Масса, количество вещества, объём газа, число частиц

Последний раздел курса посвящён расчётам. Их основу мы заложили в темах 1.4 и 1.5, а теперь соберём приёмы в систему и научимся уверенно решать типовые задачи. Главное правило всех расчётов в химии: почти любую задачу решают через количество вещества, в молях.

\[ n = \frac{m}{M} = \frac{V}{V_m} = \frac{N}{N_A}, \qquad V_m = 22{,}4\ \text{л/моль (н. у.)}, \qquad N_A = 6{,}02 \cdot 10^{23}\ \text{моль}^{-1} \]

Расчёт количества вещества по массе

Расчёт количества вещества по массе ведут по формуле \(n = m/M\). Сначала по формуле вещества находят молярную массу, затем делят на неё массу. Сколько моль серной кислоты в 49 г? \(M(\ce{H2SO4}) = 98\) г/моль, \(n = 49 / 98 = 0{,}5\) моль.

Расчёт массы по количеству вещества

Обратная задача — расчёт массы по количеству вещества: \(m = n \cdot M\). Масса 0,25 моль карбоната кальция равна \(0{,}25 \cdot 100 = 25\) г.

Расчёт объёма газа

Расчёт объёма газа при нормальных условиях: \(V = n \cdot 22{,}4\). Какой объём займут 11 г углекислого газа? \(n = 11 / 44 = 0{,}25\) моль, \(V = 0{,}25 \cdot 22{,}4 = 5{,}6\) л. Помните, что молярный объём 22,4 л/моль относится только к газам и только к нормальным условиям.

Расчёт числа частиц

Расчёт числа частиц: \(N = n \cdot N_A\). Здесь важно понять, о каких частицах спрашивают. Сколько атомов в 9 г воды? Молекул воды \(n = 9 / 18 = 0{,}5\) моль, а в каждой молекуле три атома, поэтому атомов \(1{,}5\) моль, то есть \(1{,}5 \cdot 6{,}02 \cdot 10^{23} = 9{,}03 \cdot 10^{23}\).

Плотность газа при нормальных условиях

Моль газа при н. у. весит \(M\) граммов и занимает 22,4 л. Поэтому плотность газа при нормальных условиях \(\rho = M / 22{,}4\) г/л. Плотность углекислого газа: \(44 / 22{,}4 = 1{,}96\) г/л. По плотности можно найти молярную массу неизвестного газа: если \(\rho = 1{,}25\) г/л, то \(M = 1{,}25 \cdot 22{,}4 = 28\) г/моль — такую молярную массу имеют азот, угарный газ и этилен.

Относительная плотность газов

Относительная плотность газов \(D\) показывает, во сколько раз один газ тяжелее другого: \(D = M_1 / M_2\). Плотность по водороду \(D_{\ce{H2}} = M / 2\), по воздуху \(D_{\text{возд}} = M / 29\). Если плотность газа по водороду равна 22, его молярная масса \(22 \cdot 2 = 44\) г/моль: это может быть углекислый газ, пропан \(\ce{C3H8}\) или оксид азота(I).