Молярная и молекулярная масса. Моль

Слайд 1. Молярная и молекулярная масса. Моль

Химия, 11 класс

Слайд 2. Понятие «Моль»

Моль — это фундаментальная единица измерения количества вещества ($n$), принятая в международной системе СИ.

В 1 моль любого вещества содержится ровно $6,02\cdot 10^{23}$ структурных единиц (атомов, молекул или ионов). Это значение называется числом Авогадро ($N_A$).

Слайд 3. Число Авогадро ($N_A$)

В 1 моль любого вещества содержится $6,02\cdot 10^{23}$ структурных единиц. Это число называют постоянной Авогадро ($N_A$) в честь итальянского ученого Амедео Авогадро.

Чтобы осознать масштаб этого числа:

1. Если взять $6,02\cdot 10^{23}$ теннисных мячей, они покроют Землю слоем толщиной в 100 км.

2. Если бы вы тратили по миллиону долларов в секунду, вам понадобилось бы около 19 миллиардов лет, чтобы потратить сумму, равную числу Авогадро.

3. Столько же капель воды содержится во всех океанах Земли.

Именно из-за микроскопических размеров атомов нам приходится использовать такие огромные числа для их подсчета.

Слайд 4. Относительные массы

Масса одного атома конкретного химического элемента.

Значение берется из периодической таблицы Менделеева.

Это безразмерная величина, так как она показывает, во сколько раз атом тяжелее 1/12 части атома углерода.

1/12 массы атома углерода называется атомной единицей массы (а.е.м.).

Относительная молекулярная масса ($M_r$) — это сумма относительных атомных масс всех элементов, входящих в состав молекулы, с учетом их индексов.

Например, для воды ($H_{2}O$): $1\cdot 2+16=18$.

Для серной кислоты ($H_{2}S{O}_4$): $1\cdot 2+32+16\cdot 4=98$.

Как и атомная масса, это безразмерная величина, так как она сравнивается с 1/12 массы атома углерода. Она показывает, во сколько раз молекула тяжелее эталона.

Слайд 5. Определение относительной атомной массы

Выбор единицы массы прошел через несколько ключевых исторических этапов:

1. Водородный стандарт (начало XIX в.): Джон Дальтон предложил взять массу самого легкого элемента — водорода — за единицу.

2. Кислородный стандарт (начало XX в.): Использовали 1/16 массы кислорода, но возникли расхождения между физиками и химиками из-за изотопов.

3. Углеродная единица (с 1961 г.): Стандарт — 1/12 массы изотопа углерода ${}^{12}C$.

Физический расчет:

Масса одного атома углерода $\approx 1,99\cdot 10^{-23}$ г.

$1\text{ а.е.м.}=\frac{m_a{(}^{12}C)}{12}\approx 1,66\cdot 10^{-24}\text{ г}$.

Пример с реальными массами:

Возьмем атом водорода. Его реальная масса $m_a(H)\approx 1,67\cdot 10^{-24}$ г.

Чтобы найти относительную массу ($A_r$), разделим массу атома на эталон:

$A_r(H)=\frac{1,67\cdot 10^{-24}\text{ г}}{1,66\cdot 10^{-24}\text{ г}}\approx 1$.

Это наглядно показывает, почему работать с $A_r$ проще, чем с реальными массами.

Слайд 6. Молярная масса ($M$)

Молярная масса ($M$) — это фундаментальная физическая величина, определяющая массу одного моля конкретного вещества.

1. Связь с молекулярной массой: Численно $M$ совпадает с относительной молекулярной массой ($M_r$), но имеет размерность — г/моль.

2. Формула: $M=\frac{m}{n}$, где $m$ — масса вещества, а $n$ — его количество.

3. Физический смысл: Она показывает, сколько граммов весит порция из $6,02\cdot 10^{23}$ частиц (атомов или молекул).

4. Метод расчета: Значения берутся из таблицы Менделеева. Для сложных веществ атомные массы суммируются с учетом индексов. Например, для серной кислоты ($H_{2}S{O}_4$): $M=1\cdot 2+32+16\cdot 4=98$ г/моль.

Молярная масса является константой для каждого конкретного вещества и позволяет переходить от взвешивания на весах к подсчету числа молекул.

Слайд 7. Золотой треугольник расчетов

$n=\frac{m}{M}$

Нахождение количества вещества через его массу.

$m=n\cdot M$

Расчет массы порции вещества по его количеству.

$N=n\cdot N_A$

Считаем реальное количество молекул

Слайд 8. Практикум: расчет количества вещества

1. Вычислите количество вещества (в моль) для 36 г воды ($H_{2}O$).

2. Определите массу 2 моль серной кислоты ($H_{2}S{O}_4$).

3. Сколько молекул содержится в 11 г углекислого газа ($C{O}_2$)?

4. Найдите молярную массу вещества, если 0,2 моль весят 8 г.

5. Какую массу имеют $3,01\cdot 10^{23}$ атомов меди ($Cu$)?