Число молей веществ в уравнении химической реакции

Моль — условное количество вещества

Химия — наука, изучающая взаимодействие веществ на атомном и молекулярном уровнях. Эти процессы значительно отличаются от привычного нам макроуровня и поэтому требуют специфических подходов, в том числе к «подсчету» и «взвешиванию». Школьный курс химии включает понятия «моль» и «молярная масса». Они кажутся сложными, но если разобраться, то вы без труда поймете сущность этих понятий и научитесь ими пользоваться при решении задач.

Моль

Понятие «моль» попытаемся разобрать и, самое главное, понять на примере всем знакомой реакции взаимодействия кислорода и водорода. Когда одна молекула O2 соединяется с двумя молекулами H2, получается две молекулы H2O:

То есть, чтобы максимально полно провести химическую реакцию, мы должны взять на каждую молекулу кислорода две молекулы водорода. Итак, у нас есть 100 г кислорода. Сколько понадобится водорода для протекания процесса? И тут возникает первый вопрос: сколько молекул в 100 г кислорода? Наверное, миллиарды или даже миллиарды миллиардов? И сколько их в 100 г водорода? Уж точно в не в 2 раза меньше. Как вообще подсчитать молекулы, ведь они бывают совершенно разными, «тяжелыми» и «легкими». Этими вопросами задавались и люди, закладывавшие основу современной химической науки.

Был найден простой выход, который помогает легко и изящно решить проблему. Химики решили взять за единицу измерения не одну молекулу, а определенное их количество, причем очень большое. Таким образом эта единица измерения приводит микроуровень к макроуровню. Она называется «моль».

Моль — это количество вещества из 6,02214076⋅10 23 атомов или молекул. Оно не имеет физического смысла и изначально было привязано к массе определенного количества (12 граммов) углерода-12, но позже переопределено, как и многие другие единицы системы СИ. В школьных расчетах количество структурных единиц в моле, которое также называется постоянной Авогадро, обычно округляют до 6,022⋅10 23 и обозначают NA.

С этой величиной связано другое химическое понятие — «количество вещества», то есть количество структурных единиц в определенной его порции. Оно обозначается буквой ν (ню).

Примеры

В стакане содержится 2 моль воды. Сколько молекул воды находится в стакане?

N = ν⋅ NA =2 ⋅ 6,022⋅10 23 = 12,044⋅10 23 молекул воды.

Также можно решить обратную задачу. Сколько молей вещества составляют 24,088⋅10 23 молекул воды?

ν⋅ = N / NA = 24,088⋅10 23 / 6,022⋅10 23 = 4 моля.

Моль и молярная масса: простое объяснение с примерами

Молярная масса

Итак, мы поняли, что моль — условное количество вещества, выбранное для удобства химиков. Это даже не миллиарды миллиардов, как мы предположили ранее, а миллиарды триллионов, что никак не облегчает задачу подсчета этих структурных единиц. Как же все-таки узнать, сколько атомов или молекул в 100 граммах того или иного вещества? Теперь хорошо бы связать количество вещества и его массу, ведь это не одно и то же. Нам поможет «молярная масса» — то есть масса 1 моль вещества или масса 6,022⋅10 23 структурных единиц этого вещества.

Итак, молярная масса равна массе порции вещества m к количеству молекул ν в его порции:

Вооружившись этим знанием, мы можем переводить граммы в число молекул и наоборот. При этом следует учесть, что молярная масса численно идентична молекулярной массе (то есть массе молекулы), выраженной в атомных единицах массы, и относительной молекулярной массе.

Пример

Найдем массу 5 моль воды.

Чтобы решить эту задачу, обратимся к формуле молярной массы и выразим из нее массу:

В этой формуле мы знаем количество вещества ν = 5 моль, а молярную массу сложной молекулы нужно определить, как сумму молярных масс составляющих ее химических элементов:

Моль и молярная масса: простое объяснение с примерами

Где взять молярные массы кислорода и водорода (в соединение входит два атома водорода, поэтому его молярную массу умножаем на 2)?

Для этого нам понадобится таблица Менделеева и значение «относительной атомной массы», которая, как мы уже знаем, идентична молекулярной. Это значение приведено для каждого химического элемента и для водорода равно 1,00797 (то есть близко к 1), для углерода — близко к 6, для кислорода — около 16. Подставим соответствующие значения в исходную формулу и получим:

M (H2O) = 2 ⋅M (H) + M (O) = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 г/моль.

То есть масса 1 моль воды составляет 18 граммов. Теперь можем подсчитать массу 5 моль воды:

m = М ⋅ ν = 18 ⋅ 5 = 90 г.

Аналогичным образом мы можем подсчитать количество вещества, которое содержится в определенном образце заданной массы. Для примера возьмем оксид алюминия Al2O3 и узнаем, сколько моль в 400 граммах этого вещества. Для этого выразим количество вещества через молярную массу и подставим исходные данные:

ν = m / М = 400 / (2 ⋅ М (Al) + 3 ⋅ (O)) = 400 / (2 ⋅ 75 + 3 ⋅ 16) = 400 / (150 + 48) = 400 / 198 ≈ 2,02 моль.

Расчёты по уравнениям химических реакций.

Стехиометрия – количественные соотношения между вступающими в реакцию веществами.

Если реагенты вступают в химическое взаимодействие в строго определенных количествах, а в результате реакции образуются вещества, количество которых можно расчитать, то такие реакции называются стехиометрическими.

Законы стехиометрии:

Коэффициенты в химических уравнениях перед формулами химических соединений называются стехиометрическими.

Все расчёты по химическим уравнениям основаны на использовании стехиометрических коэффициентов и связаны с нахождением количеств вещества (чисел молей).

Количество вещества в уравнении реакции (число молей) = коэффициенту перед соответствующей молекулой.

Моль – это такое количество вещества, в котором содержится определённое число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро:

Выход реакции η – отношение реальной массы продукта mp к теоретически возможной mт, выраженное в долях единицы или в процентах.

Если в условии выход продуктов реакции не указан, то в расчетах его принимают равным 100% (количественный выход).

Схема расчёта по уравнениям химических реакций:

  1. Составить уравнение химической реакции.
  2. Над химическими формулами веществ написать известные и неизвестные величины с единицами измерения.
  3. Под химическими формулами веществ с известными и неизвестными записать соответствующие значения этих величин, найденные по уравнению реакций.
  4. Составить и решить пропорцию.

Пример. Вычислить массу и количество вещества оксида магния, образовавшегося при полном сгорании 24 г магния.

1. Составим уравнение химической реакции:

2. Под формулами веществ укажем количество вещества (число молей), которое соответствует стехиометрическим коэффициентам:

3. Определим молярную массу магния:

Относительная атомная масса магния Ar(Mg) = 24.

Т.к. значение молярной массы равно относительной атомной или молекулярной массе, то M(Mg) = 24 г/моль.

4. По массе вещества, заданной в условии, вычислим количество вещества:

5. Над химической формулой оксида магния MgO, масса которого неизвестна, ставим x моль, над формулой магния Mg пишем его молярную массу:

6. Составим пропорцию:

По правилам решения пропорции:

Количество оксида магния ν(MgO) = 1 моль.

Урок 29. Основные расчетные понятия

Задачи по химии являются превосходной «гимнастикой» для ума, поскольку позволяют ученику развивать логическое мышление, составлять и реализовывать план решения задачи, а параллельно повторять те или иные разделы химической науки. Все задачи, которые предлагаются для решения, можно разделить на две группы:

  • задачи, которые решаются по стандартной формуле;
  • задачи, которые решаются по уравнению реакции.

Многие задачи содержат и то и другое. Поэтому сначала нужно изучить уроки 29, 30, 31, а затем переходить к решению более сложных заданий.

В начале каждого урока рассматривается, КАК решать задачи, и рассматривается подробно ход решения её и образец оформления решения. Такие задачи обозначены как Задача 1, далее идёт сквозная нумерация их: всего задач 35.

В конце каждого урока даны задачи для самостоятельного решения, для них также предусмотрена сквозная нумерация: всего задач 97. Почти все эти задачи «распределены» по урокам Самоучителя так, чтобы, изучая какую-либо тему, вы могли бы закрепить материал, решая задачи и выполняя упражнения. В случае затруднений найдите эту задачу среди задач для самостоятельного решения, а потом посмотрите, как решаются такие задачи.

Рассмотрим сначала основные расчётные понятия.

Как известно, количества реагирующих простых и сложных веществ и смесей обычно измеряют в граммах, литрах, миллилитрах. Данные в этих случаях записывают так:

Однако при расчётах по уравнениям реакций этих расчётных понятий оказывается недостаточно. Дело в том, что в каждой химической реакции участвуют определённые частицы (атомы, молекулы, ионы), масса которых, естественно, различна. И поэтому даже для простейших химических реакций типа:

нельзя утверждать, что 1 г углерода полностью прореагирует с 1 г кислорода. Посмотрите в таблицу Менделеева: атомные массы этих химических элементов разные! Каким же образом выполняется расчёт по химическим уравнениям?

Поскольку в химических реакциях участвуют частицы (молекулы, атомы, ионы), то основным расчётным понятием является моль — величина, при помощи которой можно определить число частиц.

1 моль любого вещества содержит 6 · 10 23 частиц (молекул, атомов, ионов).

  • 1 моль Аl содержит 6 · 10 23 атомов алюминия;
  • 1 моль НСl содержит 6 · 10 23 молекул хлороводорода.

Число молей (ν) реагирующих веществ определяют по коэффициентам в уравнении химической реакции:

Задание 29.1. Расставьте коэффициенты и подпишите под химическими формулами число молей реагирующих веществ:

Каким образом можно определить массу или объём реагирующих веществ, зная их количества (в молях)?

Для определения массы используют величину «молярная масса»:

где М — молярная масса, г/моль; m — масса, г; ν — количество вещества, моль*.

* ν — греческая буква «ню», которую не следует путать с латинской v.

Молярная масса равна массе вещества количеством 1 моль.

То есть молярная масса это масса всех 6 · 10 23 молекул (атомов, ионов). Молярная масса (М) совпадает по величине с относительной атомной (Аr) или молекулярной (Мr) массой вещества, которые легко определяются по таблице Менделеева.

Так, относительная атомная массаr) химического элемента указана в таблице Менделеева:

Это безразмерная величина.

Задание 29.2. Определите по таблице Менделеева:

Относительная молекулярная массаr) вещества равна сумме относительных атомных масс атомов всех элементов, входящих в состав этого вещества. При подсчёте значения относительных атомных масс их рекомендуется округлять (обычно до целых чисел):

Это безразмерные величины.

Задание 29.3. Рассчитайте относительные молекулярные массы веществ:

Теперь несложно определить массы реагирующих веществ.

Задача 1. Определить массу железа количеством 0,5 моль.

Задача 2. Определить количество вещества Сu(NO3)2 массой 300 г.

Задачи для самостоятельного решения

1. Определить массу:

а) алюминия, количеством 0,1 моль;
б) серной кислоты, количеством 1,5 моль;
в) сульфата алюминия, количеством 0,2 моль.

2. Определить количество вещества (моль):

а) магния, массой 4,8 г;
б) азотной кислоты, массой 126 г;
в) нитрата аммония, массой 40 г.


источники:

http://www.calc.ru/Raschty-Po-Uravneniyam-Khimicheskikh-Reaktsiy.html

http://himi4ka.ru/samouchitel-po-himii/urok-29-osnovnye-raschetnye-ponjatija.html