütlelerinin moleküler ağırlıkları ile ilişkili olduğu sonucu çıkar:

Oksijenin molar kütlesi 32g/mol'dür. O zamanlar

Cevap:

Sorun 85.
Normal koşullar altında 0,001 m3 bazı gazın kütlesi 0,00152 kg ve 0,001 m3 azotun kütlesi 0,00125 kg'dır. Aşağıdakilere dayalı olarak bir gazın moleküler ağırlığını hesaplayın: a) nitrojene göre yoğunluğu; b) molar hacimden.
Çözüm:

burada m 1 /m2, birinci gazın ikinciye göre bağıl yoğunluğudur ve D ile gösterilir. Bu nedenle, problemin durumuna göre:

Azotun molar kütlesi 28g/mol'dür. O zamanlar

b) Normal koşullar altında 1 mol gaz (T \u003d 0 0 C ve P \u003d 101.325 kPa) 22.4 litreye eşit bir hacim kaplar. Normal şartlar altında gazın kütlesini ve hacmini bilerek hesaplıyoruz. molar kütle orantı yaparak:

Cevap: M (Gaz) = 34 g/mol.

Sorun 86.
Havadaki cıva buharının yoğunluğu 6.92 ise, buhardaki cıva molekülünü kaç atom oluşturur?
Çözüm:
Avogadro yasasından, aynı basınçta ve aynı sıcaklıkta, eşit hacimdeki gazların kütlelerinin moleküler ağırlıkları ile ilişkili olduğu sonucu çıkar:

burada m 1 /m2, birinci gazın ikinciye göre bağıl yoğunluğudur ve D ile gösterilir. Bu nedenle, problemin durumuna göre:

Havanın molar kütlesi 29g/mol'dür. O zamanlar

M1=D . M2 = 6.92 . 29 = 200,6 g/mol.

Ar (Hg) \u003d 200,6 g / mol olduğunu bilerek, cıva molekülünü oluşturan atom sayısını (n) buluruz:

Böylece, cıva molekülü bir atomdan oluşur.

Cevap: birinden.

Sorun 87.
Belirli bir sıcaklıkta azot içindeki kükürt buharının yoğunluğu 9.14'tür. Bu sıcaklıkta bir kükürt molekülünü kaç atom oluşturur?
Çözüm:
Avogadro yasasından, aynı basınçta ve aynı sıcaklıkta, eşit hacimdeki gazların kütlelerinin moleküler ağırlıkları ile ilişkili olduğu sonucu çıkar:

burada m 1 /m2, birinci gazın ikinciye göre bağıl yoğunluğudur ve D ile gösterilir. Bu nedenle, problemin durumuna göre:

Azotun molar kütlesi 28g/mol'dür. O zaman kükürt buharının molar kütlesi:

M1=D . M2 = 9.14. 2 = 255.92 g/mol.

Ar(S) = 32g/mol olduğunu bilerek, kükürt molekülünü oluşturan atom sayısını (n) buluruz:

Böylece, kükürt molekülü bir atomdan oluşur.

Cevap: sekiz üzerinden.

Sorun 88.
87 ° C'de ve 96 kPa (720 mm Hg) basınçta 500 ml buharının kütlesi 0,93 g ise asetonun molar kütlesini hesaplayın.
Çözüm:
Bu sorunları SI birim sisteminde ifade ettikten sonra (P = 9.6 . 104Pa; V = 5 . 104m3; m = 0.93 . 10-3kg; T = 360K) ve bunları yerine koyarak (ideal gaz hal denklemi), gazın molar kütlesini buluruz:

Burada R, 8.314J/(mol)'e eşit evrensel gaz sabitidir. . İLE); T gaz sıcaklığıdır, K; Р – gaz basıncı, Pa; V, gazın hacmidir, m3; M gazın molar kütlesidir, g/mol.

Cevap: 58 g/mol.

Sorun 89.
17°C'de ve 104 kPa (780 mm Hg) basınçta, 624 ml gazın kütlesi 1.56 g'dır. Gazın moleküler ağırlığını hesaplayın.

Bu problemleri SI birim sisteminde ifade etmek (P = 10.4.104Pa; V = 6.24.10-4m3; m = 1.56.10-3kg; T = 290K) ve bunları Clapeyron-Mendeleev denkleminde yerine koymak (bir ideal gaz), gazın molar kütlesini buluruz:

Burada R, 8.314J/(mol K)'ye eşit evrensel gaz sabitidir; T gaz sıcaklığıdır, K; Р – gaz basıncı, Pa; V, gazın hacmidir, m3; M gazın molar kütlesidir, g/mol.

Cevap: 58 g/mol.

TANIM

Bir maddenin kütlesinin (m) miktarına (n) oranına denir. maddenin molar kütlesi:

Molar kütle genellikle g/mol, daha nadiren kg/kmol olarak ifade edilir. Herhangi bir maddenin bir molü aynı sayıda yapısal birim içerdiğinden, maddenin molar kütlesi karşılık gelen yapısal birimin kütlesi ile orantılıdır, yani. belirli bir maddenin bağıl atom kütlesi (M r):

κ orantı katsayısıdır, tüm maddeler için aynıdır. Bağıl moleküler ağırlık, boyutsuz bir miktardır. Göreceli atomik kütleler kullanılarak hesaplanır kimyasal elementler, D.I.'nin Periyodik sisteminde belirtilmiştir. Mendeleyev.

Atomik nitrojenin bağıl atom kütlesi 14.0067 amu'dur. Göreceli moleküler ağırlığı 14.0064 olacak ve molar kütle:

M(N) = M r (N) × 1 mol = 14.0067 g/mol.

Azot molekülünün iki atomlu olduğu bilinmektedir - N 2, o zaman azot molekülünün bağıl atom kütlesi şuna eşit olacaktır:

Ar (N 2) = 14.0067 × 2 = 28.0134 amu

Bir nitrojen molekülünün bağıl moleküler ağırlığı 28.0134 olacaktır ve molar kütle:

M(N 2) \u003d M r (N 2) × 1 mol \u003d 28.0134 g / mol veya sadece 28 g / mol.

Azot, kokusu ve tadı olmayan (atom yapısı Şekil 1'de gösterilmiştir), suda ve çok düşük erime noktalarına (-210 o C) ve kaynama noktalarına (-195.8 o C) sahip diğer çözücülerde az çözünür, renksiz bir gazdır. .

Pirinç. 1. Azot atomunun yapısı.

Doğada azotun 14 N (% 99.635) ve 15 N (% 0.365) olmak üzere iki izotop halinde olabileceği bilinmektedir. Bu izotoplar, bir atomun çekirdeğindeki farklı bir nötron içeriği ve dolayısıyla molar kütle ile karakterize edilir. İlk durumda, 14 g / mol'e ve ikinci - 15 g / mol'e eşit olacaktır.

Gaz halindeki bir maddenin moleküler ağırlığı, molar hacmi kavramı kullanılarak belirlenebilir. Bunu yapmak için, belirli bir maddenin belirli bir kütlesinin normal koşullar altında kapladığı hacmi bulun ve ardından bu maddenin aynı koşullar altında 22.4 litre kütlesini hesaplayın.

Bu amaca ulaşmak için (molar kütlenin hesaplanması), ideal bir gazın durum denklemini (Mendeleev-Clapeyron denklemi) kullanmak mümkündür:

burada p gaz basıncıdır (Pa), V gaz hacmidir (m 3), m maddenin kütlesidir (g), M maddenin molar kütlesidir (g / mol), T mutlak sıcaklıktır (K), R, 8.314 J / (mol × K)'ye eşit evrensel gaz sabitidir.