发现之旅
我们在实验室里做化学实验时所取用的药品,不论是单质还是化合物,都是可以用称量器具称量的。例如:固体用托盘天平来称量、液体用量筒来量取、气体则用集气瓶收集后用天平来称量。
在初中我们学习过:物质是由分子组成的,而分子又可以再分为原子。那么一个分子或一个原子的质量如何来称量呢?是否也能用天平和量筒来测量呢?在今天的旅程中我们就来学习一个计量分子和原子的方法。
深入思考
在日常生活、生产和科学研究中,人们常常根据需要使用不同的计量单位。例如,用千米、米、厘米、毫米等来计量长度;用年、月、日、时、分、秒等来计量时间;用千克、克、毫克等来计量质量。
常见的物理量
那么分子、原子、离子等这些微观粒子又如何来计量呢?用个数来计量可以吗?当然可以,但是我们会在使用中发现用个数来计量微观粒子是一件非常麻烦的事,因此我们选择了另外一种计量方法:
物质的量的符号为 n ,实际上表示含有一定数目粒子的集体。科学实验表明,在 0.012 kg 12 C中所含有的碳原子数约为 6.02×1023 ,如果在一定量的粒子集体中所含有的粒子数与 0.012 kg 12 C中所含有的碳原子数相同,我们就说它为1摩尔。摩尔简称摩,符号为 mol。
1 mol的任何粒子的粒子数叫做阿伏加德罗常数。阿伏加德罗常数的符号为NA ,通常使用 6.02×1023 mol -1 这个近似值。 物质的量、阿伏加德罗常数与粒子数(符号为N )之间存在着下述关系:
例如:1 molO原子中约含有6.02×1023 个O , 1 molC原子中约含有6.02×1023 个C。
1 molO原子中约含有6.02×1023 个O
1 molC原子中约含有6.02×1023 个C
1mol任何粒子或物质的质量以克为单位时,在数值上都与该粒子相对原子质量或相对分子质量相等。我们将单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量 。
摩尔质量的符号为M,常用的单位为(g/mol或kg/mol) 。
物质的量(n )、物质的质量(m )和物质的摩尔质量(M )之间存在着下式所表示的关系:
下图显示的是1mol水和1mol铝:
现在大家应该知道如何来计量一个分子或一个原子的质量了吧!使用摩尔来计量微观粒子使我们的化学计算工作变得简单的多了,当然对与生产生活也带来了很多的便利。
学有所用
1、什么是摩尔
摩尔一词来源于拉丁文moles ,原意为大量和堆集。早在20世纪40至50年代,就曾在欧美的化学教科书中作为克分子量的符号。1961年,化学家E.A.Guggenheim 将摩尔称为“化学家的物质的量”,并阐述了它的涵义。同年,在美国《化学教育》杂志上展开了热烈的讨论,大多数化学家发表文章表示赞同使用摩尔。1971年,在由41个国家参加的第14届国际计量大会上,正式宣布了国际纯粹和应用化学联合会、国际纯粹和应用物理联合会和国际标准化组织关于必须定义一个物质的量的单位的提议,并作出了决议。从此,“物质的量”就成为了国际单位制中的一个基本物理量。摩尔是由克分子发展而来的,起着统一克分子、克原子、克离子、克当量等许多概念的作用,同时把物理上的光子、电子及其他粒子群等“物质的量”也概括在内,使在物理和化学中计算“物质的量”有了一个统一的单位。
2、在使用摩尔时,为什么必须指明粒子的种类
摩[尔]是微观粒子的计量单位,它所量度的对象是构成物质的基本粒子(如原子、分子、离子、电子等)或是它们的特定组合。即凡是可以使用化学式表示的微观粒子或它们的特定组合,都可以使用摩[尔]来量度。因此,在使用摩[尔]时,必须要指明所量度的微观粒子的名称和微观粒子特定组合的名称。在表示所量度的微观粒子的名称和微观粒子特定组合的名称时,必须要使用名称的符号,而不能使用中文。例如,说1mol 氢,概念就模糊了,是毫无意义的,违反了物质的量的单位的使用规则。因为氢是元素的名称,不是粒子的名称,也不是粒子的符号或化学式。
沙场练兵
1.
设 NA 代表阿伏加德罗常数,下列说法正确的是
( )
A . 2.3g 金属钠全部变成钠离子时失去的电子数目为 0.2NA
B . 2g 氢气所含原子数目为NA
C . 17gNH3 所含的电子数为 10NA
D . NA 个氧分子和NA 个氢分子的质量比等于16 :1
答案: C、D
解析:A中2.3g钠的物质的量为0.1mol,每摩钠变成钠离子时失去1mol电子,所以
2.3g钠应失去0.1mol电子,即失去电子数为0.1NA ,A不正确。 B中氢气是由氢分子组成的物质,氢分子是双原子分子,其相对分子质量为2,所以2g氢气所含的氢分子数目为NA ,氢原子数目应为2NA ,B不正确。C中NH3 是含10个电子的分子,其相对分子质量为17,所以17gNH3 的物质的量为1mol,所含电子的物质的量为10mol,电子数目为10NA ,C正确。D 中由于NA 个氧分子的质量在数值上等于它的摩尔质量,NA 个氢分子的质量在数值上等于它的摩尔质量,所以二者的质量比为32 :2=16 :1,D正确。
2. 下列说法中正确的是( )
A . 1molO2 的质量是 32g /mol
B . H2 的摩尔质量是 2g
C . 1molH+ 的质量是 1g
D . 对原子而言,摩尔质量就是原子量
E . 每摩任何物质都含有 6.02 × 1023 个微粒
答案: C
解析:分析:质量的单位是“g”等,摩尔质量的单位是“g/mol”,所以A、B都是错误的,C正确(此时忽略了失去的电子的质量)。对于原子而言,1mol某原子的质量数值上等于该原子的原子量,而单位不同,因此D是错误的。当使用物质的量时,必须指出微粒的名称,例如:1molMgCl2 中含有1molNa+ ,2molCl- ,所以在E中笼统的说“每摩物质”是不正确的。
3.
设一个12 C原子的质量为ag ,一个R 原子的质量为bg ,阿伏加德罗常数为NA ,则R 的相对原子质量可以表示为
( )
A .
B .
C .
bNA D .
aNA
答案: B、C
解析:某原子的相对质量是以一个12C原子质量的 作为标准,该原子的绝对质量与其相比所得的比值。因此得出R原子的相对原子质量= 。B选项是正确的。还可以从另一个角度考虑。相对原子质量与摩尔质量在数值上是相等的。因此可以求出1molR原子的质量。因为1molR原子有阿伏加德罗常数个原子,而已知一个R原子的质量为bg,所以1molR原子的质量为bNA 克。R原子的相对原子质量可以表示为 bNA 。
4.
下列叙述正确的是
( )
A .同质量的H2 与Cl2 相比,H2 的分子数多
B .28g氮气所含的原子数目为NA
C .0.1molH2 SO4 含有氢原子数精确值为1.204×1023
D .醋酸的摩尔质量与NA 个醋酸分子的质量在数值上相等
答案: A、D
解析:A中由分子构成的物质,当物质的量相同时含有相同的分子数,物质的量越大含有的分子数越多;同质量的H2 和Cl2 ,H2 的物质的量为a/2 mol;Cl2 的物质的量为a/71 mol,可见H2 的分子数多;B中28g氮气为1mol,含有的氮原子数为2NA ;阿伏加德罗常数的精确值是0.012kg12 C所含有的碳原子数,它的实验测定值为6.02×1023 ,属于近似值,C不正确;D中醋酸的摩尔质量即NA 个醋酸分子的质量。
5.
含有相同质量的氧原子的 NO 、 NO2 、 N2 O3 、 N2 O5 和 N2 O 中,含氮原子的质量比为
( )
A . 1 :2 :3 :5 :1
B . 1 :2 :3 :4 :1
C . 16 :30 :20 :10 :5
D . 30 :15 :20 :12 :60
答案: D
解析:转换视角,求各分子中氧原子的最小公倍数,将分子变形,得到氮原子物质的量之比。将分子分别变形为: N30 O30 、 N15 O30 、 N20 O30 、 N12 O30 和 N60 O30 ,所以氮原子的质量比=氮原子物质的量之比=30:15:20:12:60。
6.
在反应 X + 2Y === R + 2M 中,已知 R 和 M 的摩尔质量之比为 22 :9 ,当 1.6gX 与 Y 完全反应后,生成 4.4gR 。则在此反应中 Y 和 M 的质量之比为
( )
A . 16 :9 B . 23 :9 C . 32 :9 D . 46 :9
答案: A
解析:假设R与M的摩尔质量分别为rg/mol和mg/mol,有 。又假设参加反应的Y为ag,生成M为bg。根据质量守恒定律可列出关系式:1.6+a=4.4+b。化简得a=b+2.8。
再根据方程式的比例式可得:8.8m=rb,b=3.6。
∴
7.
相等物质的量的CO和CO2 相比较,下列有关叙述中正确的是
( )
A . 它们所含的分子数目之比为 1 ∶ 1
B . 它们所含的 O 原子数目之比为 2 ∶ 1
C . 它们所含的 C 原子数目之比为 1 ∶ 1
D . 它们所含的原子总数目之比为 3 ∶ 2
E . 它们所含的电子数目之比为 11 ∶ 7
答案: A、C
解析:1个CO2 中含1个C、2个O、3个原子、22个电子,同时扩大NA 倍即1 mol CO2 中含1 mol C、2 mol O、3 mol原子、22 mol电子;同理1 mol CO中含1 mol C、1 mol O、2 mol原子、14 mol电子所以A、C 正确。
8.
若规定 12 C 的相对原子质量为 100 ,并将用12 C 规定的其他物理量的值作相应的调整,则下列各项发生变化且为原来数值 12/100 的是
( )
A .氧的相对原子质量
B .水的摩尔质量
C .阿伏加德罗常数
D .98 g 硫酸的物质的量
答案: D
解析:“将用12 C 规定的其他物理量的值作相应的调整”,这句话的意思是100 g 12 C 所含的碳原子数为阿伏加德罗常数,即阿伏加德罗常数为原来的100/12倍.所以A、B、C中各项数值均为原来的100/12.只有D选项中98 g硫酸的物质的量为12/100 mol,选D。