Молярные массы таблица химия. Молярная масса, расчет по формуле вещества

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Отношение массы (m) вещества к его количеству (n) называют молярной массой вещества :

Молярную массу обычно выражают в г/моль, реже в кг/кмоль. Поскольку в одном моле любого вещества содержится одинаковое число структурных единиц, то молярная масса вещества пропорциональная массе соответствующей структурной единицы, т.е. относительной атомной массе данного вещества (M r):

где κ - коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех веществ. Относительная молекулярная масса - величина безразмерная. Её вычисляют, используя относительные атомные массы химических элементов, указанных в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Как известно, молекулярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы:

Mr(HX) = Ar(H) + Ar(X).

M (HX) = Mr(HX) = Ar(H) + Ar(X).

Для того, чтобы легче не затрачивать каждый раз время на расчет молярной массы конкретного вещества используют таблицу молярных масс, которая выглядит следующим образом:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Относительные массы атомов и молекул определяются с использованием приведенных в таблице Д.И. Менделеева величин атомных масс. При этом, при проведении расчетов для учебных целей значения атомных масс элементов обычно округляются до целых чисел (за исключением хлора, атомная масса которого принимается равной 35,5).

Пример 1. Относительная атомная масса кальция А r (Са)=40; относительная атомная масса платины А r (Pt)=195.

Относительная масса молекулы рассчитывается как сумма относительных атомных масс составляющих данную молекулу атомов с учетом количества их вещества.

Пример 2. Относительная молярная масса серной кислоты:

М r (H 2 SO 4) = 2A r (H) + A r (S) + 4A r (O) = 2· 1 + 32 + 4· 16 = 98.

Величины абсолютных масс атомов и молекул находятся делением массы 1 моль вещества на число Авогадро.

Пример 3. Определите массу одного атома кальция.

Решение. Атомная масса кальция составляет А r (Са)=40 г/моль. Масса одного атома кальция окажется равной:

m(Ca)= А r (Ca) : N A =40: 6,02· 10 23 = 6,64· 10 -23 г.

Пример 4. Определите массу одной молекулы серной кислоты.

Решение. Молярная масса серной кислоты равна М r (H 2 SO 4) = 98. Масса одной молекулы m(H 2 SO 4) равна:

m(H 2 SO 4) = М r (H 2 SO 4) : N A = 98:6,02· 10 23 = 16,28· 10 -23 г.

2.10.2. Расчет количества вещества и вычисление числа атомных и молекулярных частиц по известным значениям массы и объема

Количество вещества определяется путем деления его массы, выраженной в граммах, на его атомную (молярную) массу. Количество вещества, находящегося в газообразном состоянии при н.у., находится делением его объема на объем 1 моль газа (22,4 л).

Пример 5. Определите количество вещества натрия n(Na), находящегося в 57,5 г металлического натрия.

Решение. Относительная атомная масса натрия равна А r (Na)=23. Количество вещества находим делением массы металлического натрия на его атомную массу:

n(Na)=57,5:23=2,5 моль.

Пример 6 . Определите количество вещества азота, если его объем при н.у. составляет 5,6 л.

Решение. Количество вещества азота n(N 2) находим делением его объема на объем 1 моль газа (22,4 л):

n(N 2)=5,6:22,4=0,25 моль.

Число атомов и молекул в веществе определяется умножением количества вещества атомов и молекул на число Авогадро.

Пример 7. Определите число молекул, содержащихся в 1 кг воды.

Решение. Количество вещества воды находим делением ее массы (1000 г) на молярную массу (18 г/моль):

n(Н 2 О) = 1000:18=55,5 моль.

Число молекул в 1000 г воды составит:

N(Н 2 О) = 55,5· 6,02· 10 23 = 3,34· 10 24 .

Пример 8. Определите число атомов, содержащихся в 1 л (н.у.) кислорода.

Решение. Количество вещества кислорода, объем которого при нормальных условиях составляет 1 л равно:

n(О 2) = 1: 22,4 = 4,46· 10 -2 моль.

Число молекул кислорода в 1 л (н.у.) составит:

N(О 2) = 4,46· 10 -2 · 6,02· 10 23 = 2,69· 10 22 .

Следует отметить, что 26,9· 10 22 молекул будет содержаться в 1 л любого газа при н.у. Поскольку молекула кислорода двухатомна, число атомов кислорода в 1 л будет в 2 раза больше, т.е. 5,38· 10 22 .

2.10.3. Расчет средней молярной массы газовой смеси и объемной доли
содержащихся в ней газов

Средняя молярная масса газовой смеси рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей.

Пример 9. Полагая, что содержание (в объемных процентах) азота, кислорода и аргона в воздухе соответственно составляет 78, 21 и 1, рассчитайте среднюю молярную массу воздуха.

Решение.

М возд = 0,78· М r (N 2)+0,21· М r (O 2)+0,01· М r (Ar)= 0,78· 28+0,21· 32+0,01· 40 = 21,84+6,72+0,40=28,96

Или приблизительно 29 г/моль.

Пример 10. Газовая смесь содержит 12 л NH 3 , 5 л N 2 и 3 л Н 2 , измеренных при н.у. Рассчитать объемные доли газов в этой смеси и ее среднюю молярную массу.

Решение. Общий объем смеси газов равен V=12+5+3=20 л. Объемные доли j газов окажутся равными:

φ(NH 3)= 12:20=0,6; φ(N 2)=5:20=0,25; φ(H 2)=3:20=0,15.

Средняя молярная масса рассчитывается на основе объемных долей составляющих эту смесь газов и их молекулярных масс:

М=0,6· М(NH 3)+0,25· M(N 2)+0,15· M(H 2) = 0,6· 17+0,25· 28+0,15· 2 = 17,5.

2.10.4. Расчет массовой доли химического элемента в химическом соединении

Массовая доля ω химического элемента определяется как отношение массы атома данного элемента Х, содержащегося в данной массе вещества к массе этого вещества m. Массовая доля – безразмерная величина. Ее выражают в долях от единицы:

ω(X) = m(X)/m (0 <ω< 1);

или в процентах

ω(X),%= 100 m(X)/m (0% <ω<100%),

где ω(X) – массовая доля химического элемента X; m(X) – масса химического элемента X; m – масса вещества.

Пример 11. Рассчитайте массовую долю марганца в оксиде марганца (VII).

Решение. Молярные массы веществ равны: М(Mn) = 55 г/моль, М(О) = 16 г/моль, M(Mn 2 O 7)=2М(Mn)+7М(О)= 222 г/моль. Следовательно, масса Mn 2 O 7 количеством вещества 1 моль составляет:

m(Mn 2 O 7) = M(Mn 2 O 7)· n(Mn 2 O 7) = 222· 1= 222 г.

Из формулы Mn 2 O 7 следует, что количество вещества атомов марганца в два раза больше количества вещества оксида марганца (VII). Значит,

n(Mn) = 2n(Mn 2 O 7) = 2 моль,

m(Mn)= n(Mn)· M(Mn) = 2· 55 = 110 г.

Таким образом, массовая доля марганца в оксиде марганца(VII) равна:

ω(X)=m(Mn) : m(Mn 2 O 7) = 110:222 = 0,495 или 49,5%.

2.10.5. Установление формулы химического соединения по его элементному составу

Простейшая химическая формула вещества определяется на основании известных величин массовых долей входящих в состав этого вещества элементов.

Допустим имеется образец вещества Na x P y O z массой m o г. Рассмотрим как определяется его химическая формула, если известны количества вещества атомов элементов, их массы или массовые доли в известной массе вещества. Формула вещества определяется отношением:

x: y: z = N(Na) : N(P) : N(O).

Это отношение не изменится, если каждый его член разделить на число Авогадро:

x: y: z = N(Na)/N A: N(P)/N A: N(O)/N A = ν(Na) : ν(P) : ν(O) .

Таким образом, для нахождения формулы вещества необходимо знать соотношение между количествами веществ атомов в одной и той же массе вещества:

x: y: z = m(Na)/M r (Na) : m(P)/M r (P) : m(O)/M r (O).

Если разделить каждый член последнего уравнения на массу образца m o , то получим выражение, позволяющее определить состав вещества:

x: y: z = ω(Na)/M r (Na) : ω(P)/M r (P) : ω(O)/M r (O).

Пример 12. Вещество содержит 85,71 масс. % углерода и 14,29 масс. % водорода. Молярная его масса равна 28 г/моль. Определите простейшую и истинную химические формулы этого вещества.

Решение. Соотношение между количеством атомов в молекуле С х Н у определяется делением массовых долей каждого элемента на его атомную массу:

х: у = 85,71/12: 14,29/1 = 7,14:14,29 = 1: 2.

Таким образом простейшая формула вещества - СН 2 . Простейшая формула вещества не всегда совпадает с его истинной формулой. В данном случае формула СН 2 не соответствует валентности атома водорода. Для нахождения истинной химической формулы необходимо знать молярную массу данного вещества. В данном примере молярная масса вещества равна 28 г/моль. Разделив 28 на 14 (сумму атомных масс, отвечающих формульной единице СН 2), получаем истинное соотношение между числом атомов в молекуле:

Получаем истинную формулу вещества: С 2 Н 4 - этилен.

Вместо молярной массы для газообразных веществ и паров в условии задачи может быть указана плотность по какому-либо газу или по воздуху.

В рассматриваемом случае плотность газа по воздуху составляет 0,9655. На основании этой величины может быть найдена молярная масса газа:

М = М возд · D возд = 29· 0,9655 = 28.

В этом выражении М – молярная масса газа С х Н у, М возд – средняя молярная масса воздуха, D возд - плотность газа С х Н у по воздуху. Полученная величина молярной массы используется для определения истинной формулы вещества.

В условии задачи может не указываться массовая доля одного из элементов. Она находится вычитанием из единицы (100%) массовых долей всех остальных элементов.

Пример 13. Органическое соединение содержит 38,71 масс. % углерода, 51,61 масс. % кислорода и 9,68 масс. % водорода. Определить истинную формулу этого вещества, если плотность его паров по кислороду составляет 1,9375.

Решение. Рассчитываем соотношение между количеством атомов в молекуле С х Н y О z:

х: у: z = 38,71/12: 9,68/1: 51,61/16 = 3,226: 9,68: 3,226= 1:3:1.

Молярная масса М вещества равна:

М = М(O 2)· D(O 2) = 32· 1,9375 = 62.

Простейшая формула вещества СН 3 О. Сумма атомных масс для этой формульной единицы составит 12+3+16=31. Делим 62 на 31 и получаем истинное соотношение между количеством атомов в молекуле:

х: у: z = 2: 6: 2.

Таким образом, истинная формула вещества С 2 Н 6 О 2 . Эта формула отвечает составу двухатомного спирта – этиленгликоля: СН 2 (ОН)-СН 2 (ОН).

2.10.6. Определение молярной массы вещества

Молярная масса вещества может быть определена на основе величины плотности его паров по газу с известной величиной молярной массы.

Пример 14 . Плотность паров некоторого органического соединения по кислороду равна 1,8125. Определите молярную массу этого соединения.

Решение. Молярная масса неизвестного вещества М x равна произведению относительной плотности этого вещества D на молярную массу вещества M, по которому определено значение относительной плотности:

М x = D· M = 1,8125· 32 = 58,0.

Веществами с найденным значением молярной массы могут быть ацетон, пропионовый альдегид и аллиловый спирт.

Молярная масса газа может быть рассчитана с использованием величины молярного его объема при н.у.

Пример 15. Масса 5,6 л газа при н.у. составляет 5,046 г. Рассчитайте молярную массу этого газа.

Решение. Молярный объем газа при н.у равен 22,4 л. Следовательно, молярная масса искомого газа равна

М = 5,046· 22,4/5,6 = 20,18.

Искомый газ – неон Ne.

Уравнение Клапейрона–Менделеева используется для расчета молярной массы газа, объем которого задан при условиях, отличающихся от нормальных.

Пример 16. При температуре 40 о С и давлении 200 кПа масса 3,0 л газа составляет 6,0 г. Определите молярную массу этого газа.

Решение. Подставляя известные величины в уравнение Клапейрона–Менделеева получаем:

М = mRT/PV = 6,0· 8,31· 313/(200· 3,0)= 26,0.

Рассматриваемый газ – ацетилен С 2 Н 2 .

Пример 17. При сгорании 5,6 л (н.у.) углеводорода получено 44,0 г углекислого газа и 22,5 г воды. Относительная плотность углеводорода по кислороду равна 1,8125. Определите истинную химическую формулу углеводорода.

Решение. Уравнение реакции сгорания углеводорода можно представить следующим образом:

С х Н y + 0,5(2x+0,5y)О 2 = х СО 2 + 0,5у Н 2 О.

Количество углеводорода составляет 5,6:22,4=0,25 моль. В результате реакции образуется 1 моль углекислого газа и 1,25 моль воды, которая содержит 2,5 моль атомов водорода. При сжигании углеводорода количеством вещества 1 моль получается 4 моль углекислого газа и 5 моль воды. Таким образом, 1 моль углеводорода содержит 4 моль атомов углерода и 10 моль атомов водорода, т.е. химическая формула углеводорода С 4 Н 10 . Молярная масса этого углеводорода равна М=4· 12+10=58. Его относительная плотность по кислороду D=58:32=1,8125 соответствует величине, приведенной в условии задачи, что подтверждает правильность найденной химической формулы.

Атомы и молекулы – мельчайшие частицы вещества, поэтому в качестве единицы измерения можно выбрать массу одного из атомов и выражать массы других атомов в соотношении с выбранной. Так что же такое молярная масса, и какова ее размерность?

Что такое молярная масса?

Основоположником теории атомных масс был ученый Дальтон, который составил таблицу атомных масс и принял массу атома водорода за единицу.

Молярная масса – это масса одного моля вещества. Моль, в свою очередь, – количество вещества, в котором содержится определенное количество мельчайших частиц, которые участвуют в химических процессах. Количество молекул, содержащихся в одном моле, называют числом Авогадро. Эта величина является постоянной и не изменяется.

Рис. 1. Формула числа Авогадро.

Таким образом, молярная масса вещества – это масса одного моля, в котором находится 6,02*10^23 элементарных частиц.

Число Авогадро получило свое название в честь итальянского ученого Амедео Авагадро, который доказал, что число молекул в одинаковых объемах газов всегда одинаково

Молярная масса в Международной системе СИ измеряется в кг/моль, хотя обычно эту величину выражают в грамм/моль. Эта величина обозначается английской буквой M, а формула молярной массы выглядит следующим образом:

где m – масса вещества, а v – количество вещества.

Рис. 2. Расчет молярной массы.

Как найти молярную массу вещества?

Вычислить молярную массу того или иного вещества поможет таблица Д. И. Менделеева. Возьмем любое вещество, например, серную кислоту.Ее формула выглядит следующим образом: H 2 SO 4 . Теперь обратимся к таблице и посмотрим, какова атомная масса каждого из входящих в состав кислоты элементов. Серная кислота состоит из трех элементов – водород, сера, кислород. Атомная масса этих элементов соответственно – 1, 32, 16.

Получается, что суммарная молекулярная масса равна 98 атомных единиц массы (1*2+32+16*4). Таким образом, мы выясняли, что один моль серной кислоты весит 98 грамм.

Молярная масса вещества численно равна относительной молекулярной массе, если структурными единицами вещества являются молекулы. Молярная масса вещества также может быть равна относительной атомной массе, если структурными единицами вещества являются атомы.

Вплоть до 1961 года за атомную единицу массы принимали атом кислорода, но не целый атом а его 1/16 часть. При этом химическая и физическая единицы массы не были одинаковыми. Химическая была на 0,03% больше, чем физическая.

В настоящее время в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной е.а.м. выбрана 1/12 часть массы атома углерода.

Рис. 3. Формула единицы атомной массы углерода.

Молярная масса любого газа или пара измеряется очень легко. Достаточно использовать контроль. Один и тот же объем газообразного вещества равен по количеству вещества другому при одинаковой температуре. Известным способом измерения объема пара является определение количество вытесненного воздуха. Такой процесс осуществляется с использованием бокового отвода, ведущего к измерительному устройству.

Понятие молярной массы является очень важным для химии. Ее расчет необходим для создания полимерных комплексов и множества других реакций. В фармацевтике с помощью молярной массы определяют концентрацию данного вещества в субстанции. Также молярная масса важна при провидении биохимических исследований (обменный процесс в элементе).

В наше время благодаря развитию науки известны молекулярные массы практически всех составляющих крови, в том числе и гемоглобина.

Для этого нужно сложить массы всех атомов в этой молекуле.

Пример 1. В молекуле воды Н 2 О 2 атома водорода и 1 атом кислорода. Атомная масса водорода = 1, а кислорода = 16. Поэтому молекулярная масса воды равна 1 + 1 + 16 = 18 атомных единиц массы, а молярная масса воды =18 г/моль.

Пример 2. В молекуле серной кислоты Н 2 SO 4 2 атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода. Поэтому молекулярная масса этого вещества составит 1 2 + 32 + 4 16 = 98 а.е.м, а молярная масса - 98 г/моль.

Пример 3. В молекуле сульфата алюминия Al 2 (SO 4) 3 2 атома алюминия, 3 атома серы и 12 атомов кислорода. Молекулярная масса этого вещества равна 27 · 2 + 32 · 3 + 16 · 12 = 342 а.е.м., а молярная масса - 342г/моль.

Моль, молярная масса

Молярная масса - это отношение массы вещества к количеству вещества, т.е. М(х) = m(x)/n(x), (1)

где М(х) - молярная масса вещества Х, m(x) – масса вещества Х, n(x) - количество вещества Х.

Единица СИ молярной массы - кг/моль,однако обычно используется единица г/моль. Единица массы - г, кг.

Единица СИ количества вещества - моль.

Моль - это такое количество вещества, в котором содержится 6,02·10 23 молекул этого вещества.

Любая задача по химии решается через количество вещества. Необходимо помнить основные формулы:

n(x) =m(x)/ М(х)

или общую формулу: n(x) =m(x)/М(х) = V(x)/Vm = N/N A , (2)

где V(x) – объем вещества Х(л), V m - молярный объем газа при н.у. (22,4 л/моль), N - число частиц, N A - постоянная Авогадро (6,02·10 23).

Пример 1. Определите массу иодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.

Пример 2. Определите количество вещества атомного бора,содержащегося в тетраборате натрия Na 2 B 4 O 7 массой 40,4 г.

Любое вещество состоит из частиц определенной структуры (молекул или атомов). Молярная масса простого соединения рассчитывается по периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Если необходимо выяснить данный параметр у сложного вещества, то подсчет получается долгим, и в данном случае цифру смотрят в справочнике или химическом каталоге, в частности Sigma-Aldrich.

Понятие молярной массы

Молярная масса (М) - вес одного моля вещества. Данный параметр по каждому атому можно найти в периодической системе элементов, он расположен прямо под названием. При расчете массы соединений цифра обычно округляется до целой или десятой доли. Для окончательного понимания того, откуда берется данное значение, необходимо разобраться в понятии «моль». Это количество вещества, содержащее число частиц последнего, равное 12 г устойчивого изотопа углерода (12 С). Атомы и молекулы веществ варьируют по своему размеру в широких пределах, при этом их число в моле постоянно, однако масса увеличивается и, соответственно, объем.

Понятие «молярная масса» тесно связано с числом Авогадро (6,02 х 10 23 моль -1). Эта цифра обозначает постоянное количество единиц (атомов, молекул) вещества в 1 моле.

Значение молярной массы для химии

Химические вещества вступают в различные реакции между собой. Обычно в уравнении любого химического взаимодействия указано, сколько молекул или атомов при этом используется. Такие обозначения получили название стехиометрические коэффициенты. Обычно они указываются перед формулой. Поэтому количественная характеристика реакций зиждется на количестве вещества и молярной массе. Именно они четко отражают взаимодействие друг с другом атомов и молекул.

Расчет молярной массы

Атомный состав любого вещества или смеси из компонентов известной структуры можно посмотреть по периодической системе элементов. Неорганические соединения, как правило, записываются брутто-формулой, то есть без обозначения структуры, а только числа атомов в молекуле. Органические вещества для подсчета молярной массы обозначаются таким же образом. Например, бензол (C 6 H 6).

Каким образом рассчитывается молярная масса? Формула включает тип и количество атомов в молекуле. По таблице Д.И. Менделеева проверяются молярные массы элементов, и каждая цифра умножается на число атомов в формуле.

Исходя из молекулярной массы и типа атомов, можно рассчитать их количество в молекуле и составить формулу соединения.

Молярная масса элементов

Часто для проведения реакций, расчетов в аналитической химии, расстановки коэффициентов в уравнениях требуется знание молекулярной массы элементов. Если в молекуле содержится один атом, то данное значение будет равно таковому у вещества. При наличии двух и более элементов молярная масса умножается на их число.

Значение молярной массы при подсчете концентраций

Данный параметр используется для пересчета практически всех способов выражения концентраций веществ. Например, часто возникают ситуации определения массовой доли исходя из количества вещества в растворе. Последний параметр выражается в единице измерения моль/литр. Для определения нужного веса количество вещества умножается на молярную массу. Получено значение уменьшается в 10 раз.

Молярная масса используется для подсчета нормальности вещества. Данный параметр используется в аналитической химии для проведения методов титри- и гравиметрического анализа при необходимости точного проведения реакции.

Измерение молярной массы

Первый исторический опыт заключался в измерении плотности газов по отношению к водороду. Далее были проведены исследования коллигативных свойств. К ним относится, например, осмотическое давление, определение разницы кипения или замерзания между раствором и чистым растворителем. Это параметры напрямую коррелируют с количеством частиц вещества в системе.

Иногда измерение молярной массы проводится у вещества неизвестного состава. Раньше применяли такой способ, как изотермическая перегонка. Его суть заключается в помещении раствора вещества в камеру, насыщенную парами растворителя. В данных условиях происходит конденсация паров и температура смеси повышается, достигает равновесия и начинает снижаться. Выделившаяся теплота испарения рассчитывается по изменению показателя нагрева и охлаждения раствора.

Основным современным методом измерения молярной массы является масс-спектрометрия. Это основной способ идентификации смесей веществ. С помощью современных приборов данный процесс происходит автоматически, только первоначально нужно подобрать условия разделения соединений в пробе. Метод масс-спектрометрии основан на ионизации вещества. В результате образуются различные заряженные фрагменты соединения. На масс-спектре обозначается отношение массы к заряду ионов.

Определение молярной массы для газов

Молярная масса любого газа или пара измеряется просто. Достаточно использовать контроль. Один и тот же объем газообразного вещества равен по количеству вещества другому при одинаковой температуре. Известным способом измерения объема пара является определение количество вытесненного воздуха. Такой процесс осуществляется с использованием бокового отвода, ведущего к измерительному устройству.

Практическое использование молярной массы

Таким образом, понятие молярной массы в химии используется повсеместно. Для описания процесса, создания полимерных комплексов и других реакций необходим расчет данного параметра. Важным моментом является определение концентрации действующего вещества в фармацевтической субстанции. Например, с использованием культуры клеток исследуются физиологические свойства нового соединения. Кроме того, молярная масса важна при проведении биохимических исследований. Например, при изучении участия в обменных процессах элемента. Сейчас структура многих ферментов известна, поэтому есть возможность подсчитать их молекулярную массу, которая в основном измеряется килодальтонах (кДа). Сегодня известны молекулярные массы почти всех составляющих крови человека, в частности, гемоглобина. Молекулярная и молярная масса вещества в определенных случаях являются синонимами. Отличия их заключаются в том, что последний параметр является средним для всех изотопов атома.

Любые микробиологические эксперименты при точном определении влияния вещества на систему ферментов проводятся с использованием молярных концентраций. Например, в биокатализе и других областях, где необходимо исследование энзиматической активности, применяются такие понятия, как индукторы и ингибиторы. Для регуляции активности фермента на биохимическом уровне необходимо исследование с использованием именно молярных масс. Данный параметр вошел прочно в области таких естественных и инженерных наук, как физика, химия, биохимия, биотехнология. Процессы, охарактеризованные таким образом, становятся более понятными с точки зрения механизмов, определения их параметров. Переход от фундаментальной науки к прикладной не обходится без показателя молярной массы, начиная от физиологических растворов, буферных систем и заканчивая определением дозировок фармацевтических веществ для организма.