Моль. Закон Авогадро. Мольный объем

Наряду с массой и объемом в химических расчетах часто используется количество вещества, пропорциональное числу содержащихся в веществе структурных единиц. При этом в каждом случае должно быть указано, какие именно структурные единицы (молекулы, атомы, ионы и т.д.) имеются в виду. Единицей количества вещества является моль.

Моль – количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода ¹²С.

Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле вещества (постоянная Авогадро) определено с большой точностью; в практических расчетах его принимают равным 6,02*10²³ моль^-1.

Нетрудно показать, что масса 1 моля вещества (мольная масса), выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе этого вещества.

Согласно закону Авогадро, в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул.

Объемным содержанием газа в газовой смеси называется часть объема газовой смеси, которую занимало бы содержащееся в ней количество данного газа при той же температуре и парциальном давлении, равном общему давлению газовой смеси; эта величина может быть выражена в долях общего объема (объемная доля) или в процентах от общего объема (процент объема).

Пример 1. Выразить в граммах массу одной молекулы СО₂.

Решение: Молекулярная масса СО₂ равна 44. Следовательно, мольная масса СО₂ равна 44 г/моль. В 1 моле СО₂ содержится 6,02*10²³ молекул. Отсюда находим массу одной молекулы:

m=44/(6,02*10²³)=7,31*10^-23 г

Пример 2. Сколько молей кислорода находится в 1 л воздуха, если объемное содержание его составляет 21 % (условия нормальные)?

Решение: при нормальных условиях кислород, содержащийся в 1 л воздуха, займет объем 0,21 л. Зная мольный объем кислорода, находим число его молей в 0,21 л О₂:

1 моль занимает объем 22,4 л

х молей займет объем 0,21 л

Отсюда х=0,21/22,4=0,093 моля О₂.

Задачи

31. Сопоставить числа молекул, содержащихся в 1 г NH₃ и в 1 г N₂. В каком случае и во сколько раз число молекул больше?

32. Выразить в граммах массу одной молекулы диоксида серы.

33. Одинаково ли число молекул в 0,001 кг Н₂ и в 0,001 кг О₂? В 1 моле Н₂ и в 1 моле О₂? В 1 л Н₂ и в 1 л О₂ при одинаковых условиях?

34.Сколько молекул содержится в 1,00 мл водорода при нормальных условиях?

35. Какой объем при нормальных условиях занимают 27*10²¹ молекул газа?

36. Каково соотношение объемов, занимаемых 1 молем О₂ и 1 молем О₃ (условия одинаковые)?

37. Взяты равные массы кислорода, водорода и метана при одинаковых условиях. Найти отношение объемов взятых газов.

38. На вопрос, какой объем займет 1 моль воды при нормальных условиях, получен ответ: 22,4 л. Правильный ли это ответ?

39. Сколько молекул диоксида углерода находится в 1 л воздуха, если объемное содержание СО₂ составляет 0,03 % (условия нормальные)?

40. Вычислить массу: а) 2 л Н₂ при 15⁰С и давлении 100,7 кПа (755 мм.рт.ст.); б) 1 м³ N₂ при 10⁰С и давлении 102,9 кПа (772 мм.рт.ст.); в) 0,5 м³ Cl₂ при 20⁰С и давлении 99,9 кПа (749,3 мм.рт.ст.)

41. Определить объем, занимаемый 0,07 кг N₂ при 21⁰С и давление 142 кПа (1065 мм.рт.ст.).

42. Бертолетова соль при нагревании разлагается с образованием KCl и О₂. Сколько литров кислорода при 0⁰С и давлении 101,3 кПа можно получить из 1 моля KClO₃?

43. Сколько молей содержится в 1 м³ любого газа при нормальных условиях?

44. Чему равно атмосферное давление на вершине Казбека, если при 0⁰С масса 1 л взятого там воздуха равна 700 мг?

45. При взаимодействии одного объема СО и одного объема Cl₂ образуется один объем фосгена. Установить формулу фосгена.

46. Какой объем СО₂ получается при сгорании 2 л бутана? Объемы обоих газов измерены при одинаковых условиях.

47. В замкнутом сосуде при 120⁰С и давлении 600 кПа находится смесь, состоящая из трех объемов О₂ и одного объема СН₄. Каково будет давление в сосуде, если взорвать смесь и привести содержимое сосуда к первоначальной температуре?

48. После взрыва 0,020 л смеси водорода с кислородом осталось 0,0032 л кислорода. Выразить в процентах по объему первоначальный состав смеси.

49. При прохождении смеси равных объемов SO₂ и О₂ через контактный аппарат 90 % молекул SO₂ превращается в SO₃. Определить состав (в процентах по объему) газовой смеси, выходящей из контактного аппарата.

50. Смесь, состоящая из трех объемов Cl₂ и одного объема Н₂, оставлена в закрытом сосуде на рассеянном свету при постоянной температуре. Через некоторое время содержание Cl₂ в смеси уменьшилось на 20 %. Изменилось ли давление в сосуде? Каков стал процентный состав смеси по объему?

51. При взаимодействии NH₃ с Cl₂ образуются хлороводород и азот. В каких объемных соотношениях взаимодействуют NH₃ и Cl₂ и каково отношение объемов получающихся газов?

52. Какой объем Н₂ (при 17⁰С и давлении 102,4 кПа) выделится при растворении 1,5 кг цинка в соляной кислоте?

53. После взрыва смеси, состоящей из одного объема исследуемого газа и одного объема Н₂, получился один объем водяного пара и один объем азота. Все измерения производились при одинаковых условиях. Найти формулу исследуемого газа.

54. Смесь эквивалентных количеств водорода и кислорода находится в закрытом сосуде при температуре выше 100⁰С. Как изменится давление в сосуде, если смесь взорвать и затем привести содержимое сосуда к первоначальной температуре?

55. Определить объем, занимаемый 5,25 г азота при 26⁰С и давлении 98,9 кПа (742 мм.рт.ст.).

56.Определите массу и объем 24,08*10²³ молекул сероводорода Н₂S при 33⁰С и давлении 1,06 кПа.

57. Рассчитайте массу (в граммах) 24,08*10²¹ молекул сероводорода при 20⁰С и 770 мм.рт.ст.

58. Сопоставить число молекул, содержащихся в 1 г H₂SO₄ с числом молекул, содержащихся в 1 г HNO₃.

59. Какое число молекул содержат в 0,01 моля кислорода, 1/50 молей атомов кислорода, 1/25 эквивалентной массы кислорода?

60. Определите, какое количество молекул содержится в 1 мл брома (ρ=3,1 г/мл)?