В какво се измерва броят на частиците на дадено вещество? Как се решават задачи по химия, готови решения

Количеството вещество. Молът е единица за количество вещество. Числото на Авогадро

В допълнение към разглежданите по-рано абсолютни и относителни маси на атоми и молекули, в химията от голямо значение има специална величина – количеството вещество. Количеството на веществото се определя от броя на структурните единици (атоми, молекули, йони или други частици) на това вещество. Количеството вещество се обозначава с буквата ν. Вече знаете, че всяка физическа величина има своя собствена мерна единица. Например дължината на тялото се измерва в метри, масата на веществото се измерва в килограми. Как се измерва количеството на веществото? За измерване на количеството на веществото има специална единица - мола.

къртица- това е количеството вещество, съдържащо толкова частици (атоми, молекули или други), колкото има въглеродни атоми в 0,012 kg (т.е. 12 g въглерод. Това означава, че един мол цинк, един мол алуминий, един мол въглеродът съдържа един и същ брой атоми. Това също означава, че един мол молекулен кислород, един мол вода съдържат еднакъв брой молекули. И в първия, и във втория случай броят на частиците (атоми, молекули) който се съдържа в един мол е равен на броя на атомите в един мол въглерод. Експериментално е установено, че един мол от вещество съдържа 6,02 1023 частици (атоми, молекули или други). вещество. Ако веществото се състои от атоми (например цинк, алуминий и др.), тогава един мол от това вещество е 6,02 1023 от неговите атоми. Ако веществото се състои от молекули (например кислород, вода и т.н.), тогава един мол от това вещество е 6,02 1023 от неговите молекули. ina 6.02 1023 е кръстен на известния италиански учен Амедео Авогадро "константа на Авогадро" и е обозначен като NA. Числото на Авогадро показва броя на частиците в един мол от веществото, така че може да има измерението "частици / мол". Въпреки това, тъй като частиците могат да бъдат различни, думата „частици“ се пропуска и вместо това се записва единица в размерността на числото на Авогадро: „1/mol“ или „mol-1“. Така: NA = 6,02 1023.

Числото на Авогадромного голям. Сравнете: ако съберете 6,02 × 1023 топки с радиус 14 сантиметра, тогава общият им обем ще бъде приблизително същия обем, който заема цялата ни планета Земя.

За да определите броя на атомите (молекулите) в определено количество от вещество, трябва да използвате следната формула: N = ν NA,

където N е броят на частиците (атоми или молекули).

Например, нека определим броя на алуминиеви атоми, съдържащи се в 2 mol алуминиево вещество: N (Al) = ν (Al) · NA.

N (Al) = 2 mol 6,02 1023 = 12,04 1023 (атоми).

Освен това можете да определите количеството на веществото по известен брой атоми (молекули):

стехиометрия- количествени съотношения между реагиращи вещества.

Ако реагентите влизат в химично взаимодействие в строго определени количества и в резултат на реакцията се образуват вещества, чието количество може да се изчисли, тогава такива реакции се наричат стехиометричен.

Закони на стехиометрията:

Коефициентите в химичните уравнения пред формулите на химичните съединения се наричат стехиометричен.

Всички изчисления според химичните уравнения се основават на използването на стехиометрични коефициенти и са свързани с намиране на количества от вещество (брой молове).

Количеството вещество в уравнението на реакцията (брой молове) = коефициент пред съответната молекула.

Н А=6,02×10 23 mol -1.

η - съотношението на действителната маса на продукта m pдо теоретично възможното м t, изразено във фракции от единица или като процент.

Ако добивът на реакционните продукти не е посочен в условието, тогава в изчисленията той се приема равен на 100% (количествен добив).

Схема за изчисление според уравненията на химичните реакции:

1. Напишете уравнение за химична реакция.
2. Над химичните формули на веществата напишете известни и неизвестни количества с мерни единици.
3. Под химичните формули на вещества с познати и неизвестни запишете съответните стойности на тези количества, намерени от уравнението на реакцията.
4. Съставяне и решаване на пропорции.

Пример.Изчислете масата и количеството на веществото магнезиев оксид, образувано при пълното изгаряне на 24 g магнезий.

Терминът мол се използва за измерване на химикали. Нека разберем характеристиките на това количество, да дадем примери за изчислителни задачи с негово участие и да определим важността на този термин.

Определение

Молът в химията е изчислителна единица. Той представлява количеството на определено вещество, в което има толкова структурни единици (атоми, молекули), колкото има в 12 грама въглероден атом.

Числото на Авогадро

Количеството на веществото е свързано с числото на Авогадро, което е 6*10^23 1/mol. За вещества с молекулярна структура се смята, че един мол включва точно числото на Авогадро. Ако трябва да изчислите броя на молекулите, съдържащи се в 2 мола вода, тогава трябва да умножите 6 * 10^23 по 2, получаваме 12 * 10^23 парчета. Нека да разгледаме ролята на бенката в химията.

Количеството вещество

Вещество, което се състои от атоми, съдържа число на Авогадро. Например, за натриев атом това е 6 * 10 * 23 1 / mol. Какво е обозначението му? Мол в химията се обозначава с гръцката буква "nu" или латинската "n". За да извършите математически изчисления, свързани с количеството на веществото, използвайте математическата формула:

n=N/N(A), където n е количеството на веществото, N(A) е числото на Авогадро, N е броят на структурните частици на веществото.

Ако е необходимо, можете да изчислите броя на атомите (молекулите):

Действителната маса на мол се нарича моларна. Ако количеството на веществото се определя в молове, тогава стойността на моларната маса има единици g / mol. В числово отношение тя съответства на стойността на относителното молекулно тегло, което може да се определи чрез сумиране на относителните атомни маси на отделните елементи.

Например, за да се определи молната маса на молекула на въглероден диоксид, е необходимо да се извършат следните изчисления:

M(CO2)=Ar(C)+2Ar(O)=12+2*16=44

При изчисляване на молната маса на натриевия оксид получаваме:

M(Na2O)=2*Ar(Na)+Ar(O)=2*23+16=62

Когато определяме моларната маса на сярната киселина, ние сумираме две относителни атомни маси на водорода с една атомна маса на сярата и четири относителни атомни маси на кислорода. Техните стойности винаги могат да бъдат намерени в периодичната таблица на Менделеев. В резултат получаваме 98.

Мол в химията ви позволява да извършвате различни изчисления, свързани с химически уравнения. Всички типични изчислителни задачи в неорганичната и органичната химия, които включват намиране на масата и обема на веществата, се решават точно чрез молове.

Примери за изчислителни задачи

Молекулната формула на всяко вещество показва броя на моловете на всеки елемент, включен в неговия състав. Например, един мол фосфорна киселина съдържа три мола водородни атоми, един мол фосфорни атоми и четири мола кислородни атоми. Всичко е доста просто. Молът в химията е преходът от микрокосмоса на молекулите и атомите към макросистемата с килограми и грамове.

Задача 1.Определете броя на водните молекули, съдържащи се в 16,5 мола.

За да разрешим, използваме връзката между числото на Авогадро (количество вещество). Получаваме:

16,5*6,022*1023 = 9,9*1024 молекули.

Задача 2.Изчислете броя на молекулите, съдържащи се в 5 g въглероден диоксид.

Първо трябва да изчислите моларната маса на дадено вещество, като използвате връзката му с относителното молекулно тегло. Получаваме:

N=5/44*6,023*1023=6,8*1023 молекули.

Алгоритъм за задачи върху химично уравнение

При изчисляване на масата или продуктите на реакцията според уравнението се използва определен алгоритъм на действия. Първо се определя кой от изходните материали е с дефицит. За да направите това, намерете техния брой в бенки. След това те съставят уравнението на процеса, не забравяйте да поставите стереохимичните коефициенти. Изходните данни се записват над веществата, под тях е посочено количеството на веществото, взето в молове (по коефициент). Ако е необходимо, преобразувайте мерните единици с помощта на формули. След това те съставят пропорция и я решават математически.

Ако се предложи по-сложна задача, тогава масата на чистото вещество се изчислява предварително, като се отстраняват примесите и след това те започват да определят неговото количество (в молове). Нито един проблем в химията, свързан с уравнението на реакцията, не може да бъде решен без такова количество като мол. Освен това, използвайки този термин, можете лесно да определите броя на молекулите или атомите, като използвате постоянното число на Авогадро за такива изчисления. Изчислителните задачи са включени в тестови въпроси по химия за завършилите основни и средни училища.

Мол, моларна маса

Най-малките частици - молекули, атоми, йони, електрони - участват в химичните процеси. Броят на такива частици, дори в малка част от материята, е много голям. Следователно, за да се избегнат математически операции с големи числа, се използва специална единица за характеризиране на количеството вещество, участващо в химическа реакция - къртица.

къртица- това е такова количество вещество, което съдържа определен брой частици (молекули, атоми, йони), равен на константата на Авогадро

Константата на Авогадро N A се дефинира като броя на атомите, съдържащи се в 12 g изотоп 12 C:

Така 1 мол от всяко вещество съдържа 6,02 10 23 частици от това вещество.

1 мол кислород съдържа 6,02 10 23 O 2 молекули.

1 мол сярна киселина съдържа 6,02 10 23 H 2 SO 4 молекули.

1 мол желязо съдържа 6,02 10 23 Fe атоми.

1 мол сяра съдържа 6,02 10 23 S атоми.

2 мола сяра съдържа 12.04 10 23 S атоми.

0,5 mol сяра съдържа 3,01 10 23 S атоми.

Въз основа на това всяко количество от веществото може да бъде изразено с определен брой молове ν (гола). Например проба от вещество съдържа 12,04 10 23 молекули. Следователно количеството вещество в тази проба е:

Общо взето:

където не броят на частиците на дадено вещество;
Н а- броят на частиците, който съдържа 1 mol от веществото (константа на Авогадро).

Моларна маса на вещество (M) е масата, която има 1 мол от дадено вещество.
Тази стойност, равна на съотношението на масата мвещество до количество вещество ν , има измерение kg/molили g/mol. Моларната маса, изразена в g / mol, е числено равна на относителната относителна молекулна маса M r (за вещества с атомна структура - относителната атомна маса Ar r).
Например, моларната маса на метана CH 4 се дефинира, както следва:

М r (CH 4) \u003d A r (C) + 4 A r (H) = 12 + 4 \u003d 16

M(CH 4) \u003d 16 g / mol, т.е. 16 g CH 4 съдържат 6,02 10 23 молекули.

Моларната маса на дадено вещество може да се изчисли, ако е известна масата му ми количество (брой молове) ν , по формулата:

Съответно, знаейки масата и моларната маса на веществото, можем да изчислим броя на неговите молове:

или намерете масата на веществото по броя на моловете и моларната маса:

m = ν М

Трябва да се отбележи, че стойността на моларната маса на дадено вещество се определя от неговия качествен и количествен състав, т.е. зависи от M r и A r . Следователно различните вещества с еднакъв брой молове имат различна маса. м.

Пример
Изчислете масите на метан CH 4 и етан C 2 H 6, взети в количество ν = 2 мола всяка.

Решение
Моларната маса на метана М(СН4) е 16 g/mol;
моларна маса на етан M (C 2 H 6) \u003d 2 12 + 6 \u003d 30 g / mol.
Оттук:

м(CH 4) \u003d 2 mol 16 g / mol \u003d 32 гр;
м(C 2 H 6) \u003d 2 mol 30 g / mol \u003d 60 гр.

По този начин молът е част от вещество, съдържащо същия брой частици, но с различна маса за различните вещества, тъй като частиците на материята (атоми и молекули) не са еднакви по маса.

изчисление ν използван в почти всеки изчислителен проблем.

Връзка:

Образци за решаване на проблеми

Решението за необходимостта от поддържане на такъв бележник не дойде веднага, а постепенно, с натрупването на трудов опит.

Първоначално това беше място в края на работната тетрадка – няколко страници за записване на най-важните определения. Тогава там бяха поставени най-важните маси. Тогава дойде и осъзнаването, че за да се научат как да решават проблеми, повечето ученици се нуждаят от строги алгоритмични предписания, които те преди всичко трябва да разберат и запомнят.

Тогава дойде решението освен работната тетрадка да се поддържа още една задължителна тетрадка по химия - химически речник. За разлика от работните тетрадки, които могат да бъдат дори две през една учебна година, речникът е една тетрадка за целия курс по химия. Най-добре е тази тетрадка да има 48 листа и здрава корица.

Подреждаме материала в тази тетрадка, както следва: в началото - най-важните дефиниции, които момчетата изписват от учебника или записват под диктовката на учителя. Например в първия урок в 8-ми клас това е определението на предмета „химия“, понятието „химични реакции“. През учебната година в 8 клас те натрупват повече от тридесет. Според тези определения аз провеждам анкети в някои уроци. Например устен въпрос във верига, когато един ученик задава въпрос на друг, ако е отговорил правилно, тогава той вече задава следващия въпрос; или, когато на един ученик се задават въпроси от други ученици, ако той не се справи с отговора, тогава те сами си отговарят. В органичната химия това са главно дефиниции на класове органични вещества и основни понятия, например „хомолози“, „изомери“ и др.

В края на нашия справочник материалът е представен под формата на таблици и диаграми. На последната страница е първата таблица „Химически елементи. Химически знаци". След това таблиците „Валентност”, „Киселини”, „Индикатори”, „Електрохимичен ред на напреженията на метали”, „Реда на електроотрицателност”.

Особено искам да се спра на съдържанието на таблицата „Съответствие на киселините с киселинните оксиди“:

Без разбиране и запомняне на тази таблица за учениците от 8 клас е трудно да съставят уравнения за реакциите на киселинни оксиди с основи.

Когато изучаваме теорията на електролитната дисоциация, в края на тетрадката записваме схеми и правила.

Правила за съставяне на йонни уравнения:

1. Под формата на йони запишете формулите на силните електролити, които са разтворими във вода.

2. В молекулярна форма запишете формулите на простите вещества, оксидите, слабите електролити и всички неразтворими вещества.

3. Формулите на слабо разтворимите вещества от лявата страна на уравнението са записани в йонна форма, в дясната - в молекулна форма.

Когато изучаваме органична химия, ние пишем в речника обобщаващи таблици за въглеводороди, класове кислород- и азот-съдържащи вещества, схеми за генетични връзки.

През 25-те години преподаване на химия в училище ми се наложи да работя по различни програми и учебници. В същото време винаги е било изненадващо, че практически нито един учебник не учи как да се решават проблеми. В началото на обучението по химия, за да систематизираме и затвърдим знанията в речника, аз и студентите съставяме таблица „Физични величини“ с нови количества:

Когато обучавам учениците как да решават изчислителни проблеми, отдавам голямо значение на алгоритмите. Вярвам, че строгите инструкции за последователността на действията позволяват на слабия ученик да разбере решението на проблеми от определен тип. За силните ученици това е възможност да достигнат творческото ниво на тяхното по-нататъшно химическо образование и самообразование, тъй като първо трябва уверено да овладеете сравнително малък брой стандартни техники. Въз основа на това ще се развие способността за правилното им прилагане на различни етапи от решаването на по-сложни проблеми. Ето защо съм съставил алгоритми за решаване на изчислителни задачи за всички видове задачи от училищния курс и за извънкласни дейности.

Ще дам примери за някои от тях.

Алгоритъм за решаване на задачи чрез химични уравнения.

1. Запишете накратко условието на задачата и направете химическо уравнение.

2. Над формулите в химичното уравнение напишете данните на задачата, напишете броя на моловете под формулите (определя се от коефициента).

3. Намерете количеството на вещество, чиято маса или обем са дадени в условието на задачата, като използвате формулите:

М/М; \u003d V / V m (за газове V m \u003d 22,4 l / mol).

Запишете полученото число над формулата в уравнението.

4. Намерете количеството на вещество, чиято маса или обем са неизвестни. За да направите това, разсъждавайте според уравнението: сравнете броя на моловете според условието с броя на моловете според уравнението. Пропорция, ако е необходимо.

5. Намерете масата или обема по формулите: m = M ; V = V m .

Този алгоритъм е основата, която ученикът трябва да овладее, за да може в бъдеще да решава задачи с помощта на уравнения с различни усложнения.

Задачи за излишък и дефицит.

Ако в условието на задачата са известни наведнъж количествата, масите или обемите на две реагиращи вещества, то това е проблем за излишък и дефицит.

При решаването му:

1. Необходимо е да се намерят количествата на две реагиращи вещества по формулите:

М/М; = V/V m .

2. Получените количества молове са вписани над уравнението. Сравнявайки ги с броя на моловете според уравнението, направете заключение за това кое вещество е дадено в дефицит.

3. При недостатък направете допълнителни изчисления.

Задачи за дела от добива на реакционния продукт, практически получен от теоретично възможното.

Съгласно реакционните уравнения се извършват теоретични изчисления и се намират теоретични данни за реакционния продукт: теор. , m теория. или V теория. . При провеждане на реакции в лаборатория или в промишлеността възникват загуби, така че получените практически данни са практически. ,

м практичен или V практичен. винаги е по-малко от теоретично изчислените данни. Фракцията на добива се обозначава с буквата (eta) и се изчислява по формулите:

(това) = практика. / теория. = m практично. / м теория. = V практически. / V теор.

Изразява се като част от единицата или като процент. Има три вида задачи:

Ако данните за изходното вещество и дела от добива на реакционния продукт са известни в условието на задачата, тогава трябва да намерите практическото. , м практичен или V практичен. реакционен продукт.

Ред на решение:

1. Изчислете според уравнението, въз основа на данните за първоначалното вещество, намерете теорията. , m теория. или V теория. продукт на реакцията;

2. Намерете масата или обема на практически получен реакционен продукт по формулите:

м практичен = m теория. ; V практика. = V теория. ; практичен = теория. .

Ако в условието на проблема са известни данните за изходното вещество и практика. , м практичен или V практичен. от получения продукт, докато е необходимо да се намери дела от добива на реакционния продукт.

Ред на решение:

1. Изчислете според уравнението, на базата на данните за изходното вещество, намерете

Теор. , m теория. или V теория. реакционен продукт.

2. Намерете дела от добива на реакционния продукт, като използвате формулите:

Практ. / теория. = m практично. / м теория. = V практически. /V теор.

Ако в състоянието на проблема са известни прак. , м практичен или V практичен. от получения реакционен продукт и дела от неговия добив, в този случай трябва да намерите данни за изходното вещество.

Ред на решение:

1. Намерете теор., м теория. или V теория. реакционен продукт по формулите:

Теор. = практично / ; м теория. = m практично. / ; V теория. = V практически. / .

2. Изчислете според уравнението, базирано на теор. , m теория. или V теория. реакционен продукт и намерете данни за изходния материал.

Разбира се, разглеждаме тези три вида задачи постепенно, развиваме уменията за решаване на всеки от тях, като използваме примера на редица задачи.

Проблеми със смеси и примеси.

Чисто вещество е това, което има повече в сместа, останалото са примеси. Обозначения: масата на сместа - m cm, масата на чистото вещество - m q.v., масата на примесите - m прибл. , масова част на чистото вещество - h.v.

Масовата част на чистото вещество се намира по формулата: h.v. = m q.v. / m виж, изразете го във фракции от единица или като процент. Различаваме 2 вида задачи.

Ако в условието на задачата е дадена масовата част на чистото вещество или масовата част на примесите, тогава е дадена масата на сместа. Думата "технически" също означава наличието на смес.

Ред на решение:

1. Намерете масата на чисто вещество по формулата: m p.m. = q.v. виждам.

Ако е дадена масовата част на примесите, тогава първо трябва да намерите масовата част на чистото вещество: = 1 - прибл.

2. Въз основа на масата на чистото вещество, направете допълнителни изчисления според уравнението.

Ако условието на задачата дава масата на първоначалната смес и n, m или V на реакционния продукт, тогава трябва да намерите масовата част на чистото вещество в първоначалната смес или масовата част на примесите в нея.

Ред на решение:

1. Изчислете според уравнението въз основа на данните за реакционния продукт и намерете n часа. и m h.v.

2. Намерете масовата част на чистото вещество в смес по формулата: q.v. = m q.v. / m виж и масова част на примесите: прибл. = 1 - h.c.

Законът за обемните съотношения на газовете.

Обемите на газовете са свързани по същия начин като техните количества вещества:

V 1 / V 2 = 1 / 2

Този закон се използва при решаване на задачи чрез уравнения, в които е даден обемът на газ и е необходимо да се намери обемът на друг газ.

Обемната част на газа в сместа.

Vg / Vcm, където (phi) е обемната част на газа.

Vg е обемът на газа, Vcm е обемът на сместа от газове.

Ако обемната част на газа и обемът на сместа са дадени в условието на задачата, тогава първо трябва да намерите обема на газа: Vg = Vcm.

Обемът на сместа от газове се намира по формулата: Vcm \u003d Vg /.

Обемът на въздуха, изразходван за изгаряне на вещество, се намира чрез обема на кислорода, намерен по уравнението:

Vair \u003d V (O 2) / 0,21

Извеждане на формули на органични вещества по общи формули.

Органичните вещества образуват хомоложни серии, които имат общи формули. Това позволява:

1. Изразете относителното молекулно тегло чрез числото n.

M r (C n H 2n + 2) = 12n + 1 (2n + 2) = 14n + 2.

2. Приравнете M r, изразено чрез n, към истинското M r и намерете n.

3. Съставете уравнения на реакциите в общ вид и извършете изчисления върху тях.

Извличане на формули на вещества от продуктите на горенето.

1. Анализирайте състава на продуктите от горенето и направете заключение за качествения състав на изгорялото вещество: H 2 O -> H, CO 2 -> C, SO 2 -> S, P 2 O 5 -> P, Na 2 CO 3 -> Na, C.

Наличието на кислород в веществото изисква проверка. Определете индексите във формулата като x, y, z. Например, CxHyOz (?).

2. Намерете количеството вещества от продуктите на горенето, като използвате формулите:

n = m / M и n = V / Vm.

3. Намерете количествата елементи, съдържащи се в изгорялото вещество. Например:

n (C) \u003d n (CO 2), n (H) = 2 ћ n (H 2 O), n (Na) = 2 ћ n (Na 2 CO 3), n (C) = n (Na 2 CO 3) и др.

Vm = g/l 22,4 l/mol; r = m / V.

б) ако е известна относителната плътност: M 1 = D 2 M 2 , M = D H2 2, M = D O2 32,

M = D въздух. 29, M = D N2 28 и т.н.

1 начин: намерете най-простата формула на вещество (вижте предишния алгоритъм) и най-простата моларна маса. След това сравнете истинската моларна маса с най-простата и увеличете индексите във формулата с необходимия брой пъти.

2 начин: намерете индексите по формулата n = (e) Mr / Ar (e).

Ако масовата част на един от елементите е неизвестна, тогава тя трябва да бъде намерена. За да направите това, извадете масовата част на друг елемент от 100% или от единица.

Постепенно, в хода на изучаването на химия в химическия речник, се натрупват алгоритми за решаване на задачи от различен тип. И ученикът винаги знае къде да намери правилната формула или правилната информация за решаване на проблема.

Много ученици обичат да водят такъв бележник, самите те го допълват с различни справочни материали.

Що се отнася до извънкласните дейности, ние с учениците също започваме отделна тетрадка за писане на алгоритми за решаване на задачи, които излизат извън обхвата на училищната програма. В една и съща тетрадка за всеки тип задача записваме 1-2 примера, останалите задачи решават в друга тетрадка. И ако се замислите, сред хилядите различни задачи, срещани на изпита по химия във всички университети, могат да се разграничат задачи от 25 - 30 различни вида. Разбира се, сред тях има много вариации.

При разработването на алгоритми за решаване на задачи в факултативни часове, A.A. Кушнарев. (Учим се да решаваме задачи по химия, - М., Училище - преса, 1996).

Способността за решаване на задачи по химия е основният критерий за творческото усвояване на предмета. Чрез решаване на задачи с различни нива на сложност курсът по химия може да бъде овладян ефективно.

Ако студентът има ясна представа за всички възможни видове проблеми, е решил голям брой проблеми от всеки тип, тогава той е в състояние да се справи с издържането на изпита по химия под формата на Единния държавен изпит и влизане в университети .