Класс: 8
Цель: Познакомить учащихся с понятиями «количество вещества», «молярная масса» дать представление о постоянной Авогадро. Показать взаимосвязь количества вещества, числа частиц и постоянной Авогадро, а также взаимосвязь молярной массы, массы и количества вещества. Научить производить расчёты.
Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка д/з по теме: «Типы химических реакций»
III. Изучение нового материала
1. Количество вещества – моль
Вещества вступают в реакцию в строго определённых соотношениях. Например, чтобы получить вещество вода нужно взять столько водорода и кислорода, чтобы на каждые две молекулы водорода приходилась одна молекула кислорода:
2Н 2 + O 2 = 2Н 2 О
Чтобы получить вещество сульфид железа, нужно взять столько железа и серы, чтобы на каждый атом железа приходился один атом серы.
Чтобы получить вещество оксид фосфора, нужно взять столько молекул фосфора и кислорода, чтобы на четыре молекулы фосфора приходилось пять молекул кислорода.
Определить количество атомов, молекул и других частиц на практике невозможно – они слишком малы и не видны невооружённым глазом. Для определения числа структурных единиц (атомов, молекул) в химии применяют особую величину – количество вещества (v – ню) . Единицей количества вещества является моль .
- Моль – это количество вещества, которое содержит столько структурных частиц (атомов, молекул), сколько атомов содержится в 12 г углерода.
Экспериментально установлено, что 12 г углерода содержит 6·10 23 атомов. Значит один моль любого вещества, независимо от его агрегатного состояния содержит одинаковое число частиц – 6· 10 23 .
- 1 моль кислорода (O 2) содержит 6·10 23 молекул.
- 1 моль водорода (Н 2) содержит 6·10 23 молекул.
- 1 моль воды (Н 2 O) содержит 6·10 23 молекул.
- 1 моль железа (Fe) содержит 6·10 23 молекул.
Задание: Используя полученную информацию, ответьте на вопросы:
а) сколько атомов кислорода содержится в 1 моле кислорода?
– 6·10 23 ·2 = 12· 10 23 атомов.
б) сколько атомов водорода и кислорода содержится в 1 моле воды (Н 2 O)?
– 6·10 23 ·2 = 12· 10 23 атомов водорода и 6·10 23 атомов кислорода.
Число 6·10 23 названо постоянной Авогадро в честь итальянского учёного 19 века и обозначается NА. Единицы измерения атомы/моль или молекулы/моль.
2. Решение задач на нахождение количества вещества
Часто нужно знать, сколько частиц вещества содержится в определённом количестве вещества. Или же найти количество вещества по известному числу молекул. Эти расчёты можно сделать по формуле:
где N – число молекул, NА – постоянная Авогадро, v – количество вещества. Из этой формулы можно выразить количество вещества.
| v = N / NА |
Задача 1. Сколько атомов содержится в 2 молях серы?
N = 2·6·10 23 = 12·10 23 атомов.
Задача 2. Сколько атомов содержится в 0,5 молях железа?
N = 0,5·6·10 23 = 3·10 23 атомов.
Задача 3. Сколько молекул содержится в 5 молях углекислого газа?
N = 5·6·10 23 = 30·10 23 молекул.
Задача 4. Какое количество вещества составляет 12·10 23 молекул этого вещества?
v = 12·10 23 / 6·10 23 = 2 моль.
Задача 5. Какое количество вещества составляет 0,6·10 23 молекул этого вещества?
v = 0,6·10 23 / 6·10 23 = 0,1 моль.
Задача 6. Какое количество вещества составляет 3·10 23 молекул этого вещества?
v = 3·10 23 / 6·10 23 = 0,5 моль.
3. Молярная масса
Для химических реакций нужно учитывать количество вещества в молях.
В: Но как на практике отмерить 2, или 2,5 моль вещества? В каких единицах лучше всего измерять массу веществ?
Для удобства в химии используют молярную массу.
Молярная масса – это масса одного моля вещества.
Обозначается – М. Измеряется в г/моль.
Молярная масса равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.
Молярная масса – величина постоянная. Численное значение молярной массы соответствует значению относительной атомной или относительной молекулярной массы.
В: Как можно найти значения относительной атомной или относительной молекулярной массы?
Мr (S) = 32; M (S) = 32 г/моль – что соответствует 1 молю серы
Мr (Н 2 О) = 18; М (Н 2 О) = 18 г/моль – что соответствует 1 молю воды.
4. Решение задач на нахождение массы вещества
Задача 7. Определить массу 0,5 моль железа.
Задача 8. Определить массу 0,25 моль меди
Задача 9. Определить массу 2 моль углекислого газа (СO 2)
Задача 10. Сколько молей оксида меди – CuО составляют 160 г оксида меди?
v = 160 / 80 = 8 моль
Задача 11. Сколько молей воды соответствуют 30 г воды
v = 30/18 = 1,66 моль
Задача 12. Сколько молей магния соответствует его 40 граммам?
v = 40 /24 = 1,66 моль
IV. Закрепление
Фронтальный опрос:
- Что такое количество вещества?
- Чему равен 1 моль любого вещества?
- Что такое молярная масса?
- Отличается ли понятия «моль молекул» и «моль атомов»?
- Объясните на примере молекулы аммиака NН3.
- Зачем необходимо знать формулы при решении задач?
Задачи:
- Сколько молекул содержится в 180 граммах воды?
- Сколько молекул составляет 80 г углекислого газа?
V. Домашнее задание
Изучить текст параграфа, составить две задачи: на нахождение количества вещества; на нахождение массы вещества.
Литература:
- Гара Н.Н. Химия. Уроки в 8 классе: пособие для учителя. _ М.: Просвещение, 2009.
- Рудзитес Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. 8 класс.: Учебник для общеобразовательных учебных учреждений – М.: Просвещение, 2009.
Тема "Равновесие"
Обычно задачи на эту тему оказываются трудными, потому что для их решения конкретные знания химии сами по себе не помогают; но от абитуриента требуется “математическое видение” проблемы и перевод химических величин (моль) в достаточно простые алгебраические выражения. Не все готовы к тому, что на экзамене по химии им придется не вспоминать вызубренное, а мыслить "по математически".
Приведенные ниже задачи взяты из сборника: Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Чуранов С.С., Сборник конкурсных задач по химии – М.: Экзамен, 2001 – 576 с. ; в [квадратных скобках] указаны страницы, где находятся условия и решения (ответы).
Задачи
1. (Химфак-97, вариант ПО-97-1[стр.290])
Один моль аммиака поместили в сосуд объемом 20 л и
нагрели до 600 0 C. Давление в сосуде оказалось
равным 435 кПа. Рассчитайте степень разложения
аммиака.
2. (Химфак-весна-98; ВКНМ-98; Химфак-заочн.-99,
вариант СО-98-1 [стр. 93])
Смешали по три моля веществ А, В, С. После
установления равновесия А + В = 2С в системе
обнаружили 5 молей вещества С. Рассчитайте
константу равновесия. Определите равновесный
состав смеси (в мольных %), полученной смешением
веществ А, В, С в мольном соотношении 3:2:1 при той
же температуре.
3. (Химфак-весна-93; Химфак-заочн.-94;
Химфак-весна-94; ВКНМ-96, вариант 171-94-2 [стр. 55]. Это
одна из самых трудных конкурсных задач Химфака
МГУ)
Имеется смесь азота и водорода, которая на 5%
легче гелия. После пропускания смеси над
нагретым катализатором образовался аммиак, в
результате чего смесь стала тяжелее гелия при
тех же условиях. Рассчитайте область допустимых
значений для выхода реакции.
Тема "Равновесие"
1
. [Сборник, стр. 560]
Количество (моль) газов после реакции: PV/RT =
435*20/(8,31*873) = 1,20 моль
Если разложилось х моль аммиака, то схема
разложения: NH 3 (1-х) N 2 (х/2) + H 2 (3х/2)
Из уравнения: 1,20 моль = (1-x) + x/2 + 3x/2 = 1+x
получим x = 0,2 моль.
Ответ:
Степень разложения аммиака 20%
2 . [Сборник, стр. 412]
К = (1+2х) 2 /{(3-х)(2-х)} = 6,25
х = 1,115
Ответ:
Мольные доли веществ в
равновесной смеси:
(А) = (3-1,115)/6 = 0,314
;
(В) = (2-1,115)/6 = 0,148
;
(С)=0,538
3
. [Сборник, стр. 371]
Пусть в исходной смеси было X моль N 2 и Y моль
H 2 .
Средняя молярная масса смеси на 5% легче гелия или
0,95*4:
М ср. = (28X + 2Y)/(X + Y) = 0,95*4 = 3,8 ;
Тогда Y = 13,44X
Реакция: N 2 + 3 H 2 = 2 NH 3
Если прореагировало a моль N 2 и 3a моль H 2 ,
получим после реакции:
(X - a) + (Y - 3a) + 2a = 14,44X - 2a (моль)
Масса смеси после реакции (выразим через Х, так
как Y = 13,44X):
28X + 2Y = 54,9 X г
Средняя молярная масса смеси после реакции > 4
г/моль (по условию):
М ср. = 54,9X/(14,44X - 2a) > 4 ;
тогда: a > 0,3575X
Выход реакции – это доля прореагировавшего
азота (коэффицент в реакции 1): a/X;
Смесь станет тяжелее гелия (М ср. > 4) при a/X
> 35,75%
Ответ:
выход аммиака больше 35,75%
Тема "Равновесие в растворах"
Задачи
Тема "равновесие в растворах" считается трудной, поскольку в ней используются понятия, входящие только в программу для школ и классов с углубленным изучением химии – произведение растворимости и рН. Но главная трудность не в самих достаточно простых формулах, а в умении ими пользоваться в широком диапазоне условий задач.
Задачи 2002 года взяты из издаваемого на Химическом факультете ежегодно сборника задач прошедшего учебного года: "Письменный экзамен по химии МГУ-2002" Хим. ф-т МГУ, 2002 год.
Задачи
1) (Химический ф-т, 2002) В 500 мл насыщенного
раствора Zn 3 (PO 4) 2 содержится 2,47*10 –7
моль фосфат-ионов. Вычислите растворимость соли
в моль/л и произведение растворимости Zn 3 (PO 4) 2
2) (ВКНМ-96, вариант ЮМ-96-1, [стр. 240]) Определите
молярную концентрацию насыщенного раствора
гидроксида железа (II) при 25 0 С, если его
произведение растворимости при этой температуре
равно 1*10 –15
3) (Хим. ф-т, 1993, вариант 171-93-4 [стр. 49]) Уксусную
кислоту массой 25 г растворяют в воде, и объем
раствора доводят до 1 л. Определите концентрацию
ионов H + в полученном растворе, если
константа диссоциации уксусной кислоты равна
1,8*10 –5 . Изменением концентрации кислоты при
диссоциации пренебречь.
4) (Ф-т фундам. медицины - 2002) Константа диссоциации
уксусной кислоты равна 1,75*10 –5 . Вычислите:
а) рН 0,1 М раствора этой кислоты; б) рН раствора,
содержащего 0,1 моль/л этой кислоты и 0,1 моль/л
ацетата натрия
Решения:
1) (сборн. 2002, стр. 44)
В 1 л содержится фосфат-ионов: 2,47*10 –7 (1000/500) =
4,94*10 –7 моль/л. В растворе будет содержаться
в 2 раза меньше, чем фосфат-ионов, формульных
единиц фосфата цинка Zn 3 (PO 4) 2: 4,94*10 –7
/2 = 2,47*10 –7 моль/л
Произведение растворимости определяется как
константа гетерогенного равновесия при
допущении, что малорастворимое вещество
переходит в раствор только в виде ионов.
Тогда для процесса:
приняв за с молярную концентрацию гидроксида железа, получим:
(с)(2с) 2 = 4с 3 = 1*10 –15
Тогда с = (0,25 . 10 –15) 1/3 = (250 . 10 –18) 1/3
= 6,3 . 10 –6 (моль/л)
Ответ:
с(Fe(OH) 2) = 6,3*10 –6 моль/л
3.
[Сборник, стр. 361]
Уксусная кислота – слабая, и концентрация ионов H +
в ее растворе не равна концентрации кислоты, как
в случае разбавленных растворов сильных кислот.
Диссоциацию уксусной кислоты можно упрощенно
записать в виде равновесия: CH 3 COOH
H + + CH 3 COO –
Константа равновесия, она же константа диссоциации:
K д = {}/
В 1л содержится 25/60 = 0,417 моль к-ты; обозначим
степень ее диссоциации, равную отношению
продиссоциировавших молекул к общему числу
молекул в растворе. Концентрация ионов H + (моль/л)
определяется из концентрации кислоты и степени
ее диссоциации : = с
.Поскольку
величина нам неизвестна, ее нужно выразить
через известные величины – концентрацию кислоты
с и константу ее диссоциации K д.
Если концентрация кислоты c
, то при
диссоциации получится с
моль ионов H + и
столько же ионов CH 3 COO – . В растворе
останется (1-)с
моль CH 3 COOH.
Тогда константа диссоциации:
| K д = | (с)*(c) ; |
| (1-)c |
При малой степени диссоциации ( << 1) можно
приближенно считать, что (1-)с
равна с
. Тогда K д 2 с;
(K д /с) 1/2:
(K д /с) 1/2 = 6,6 . 10 –3 ;
= с = 6,6 . 10 –3. 0,417 = 2,74*10 –3 моль/л
Ответ:
2,74*10 –3 моль/л
4) (сборн. 2002, стр. 59)
Это – типичная задача на тему "Буферные
растворы". Но вряд ли абитуриенты знают (и не
обязаны знать) готовые формулы для расчетов рН
буферных растворов – такой темы нет ни в
школьной программе, ни в программе для
поступающих в МГУ. Поэтому для расчетов нужно
применять только известные выражения для
константы равновесия слабой кислоты, величину
ионного произведения воды и определение рН: рН = -
lg, где запись в квадратных скобках
означает, что концентрации выражены в моль/л.
а) Константа диссоциации уксусной кислоты:
K д = /
Так как = , можно
записать: 2 = K д .
Поскольку уксусная кислота – слабый электролит
с маленькой константой диссоциации, можно
пренебречь тем, что часть исходной кислоты
продиссоциировала, и приравнять концентрацию
кислоты в выражении для константы равновесия к
исходной (общей) концентрации: С CH3COOH
.
Тогда получим: 2 = K д С CH3COOH
;
= (K д С CH3COOH) 1/2 = (1,75 . 10 –5
. 10 –1) 1/2 = 1,32 . 10 –3 ; рН =
- lg = 2,88
б) Ацетат натрия (соль) в отличие от уксусной
кислоты диссоциирует полностью. Поэтому в
формуле для константы диссоциации, описывающей
равновесие, получим: K д = /
;
С CH3COOH ; = C CH3COONa
= 0,1 моль/л.
Тогда: = K д. С CH3COOH / C CH3COONa
= 1,75 . 10 –5 . 10 –1 / 10 –1 =
1,75 . 10 –5 ;
pH = 4,76
Ответ:
а) рН = 2,88; б) рН = 4,76
Одной из основных единиц в Международной системе единиц (СИ) является единица количества вещества – моль.
Моль – это такое количество вещества, которое содержит столько структурных единиц данного вещества (молекул, атомов, ионов и др.), сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг (12 г) изотопа углерода 12 С .
Учитывая, что значение абсолютной атомной массы для углерода равно m (C) = 1,99 · 10 26 кг, можно рассчитать число атомов углерода N А , содержащееся в 0,012 кг углерода.
Моль любого вещества содержит одно и то же число частиц этого вещества (структурных единиц). Число структурных единиц, содержащихся в веществе количеством один моль равно 6,02·10 23 и называется числом Авогадро (N А ).
Например, один моль меди содержит 6,02·10 23 атомов меди (Cu), а один моль водорода (H 2) – 6,02·10 23 молекул водорода.
Молярной массой (M) называется масса вещества, взятого в количестве 1 моль.
Молярная масса обозначается буквой М и имеет размерность [г/моль]. В физике пользуются размерностью [кг/кмоль].
В общем случае численное значение молярной массы вещества численно совпадает со значением его относительной молекулярной (относительной атомной) массы.
Например, относительная молекулярная масса воды равна:
Мr(Н 2 О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 а.е.м.
Молярная масса воды имеет ту же величину, но выражена в г/моль:
М (Н 2 О) = 18 г/моль.
Таким образом, моль воды, содержащий 6,02·10 23 молекул воды (соответственно 2·6,02·10 23 атомов водорода и 6,02·10 23 атомов кислорода), имеет массу 18 граммов. В воде, количеством вещества 1 моль, содержится 2 моль атомов водорода и один моль атомов кислорода.
1.3.4. Связь между массой вещества и его количеством
Зная массу вещества и его химическую формулу, а значит и значение его молярной массы, можно определить количество вещества и, наоборот, зная количество вещества, можно определить его массу. Для подобных расчетов следует пользоваться формулами:
где ν – количество вещества, [моль]; m – масса вещества, [г] или [кг]; М – молярная масса вещества, [г/моль] или [кг/кмоль].
Например, для нахождения массы сульфата натрия (Na 2 SO 4) количеством 5 моль найдем:
1) значение относительной молекулярной массы Na 2 SO 4 , представляющую собой сумму округленных значений относительных атомных масс:
Мr(Na 2 SO 4) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,
2) численно равное ей значение молярной массы вещества:
М(Na 2 SO 4) = 142 г/моль,
3) и, наконец, массу 5 моль сульфата натрия:
m = ν · M = 5 моль · 142 г/моль = 710 г.
Ответ: 710.
1.3.5. Связь между объемом вещества и его количеством
При нормальных условиях (н.у.), т.е. при давлении р , равном 101325 Па (760 мм. рт. ст.), и температуре Т, равной 273,15 К (0 С), один моль различных газов и паров занимает один и тот же объем, равный 22,4 л.
Объем, занимаемый 1 моль газа или пара при н.у., называется молярным объемом газа и имеет размерность литр на моль.
V мол = 22,4 л/моль.
Зная количество газообразного вещества (ν) и значение молярного объема (V мол) можно рассчитать его объем (V) при нормальных условиях:
V = ν · V мол,
где ν – количество вещества [моль]; V – объем газообразного вещества [л]; V мол = 22,4 л/моль.
И, наоборот, зная объем (V ) газообразного вещества при нормальных условиях, можно рассчитать его количество (ν):
Толковый словарь Даля
Жен. тля (от малый) крошечный сумеречник (бабочка), метличка; гусеничка его, которая точит меха и шерстяную одежу, Tinca. Есть моль шубная, платяная, сырная, хлебная, овощная. Моль пропадает от хмелю, камфары. | Моль овощная, тля, мотылица,… … Толковый словарь Даля
1. МОЛЬ, и; ж. Небольшая бабочка, гусеница которой является вредителем шерстяных вещей, хлебных зёрен и растений. 2. МОЛЬ, и; ж.; МОЛЬ, я; м. Спец. Лес, сплавляемый по реке брёвнами, не связанными в плот. По реке плыла м. Пробираться на лодке… … Энциклопедический словарь
МОЛЬ - единица количества вещества в СИ, определяемая как количество вещества, содержащее столько же формульных (структурных) единиц этого вещества (атомов, молекул, ионов, электронов и др.), сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12 (12С);… … Большая политехническая энциклопедия
Источено молью.. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. моль тля, мотылица Словарь русских синонимов … Словарь синонимов
1) название пива в Нимвегене. 2) шерстяная материя. 3) у пчеловодов: сплетение вверху улья. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. моль 1 ит. molle мягкий) муз. то же, что минор 1 (противоп. дур). 2… … Словарь иностранных слов русского языка
моль - Ед. кол ва вещ ва, т.е. величины, оценив. кол вом содерж. в физич. системе тождест. структур, элементов (атомов, молекул, ионов и др. частиц или их специфич. групп), м. равен кол ву вещ ва системы, содерж. столько же структурных элементов… … Справочник технического переводчика
МОЛЬ (Mohl) Хуго фон (1805 1872), немецкий ботаник, пионер в исследовании анатомии и физиологии КЛЕТОК растений. Сформулировал гипотезу о том, что ядро клетки окружено гранулированным коллоидным веществом, которое в 1846 г. он назвал… … Научно-технический энциклопедический словарь
МОЛЬ, и, жен. Маленькая бабочка, гусеница к рой является вредителем меха, шерсти, хлебных зёрен, растений. Молью изъедено (также перен.: о чём н. явно устарелом, отжившем; неод.). | прил. молевый, ая, ое. II. МОЛЬ, я, муж. (спец.). Сплав леса… … Толковый словарь Ожегова
- (моль, mol), ед. СИ кол ва в ва. В 1 М. содержится столько молекул (атомов, ионов или к. л. др. структурных элементов в ва), сколько атомов содержится в 0,012 кг 12С (нуклида углерода атомной массой 12), (см. АВОГАДРО ПОСТОЯННАЯ). Физический… … Физическая энциклопедия
МОЛЬ, в знач. неизм. прил. (муз.). То же, что мольный. Соната а моль. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Книги
- Моль для г L амура , Лидия Скрябина. Это психологический роман о любви, о деньгах и о любви к деньгам. О том, как прежде запретные и осуждаемые томительно-сладостные идеи "личного обогащения" вломилисьв жизнь современной…
