Количество вещества. Моль — единица количества вещества. Число Авогадро
развивающая: развивать логическое мышление школьников.
воспитательная: воспитывать у учащихся интерес к изучению химии;
Перегляд файлу
Тема: Количество вещества. Моль — единица количества вещества. Число Авогадро .
Цель:
учебная: описать проблему измерения величин в химии; дать определение понятием «количество вещества» и «число Авогадро»; определить единицу измерения количества вещества;
развивающая: развивать логическое мышление школьников.
воспитательная: воспитывать у учащихся интерес к изучению химии;
Тип урока: усвоение новых знаний.
Методы и приемы: беседа, рассказ, работа с учебником, самостоятельная работа учащихся.
Материалы: периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.
І Организационный момент.
Приветствие, проверка наличия учащихся и их готовности к уроку.
II. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности учащихся.
Почти все, что человек видит вокруг себя, она пытается описать количественными характеристиками. Так, когда мы тратим воду, мы считаем, сколько литров (или кубометров ) ее вытекло из крана. Покупая конфеты, мы говорим продавцу, сколько граммов нужно взвесить. Но в определенных случаях знание массы или объема совсем недостаточно. Например, нам нужно купить столько пирожных, чтобы хватило на всех учеников в школе. Довольно сложно перечислить 500 или полторы тысячи пирожных. Значительно проще, если мы знаем, сколько пирожных находится в одном ящике. В этом случае достаточно лишь сосчитать количество ящиков. То есть мы считаем не отдельные частицы, а число групп или порций частиц.
Похожим принципом пользуются и в химии. Не всегда важно знать массу или объем вещества. Часто гораздо важнее для определения количества вещества знать число отдельных атомов или молекул. В химии, кроме использования таких величин, как масса и объ ем, применяют величину количество вещества.
III. Изучение нового материала.
Все на свете имеет свою историю, все с чего-то начиналось. Поэтому давайте обратимся к истории возникновения понятия «количество вещества».
И сторическая справка.
Выдающийся немецкий ученый и философ Иммануил Кант как-то высказал мнение, что в некоторых областях естественных наук истинной науки столько, сколько в них математики. Противоположное мнение о соотношении химии и математики высказал французский ученый Огюст Конт: «Любую попытку применить математические методы для изучения химических вопросов, — писал Конт в 1830 году, — следует рассматривать как абсолютно бестолковую, что противоречит духу химии».
Действительно, для нас высказывания Конта звучит несколько странно, но два столетия назад большинство химиков едва знала четыре правила арифметики.
Высказывания выдающегося ученого Иммануила Канта произвели глубокое впечатление на немецкого химика Иеремию Вениамина Рихтера, который свою докторскую диссертацию назвал «Применение математики в химии». Опираясь на результаты эксперимента, он сформулировал закон, согласно которому вещества реагируют в четко определенных соотношениях.
Например: Zn + S = ZnS
По уравнениям реакций мы видим, что один атом Цинка соединяется с одним атомом Серы; одна молекула азота соединяется с одной молекулой кислорода. Отсюда: 65 г цинка содержится столько же атомов Цинка, сколько атомов Серы содержится в 32 г серы. В 28 г азота содержится столько молекул, сколько их содержится в 32 г кислорода. Но сколько? Атомы очень маленькие, и сосчитать их или взвесить на весах невозможно, поскольку они являются очень мелкими частицами, их массу и количество можно определить с помощью вычислений. Поэтому в химии появилось понятие «количество вещества», что выражает число структурных частиц.
Количество вещества ( — ню) – это число структурных частиц (атомов, молекул, ионов) данного вещества. Единица измерения количества вещества (моль) – это такое количество вещества, содержащее столько структурных частиц, сколько атомов в углероде массой 0,012 кг.
Известный итальянский ученый Амедео Авогадро изучил и измерил количество вещества для различных веществ. С помощью специальных вычислений А. Авогадро подсчитал, что в 12 г углерода содержится 6,02 • 1023 атомов. Такое количество вещества взяли 1 моль.
Подобные вычисления показали, что:
в 32 г серы содержиться 6,02 10 23 атомов;
в 18 г воды содержиться 6,02 10 23 молекул.
Эта величина получило название постоянная ( число) Авогадро.
Обозначается она N A = 6,02 • 10 23 частичек/моль, или моль -1 . Эта величина не зависит от агрегатного состояния вещества.
1 моль — это количество вещества, содержащее столько же частиц (атомов, молекул, ионов), сколько атомов содержится в 12 г углерода, т. е. 6,02 х1023 частиц.
Значит, 1 моль (H 2 O ) = 6,02 10 23 молекул; 1 моль ( O 2 ) = 6,02 10 23 молекул;
1 моль ( CO 2 ) = 6,02 10 23 молекул; 1 моль (Н 2 ) = 6,02 10 23 молекул.
где N – число частичекк в порц ии веществ ;
N A – постоянная Авогадро
Интересно
Стала Авогадро настолько велика, что сложно и представить. Вот некоторые примеры, показывающие величие этого числа.
В пустыне Сахара содержится менее, чем 3 моль найдрібншіих песчинок.
Если объем футбольного мяча увеличить в раз, то в нем поместится земной шар. Если в NA раз увеличить диаметр мяча, то в нем поместится самая большая галактика, имеющая сотни миллиардов звезд.
Во Вселенной около, звезд.
При каждом вдохе человека в его легкие попадает несколько молекул кислорода и азота, которые были в последнем выдохе Юлия Цезаря.
Если взять 1 моль долларовых бумажек, они покроют все материки Земли плотным слоем толщиной 2 км.
І V. Закрепление изученного материала .
Задача 1 . Вычислите число молекул в водороде (Н2) количеством вещества 0,8 моль.
(Н 2 ) = 0,8 моль
N (Н 2 ) = 6,02 10 23 0,8 моль = 4,8 10 23 молекул.
Ответ: 4,8 10 23 молекул.
Задача 2 . Вычислите число молекул в водороде (N2) количеством вещества 6 моль.
( N 2 ) = 0,8 моль
N ( N 2 ) = 6,02 10 23 6 моль = 36,12 10 23 молекул.
Ответ: 36,12 10 23 молекул.
Задача 3. Вычислите число атомов Кальция в кальций оксиде (СаО) количеством вещества 2 моль.
V . Домашнее задание.
Какой буквой обозначается число частиц в химии
Для обозначения химических веществ используют химические формулы.
Для молекулярных веществ химическая формула может обозначать и одну молекулу этого вещества.
Информация о веществе может быть разной, поэтому существуют разные типы химических формул.
В зависимости от полноты информации химические формулы делятся на четыре основных типа: простейшие, молекулярные, структурные и пространственные.
| Простейшая формула – химическая формула, составленная из символов химических элементов и таких подстрочных индексов, отношение которых равно отношению чисел атомов соответствующих элементов в этом веществе. |
Подстрочные индексы в простейшейформуле не имеют общего делителя.
Индекс » 1″ в формулах не ставится.
Примеры простейших формул: вода – Н2О, кислород – О, сера – S, оксид фосфора – P2O5, бутан – C2H5, фосфорная кислота – H3PO4, хлорид натрия (поваренная соль) – NaCl.
Простейшая формула воды (Н2О) показывает, что в состав воды входит элемент водород (Н) и элемент кислород (О), причем в любой порции (порция – часть чего-либо, что может быть разделено без утраты своих свойств.) воды число атомов водорода в два раза больше числа атомов кислорода.
Число частиц, в том числе и число атомов, обозначается латинской буквой N. Обозначив число атомов водорода – NH, а число атомов кислорода – NO, мы можем записать, что
Простейшая формула фосфорной кислоты (Н3РО4) показывает, что в состав фосфорной кислоты входят атомы водорода, атомы фосфора и атомы кислорода, причем отношение чисел атомов этих элементов в любой порции фосфорной кислоты равно 3:1:4, то есть
Простейшая формула может быть составлена для любого индивидуального химического вещества, а для молекулярного вещества, кроме того, может быть составлена молекулярная формула.
| Молекулярная формула – химическая формула, составленная из символов химических элементов и таких подстрочных индексов, каждый из которых равен числу атомов соответствующего элемента в молекуле вещества. |
Примеры молекулярных формул: вода – H2O, кислород – O2, сера – S8, оксид фосфора – P4O10, бутан – C4H10, фосфорная кислота – H3PO4.
Вода H2O
Фосфорная кислота H3PO4
У немолекулярных веществ молекулярных формул нет.
Последовательность записи символов элементов в простейших и молекулярных формулах определяется правилами химического языка, с которыми вы познакомитесь по мере изучения химии. На информацию, передаваемую этими формулами, последовательность символов влияния не оказывает.
| Структурная формула – химическая формула, составленная из символов химических элементов и специальных знаков, отражающих строение данного химического вещества, исключая взаимное расположение атомов в пространстве. |
Из знаков, отражающих строение веществ, мы будем использовать пока только валентный штрих (» черточку» ). Этот знак показывает наличие между атомами так называемой ковалентной связи (что это за тип связи и каковы его особенности, вы скоро узнаете).
В молекуле воды атом кислорода связан простыми (одинарными) связями с двумя атомами водорода, а атомы водорода между собой не связаны. Именно это наглядно показывает структурная формула воды.
Другой пример: молекула серы S8. В этой молекуле 8 атомов серы образуют восьмичленный цикл, в котором каждый атом серы связан с двумя другими атомами простыми связями. Сравните структурную формулу серы с объемной моделью ее молекулы, показанной на рис. 3. Обратите внимание на то, что структурная формула серы не передает форму ее молекулы, а показывает только последовательность соединения атомов ковалентными связями.
Структурная формула фосфорной кислоты показывает, что в молекуле этого вещества один из четырех атомов кислорода связан только с атомом фосфора двойной связью, а атом фосфора, в свою очередь, связан еще с тремя атомами кислорода простыми связями. Каждый из этих трех атомов кислорода, кроме того, связан простой связью с одним из трех имеющихся в молекуле атомов водорода./p>
| Пространственная формула – химическая формула, составленная из символов элементов и специальных знаков, отражающих строение данного вещества, включая взаимное пространственное расположение атомов в молекулах этого вещества (или других сложных частицах). |
Сравните приведенную ниже объемную модель молекулы метана с его пространственной, структурной и молекулярной формулой:
В пространственной формуле метана клиновидныевалентные штрихи как бы в перспективе показывают, какой из атомов водорода находится » ближе к нам» , а какой » дальше от нас» .
Иногда в пространственной формуле указывают длины связей и значения углов между связями в молекуле, как это показано на примере молекулы воды.
Немолекулярные вещества не содержат молекул. Для удобства проведения химических расчетов в немолекулярном веществе выделяют так называемую формульную единицу.
| Формульная единица – группа атомов, входящих в состав немолекулярного вещества, соответствующая простейшей формуле этого вещества. |
Примеры состава формульных единиц некоторых веществ: 1) диоксид кремния (кварцевый песок, кварц) SiO2 – формульная единица состоит из одного атома кремния и двух атомов кислорода; 2) хлорид натрия (поваренная соль) NaCl – формульная единица состоит из одного атома натрия и одного атома хлора; 3) железо Fe – формульная единица состоит из одного атома железа.Как и молекула, формульная единица – наименьшая порция вещества, сохраняющая его химические свойства.
Информация, передаваемая формулами разных типов
- Атомы каких элементов входят в состав вещества.
- Соотношения между числами атомов этих элементов.
- Число атомов каждого из элементов в молекуле.
- Типы химических связей.
- Последовательность соединения атомов ковалентными связями.
- Кратность ковалентных связей.
- Взаимное расположение атомов в пространстве.
- Длины связей и углы между связями (если указаны).
Рассмотрим теперь на примерах, какую информацию дают нам формулы разных типов.
1. Вещество: уксусная кислота. Простейшая формула – СН2О, молекулярная формула – C2H4O2, структурная формула
Простейшая формула говорит нам, что
1) в состав уксусной кислоты входит углерод, водород и кислород;
2) в этом веществе число атомов углерода относится к числу атомов водорода и к числу атомов кислорода, как 1:2:1, то есть NH : NC :NO = 1:2:1.
Молекулярная формула добавляет, что
3) в молекуле уксусной кислоты – 2 атома углерода, 4 атома водорода и 2 атома кислорода.
Структурная формула добавляет, что
4, 5) в молекуле два атома углерода связаны между собой простой связью; один из них, кроме этого, связан с тремя атомами водорода, с каждым простой связью, а другой – с двумя атомами кислорода, с одним – двойной связью, а с другим – простой; последний атом кислорода связан еще простой связью с четвертым атомом водорода.
2. Вещество: хлорид натрия. Простейшая формула – NaCl.
1) В состав хлорида натрия входит натрий и хлор.
2) В этом веществе число атомов натрия равно числу атомов хлора.
3. Вещество: железо. Простейшая формула – Fe.
1) В состав этого вещества входит только железо, то есть это простое вещество.
4. Вещество: триметафосфорная кислота. Простейшая формула – HPO3, молекулярная формула – H3P3O9, структурная формула
1) В состав триметафосфорной кислоты входит водород, фосфор и кислород.
2) NH : NP :NO = 1:1:3.
3) Молекула состоит из трех атомов водорода, трех атомов фосфора и девяти атомов кислорода.
4, 5) Три атома фосфора и три атома кислорода, чередуясь, образуют шестичленный цикл. Все связи в цикле простые. Каждый атом фосфора, кроме того, связан еще с двумя атомами кислорода, причем с одним – двойной связью, а с другим – простой. Каждый из трех атомов кислорода, связанных простыми связямис атомами фосфора, связан еще простой связью с атомом водорода.
| Фосфорная кислота – H3PO4 (другое название – ортофосфорная кислота) – прозрачное бесцветное кристаллическое вещество молекулярного строения, плавящееся при 42 o С. Это вещество очень хорошо растворяется в воде и даже поглощает пары воды из воздуха (гигроскопично). Фосфорную кислоту производят в больших количествах и используют прежде всего в производстве фосфорных удобрений, а также в химической промышленности, при производстве спичек и даже в строительстве. Кроме того, фосфорная кислота применяется при изготовлении цемента в зубоврачебной технике, входит в состав многих лекарственных средств. Эта кислота достаточно дешева, поэтому в некоторых странах, например в США, очень чистая сильно разбавленная водой фосфорная кислота добавляется в освежающие напитки для замены дорогой лимонной кислоты. |
| Метан – CH4. Если у вас дома есть газовая плита, то с этим веществом вы сталкиваетесь ежедневно: природный газ, который горит в конфорках вашей плиты, на 95 % состоит из метана. Метан – газ без цвета и запаха с температурой кипения –161 o С. В смеси с воздухом он взрывоопасен, этим и объясняются происходящие иногда в угольных шахтах взрывы и пожары (другое название метана – рудничный газ). Третье название метана – болотный газ – связано с тем, что пузырьки именно этого газа поднимаются со дна болот, где он образуется в результате деятельности некоторых бактерий. В промышленности метан используется как топливо и сырье для производства других веществ.Метан является простейшим углеводородом. К этому классу веществ относятся также этан (C2H6), пропан (C3H8), этилен (C2H4), ацетилен (C2H2) и многие другие вещества. |
§ 24. Количество вещества. Моль — единица количества вещества. Число Авогадро
• каждое вещество характеризуется только ему присущими молекулами.
Количество вещества — физическая величина
Все, что человек видит вокруг себя, он старается описать в количественных характеристиках. Так, когда мы расходуем воду, мы определяем ее объем: сколько литров (или кубометров) ее вытекло из крана. Покупая конфеты, мы сообщаем продавцу их массу: сколько граммов необходимо взвесить. Но в некоторых случаях знания массы или объема будет недостаточно. Например, нужно купить столько яблок, чтобы хватило на всех учеников в школе. Довольно сложно пересчитывать тысячу или две тысячи яблок. Значительно проще будет сосчитать число ящиков с яблоками (при условии, что мы знаем, сколько яблок содержится в одном ящике). То есть в этом случае мы считаем не отдельные частицы, а число групп (порций) частиц (рис. 24.1).
Рис. 24.1. Количественные характеристики
Для химических явлений и процессов не всегда нужно знать массу или объем вещества. Часто для определения количества вещества намного важнее знать число атомов или молекул, например при составлении уравнений химических реакций.
Для определения числа частиц используют специальную физическую величину — количество вещества. Ее обозначают латинской буквой n.
Она показывает, сколько частиц (структурных единиц) данного вещества содержится в том или другом образце.
Для веществ молекулярного строения такими частицами являются молекулы, а для веществ немолекулярного строения это могут быть атомы или ионы.
Количество вещества — физическая величина, которая показывает число структурных единиц вещества (атомов, молекул, ионов).
Моль — единица измерения количества вещества
Атомы и молекулы очень малы, поэтому неудивительно, что их число в природе огромно. Даже в самом маленьком кристалле сахара число молекул превышает миллиард миллиардов. Поэтому практически невозможно пересчитывать отдельные молекулы. Для измерения количества вещества используют специальную единицу — моль.
1 моль — это такое количество вещества, которое содержит 6,02 • 10 23 структурных единиц этого вещества (атомов, молекул, ионов).
К количеству вещества следует относиться как к обычному числу, которое позволяет выразить число атомов или молекул в определенной порции вещества (рис. 24.2). В том, что один моль вещества содержит такое «экзотическое» число частиц, нет ничего удивительного. Подобные числа (или порции) нам встречаются довольно часто, и используем мы их для измерения массы, объема, времени и даже денег. Большинство из них довольно простые числа. Например, одна тонна — это одна тысяча килограммов, один кубический метр — это одна тысяча литров, один час — это 60 минут, одна гривня — это сто копеек. Существуют также величины измерения, не кратные десяти: одни сутки — это 24 часа, одна дюжина — это 12 штук, один карат — это 0,2 грамма, а один световой год — это почти 9,5 • 10 12 километров.
Рис. 24.2. Для измерения количества можно пользоваться различными единицами: карандаши считают штуками, бумагу — листами, атомы — молями
У каждого вещества есть свои собственные структурные единицы. Например, уголь состоит из атомов Карбона, а сера — из молекул S8. Поэтому у образцов различных веществ количеством вещества 1 моль разные массы и объемы (рис. 24.3).
Рис. 24.3. Образцы веществ количеством 1 моль
Число Авогадро
Число 6,02 • 10 23 называют числом Авогадро в честь итальянского ученого Амедео Авогадро. Почему именно такое число было выбрано для определения моля вещества? Дело в том, что столько атомов содержится в образце углерода массой 12 г, что в современной науке используют в качестве стандарта для определения атомной единицы массы. Учитывая это, можно дать еще одно определение моля:
1 моль — это такое количество вещества, в котором число частиц (атомов или молекул) равно числу атомов Карбона 12 С, содержащихся в образце углерода массой 12 г.
Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья ди Черето (1776-1856)
Итальянский физик и химик. Получил юридическое образование, после чего стал доктором церковного законоведения. В 24 года начал изучать естественные науки. С 1809 г. был профессором высшей физики в Туринском университете. С 1850 г. директор отделения физики и математики Туринской академии наук. Ввел в науку понятия «молекула» и «молекулярный вес». На основании открытого им закона разработал метод определения молекулярных и атомных масс. Первым установил, что формула воды — Н2O, а не НО, как считали раньше. Установил состав многих веществ — водорода, кислорода, азота, аммиака, оксидов Нитрогена, Хлора, Фосфора и др. Впервые правильно определил атомную массу многих элементов. Заложил основы атомно-молекулярной теории. Однако его труды было признаны лишь после его смерти на Международном конгрессе химиков в Карлсруэ в 1860 г.
Числу Авогадро численно равна постоянная Авогадро NA. Эта постоянная, в отличие от числа Авогадро, выражается в единицах на моль (1/моль или моль -1 ):
NA = 6,02 • 10 23 моль -1
Для большинства расчетов число Авогадро округляют до 6 • 10 23 .
Известно, что один атом Карбона нуклида 12 С имеет массу 1,9993 • 10 -23 г. Следовательно, в 12 граммах такого углерода число атомов Карбона равно:
Из курса химии 7 класса вам известно, что одна атомная единица массы равна 1,66 • 10 -24 г. Произведение атомной единицы массы и числа Авогадро равно 1 г:
Таким образом, определение моля непосредственно связано с определением единицы массы атомов и молекул, а число Авогадро является коэффициентом пропорциональности между массой атомов и их относительной атомной массой.
Решение задач с использованием количества вещества
Зная постоянную Авогадро, можно любое количество вещества выразить в молях. Если вещество содержит N молекул (или структурных единиц), то количество вещества равно:
Наоборот, зная количество вещества в молях, можно вычислить число частиц:
Задача 1. В комнате содержится 2,77 • 10 26 молекул кислорода. Вычислите количество вещества кислорода.
Задача 2. Вычислите число атомов Оксигена и Гидрогена, которые содержатся в 5 моль воды.
Задача 3. В стакане содержится около 11 моль молекул воды. Определите число молекул в стакане.
Лингвистическая задача
У слов «моль» и «молекула» общий корень, они пришли к нам из латинского языка. На латыни moles — «тяжесть, глыба». А слово «молекула» (с уменьшительным латинским суффиксом — cula) означает маленькую массу. Как вы объясните толкование терминов «моль» и «молекула»?
• Сделать вывод о том, насколько огромно численное значении постоянной Авогадро, можно с помощью следующего сравнения: площадь поверхности нашей планеты равна 510 млн км 2 . Если равномерно рассыпать по всей поверхности 6,02 • 10 23 песчинок диаметром всего лишь 1 мм, то они образуют слой песка толщиной более одного метра.
• В наше время получен силиций чистотой 99,9999999 %. Это означает, что среди одного миллиарда атомов Силиция находится лишь один атом другого элемента.
• В Америке ученые празднуют День числа Авогадро. Празднование проходит с 6 часов 02 минут утра 23 октября до 6 часов 02 минут следующего дня.
Выводы
1. Количество вещества — физическая величина, позволяющая измерять количественные характеристики вещества. Она показывает число структурных единиц вещества в определенном образце.
2. Количество вещества обозначают буквой n; единица измерения — моль. В веществе количеством 1 моль содержится 6,02 • 10 23 структурных единиц этого вещества (атомов, молекул, ионов).
3. Число 6,02 • 10 23 называют числом Авогадро. Оно равно числу атомов Карбона, которое содержится в образце углерода массой 12 г. Постоянная Авогадро обозначается символом NA и равна 6,02 • 10 23 моль -1 .
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятий «количество вещества» и «моль».
2. Какую размерность имеет постоянная Авогадро? Чему равно ее значение?
3. Предложите способы, какими можно наглядно продемонстрировать, насколько велико число Авогадро.
4. Приведите формулу для вычисления количества вещества по известному числу частиц.
Задания для усвоения материала
1. В ложке воды содержится около 0,5 моль вещества. Вычислите число молекул воды в ложке.
2. В стакан помещается около 1,5 моль сахара. Вычислите число молекул сахара в стакане.
3. В воздушном шаре содержится около 0,9 • 10 23 молекул азота. Вычислите количество вещества азота (в молях).
4. Вычислите количество вещества атомов Оксигена, которое содержится в углекислом газе СO2 количеством: а) 0,5 моль; б) 2 моль?
5. Вычислите количество вещества озона O3, если известно, что число атомов Оксигена в нем составляет: а) 3 • 10 23 ; б) 0,6 • 10 19 ; в) 3 моль; г) 0,18 моль.
6. Вычислите количество вещества атомов каждого химического элемента, которое содержится в 1 моль следующих соединений: а) Сl2; б) H2SO4; в) Н3РO4; г) Fe2O3; д) Са(ОН)2.
Какой буквой обозначается число молекул в химии?
число молекул обозначает коэффициент. Например: 2Н — 2 молекулы водорода. Маленькая цифра справа — индекс, обозначает число атомов.
Остальные ответы
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.