§ 13. Кількість речовини. Число Авогадро

Для розрахунків за хімічними реакціями починаючи з XIX століття хіміки використовували масові співвідношення реагентів. Такі співвідношення були дуже зручні: вимірюючи масу речовин у грамах, учені ніби оперували молекулами. У ті часи вважали, що молекула — це така кулька, що має певну відносну молекулярну масу. Порцію речовини, що дорівнює відносній молекулярній (або атомній) масі, виражену в грамах, назвали грам-молекулою, або молем.

Поняття «моль»

У хімічних реакціях беруть участь молекули (атоми або йони), і правильніше було б ураховувати не масу речовин, які беруть участь у реакції, а число реагуючих частинок. Наприклад, у рівнянні утворення води:

ми бачимо, що з 2 молекулами водню реагує 1 молекула кисню й утворюються 2 молекули води. Цифри перед хімічними формулами — коефіцієнти — указують на число молекул, які реагують одна з одною. Окремі атоми й молекули можна порахувати в штуках. Але атоми й молекули дуже малі, і майже неможливо провести реакцію з 1 або 2 молекулами. Оскільки в речовині величезна кількість молекул (кількість речовини), для зручності підрахунку використовують спеціальну величину — моль.

• Кількість речовини — це визначене число будь-яких частинок, атомів, молекул, йонів тощо. Одиниця вимірювання кількості речовини — моль.

Вирішено було за 1 моль прийняти стільки атомів Карбону, скільки міститься у 12 г (або 0,012 кг) 12 С. Скільки ж там атомів? Давайте порахуємо.

Маса одного атома Карбону становить 1,993 · 10 -23 г. Тоді у 12 г (1 моль) міститься

Частинки (атоми, молекули, йони, а також електрони, протони тощо) називають іще структурними одиницями.

Звідси таке визначення моль:

• Моль — це кількість речовини, в якій число частинок дорівнює 6,02 · 10 23 , що відповідає кількості атомів у 0,012 кг Карбону 12 С. Моль позначають латинською буквою n.

Число частинок в 1 моль називають числом, або сталою Авогадро — на честь знаменитого італійського хіміка Амедео Авогадро й позначають N_A.

N_A = 6,02 · 10 23 1/моль

Точне значення N_A =(6,02245 ± 0,000031) · 10 23 1/ моль.

Стала Авогадро універсальна. Вона вказує число частинок у 1 моль речовини в будь-якому агрегатному стані: твердому, рідкому, газуватому.

Якщо взяти масу якої-небудь речовини, що дорівнює її відносній молекулярній (атомній, формульній) масі, то в ній обов’язково буде 6,02 · 10 -23 атомів, молекул або йонів (залежно від будови речовини), тобто 1 моль.

Є безліч прикладів, які показують наскільки великим є число Авогадро. Підраховано, наприклад, що, якщо взяти таку кількість однодоларових банкнот, то ними можна встелити всю земну кулю шаром 2 метри.

На письмі термін «моль», якщо він використаний при числі, не відмінюється. Так, 1 л води (1 кг або 1000 г) містить приблизно 55,5 моль води. Якщо ж термін «моль» використовується сам по собі, то він відмінюється. Наприклад, правильно записати питання потрібно так: «Знайдіть, яка кількість речовини (в молях) міститься в 1 л води». Відмінюється термін «моль» і в усному мовленні.

1971 р. рішенням 14-ї Генеральної конференції щодо мір і вагів моль був уведений у Міжнародну систему одиниць (СІ) як сьома основна одиниця.

Зверніть увагу, що число частинок у молі однакове, але маса й об’єм 1 моль різних речовин будуть різними, оскільки є різними частинки, які входять до складу моля.

Приклад. Одна молекула H₂SO₄ має значно більшу масу й об’єм, ніж 1 молекула Н₂, тому маса й об’єм 1 моль H₂SO₄ теж будуть більші.

Для кращого розуміння наведемо декілька прикладів:

ДЕ І ЯК ЗАСТОСОВУВАТИ ПОНЯТТЯ «МОЛЬ»

• Оскільки моль — це, власне, певна кількість штук частинок, то коефіцієнти в рівняннях показують не тільки кількість реагуючих молекул, але й число молів (кількість речовини) молекул.

Повернемося до рівняння синтезу води. Ми не могли працювати з 1 або 2 молекулами, але, якщо збільшити число частинок, узятих для реакції, у 6,02 · 10 23 рази, одержимо величини, з якими можна реально проводити хімічні реакції. Тоді ми можемо написати:

Зверніть увагу! З точки зору математики, переходячи від числа окремих атомів або молекул до числа молів, ми завжди використовуємо один і той самий множник — 6,02 · 10 23 . Математичне співвідношення залишається тим же. Отже, поняття «моль» ми можемо використовувати під час хімічних розрахунків за хімічними реакціями або хімічними формулами. У хімічних формулах індекси — співвідношення чисел атомів кожного сорту в молекулах — показують також число молів атомів кожного елемента.

В 1 моль HNO₃ 1 моль атомів Н, 1 моль атомів N і 3 моль атомів О — відповідно до індексів.

Запис 4HNO₃ показує, що взято 4 моль молекул нітратної кислоти. У 4 моль молекул HNO₃ міститься 4 моль атомів Гідрогену, 4 моль атомів Нітрогену й 12 моль атомів Оксигену. Усього 20 моль атомів.

Тут ключові слова «моль молекул» і «моль атомів». Тому будьте уважні, коли читаєте питання задачі.

— Можна сказати, що в 1 моль пеналів (Н₂О) міститься 1 моль кулькових ручок (О) і 2 моль олівців (2Н).

— Я слово «моль» співвідношу зі словом «штука».

Зверніть увагу: якщо в задачі запитують про кількість речовини, то потрібно рахувати число молів.

Розрахунки, пов’язані з кількістю речовини

Визначити кількість речовини, якщо відомо число структурних одиниць, можна за формулою:

де n — кількість речовини (моль);

N — загальне число частинок;

Виходячи з цієї формули, загальне число частинок дорівнює:

— Це зрозуміло! От, наприклад, у нас є 12 яблук (це загальне число). Кошичок уміщує 6 яблук. Тоді, мабуть, потрібне число кошичків дорівнюватиме

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

• 1. Що таке кількість речовини?
• 2. В яких одиницях виражають кількість речовини?
• 3. Що показує стала Авогадро?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Установіть відповідність.

Кількість речовини

Число частинок

2. Яка кількість речовини атомів кожного елемента необхідна для утворення 1 моль:

3. Яка кількість речовини кожного елемента міститься у 2 моль H₃PO₄, PH₃, Fe₂O₃, Ca(OH)₂, NaOH?

4. Укажіть число молів реагентів і продуктів реакції в рівнянні:

5. Яка кількість речовини атомів кожного елемента міститься:

6. Яка кількість речовини йонів Ca 2+ і NO – ₃ міститься:

7. В якій кількості речовини SiO₂ міститься 0,5 моль О? 4 моль Si?

Підказка: спочатку знайдіть n(P₂O₅).

РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗАДАЧ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ПОНЯТТЯ «МОЛЬ»

Задачі, в яких відомо або кількість речовини, або загальне число частинок (молекул, атомів, йонів)

Розв’яжіть задачі, користуючись прикладами.

Приклад 1. Скільки молекул міститься в 0,25 моль кисню?

За формулою N = n · N_A знаходимо число молекул кисню:

N(O₂) = 0,25 моль · 6,02 · 10 23 1/моль = 1,505 · 10 23 .

Відповідь: у 0,25 моль кисню міститься 1,505 · 10 23 молекул цього газу.

1. Визначте число молекул, які містяться в 3 моль H₂O.

2. Визначте число молекул, які містяться у 8 моль карбон(ІІ) оксиду.

3. Визначте число атомів, які містяться в 0,7 моль Карбону (алмаза).

4. Скільки молекул міститься:

Відповідь: а) 6,02 · 10 23 ; б) 3,612 · 10 24 ; в) 3,01 · 10 23 .

Приклад 2. Яку кількість речовини становить 3,612 · 10 23 атомів Фосфору?

Відповідь: кількість речовини атомів Фосфору = 0,6 моль.

5. Яка кількість речовини становить:

Відповідь: 1 моль; 0,5 моль; 2 моль.

6. Яка кількість речовини становить 4 · 10 25 молекул нітроген(ІІ) оксиду?

Зверніть увагу на ступінь числа 10! За необхідністю слід згадати обчислення зі ступенями з курсу математики.

7. Більшу кількість речовини становить 24 · 10 22 або 2 · 10 24 атомів Алюмінію?

Відповідь: більшу кількість речовини алюмінію становить 2 · 10 24 атомів Алюмінію.

8. Установіть відповідність.

• а) 6 · 10 23
• б) 1,505 · 10 24
• в) 1,505 · 10 23
• 1) 2,5 моль
• 2) 0,25 моль
• 3) 1 моль

9. Скільки атомів Оксигену міститься у 2 моль води?

Тут потрібно звернути увагу на питання задачі: атомів Оксигену! В 1 моль молекул H₂O 1 моль атомів Оксигену, у 2 моль — 2H₂O — 2 моль атомів Оксигену. (Коефіцієнт 2, який стоїть перед H₂O, має відношення до всієї формули, отже, у 2 моль молекул H₂O 4 моль атомів Гідрогену й 2 моль атомів Оксигену. Ключові слова «молекула» й «атом».)

10. Скільки атомів Гідрогену міститься у воді кількістю речовини 2 моль?

ГДЗ Хімія 8 клас Попель П.П., Крикля Л.С. §18 2021 / §19 КІЛЬКІСТЬ РЕЧОВИНИ відповіді

сірим кольором дається відповідь, а зеленим — пояснення.

Вправа 111

Кількість речовини в хімії пов’язана з кількістю найменших частинок речови ни (атомів, молекул, груп атомів або йонів) в певній її порції.

Одиницею вимірювання кількості речовини є моль.

Вправа 112

Визначте кількості речовини атомів кожного елемента:

Молекула брому Br₂ містить 2 атоми Брому Br, тому в 1 моль Br₂ міститься 2 моль атомів Br, тобто n(Br)=2 • n(Br₂)=2 • 1 моль=2 моль

Відповідь: 2 моль атомів Брому

б) у 3 моль сірководню H₂S;

Молекула сірководню Н ₂S містить 2 атоми Гідрогену Н і 1 атом Сульфуру S, тому в 1 моль H₂S міститься 2 моль атомів Н і 1 моль атомів S . У 3 моль сірководню кількості речовини атомів у 3 рази більші:

n(Н)=2 • n(H₂S)= 2 • 3 моль =6 моль

n(S)=1 • n(H₂S)= 1 • 3 моль =3 моль

Відповідь: 6 моль атомів Гідрогену і 3 моль атомів Сульфуру

Молекула фосфіну РН ₃ містить 1 атом Фосфору Р і 3 атоми Гідрогену Н, тому в 1 моль РН₃ міститься 1 моль атомів Р і 3 моль атомів Н. У 1/3 моль фосфіну кількості речовини атомів у 1/3 рази більші:

n(Р)=1 • n(РН₃)= 1 • 1/3 моль=1/3 моль

n(Н)=3 • n(РН₃)= 3 • 1/3 моль=1 моль

Відповідь: 1/3 моль атомів Фосфору і 1 моль атомів Гідрогену

Вправа 113

Замість крапок вставте пропущені цифри:

а) у 3 моль води Н₂О міститься 3 моль молекул, 6 моль атомів Г ідрогену, 3 моль атомів Оксигену;

У 1 моль води міститься 1 моль молекул Н₂О, тому в 3 моль води кількості речовини молекул у 3 рази більші:

Молекула води Н₂О містить 2 атоми Гідрогену Н і 1 атом Оксигену О, тому в 1 моль Н₂ О міститься 2 моль атомів Н і 1 моль атомів О. У 3 моль води кількості речовини атомів у 3 рази більші:

n(H)=2 • n(H₂O)= 2 • 3 моль=6 моль

Відповідь: у 3 моль води міститься 3 моль Н₂О, 6 моль Н, 3 моль О

б) у 0,5 моль сульфатної кислоти H₂SО₄ міститься 1 моль атомів Гідро гену, 0,5 моль атомів Сульфуру, 2 моль атомів Оксигену;

Молекула сульфатної кислоти H₂SO₄ містить 2 атоми Гідрогену Н, 1 атом Сульфуру S і 4 атоми Оксигену О, тому в 1 моль Н₂ SO₄ міститься 2 моль атомів Н, 1 моль атомів S і 4 моль атомів О. У 0,5 моль сульфатної кислоти кількості речовини атомів у 0,5 разів більші:

Відповідь: у 0,5 моль сульфатної кислоти міститься 1 моль Н, 0,5 моль S, 2 моль О

в) у 2 моль йонної сполуки Са(OН)₂ міститься 2 моль йонів Са 2+ і 4 моль йонів ОН – або 12,04 • 10 23 формульних одиниць.

Формульна одиниця сполуки Ca(O H)₂ містить 1 йон Кальцію Са 2+ , 2 йони гідроксогрупи ОН – , тому в 1 моль Са(ОН)₂ міститься 1 моль йонів Са 2+ і 2 моль йонів ОН – . У 2 моль йонної сполуки кількості речовини йонів у 2 рази більші:

n(Са 2+ )=1 • n(Са(ОН)₂)= 1 • 2 моль=2 моль

Знайдемо число формульних одиниць.

Число формульних одиниць знаходимо за формулою:

N= n • N_А , де N_А – стала Авогадро і чисельно дорівнює 6,02•10 23 моль -1

N(Са(ОН)₂ )= n(Cа(ОН)₂ ) • N _А=2 моль • 6,02•10 23 моль -1 = 12,04 • 10 23

Складаємо пропорцію і розв’язуємо її:

в 1 моль сполуки Са(ОН)₂ міститься 6,02•10 23 формульних одиниць,

в 2 моль сполуки Са(ОН)₂ ― х формульних одиниць.

2 моль / 1 моль = х / 6,02•10 23 , звідси за властивістю пропорції маємо:

х • 1 моль = 2 моль • 6,02 • 10 23

х = 2 моль • 6,02 • 10 23 : 1 моль= 12,04 • 10 23

Відповідь: 12,04 • 10 23 формульних одиниць

Вправа 114

Виконали розрахунки і заповнили таблицю: