"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Молярная масса показывает, сколько весит один моль вещества, и помогает перейти от массы образца к числу частиц и обратно. Её обозначают M и обычно выражают в г/моль. Чтобы рассчитать молярную массу по химической формуле, складывают относительные атомные массы всех элементов, учитывая индексы. Главные формулы темы — M = m/n, m = Mn и n = m/M.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Молярная масса — это масса одного моля вещества, её обозначают M. Один моль содержит определённое число частиц, поэтому молярная масса позволяет связать массу вещества с количеством его атомов, молекул или других частиц. Это удобно, когда нужно пересчитать граммы в моли или сравнить, сколько весят одинаковые количества разных веществ.
Количество вещества обозначают n; оно показывает, сколько молей частиц содержится в образце. Например, 2 моль молекул — это вдвое больше молекул, чем 1 моль, хотя сами молекулы могут быть разными. Эта величина нужна, чтобы описывать число частиц и проводить расчёты химических превращений.
Единица молярной массы в СИ — кг/моль, а в химических расчётах часто используют г/моль. Эти единицы отличаются в тысячу раз: 1 кг/моль = 1000 г/моль. Выбирая единицу, согласуйте её с массой образца, чтобы не получить ошибку в тысячу раз.
Если молярную массу выражают в г/моль, её численное значение совпадает с относительной атомной или молекулярной массой. Относительная атомная масса относится к атому, а относительная молекулярная масса — к молекуле; обе величины безразмерны. Совпадение позволяет быстро получить значение M по таблице и химической формуле, не вычисляя массу отдельной частицы.
По определению молярная масса — это масса, приходящаяся на один моль. Если масса образца равна m, а в нём содержится n молей, массу одного моля находят делением: M = m/n. Здесь m измеряется в граммах или килограммах, n — в молях, а единица результата зависит от выбранных единиц массы.
Молекула сложного вещества состоит из атомов разных элементов, поэтому её относительную массу получают сложением относительных атомных масс. Индекс в формуле показывает число атомов элемента: например, в H₂O два атома водорода и один кислорода. Поэтому формула расчёта включает умножение массы каждого элемента на его индекс; если индекса нет, он равен единице.
Простое вещество может состоять из молекул, в которых соединены несколько одинаковых атомов. Например, кислород в газообразном состоянии образует молекулы O₂, и каждая такая молекула содержит два атома кислорода. Значит, молярную массу O₂ находят как 2 · Ar(O), а не как массу одного атома; иначе была бы рассчитана масса другого количества частиц.
Один моль любого вещества содержит одно и то же число частиц — постоянную Авогадро, примерно 6,02 · 10²³. Но частицы разных веществ имеют разную массу, поэтому одинаковое число молекул не означает одинаковую массу образцов. Чем тяжелее отдельная частица, тем больше масса одного моля этого вещества.
Из M = m/n можно выразить каждую из двух других величин. Чтобы найти массу образца, обе части равенства умножают на n и получают m = Mn; чтобы найти количество вещества, делят массу на M и получают n = m/M. Эти преобразования позволяют выбрать формулу по тому, что дано и что требуется найти.
| Что рассматриваем | Как определяют | Пример |
|---|---|---|
| Атом элемента | Берут относительную атомную массу элемента; в г/моль это численное значение молярной массы. | Ar(S) = 32, значит M(S) = 32 г/моль. |
| Молекула простого вещества | Умножают относительную атомную массу на число атомов в молекуле. | Для O₂: 2 · 16 = 32 г/моль. |
| Молекула сложного вещества | Складывают относительные атомные массы всех атомов с учётом индексов. | Для H₂O: 2 · 1 + 16 = 18 г/моль. |
| Масса и количество вещества | Используют M = m/n, m = Mn или n = m/M. | Для 2 моль вещества с M = 10 г/моль: m = 20 г. |
Сначала определите, что именно требуется найти: молярную массу, массу образца или количество вещества. Для вещества по формуле посчитайте вклад каждого элемента отдельно и только затем сложите результаты. В вычислениях с массой и количеством вещества проверьте единицы измерения.
Найдите молярную массу H₂SO₄, используя относительные атомные массы элементов. По формуле видно, что в молекуле два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода. Возьмём значения Ar(H) = 1, Ar(S) = 32 и Ar(O) = 16.
Запишем вклад каждого элемента: водород даёт 2 · 1, сера — 1 · 32, кислород — 4 · 16. Множители показывают число атомов в одной молекуле.
Сложим вклады: Mr(H₂SO₄) = 2 · 1 + 32 + 4 · 16 = 98. Численное значение молярной массы в г/моль такое же.
Ответ: M(H₂SO₄) = 98 г/моль.
Образец массой 18 г содержит 0,2 моль вещества. Требуется найти молярную массу, то есть массу одного моля. Данные уже выражены в согласованных единицах: граммах и молях.
Выберем формулу M = m/n, потому что известны масса и количество вещества. Подстановка показывает, какую массу образца приходится на один моль.
Вычислим: M = 18 г / 0,2 моль = 90 г/моль. Деление на 0,2 равносильно умножению на пять.
Ответ: молярная масса вещества равна 90 г/моль.
Найдите массу 0,5 моль углекислого газа CO₂. Сначала нужно установить, сколько весит один моль CO₂, иначе количества вещества недостаточно для вычисления массы. Используем Ar(C) = 12 и Ar(O) = 16.
В молекуле CO₂ один атом углерода и два атома кислорода, поэтому M(CO₂) = 12 + 2 · 16 = 44 г/моль. Индекс 2 относится только к кислороду.
Для массы используем m = Mn: m = 44 г/моль · 0,5 моль = 22 г. Моли сокращаются, поэтому результат выражен в граммах.
Ответ: масса 0,5 моль CO₂ равна 22 г.
Молярную массу путают с массой конкретного образца: например, считают, что у любого количества вещества масса одна и та же. Такая ошибка возникает из-за слова «масса» в названии величины. Проверьте себя: у M должна быть единица г/моль, а у массы образца — г или кг; масса образца меняется вместе с количеством вещества.
Единицы измерения забывают или смешивают г/моль и кг/моль без перевода. Тогда арифметика может быть верной, но ответ окажется в тысячу раз больше или меньше нужного. Записывайте единицы в каждом действии и используйте согласованные пары: граммы с г/моль или килограммы с кг/моль.
При расчёте сложного вещества иногда складывают атомные массы элементов, но не учитывают индексы. Это происходит, если читать формулу как перечень элементов, а не как указание состава молекулы. Для проверки выпишите число атомов каждого вида: индекс учитывайте, а при его отсутствии берите один атом.
Для простого вещества с двухатомными молекулами иногда берут массу одного атома. Например, расчёт для O₂ требует учесть два атома кислорода, иначе получится значение для атомарного O, а не молекулярного вещества. Перед вычислением посмотрите на индекс в формуле и умножьте атомную массу на число атомов в молекуле.
Для расчётов молярной массы нужны понятия массы и химической формулы, а также относительные атомные и молекулярные массы. Формула сообщает состав частицы, а относительные массы позволяют сложить вклад входящих в неё атомов. Поэтому полезно уметь читать индексы и находить значения элементов в периодической таблице.
Молярная масса нужна при решении задач по уравнениям химических реакций: с её помощью количество вещества переводят в массу и обратно. Такая связь помогает понять, сколько граммов реагента потребуется или продукта образуется. Она также соединяет наблюдаемую в опыте массу вещества с числом его частиц.
Что показывает молярная масса?
Она показывает массу одного моля вещества. Например, молярная масса воды равна 18 г/моль: столько весит один моль молекул воды.
Чем молярная масса отличается от массы образца?
Молярная масса относится к одному молю вещества и является характеристикой самого вещества. Масса образца зависит от того, сколько вещества взяли, поэтому у разных образцов одного вещества она может быть разной.
Почему молярная масса численно совпадает с относительной молекулярной массой?
Относительная молекулярная масса показывает, во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода-12, и не имеет единицы измерения. Молярная масса выражается в г/моль, а численное совпадение возникает благодаря выбранным единицам и связи моля с постоянной Авогадро.
Как учитывать индексы в формуле вещества при расчёте молярной массы?
Индекс показывает, сколько атомов данного элемента входит в состав одной молекулы или формульной единицы. Поэтому относительную атомную массу элемента умножают на индекс, а полученные значения складывают; если индекса нет, атом один.
Как по массе вещества и его молярной массе найти количество вещества?
Нужно разделить массу образца на молярную массу: n = m/M. Перед вычислением проверьте, что единицы согласованы: например, массу в граммах делят на молярную массу в г/моль.
§ 2. Молярная масса
