Молярний об'єм за нестандартних умов. Молярний об'єм

Однією з основних одиниць у Міжнародній системі одиниць (СІ) є одиниця кількості речовини – моль.

Міль – це така кількість речовини, яка містить стільки структурних одиниць даної речовини (молекул, атомів, іонів та ін.), скільки атомів вуглецю міститься в 0,012 кг (12 г) ізотопу вуглецю 12 З .

Враховуючи, що значення абсолютної атомної маси для вуглецю рівне m(C) = 1,99 · 10  26 кг, можна розрахувати число атомів вуглецю N А, що міститься в 0,012 кг вуглецю

Моль будь-якої речовини містить те саме число частинок цієї речовини (структурних одиниць). Число структурних одиниць, що містяться в речовині кількістю один моль, дорівнює 6,02·10 23 і називається числом Авогадро (N А ).

Наприклад, один моль міді містить 6,02 10 23 атомів міді (Cu), а один моль водню (H 2) - 6,02 10 23 молекул водню.

Молярною масою(M) називається маса речовини, взятої у кількості 1 моль.

Молярна маса позначається літерою М та має розмірність [г/моль]. У фізиці користуються розмірністю [кг/кмоль].

Загалом чисельне значення молярної маси речовини чисельно збігається зі значенням його відносної молекулярної (відносної атомної) маси.

Наприклад, відносна молекулярна маса води дорівнює:

Мr(Н 2 О) = 2Аr(Н) + Ar(O) = 2∙1 + 16 = 18 а.е.м.

Молярна маса води має ту ж величину, але виражена в г/моль:

М (Н 2 Про) = 18 г/моль.

Таким чином, моль води, що містить 6,02 10 23 молекул води (відповідно 2 6,02 10 23 атомів водню і 6,02 10 23 атомів кисню), має масу 18 грамів. У воді кількістю речовини 1 моль міститься 2 моль атомів водню і один моль атомів кисню.

1.3.4. Зв'язок між масою речовини та її кількістю

Знаючи масу речовини та її хімічну формулу, отже, і значення його молярної маси, можна визначити кількість речовини і, навпаки, знаючи кількість речовини, можна визначити його масу. Для таких розрахунків слід користуватися формулами:

де ν – кількість речовини, [моль]; m- Маса речовини, [г] або [кг]; М – молярна маса речовини, [г/моль] чи [кг/кмоль].

Наприклад, для знаходження маси сульфату натрію (Na 2 SO 4) кількістю 5 моль знайдемо:

1) значення відносної молекулярної маси Na 2 SO 4 являє собою суму округлених значень відносних атомних мас:

Мr(Na 2 SO 4) = 2Ar(Na) + Ar(S) + 4Ar(O) = 142,

2) чисельно рівне їй значення молярної маси речовини:

М(Na 2 SO 4) = 142 г/моль,

3) і, нарешті, масу 5 моль сульфату натрію:

m = ν · M = 5 моль · 142 г/моль = 710 г.

Відповідь: 710.

1.3.5. Зв'язок між обсягом речовини та її кількістю

За нормальних умов (н.у.), тобто. при тиску р , рівному 101325 Па (760 мм. рт. ст.), та температурі Т, рівної 273,15 К (0 С), один моль різних газів і парів займає один і той же обсяг, що дорівнює 22,4 л.

Об'єм, який займає 1 моль газу або пари при н.у., називається молярним об'ємомгазу та має розмірність літр на моль.

V мовляв = 22,4 л/моль.

Знаючи кількість газоподібної речовини (ν ) і значення молярного об'єму (V мол) можна розрахувати його обсяг (V) за нормальних умов:

V = ν · V мовляв,

де ν – кількість речовини [моль]; V – обсяг газоподібної речовини [л]; V мовляв = 22,4 л/моль.

І, навпаки, знаючи обсяг ( V) газоподібної речовини за нормальних умов, можна розрахувати її кількість (ν) :

P1V1=P2V2, або, що те саме, PV=const (закон Бойля-Маріотта). При постійному тиску постійним залишається відношення обсягу температури: V/T=const (закон Гей-Люссака). Якщо зафіксувати обсяг, то P/T=const (закон Шарля). Об'єднання цих трьох законів дає універсальний закон, який свідчить, що PV/T=const. Це рівняння було встановлено французьким фізиком Б. Клапейроном 1834 року.

Значення постійної визначається лише кількістю речовини газу. Д.І. Менделєєв 1874 року вивів рівняння для одного моля. Так він має значення універсальної постійної: R=8,314 Дж/(моль∙К). Отже, PV=RT. У разі довільної кількості газуν PV=νRT. Саму кількість речовини можна знайти з маси до молярної маси: ν=m/M.

Молярна маса чисельно дорівнює відносної молекулярної. Останню можна знайти з таблиці Менделєєва, вона вказується в осередку елемента, як правило, . Молекулярна маса дорівнює сумі молекулярних мас елементів, що входять до нього. У разі розновалентних атомів потрібно індекс. на примір, M(N2O)=14∙2+16=28+16=44 г/моль.

Нормальними умовами для газів принято вважати P0 = 1 атм = 101, 325 кПа, температуру T0 = 273,15 К = 0 ° C. Тепер можна знайти об'єм одного моля газу принормальних умовах: Vm=RT/P0=8,314∙273,15/101,325=22,413 л/моль. Ця таблична величина є молярним об'ємом.

При нормальних умовахкількість відношенню обсягу газудо молярного обсягу: = V/Vm. При довільних умовахтреба використовувати безпосередньо рівняння Менделєєва-Клапейрона: = PV/RT.

Таким чином, щоб знайти обсяг газу принормальних умовах, потрібна кількість речовини (число молей) цього газупомножити на молярний об'єм, що дорівнює 22,4 л/моль. Зворотною операцією можна знайти кількість речовини із заданого об'єму.

Щоб знайти об'єм одного моля речовини в твердому або рідкому стані, знайдіть його молярну масу і поділіть на щільність. Одна міль будь-якого газу в нормальних умовах має об'єм 22,4 л. Якщо умови змінюються, розрахуйте обсяг одного моля за допомогою рівняння Клапейрона-Менделєєва.

Вам знадобиться

• періодична таблиця Менделєєва, таблиця густини речовин, манометр і термометр.

Інструкція

Визначення об'єму одного моля чи твердого тіла
Визначте хімічну формулу твердого тіла чи рідини, що вивчається. Потім за допомогою періодичної таблиці Менделєєва знайдіть атомні маси елементів, які входять до формули. Якщо один у формулу кілька разів, помножте його атомну масу цього числа. Складіть атомні маси та отримайте молекулярну масу, з якої складається тверде тіло або рідина. Вона чисельно дорівнює молярної масі, виміряної в грамах на моль.

За таблицею щільності речовин знайдіть цю величину для матеріалу тіла або рідини, що вивчається. Після цього поділіть молярну масу на густину даної речовини, виміряну в г/см³ V=M/ρ. В результаті отримайте об'єм одного моля в см3. Якщо речовини залишилися невідомими, визначити обсяг одного його моля буде неможливо.

Урок 1.

Тема: Кількість речовин. Міль

Хімія – це наука про речовини.А як виміряти речовини? У яких одиницях? У молекулах, з яких складаються речовини, але це дуже складно. У грамах, кілограмах чи міліграмах, але так вимірюють масу. А якщо об'єднати масу, яку вимірюють на терезах і кількість молекул речовини, чи можливо це?

а) H-водень

Ан = 1а.е.м.

1а.е.м = 1,66 * 10 -24 г

Візьмемо 1г водню та підрахуємо кількість атомів водню у цій масі (запропонуйте це зробити учням за допомогою калькулятора).

N н = 1г / (1,66 * 10 -24) г = 6,02 * 10 23

б) O-кисень

А про = 16а.е.м = 16 * 1.67 * 10 -24 г

N o = 16г / (16 * 1.66 * 10 -24) г = 6,02 * 10 23

в) C-вуглець

А з = 12а.е.м = 12 * 1.67 * 10 -24 г

N c = 12г / (12 * 1.66 * 10 -24) г = 6,02 * 10 23

Зробимо висновок: якщо ми візьмемо таку масу речовини, яка дорівнює атомній масі за величиною, але взята в грамах, то там завжди буде (для будь-якої речовини) 6.02 *10 23 атомів цієї речовини.

H 2 O - вода

18г / (18 * 1.66 * 10 -24) г = 6,02 * 10 23 молекул води і т.д.

N а = 6,02 * 10 23 - Число або постійна Авогадро.

Міль - кількість речовини, в якій міститься 6,02 * 1023 молекул, атомів або іонів, тобто. структурні одиниці.

Буває моль молекул, моль атомів, моль іонів.

n – число молей, (число молей часто позначають ню),
N - число атомів чи молекул,
N а = Постійна Авогадро.

Кмоль = 103 моль, ммоль = 10 -3 моль.

Показати портрет Амедео Авогадро на мультимедійній установці та коротко розповісти про нього, або доручити учневі підготувати невелику доповідь про життя вченого.

Урок 2

Тема «Молярна маса речовини»

Чому ж дорівнює маса 1 молячи речовини? (Висновок учні часто можуть зробити самі.)

Маса одного молячи речовини дорівнює його молекулярній масі, але виражена в грамах. Маса одного моля речовини називається молярною масою і позначається - M.

Формули:

М - молярна маса,
n - число молей,
m – маса речовини.

Маса моля вимірюється в г/моль, маса кмоля вимірюється в кг/кмоль, маса ммоля вимірюється мг/моль.

Заповнити таблицю (таблиці лунають).

Урок 3

Тема: Молярний об'єм газів

Розв'яжемо завдання. Визначте об'єм води, маса якої за нормальних умов 180 г.

Дано:

Тобто. об'єм рідких і твердих тіл рахуємо через густину.

Але, під час розрахунку обсягу газів необов'язково знати щільність. Чому?

Італійський вчений Авогадро визначив, що в рівних обсягах різних газів за однакових умов (тиску, температури) міститься однакове число молекул - це твердження називається законом Авогадро.

Тобто. якщо за рівних умов V(H 2) =V(O 2) , то n(H 2) =n(O 2), і навпаки якщо за рівних умов n(H 2) =n(O 2) то й обсяги цих газів будуть однакові. А моль речовини завжди містить одне і те ж число молекул 6,02 * 10 23 .

Робимо висновок - за однакових умов молі газів повинні займати один і той самий обсяг.

За нормальних умов (t=0, P=101,3 кПа. або 760 мм рт. ст.) молі будь-яких газів займають однаковий обсяг. Цей обсяг називається молярним.

V m =22,4 л/моль

1кмоль займає об'єм -22,4 м 3 /кмоль, 1ммоль займає об'єм -22,4 мл/ммоль.

приклад 1.(Вирішується на дошці):

приклад 2.(Можна запропонувати вирішити учням):

Запропонувати учням заповнити таблицю.

Для того, щоб дізнатися склад будь-яких газоподібних речовин, необхідно вміти оперувати такими поняттями, як молярний об'єм, молярна маса і щільність речовини. У цій статті розглянемо, що таке молярний об'єм і як його обчислити?

Кількість речовини

Кількісні розрахунки проводять з метою, щоб у реальності здійснити той чи інший процес або дізнатися про склад і будову певної речовини. Ці розрахунки незручно проводити з абсолютними значеннями маси атомів чи молекул через те, що вони дуже малі. Відносні атомні маси також у більшості випадків неможливо використовувати, оскільки вони не пов'язані із загальноприйнятими заходами маси або об'єму речовини. Тому введено поняття кількість речовини, що позначається грецькою літерою v(ню) чи n. Кількість речовини пропорційно числу структурних одиниць, що містяться в речовині (молекул, атомних частинок).

Одиницею кількості речовини є моль.

Міль – це така кількість речовини, яка містить стільки ж структурних одиниць, скільки атомів міститься у 12 г ізотопу вуглецю.

Маса 1 атома дорівнює 12 а. е. м., тому число атомів в 12 г ізотопу вуглецю дорівнює:

Na = 12г/12 * 1,66057 * 10в ступеня-24г = 6,0221 * 10 в ступеня 23

Фізична величина Na називається постійною Авогадро. Один моль будь-якої речовини містить 6,02 * 10 ступенем 23 частинок.

Рис. 1. Закон Авогадро.

Молярний об'єм газу

Молярний обсяг газу - це відношення обсягу речовини до кількості цієї речовини. Цю величину обчислюють при розподілі молярної маси речовини на його щільність за такою формулою:

де Vm – молярний об'єм, М – молярна маса, а p – густина речовини.

Рис. 2. Молярний обсяг формули.

У міжнародній системі Сі вимірювання молярного обсягу газоподібних речовин здійснюється у кубічних метрах на моль (м3/моль)

Молярний об'єм газоподібних речовин відрізняється від речовин, що знаходяться в рідкому та твердому стані тим, що газоподібний елемент кількістю 1 моль завжди займає однаковий об'єм (якщо дотримуються однакових параметрів).

Об'єм газу залежить від температури та тиску, тому при розрахунках слід брати об'єм газу за нормальних умов. Нормальними умовами вважається температура 0 градусів та тиск 101,325 кПа. Молярний об'єм 1 моля газу за нормальних умов завжди однаковий і дорівнює 22,41 дм 3 /моль. Цей обсяг називається молярним обсягом ідеального газу. Тобто, в 1 молі будь-якого газу (кисень, водень, повітря) обсяг дорівнює 22,41 дм3/м.

Рис. 3. Молярний обсяг газу за нормальних умов.

Таблиця "молярний обсяг газів"

У наступній таблиці представлений обсяг деяких газів: