Формула нахождения количества вещества. Химия. Схема расчёта по уравнениям химических реакций

Химические формула – это изображение с помощью символов .

Знаки химических элементов

Химический знак или химический символ элемента – это первая или две первые буквы от латинского названия этого элемента.

Например: Ferrum – Fe , Cuprum – Cu , Oxygenium – O и т.д.

Таблица 1: Информация, которую дает химический знак

Название химического знака в большинстве случаев читается как название химического элемента. Например, К – калий , Са – кальций , Mg – магний , Mn – марганец .

Случаи, когда название химического знака читается иначе, приведены в таблице 2:

Химические формулы простых веществ

Химическими формулами большинства простых веществ (всех металлов и многих неметаллов) являются знаки соответствующих химических элементов.

Так вещество железо и химический элемент железо обозначаются одинаково – Fe .

Если имеет молекулярную структуру (существует в виде , то его формулой является химический знак элемента с индексом внизу справа, указывающим число атомов в молекуле: H 2 , O 2 , O 3 , N 2 , F 2 , Cl 2 , Br 2 , P 4 , S 8 .

Таблица 3: Информация, которую дает химический знак

Химические формулы сложных веществ

Формулу сложного вещества составляют путем записи знаков химических элементов, из которых это вещество состоит, с указанием числа атомов каждого элемента в молекуле. При этом, как правило, химические элементы записывают в порядке увеличения их электроотрицательности в соответствии со следующим практическим рядом:

Me , Si , B , Te , H , P , As , I , Se , C , S , Br , Cl , N , O , F

Например, H 2 O , CaSO 4 , Al 2 O 3 , CS 2 , OF 2 , NaH .

Исключение составляют:

• некоторые соединения азота с водородом (например, аммиак NH 3 , гидразин N 2 H 4 );
• соли органических кислот (например, формиат натрия HCOONa , ацетат кальция (CH 3 COO) 2 Ca) ;
• углеводороды (CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 2 ).

Химические формулы веществ, существующих в виде димеров (NO 2 , P 2 O 3 , P2 O5 , соли одновалентной ртути, например: HgCl , HgNO 3 и др.), записывают в виде N 2 O 4 , P 4 O 6 , P 4 O 10 , Hg 2 Cl 2 , Hg 2 ( NO 3) 2 .

Число атомов химического элемента в молекуле и сложном ионе определяется на основании понятия валентности или степени окисления и записывается индексом внизу справа от знака каждого элемента (индекс 1 опускается). При этом исходят из правила:

алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле должна быть равной нулю (молекулы электронейтральны), а в сложном ионе – заряду иона.

Например:

2Al 3 + +3SO 4 2- =Al 2 (SO 4) 3

Этим же правилом пользуются при определении степени окисления химического элемента по формуле вещества или сложного . Обычно это элемент, имеющий несколько степеней окисления. Степени окисления остальных элементов, образующих молекулу или ион должны быть известны.

Заряд сложного иона – это алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, образующих ион. Поэтому при определении степени окисления химического элемента в сложном ионе сам ион заключается в скобки, а его заряд выносится за скобки.

При составлении формул по валентности вещество представляют, как соединение, состоящее из двух частиц различного типа, валентности которых известны. Далее пользуются правилом:

в молекуле произведение валентности на число частиц одного типа должно быть равным произведению валентности на число частиц другого типа.

Например:

Цифра, стоящая перед формулой в уравнении реакции, называется коэффициентом . Она указывает либо число молекул , либо число молей вещества .

Коэффициент, стоящий перед химическим знаком , указывает число атомов данного химического элемента , а в случае, когда знак является формулой простого вещества, коэффициент указывает либо число атомов , либо число молей этого вещества.

Например:

• 3 Fe – три атома железа, 3 моль атомов железа,
• 2 H – два атома водорода, 2 моль атомов водорода,
• H 2 – одна молекула водорода, 1 моль водорода.

Химические формулы многих веществ были определены опытным путем, поэтому их называют «эмпирическими» .

Таблица 4: Информация, которую дает химическая формула сложного вещества

Графические формулы

Для получения более полной информации о веществе пользуются графическими формулами , которые указывают порядок соединения атомов в молекуле и валентность каждого элемента .

Графические формулы веществ, состоящих из молекул, иногда, в той или иной степени, отражают и строение (структуру) этих молекул, в этих случаях их можно назвать структурными .

Для составления графической (структурной) формулы вещества необходимо:

• Определить валентность всех химических элементов, образующих вещество.
• Записать знаки всех химических элементов, образующих вещество, каждый в количестве, равном числу атомов данного элемента в молекуле.
• Соединить знаки химических элементов черточками. Каждая черточка обозначает пару, осуществляющую связь между химическими элементами и поэтому одинаково принадлежит обоим элементам.
• Число черточек, окружающих знак химического элемента, должно соответствовать валентности этого химического элемента.
• При составлении формул кислородсодержащих кислот и их солей атомы водорода и атомы металлов связываются с кислотообразующим элементом через атом кислорода.
• Атомы кислорода соединяют друг с другом только при составлении формул пероксидов.

Примеры графических формул:

Количество вещества применяться для измерения макроскопических количеств веществ во многих естественных науках таких как, физика, химия, при изучении электролиза, в термодинамика, описывающая состояние идеального газа. Так как молекулы взаимодействуют независимо от их массы в количествах, кратным целым числам, то при описании химических реакций, использовать количества вещества удобнее, чем массу . Для того, чтобы понять, что такое количества вещества в химии, отметим, что у величины есть своя единица измерения.

Определение, единицы измерения, обозначение

Число аналогичных структурных единиц, содержащих в веществе (атомов, электронов, молекул, ионов и других частиц) и есть физическая величина — количество вещества . По международной системе единиц (СИ) измеряется количество вещества в [моль] , [кмоль] , [ммоль] , при использовании в расчетах, обозначается как (эн).

Применение, значение

В химии при написании химических уравнений, после знакомства законом постоянства массы веществ, становится понятно как использовать величину количества вещества и понятно ее значение. Например, в реакции горения водорода, его требуется 2 к 1 значению кислорода. Зная массу водорода, можно получить количества вещества кислорода, участвующего в реакции горения.

В реальных опытах вместо количества вещества «в штук» используют единицу измерения [моль] . Это сокращает соотношение исходных реактивов и упрощает вычисления. Фактически в 1 моле количество единиц вещества содержится 6 ·1023 моль −1 , что называться N A ] .

Для вычисления количества вещества на основании его массы пользуются понятием молярная масса , т.е отношение массы вещества к количеству к количеству молей этого вещества:

n = m/M ,

где m - масса вещества, M - молярная масса вещества.

Молярная масса измерятся в [ г/моль] .

Также молярная масса может быть найдена произведением молекулярной массы этого вещества на количество молекул в 1 моле -

Количество вещества газообразного определяют на основе его объема:

n = V / V m,

где где V - объём газа при нормальных условиях, а V m - молярный объем газа при тех же условиях, равный 22,4 л/моль по закону Авогадро.

Подводя итоги всех расчетов, можно вывести общую формулу для количества вещества :

Вычисления

Чтобы точнее понять, что такое количество вещества, решим простейшие задачи: какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке, массой m = 5,4 кг ?

При решении это задачи следует помнить, что молярная масса численно равна относительной молекулярной массе, для нахождения которой понадобится таблица Менделеева, округляя значения: μ = 2,7 ⋅ 10-2 кг/моль.

Таким образом, количество вещества находим путем простых вычислений:

n = m/μ = 5,4 кг/ 2,7 ⋅ 10-2 кг/моль = 2⋅ 10-2 моль.

В физике также используется данная величина. Она нужна в молекулярной физике, где проводятся вычисления давления, объема газообразных веществ по уравнению Менделеева-Клапейрона:

Моль, молярная масса

В химических процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы, ионы, электроны. Число таких частиц даже в малой порции вещества очень велико. Поэтому, чтобы избежать математических операций с большими числами, для характеристики количества вещества, участвующего в химической реакции, используется специальная единица – моль .

Моль - это такое количество вещества, в котором содержится определенное число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро

Постоянная Авогадро N A определяется как число атомов, содержащееся в 12 г изотопа 12 С:

Таким образом, 1 моль любого вещества содержит 6,02 10 23 частиц этого вещества.

1 моль кислорода содержит 6,02 10 23 молекул O 2 .

1 моль серной кислоты содержит 6,02 10 23 молекул H 2 SO 4 .

1 моль железа содержит 6,02 10 23 атомов Fe.

1 моль серы содержит 6,02 10 23 атомов S.

2 моль серы содержит 12,04 10 23 атомов S.

0,5 моль серы содержит 3,01 10 23 атомов S.

Исходя из этого, любое количество вещества можно выразить определенным числом молей ν (ню ). Например, в образце вещества содержится 12,04 10 23 молекул. Следовательно, количество вещества в этом образце составляет:

В общем виде:

где N – число частиц данного вещества;
N а – число частиц, которое содержит 1 моль вещества (постоянная Авогадро).

Молярная масса вещества (M) – масса, которую имеет 1 моль данного вещества.
Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν , имеет размерность кг/моль или г/моль . Молярная масса, выраженная в г/моль, численно равна относительной относительной молекулярной массе M r (для веществ атомного строения – относительной атомной массе A r).
Например, молярная масса метана CH 4 определяется следующим образом:

М r (CH 4) = A r (C) + 4 A r (H) = 12+4 =16

M(CH 4)=16 г/моль, т.е. 16 г CH 4 содержат 6,02 10 23 молекул.

Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество (число молей) ν , по формуле:

Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:

или найти массу вещества по числу молей и молярной массе:

m = ν M

Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и количественным составом, т.е. зависит от M r и A r . Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m .

Пример
Вычислить массы метана CH 4 и этана С 2 H 6 , взятых в количестве ν = 2 моль каждого.

Решение
Молярная масса метана M(CH 4) равна 16 г/моль;
молярная масса этана M(С 2 Н 6) = 2 12+6=30 г/моль.
Отсюда:

m (CH 4) = 2 моль 16 г/моль = 32 г ;
m (С 2 Н 6) = 2 моль 30 г/моль = 60 г .

Таким образом, моль – это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.

Вычисление ν используется практически в каждой расчетной задаче.

Взаимосвязь:

Образцы решения задач

Поговорим о том, что такое количество вещества, как данный термин используется в предметах естественнонаучного цикла. Так как количественным отношениям в химии, физике отводится серьезное внимание, важно знать физический смысл всех величин, их единицы измерения, области применения.

Обозначение, определение, единицы измерения

В химии особое значение имеют количественные отношения. Для проведения расчетов по уравнениям используются специальные величины. Для того чтобы понять, что такое количество вещества в химии, дадим термину определение. которая характеризует число аналогичных структурных единиц (атомов, ионов, молекул, электронов), имеющихся в веществе. Чтобы понять, что такое количество вещества, отметим, что у данной величины есть свое обозначение. При проведении расчетов, подразумевающих применение этой величины, используют букву n. Единицы измерения - моль, кмоль, ммоль.

Значение величины

Восьмиклассники, которые еще не умеют писать химические уравнения, не знают, что такое количество вещества, как использовать данную величину в расчетах. После знакомства с законом постоянства массы веществ, становится понятно значение этой величины. К примеру, в реакции горения водорода в кислороде соотношение реагирующих веществ составляет два к одному. Если будет известна масса водорода, вступившего в процесс, можно определить количество кислорода, принявшего участие в химической реакции.

Применение формул на количество вещества позволяет сократить соотношение между исходными реактивами, упростить вычисления. Что такое количество вещества в химии? С точки зрения математических вычислений, это стереохимические коэффициенты, поставленные в уравнении. Именно их используют для того, чтобы проводить определенные вычисления. Та как считать количество молекул неудобно, то пользуются именно Молем. Используя можно рассчитать, что 1 моль любого реагента включает 6 ·1023 моль −1 .

Вычисления

Хотите понять, что такое количество вещества? В физике также используется данная величина. Она нужна в где проводятся вычисления давления, объема газообразных веществ по уравнению Менделеева-Клапейрона. Чтобы выполнять любые количественные расчёты, применяется понятие

Под ней подразумевают ту массу, которая соответствует одному молю конкретного химического вещества. Определить молярную массу можно через (их сумму с учетом числа атомов в молекуле) или определить через известную массу вещества, его количество (моль).

Ни одна задача школьного курса химии, связанная с вычислениями по уравнению, не обходится без использования такого термина, как «количество вещества». Владея алгоритмом, можно справиться не только с обычными программными расчётами, но и со сложными олимпиадными заданиями. Помимо вычислений через массу вещества, также можно с помощью данного понятия, проводить вычисления через молярный объем. Это актуально в тех случаях, когда во взаимодействии принимают участие газообразные вещества.

Наиболее типичными процессами, осуществляемыми в химии, являются химические реакции, т.е. взаимодействия между какими-то исходными веществами, приводящие к образованию новых веществ. Вещества реагируют в определенных количественных отношениях, которые требуется учитывать, чтобы на получение желаемых продуктов затратить минимальное количество исходных веществ и не создавать бесполезных отходов производства. Для расчета масс реагирующих веществ оказывается необходимой еще одна физическая величина, которая характеризует порцию вещества с точки зрения числа содержащихся в ней структурных единиц. Само по себе эго число необычайно велико. Это очевидно, в частности, из примера 2.2. Поэтому в практических расчетах число структурных единиц заменяется особой величиной, называемой количеством вещества.

Количество вещества - это мера числа структурных единиц, определяемая выражением

где N(X) - число структурных единиц вещества X в реально или мысленно взятой порции вещества, N A = 6,02 10 23 - постоянная (число) Авогадро, широко используемая в науке, одна из фундаментальных физических постоянных. В случае необходимости можно использовать более точное значение постоянной Авогадро 6,02214 10 23 . Порция вещества, содержащая N a структурных единиц, представляет собой единичное количество вещества - 1 моль. Таким образом, количество вещества измеряется в молях, а постоянная Авогадро имеет единицу измерения 1/моль, или в другой записи моль -1 .

При всевозможных рассуждениях и расчетах, связанных со свойствами вещества и химическими реакциями, понятие количество вещества полностью заменяет понятие число структурных единиц. Благодаря этому отпадает необходимость использовать большие числа. Например, вместо того чтобы сказать «взято 6,02 10 23 структурных единиц (молекул) воды», мы скажем: «взят 1 моль воды».

Всякая порция вещества характеризуется как массой, так и количеством вещества.

Отношение массы вещества X к количеству вещества называется молярной массой М(Х):

Молярная масса численно равна массе 1 моль вещества. Это важная количественная характеристика каждого вещества, зависящая только от массы структурных единиц. Число Авогадро установлено таким, что молярная масса вещества, выраженная в г/моль, численно совпадает с относительной молекулярной массой М г Для молекулы воды М г = 18. Это значит, что молярная масса воды М(Н 2 0) = 18 г/моль. Пользуясь данными таблицы Менделеева, можно вычислять и более точные значения М г и М(Х), но в учебных задачах по химии это обычно не требуется. Из всего сказанного понятно, насколько просто рассчитать молярную массу вещества - достаточно сложить атомные массы в соответствии с формулой вещества и поставить единицу измерения г/моль. Поэтому формулу (2.4) практически используют для расчета количества вещества:

Пример 2.9. Рассчитайте молярную массу питьевой соды NaHC0 3 .

Решение. Согласно формуле вещества М г = 23 + 1 + 12 + 3 16 = 84. Отсюда, по определению, M(NaIIC0 3) = 84 г/моль.

Пример 2.10. Какое количество вещества составляют 16,8 г питьевой соды? Решение. M(NaHC0 3) = 84 г/моль (см. выше). По формуле (2.5)

Пример 2.11. Сколько толик (структурных единиц) питьевой соды находится в 16,8 г вещества?

Решение. Преобразуя формулу (2.3), находим:

AT(NaHC0 3) = N a n(NaHC0 3);

tt(NaHC0 3) = 0,20 моль (см. пример 2.10);

N(NaHC0 3) = 6,02 10 23 моль" 1 0,20 моль = 1,204 10 23 .

Пример 2.12. Сколько атомов находится в 16,8 г питьевой соды?

Решение. Питьевая сода, NaHC0 3 , состоит из атомов натрия, водорода, углерода и кислорода. Всего в структурной единице вещества 1 + 1 + 1+ 3 = 6 атомов. Как было найдено в примере 2.11, данная масса питьевой соды состоит из 1,204 10 23 структурных единиц. Поэтому общее число атомов в веществе составляет