Как найти моль водорода в воде

Моль — условное количество вещества

Добавлено: 3 октября 2021 в 12:58

Химия — наука, изучающая взаимодействие веществ на атомном и молекулярном уровнях. Эти процессы значительно отличаются от привычного нам макроуровня и поэтому требуют специфических подходов, в том числе к «подсчету» и «взвешиванию».

Школьный курс химии включает понятия «моль» и «молярной массы». Они кажутся сложными, но если разобраться, то вы без труда поймете сущность этих понятий и научитесь ими пользоваться при решении задач.

Моль

Понятие «моль» попытаемся разобрать и, самое главное, понять на примере всем знакомой реакции взаимодействия кислорода и водорода. Когда одна молекула O₂ соединяется с двумя молекулами H₂, получается две молекулы H₂O:

O₂+ 2H₂ = 2H₂O

То есть, чтобы максимально полно провести химическую реакцию, мы должны взять на каждую молекулу кислорода две молекулы водорода. Итак, у нас есть 100 г кислорода.

Сколько понадобится водорода для протекания процесса? И тут возникает первый вопрос: сколько молекул в 100 г кислорода? Наверное, миллиарды или даже миллиарды миллиардов? И сколько их в 100 г водорода? Уж точно в не в 2 раза меньше.

Как вообще подсчитать молекулы, ведь они бывают совершенно разными, «тяжелыми» и «легкими». Этими вопросами задавались и люди, закладывавшие основу современной химической науки.

Был найден простой выход, который помогает легко и изящно решить проблему. Химики решили взять за единицу измерения не одну молекулу, а определенное их количество, причем очень большое. Таким образом эта единица измерения приводит микроуровень к макроуровню. Она называется «моль».

Моль — это количество вещества из 6,02214076⋅10²³ атомов или молекул. Оно не имеет физического смысла и изначально было привязано к массе определенного количества (12 граммов) углерода-12, но позже переопределено, как и многие другие единицы системы СИ.

В школьных расчетах количество структурных единиц в моле, которое также называется постоянной Авогадро, обычно округляют до 6,022⋅10²³ и обозначают N_A.

С этой величиной связано другое химическое понятие — «количество вещества», то есть количество структурных единиц в определенной его порции. Оно обозначается буквой ν (ню).

Примеры

В стакане содержится 2 моль воды. Сколько молекул воды находится в стакане?

N = ν⋅ N_A =2 ⋅ 6,022⋅10²³ = 12,044⋅10²³ молекул воды.

Также можно решить обратную задачу. Сколько молей вещества составляют 24,088⋅10²³ молекул воды?

ν⋅ = N / N_A = 24,088⋅10²³ / 6,022⋅10²³ = 4 моля.

Что называется молярной массой

Итак, мы поняли, что моль — условное количество вещества, выбранное для удобства химиков. Это даже не миллиарды миллиардов, как мы предположили ранее, а миллиарды триллионов, что никак не облегчает задачу подсчета этих структурных единиц.

Как же все-таки узнать, сколько атомов или молекул в 100 граммах того или иного вещества? Теперь хорошо бы связать количество вещества и его массу, ведь это не одно и то же. Нам поможет «молярная масса» — 1 моль вещества или 6,022⋅10²³ структурных единиц этого вещества.

Итак, масса вещества равна массе порции вещества m к количеству молекул ν в его порции:

М = m / ν.

Вооружившись этим знанием, мы можем переводить граммы в число молекул и наоборот. При этом следует учесть, что молярная масса численно идентична молекулярной массе (то есть массе молекулы), выраженной в атомных единицах массы, и относительной молекулярной массе.

Пример

Найдем массу 5 моль воды.

Чтобы решить эту задачу, обратимся к формуле молярной массы и выразим из нее массу:

m = М ⋅ ν

В этой формуле мы знаем количество вещества ν = 5 моль, а молярную массу сложной молекулы нужно определить, как сумму молярных масс составляющих ее химических элементов:

M (H₂O) = 2 ⋅M (H) + M (O)

Где взять молярные массы кислорода и водорода (в соединение входит два атома водорода, поэтому его молярную массу умножаем на 2)?

Для этого нам понадобится таблица Менделеева и значение «относительной атомной массы», которая, как мы уже знаем, идентична молекулярной. Это значение приведено для каждого химического элемента и для водорода равно 1,00797 (то есть близко к 1), для углерода — близко к 6, для кислорода — около 16.

Подставим соответствующие значения в исходную формулу и получим:

M (H₂O) = 2 ⋅M (H) + M (O) = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 г/моль.

То есть вес 1 моль воды составляет 18 граммов. Теперь можем подсчитать массу 5 моль воды:

m = М ⋅ ν = 18 ⋅ 5 = 90 г.

Аналогичным образом мы можем подсчитать количество вещества, которое содержится в определенном образце заданной массы. Для примера возьмем оксид алюминия Al₂O₃ и узнаем, сколько моль в 400 граммах этого вещества. Для этого выразим количество вещества через молярную массу и подставим исходные данные:

ν = m / М = 400 / (2 ⋅ М (Al) + 3 ⋅ (O)) = 400 / (2 ⋅ 75 + 3 ⋅ 16) = 400 / (150 + 48) = 400 / 198 ≈ 2,02 моль.

Занимайтесь на курсах ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu и получите максимум баллов на экзамене:

Эксперт по подготовке к ЕГЭ, ОГЭ и ВПР

Задать вопрос

Закончил Московский физико-технический институт (Физтех) по специальности прикладная физика и математика. Магистр физико-математических наук. Преподавательский стаж более 13 лет. Соучредитель курсов ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu.

Читайте также:

Источник

Важно знать! Как научиться решать задачи по химии.

Задача 1-1. Сколько молекул содержится в одном литре воды?

Решение.
Масса одного литра воды:
$m({H_2}O) = 1000 * 1 = 1000$ г.
Количество вещества — удобная универсальная величина, через которую можно связать между собой число атомов или молекул, массу и объем вещества.
Количество вещества можно рассчитать по следующим формулам:

где
— масса,
— молярная масса,
— число атомов или молекул,
моль^-1 — постоянная Авогадро.
Молярная масса воды:
$M({H_2}O) = 2 - 1 + 16 = 18$ (г/моль).
Пользуясь этими формулами, находим:
$v({H_2}O) = {m({H_2}O)}/{M({H_2}O)} = 1000/18 = 55,6$ (моль);
$N({H_2}O) = v*N_A = 55,6*6,02*10^23 = 3,35*10^25$
Ответ:

Задача 1-2. Сколько атомов водорода содержится: а) в 10 моль аммиака; б) в 100 г воды?

Решение.
а) Формула аммиака — NH_3 . Эта формула означает, что в одной молекуле аммиака содержится три атома водорода, а в любом количестве аммиака атомов водорода в три раза больше, чем молекул. Следовательно,
моль;

б) В одной молекуле воды ${H_2}O$ содержится два атома водорода, поэтому в любом количестве воды атомов водорода в два раза больше, чем молекул: $v(H) = 2*v({H_2}O)$ . количество вещества воды можно определить по массе:
$v({H_2}O) = {m({H_2}O)}/{M({H_2}O)} = 100/18 = 5,56$ (моль);
$v(H) = 2*v({H_2}O) = 2*5,56 = 11,12$ (моль);
.
Ответ: а) ; б) .

Задача 1-3. Вычислите массу кислорода, содержащуюся в 15,0 г серной кислоты.

Решение.
Молярная масса серной кислоты (г/моль).
Количество вещества
$v(H_2SO_4) = {m(H_2SO_4)}/{M(H_2SO_4)} = {15,0}/98 = 0,153$ (моль).
Согласно химической формуле H_2SO_4 в 1 моль серной кислоты содержится 4 моль кислорода, поэтому
моль.
Зная количество кислорода, можно найти его массу:
г.
Ответ: 9,79 г кислорода.

Задача 1-4. Рассчитайте массу одной молекулы гемоглобина (молекулярная формула ): а) в граммах; б) в атомных единицах массы.

Решение.
а) Для расчета массы молекулы гемоглобина надо знать молярную массу гемоглобина:
г/моль.
Дальше можно использовать два способа.
Объединяя формулы ,
можно выразить массу через число молекул:
$m = v*M = {(N/N_A)}*M$ .
Подставляя в эту формулу N = 1 , г/моль, моль^-1,
находим $m = {(N/N_A)}*M = {(1/{6,02*10^23})}*64388 = 1,07*10^{-19}$ г.
б) Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на 1 а. е. м. Относительная молекулярная масса численно равна молярной массе, поэтому масса одной молекулы гемоглобина равна 64388 а. е. м.
Ответ: а) $m = 1,07*10^{-19}$ ; б) 64388 а. е. м.

Задача 1-5. Рассчитайте массовые доли водорода и кислорода в воде.

Решение.
В этой задаче водород и кислород — это элементы и , а не простые вещества H_2 и O_2 . Массовая доля определяется как отношение массы элемента к массе вещества:
$w(H) = {m(H)}/{m({H_2}O)}; w(O) = {m(O)}/{m({H_2}O)}.$
Удобное свойство массовой доли состоит в том, что она не зависит от общей массы вещества: массовые доли элементов одинаковы и в капле, и в литре, и в бочке воды. Поэтому для расчета массовой доли можно взять любую массу вещества, например 1 моль.
Масса 1 моль воды: $m({H_2}O) = v({H_2}O)*M({H_2}O) = 18$ г. Согласно формуле воды ${H_2}O$ в 1 моль воды содержится 2 моль атомов водорода и 1 моль атомов кислорода:
(г);
(г).
Массовые доли элементов:
%;
%.
Ответ: 11,1% H, 88,9% O.

Задача 1-6. Определите простейшую формулу химического соединения, если массовые доли составляющих его элементов равны: H — 2,04%, S — 32,65%, O — 65,31%.

Решение. Простейшая формула отражает соотношение между числом атомов в молекуле, или, что то же, мольные соотношения атомов. Поскольку простейшая формула не зависит от массы вещества, возьмем образец вещества массой 100 г и найдем отношение количеств элементов (в молях) в этом образце. Для этого следует разделить массу каждого элемента на его- относительную атомную массу:

Наименьшее из чисел (1,02) принимаем за единицу и находим отношение:

Оно означает, что в молекуле химического соединения на 2 атома водорода приходится 1 атом серы и 4 атома кислорода, следовательно, простейшая формула искомого соединения — H_2SO_4 .
Ответ: H_2SO_4 .

Задача 1-7. Определите молекулярную формулу органического вещества, если оно содержит 40% углерода, 6,7% водорода и 53,3% кислорода по массе, а его молярная масса равна 60 г/моль.

Решение. Действуя так же, как и в предыдущей задаче, можно найти относительные количества элементов и определить простейшую формулу вещества:

Простейшая формула вещества — ${CH_2}O$ . Ей соответствует молярная масса $M({CH_2}O) =12 + 21 + 16 = 30$ (г/моль). Молярная масса вещества равна 60 г/моль, следовательно, истинная формула равна простейшей формуле, умноженной на 2, т. е. .
Ответ: .

Задача 1-8. Какая масса хлорида натрия образуется при обработке 15 г карбоната натрия, содержащего 15% примесей, избытком соляной кислоты?

Решение. Прежде всего найдем массу чистого карбоната натрия. Примесей в образце карбоната натрия содержится 15%, а чистого вещества — 85% :
(г).
Далее запишем уравнение химической реакции:
Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O.
Массу продуктов реакции можно рассчитать по количеству вещества, используя следующую схему:
m(исх. вещества) → v(исх. вещества) → v(продукта) → m( продукта).
Найдем количество карбоната натрия:
$v(Na_2CO_3) = {m(Na_2CO_3)}/{M(Na_2CO_3)} = {12,75}/106 = 0,12$ (моль).
По основному закону химической стехиометрии отношение количеств реагирующих веществ (в молях) равно отношению соответствующих коэффициентов в уравнении реакции. Коэффициент перед NaCl в 2 раза больше, чем коэффициент перед , поэтому количество хлорида натрия также в 2 раза больше: моль.
Масса хлорида натрия:
(г).
Ответ: 14 г NaCl .

Задача 1-9. Рассчитайте массу воды, которая образуется при реакции между 5 г водорода и 50 г кислорода.

Решение. Запишем уравнение реакции:

Если даны массы нескольких исходных веществ, то расчет по уравнению реакции проводят по тому из веществ, которое находится в недостатке, т. е. первым заканчивается в реакции. Для того чтобы узнать, какое из веществ находится в недостатке, сравнивают их относительные количества, т. е. количества, деленные на соответствующие коэффициенты в уравнении реакции:
$v(H_2) = {m(H_2)}/{M(H_2)} = 5/2 = 2,5$ (моль);
$v(O_2) = {m(O_2)}/{M(O_2)} = 50/32 = 1,56$ (моль)
Водорода дано больше, чем кислорода, однако с учетом коэффициентов в уравнении реакции он находится в недостатке, так как
${v(H_2)}/2 = 1,25 < {v(O_2)}/1 = 1,56.$
В том, что водород находится в недостатке, можно убедиться и по-другому: для того чтобы сжечь 2,5 моль H_2 , необходимо взять моль O_2 , а у нас имеется 1,56 моль, поэтому кислород в избытке, водород в недостатке.
Расчет массы воды ведем по водороду:
моль;
(г).
Ответ: 45 г H_2O .
[Сборник задач и упражнений по химии: Школьный курс / В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко]

Источник

AГ

Aлександр Гришанов

Литр воды при нормальных условиях составляет 1 кг.
Количество вещества: n(H2O) = 1000 /18 г/моль = 55,56 моль
Разложение воды: 2H2O (t>1000 град) = 2H2 + O2
Значит, водорода будет 55,56 моль.
Его объём: V(H2) = n*Vм = 55,56 моль*22,4 л/моль = 1244 л

Источник

В уроке 5 «Моль и молярная масса» из курса «Химия для чайников» рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.

Единица измерения количества вещества

До этого урока мы обсуждали лишь индивидуальные молекулы и атомы, а их массы мы выражали в атомных единицах массы. В реальной жизни с индивидуальными молекулами работать невозможно, потому что они ничтожно малы. Для этого химики взвешивают вещества ни в а.е.м., а в граммах.

Чтобы перейти от молекулярной шкалы измерения масс в лабораторную шкалу, используют единицу измерения количества вещества под названием моль. 1 моль содержит 6,022·10²³ частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·10²³ носит название Число Авогадро, которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода ¹²C. Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·10²³).

Как уже было сказано, термин «моль» применяется не только к молекулам, но также и к атомам. Например, если вы говорите о моле гелия (He), то это означает, что вы имеет количество равное 6,022·10²³ атомов. Точно так же, 1 моль воды (H₂O) подразумевает количество равное 6,022·10²³ молекул. Однако чаще всего моль применяют именно к молекулам.

Молярная масса вещества

Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:

Молярная масса формула M=m/n
Количество вещества формула n=m/M
Число молекул формула N =N_A·n

где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, N_A— число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль.

На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.

Задачи на количество вещества

Пример 1. Сколько граммов Н₂, Н₂O, СН₃ОН, октана (С₈Н₁₈) и газа неона (Ne) содержится в 1 моле?

Решение: Молекулярные массы (в атомных единицах массы) перечисленных веществ приведены в таблице Менделеева. 1 моль каждого из названных веществ имеет следующую массу:

Поскольку массы, указанные в решении примера 1, дают правильные относительные массы взвешиваемых молекул, указанная масса каждого из перечисленных веществ содержит одинаковое число молекул. Этим и удобно использование понятия моля. Нет даже необходимости знать, чему равно численное значение моля, хотя мы уже знаем, что оно составляет 6,022·10²³; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом N_A. Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·10²³ раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·10²³ а.е.м. Если мы понимаем под молекулярной массой массу моля вещества, то ее следует измерять в граммах на моль; если же мы действительно имеем в виду массу одной молекулы, то она численно совпадает
с молекулярной массой вещества, но выражается в атомных единицах массы на одну молекулу. Оба способа выражения молекулярной массы правильны.

Пример 2. Сколько молей составляют и сколько молекул содержат 8 г газообразного кислорода O₂?

Решение: Выписываем из таблицы Менделеева атомную массу атома кислорода (O), которая равна 15,99 а.е.м, округляем до 16. Так как у нас молекула кислорода, состоящая из двух атомов O, то ее атомная масса равна 16×2=32 а.е.м. Хорошо, а теперь переводим ее в молярную массу: 32 а.е.м = 32 г/моль. Это означает, что 1 моль (6,022·10²³ молекул) O₂ имеет массу 32 грамма. Ну и в заключении по формулам выше находим количество вещества (моль) и число молекул, содержащихся в 8 граммах O₂:

n = m / M = 8г / 32г/моль = 0,25 моль
N = N_A × n = 6,022·10²³ × 0,25 = 1,505·10²³ молекул

Пример 3. 1 молекула Н₂ реагирует с 1 молекулой Сl₂, в результате чего образуются 2 молекулы газообразного хлористого водорода НСl. Какую массу газообразного хлора необходимо использовать, чтобы он полностью прореагировал с 1 килограммом (кг) газообразного водорода?

Решение: Молекулярные массы H₂ и Cl₂равны 2,0160 и 70,906 г/моль соответственно. Следовательно, в 1000 г H₂ содержится

Даже не выясняя, сколько молекул содержится в одном моле вещества, мы можем быть уверены, что 496 моля Cl₂содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H₂. Сколько же граммов Cl₂содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl₂равна 70,906 г/моль, то

Пример 4. Сколько молекул H₂ и Cl₂ принимает участие в реакции, описанной в примере 3?

Решение: В 496 молях любого вещества должно содержаться 496 моля × 6,022·10²³молекул/моль, что равно 2,99·10²⁶ молекул.

Чтобы наглядно показать, сколь велико число Авогадро, приведем такой пример: 1 моль кокосовых орехов каждый диаметром 14 сантиметров (см) мог бы заполнить такой объем, какой занимает наша планета Земля. Использование молей в химических расчетах рассматривается в следующей главе, но представление об этом пришлось ввести уже здесь, поскольку нам необходимо знать, как осуществляется переход от молекулярной шкалы измерения масс к лабораторной шкале.

Надеюсь урок 5 «Моль и молярная масса» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

Масса водорода в 1 л воды равна ( М(H2O)=18*10^-3 кг/моль, М(Н2)=2*10^-3 кг/моль, р воды=10^3 кг/м^3 )
P.S.Это молекулярная физика, поэтому все нужно переводить в кг

M(молярная масса)=m₀(масса молекулы)*Na(число Авогадро);m₀=M/Na;
m(масса вещества)=m₀*N(число молекул вещества);
N=m/m₀=m*Na/M; Найдем количество молекул H₂O в 1 литре воды(1 литр-1 кг, т.к. плотность воды 1000 кг/м³)
В каждой молекуле H₂O содержится два атома H, значит масса H₂ будет равна m=m₀(H₂)*N(H₂O);

m(H₂)=1/9≈0.1 кг
Ответ:m(H₂)≈0.1 кг