"Химия (изд. Астрель)", Оржековский П.А., Мещерякова Л.М. и др.
Расчёты в химии связывают массу, объём и число частиц вещества. Для этого используют количество вещества n, молярную массу M, молярный объём газа Vₘ и массовую долю w. Эти величины помогают переходить от данных задачи к нужной формуле: находить массу вещества, объём газа, состав смеси или массу элемента в соединении. Главное — различать обозначения, единицы измерения и условия расчёта.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Количество вещества n показывает, сколько одинаковых порций частиц содержится в образце. Единица измерения — моль; 1 моль содержит 6,02 · 10²³ частиц. Эта величина нужна, чтобы связывать микроскопические частицы с измеряемой в опыте массой.
Молярная масса M — масса одного моля вещества. Её измеряют в г/моль и находят по химической формуле, складывая относительные атомные массы элементов с учётом индексов. Молярная масса позволяет перейти от массы образца к количеству вещества.
Молярный объём газа Vm — объём одного моля газа при определённых температуре и давлении. При нормальных условиях он равен 22,4 л/моль. С его помощью по объёму газа находят количество вещества и наоборот.
Массовая доля w показывает, какую часть общей массы смеси, раствора или соединения составляет масса выбранного вещества или элемента. Это отношение массы части к общей массе; долю можно записать десятичной дробью или в процентах. Величина помогает определять состав образца.
Молярная масса показывает, сколько граммов приходится на 1 моль вещества, поэтому масса образца равна произведению числа молей на массу одного моля: m = nM. Если известна масса, число молей получают обратным действием: n = m/M. Отсюда также следует формула M = m/n, если требуется найти молярную массу.
Для газа при одинаковых температуре и давлении объём зависит от количества вещества: в два раза больше молей занимают в два раза больший объём. Один моль занимает объём Vm, значит, для n молей V = nVm. Если дан объём, количество газа находят делением: n = V/Vm.
Массовая доля сравнивает массу выбранной части с массой всей смеси или раствора, поэтому её рассчитывают так: w = m(вещества)/m(смеси). Числитель не может быть больше знаменателя, значит, доля находится от 0 до 1. Чтобы получить проценты, десятичную долю умножают на 100%.
В соединении массовую долю элемента находят по химической формуле: массу всех атомов этого элемента в одной формульной единице делят на относительную молекулярную или формульную массу вещества. Например, для Fe₂O₃ доля кислорода равна 3 · 16 / (2 · 56 + 3 · 16). Затем массу элемента в образце находят умножением этой доли на массу соединения.
Решение задачи начинают с записи данных и вопроса, а затем проверяют единицы: граммы и граммы на моль или литры и литры на моль должны быть согласованы. После этого выбирают формулу, подставляют числа и вычисляют результат. В конце оценивают ответ: масса, объём и количество вещества не должны иметь отрицательных значений, а массовая доля не может превышать 100%.
| Величина или связь | Формула | Что означают обозначения | Единицы и условия |
|---|---|---|---|
| Количество вещества через массу | n = m/M | n — количество вещества, m — масса, M — молярная масса | m — г, M — г/моль, n — моль |
| Масса через количество вещества | m = nM | m — масса, n — количество вещества, M — молярная масса | n — моль, M — г/моль, m — г |
| Количество вещества газа через объём | n = V/Vm | V — объём газа, Vm — молярный объём | Одинаковые условия; V и Vm — л |
| Массовая доля вещества в смеси | w = m(вещества)/m(смеси) | w — массовая доля, массы — масса части и всей смеси | Доля без единицы; проценты: w · 100% |
| Массовая доля элемента в соединении | w(элемента) = Ar · индекс/Mr | Ar — относительная атомная масса, индекс — число атомов, Mr — относительная формульная масса | Доля без единицы; для процентов умножают на 100% |
Сначала найдите в условии известные величины и определите, что требуется вычислить. Выберите строку таблицы с нужной связью, а затем проверьте, совпадают ли единицы измерения. Для газа обязательно выясните температуру и давление, при которых задан объём.
Условие: масса воды m = 36 г, молярная масса M = 18 г/моль. Требуется найти количество вещества n. Поскольку известны масса и молярная масса, используем связь между ними.
Ответ: количество вещества воды равно 2 моль.
Условие: нужно определить объём 0,5 моль газа при нормальных условиях. При этих условиях один моль газа занимает 22,4 л, поэтому берём Vm = 22,4 л/моль. Искомый объём найдём умножением количества вещества на молярный объём.
Ответ: объём газа равен 11,2 л при нормальных условиях.
Условие: масса оксида железа Fe2O3 равна 160 г. Нужно найти массу кислорода. Сначала определяем, какую долю массы соединения составляют три атома кислорода, затем переносим эту долю на весь образец.
Ответ: в 160 г Fe2O3 содержится 48 г кислорода.
Массу подставляют вместо количества вещества или наоборот. Такое происходит, когда не выписывают, что дано и что нужно найти. Проверьте обозначение в формуле и единицы: n измеряется в молях, а m — в граммах или килограммах.
Молярную массу путают с относительной молекулярной массой. Числовые значения у них часто совпадают, но M имеет единицу г/моль, а Mr — безразмерная величина. Перед подстановкой подпишите единицы всех данных.
Значение Vm = 22,4 л/моль используют без проверки условий. Это значение относится к нормальным условиям, а при другой температуре или давлении молярный объём может измениться. Найдите условия в условии задачи или используйте указанное значение.
Массовую долю в процентах записывают как десятичную дробь или забывают умножить долю на 100%. Например, 0,25 соответствует 25%, а 25% в формуле нужно заменить числом 0,25. Самопроверка проста: доля должна быть от 0 до 1, процент — от 0 до 100%.
Для вычислений по химической формуле нужно уметь находить относительную молекулярную или формульную массу и пользоваться таблицей Менделеева. Также необходимы навыки перевода единиц: граммов в килограммы, миллилитров в литры и наоборот. Эти формулы применяются при расчётах по уравнениям реакций, приготовлении растворов и определении состава веществ.
Чем количество вещества отличается от массы?
Масса показывает, сколько вещество весит, и измеряется обычно в граммах или килограммах. Количество вещества показывает, сколько порций по 6,02 · 10²³ частиц содержится в образце, и измеряется в молях.
Как найти молярную массу вещества по его химической формуле?
Нужно сложить относительные атомные массы всех атомов, учитывая индексы в формуле. Например, M(H₂O) = 2 · 1 + 16 = 18 г/моль.
Когда можно использовать молярный объём 22,4 л/моль?
Это значение используют для газа при нормальных условиях: температуре 0 °C и давлении 1 атм. Если условия другие, нужно взять соответствующий молярный объём или использовать данные задачи.
Как перевести массовую долю из процентов в десятичную дробь?
Процентную запись делят на 100. Например, 25% = 0,25.
Как определить массу элемента в заданной массе соединения?
Сначала вычисляют массовую долю элемента по химической формуле соединения. Затем массу образца умножают на эту долю: m(элемента) = w(элемента) · m(соединения).
5. Основные формулы, используемые для расчетов
