Количество вещества - моль вещества

Стехиометрические законы

Каждый химический элемент отличается от других не только химическим символом (качественная характеристика), но некоторыми количественными параметрами. К ним относятся, прежде всего, атомная масса элемента и заряд его ядра (или порядковый номер элемента). Эти характеристики для каждого атома элемента приведена в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Приведенные массы атомов являются относительными величинами (так называемыми, атомными единицами массы или а.е.м.). Молекулярная массахимического соединения также легко определима, так как она равна сумме атомных масс составляющих данную молекулу атомов.

Однако количественные расчеты на практике необходимо проводить в привычных единицах массы (граммы, килограммы и т.д.), поэтому основная трудность, с которой сталкиваются при изучении химии - переход от относительных атомных и молекулярных масс химических веществ к единицам массы.

Переход к более привычным единицам массы (в граммах, например) легко осуществим, если использовать для этого одно из основных понятий химии - моль вещества.

Моль вещества – это количество вещества, содержащее 6,02·10²³ атомов или молекул этого вещества.

Количественно масса 1 моль вещества - масса вещества в граммах, численно равная его атомной или молекулярной массе.

Пример: молекулярная масса воды H₂O равна 18 а.е.м. (атомная масса водорода - 1, кислорода - 16, итого 1+1+16=18). Значит, один моль воды равен по массе 18 граммов, и эта масса воды содержит 6,02·1023 молекул воды.

Аналогично, масса 1 моля серной кислоты H₂SO₄ равна 98 граммов (1+1+32+16+16+16+16=98), а масса одной молекулы H₂SO₄ равна: 98г/6,02·1023 = 16,28·10^{-23 г.}

Число 6,02·10²³ называется числом Авогадро и является важнейшей мировой константой (N_A = 6,02·10²³ моль^-1).

Таким образом, любое химическое соединение характеризуется массой одного моля или мольной (молярной) массой М, выражаемой в г/моль. Значит, М(H₂O) = 18 г/моль, а М(H₂SO₄) = 98 г/моль.

Связь между количеством n (в молях) и массой m (в граммах) вещества выражается формулой: m = n*M

В общем случае уравнение химической реакции записывают в виде, где: A, B, C, D - вещества; a, b, c, d - коэффициенты уравнения.

Принято в левой части уравнения записывать исходные (реагирующие) вещества, а в правой части - продукты химической реакции.

В качестве примера рассмотрим простое химическое взаимодействие:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Данная запись показывает, что при взаимодействии двух молекул газообразного водорода Н₂ и одной молекулы газообразного кислорода О₂ образуется две молекулы воды.

Учитывая, что М(Н₂) = 2 г/моль, М(О₂) = 32 г/моль и М(Н₂О) = 18 г/моль, и сохраняя соотношения между числом молекул реагирующих веществ и продуктов реакции, имеем что в реакцию вступают:

2 моля (2·6,02·10²³ молекул) водорода, что составляет 2·2 = 4 грамма;

1 моль (1·6,02·10²³ молекул) кислорода, что составляет 1·32 = 32 грамма.

При этом образуется:

2 моль (2·6,02·10²³ молекул) воды, что составляет 2·18 = 36 граммов.

Из данного примера видно, что количество моль реагирующих и образующихся в результате химической реакции веществ прямо пропорционально коэффициентам в уравнении химической реакции.

Это позволяет проводить количественные расчеты, используя уравнения заданных химических реакций.

Пример: определить массу образующейся воды при сжигании 16 граммов водорода в избытке кислорода.

Решение: Используем уже знакомое нам уравнение реакции и расставим в нем требуемые величины.

2Н₂+ О₂ = 2Н₂О

2 моль 2 моль

4 грамма 36 граммов

16 граммов Х граммов

Составим пропорцию:

при сгорании 4 граммов Н₂ образовалось 36 граммов Н₂О

при сгорании 16 граммов Н₂ образовалось Х граммов Н₂О

или 4: 36 = 16: Х.

Отсюда Х = 144 грамма - масса образующейся воды.

Ответ: 144 г.

Эквивалентная масса (молярная масса эквивалента вещества)

Эквивалентная масса (молярная масса эквивалента вещества) m_экв также является одной из важнейших характеристик вещества. По определению эквивалент вещества - это такое количество химического вещества, которая реагирует с 1 г водорода или вытесняет такое же количество водорода из его соединений. Величина m_экв определяется или экспериментально, или, чаще всего, исходя из химической формулы вещества и его принадлежности к тому или иному классу химических соединений (мы будем рассматривать только неорганические соединения)

m_экв(оксида) = М оксида / (число атомов кислорода·2);

m_экв(основания) = М основания / кислотность основания;

m_экв(кислоты) = М кислоты / основность кислоты;

m_экв(соли) = М соли / (число атомов металла·валентность металла).

Можно отметить, что в большинстве случаев кислотность основания равна числу гидроксильных групп в формуле основания, а основность кислоты равна числу атомов водорода в формуле кислоты.

Например: m_экв(Fe₂O₃) = М(Fe₂O₃)/(3·2) = 160/6 = 26,7 г/моль;

m_экв (H₂SO₄) = M(H₂SO₄)/2 = 98/2 = 49 г/моль;

m_экв [Ca(OH)₂] = M(Ca(OH)2)/2 = 74/2 = 37 г/моль;

m_экв [Al₂(SO₄)₃]= M[Al₂(SO₄)₃] = 342/2 = 171 г/моль;

Эквивалентные массы веществ используют для количественных расчетов при химических взаимодействиях между веществами. Огромным преимуществом при этом является то, что для этого не нужно использовать уравнение химической реакции (которое во многих случаях написать затруднительно), нужно только знать, что данные химические вещества взаимодействуют между собой или вещество является продуктом химической реакции.

Для количественных расчетов используется закон эквивалентов: массы реагирующих и образующихся веществ относятся друг к другу, как их эквивалентные массы.

Математическое выражение закона эквивалентов имеет следующий вид: m₁ / m₂ = М_экв(1)/М_экв(2) (1.2)

где: m₁ и m₂ – массы реагирующих или образующихся веществ, г.

М_экв(1)) и М_экв(2) – эквивалентные массы этих веществ, г/моль.

Пример: определить массу соды (карбоната натрия) Na₂CO₃, необходимую для полной нейтрализации 1,96 кг серной кислоты H₂SO₄.

Решение: Воспользуемся законом эквивалентов: m(Na₂CO₃)/m(H₂SO₄) = M_экв(Na₂CO₃)/M_экв(H₂SO₄)

Определяем эквивалентные массы веществ, исходя из их химических формул:

m (Na₂CO₃) = 106 /(2·1) = 53 г/моль; M_экв(H₂SO₄) = 98/2·1 = 49 г/моль.

Тогда: Х / 1,96кг = 53 г/моль / 49 г/моль, и Х = 2,12 кг.

Ответ: 2,12 кг.

Дата добавления: 2015-06-29