Молярная масса
Весы показывают массу порции вещества. В химических уравнениях важны соотношения количеств вещества. Перейти от одной величины к другой позволяет молярная масса.
Что такое молярная масса
Молярная масса — отношение массы порции вещества к её количеству вещества.
Её обозначают латинской буквой M:
M = m / n,
где m — масса порции, n — количество вещества. Для чистого вещества заданного состава молярная масса показывает, какую массу имеет один моль этого вещества.
В школьных задачах обычно используют единицу г/моль. Единица СИ — кг/моль. Например, 18 г/моль = 0,018 кг/моль.
Не путайте буквы: строчная m обозначает массу порции, а прописная M — молярную массу вещества. Если порцию воды увеличить вдвое, её масса удвоится, но молярная масса воды останется прежней.
Как найти молярную массу по формуле
Для школьных расчётов молярную массу в г/моль численно принимают равной относительной молекулярной массе Mr. Для веществ без отдельных молекул аналогично используют относительную формульную массу. Эти относительные величины безразмерны, а у молярной массы есть единица.
В примерах используем округлённые относительные атомные массы: H — 1, C — 12, N — 14, O — 16, Na — 23, Al — 27, S — 32, Cl — 35,5, Ca — 40, Cu — 64. Если в задаче дана другая точность, считайте по указанным значениям. Результаты ниже относятся к этим школьным округлениям.
- Запишите химическую формулу вещества.
- Определите число атомов каждого элемента с учётом индексов и скобок.
- Умножьте относительную атомную массу каждого элемента на число его атомов и сложите результаты.
- Запишите полученное значение молярной массы с единицей г/моль.
Пример 1 Вода
В формуле H2O два атома водорода и один атом кислорода:
Mr(H2O) = 2 · 1 + 16 = 18.
M(H2O) ≈ 18 г/моль. Один моль воды имеет массу примерно 18 г, а два моля — примерно 36 г.
Пример 2 Формула со скобками
В гидроксиде кальция Ca(OH)2 индекс 2 после скобок относится ко всей группе OH. Значит, формульная единица содержит один атом кальция, два атома кислорода и два атома водорода:
M(Ca(OH)2) ≈ 40 + 2 · (16 + 1) = 74 г/моль.
Если умножить на 2 только массу водорода, получится неверный результат.
Пример 3 Несколько индексов
Формула сульфата алюминия Al2(SO4)3 соответствует двум атомам алюминия, трём атомам серы и двенадцати атомам кислорода:
M(Al2(SO4)3) ≈ 2 · 27 + 3 · (32 + 4 · 16) = 342 г/моль.
Пример 4 Вода в составе кристаллогидрата
В формуле CuSO4 · 5H2O точка означает, что при расчёте состава нужно учесть пять молекул кристаллизационной воды на одну формульную единицу CuSO4:
M(CuSO4 · 5H2O) ≈ 64 + 32 + 4 · 16 + 5 · 18 = 250 г/моль.
Число 5 относится ко всей формуле H2O. Этот пример пригодится при решении задач на кристаллогидраты.
Примеры молярных масс
| Вещество | Расчёт по округлённым атомным массам | M в г/моль |
|---|---|---|
| Водород H2 | 2 · 1 | 2 |
| Кислород O2 | 2 · 16 | 32 |
| Вода H2O | 2 · 1 + 16 | 18 |
| Углекислый газ CO2 | 12 + 2 · 16 | 44 |
| Хлорид натрия NaCl | 23 + 35,5 | 58,5 |
| Серная кислота H2SO4 | 2 · 1 + 32 + 4 · 16 | 98 |
Как связаны масса и количество вещества
Из определения молярной массы получаем две рабочие формулы:
n = m / M — для расчёта количества вещества.
m = n · M — для расчёта массы.
Согласуйте единицы: если M выражена в г/моль, массу подставляйте в граммах.
Например, 0,5 кг сначала переведите в 500 г.
Пример 5 Количество вещества по массе
Найдём количество вещества в 9 г воды. Используем M(H2O) ≈ 18 г/моль:
n(H2O) = 9 г / (18 г/моль) = 0,5 моль.
Ответ: 0,5 моль воды. Если нужно число молекул, продолжим расчёт по формуле N = n · NA и получим примерно 3,01 · 1023 молекул.
Пример 6 Масса по количеству вещества
Какую массу имеют 0,25 моль углекислого газа CO2?
m(CO2) = 0,25 моль · 44 г/моль = 11 г.
Ответ: 11 г CO2.
Как не ошибиться в расчёте
- Учитывайте формулу простого вещества. Для атомов O молярная масса около 16 г/моль, а для кислорода O2 — около 32 г/моль.
- Различайте индекс и коэффициент. Запись 2H2O в уравнении не меняет молярную массу воды. Она задаёт соотношение количеств вещества в реакции.
- Умножайте всю группу в скобках. В Al2(SO4)3 двенадцать атомов кислорода, а не четыре.
- Не подставляйте массу раствора вместо массы растворённого вещества. Например, для расчёта n(NaCl) нужна масса самой соли, а не всей солёной воды.
- Проверяйте смысл результата. Если масса порции меньше массы одного моля, количество вещества должно быть меньше 1 моль.
Проверьте себя
Используйте округлённые атомные массы из начала статьи и NA ≈ 6,02 · 1023 моль−1.
- Найдите молярную массу азотной кислоты HNO3.
- Найдите молярную массу карбоната кальция CaCO3.
- Какова масса 0,2 моль CO2?
- Какое количество вещества NaCl содержится в 11,7 г чистой соли?
- Сколько молекул H2 содержится в 4 г водорода?
Ответы и объяснения
M(HNO3) ≈ 1 + 14 + 3 · 16 = 63 г/моль.
M(CaCO3) ≈ 40 + 12 + 3 · 16 = 100 г/моль.
m = n · M = 0,2 · 44 = 8,8 г.
n = m / M = 11,7 / 58,5 = 0,2 моль.
M(H2) ≈ 2 г/моль;
n = 4 / 2 = 2 моль;
N = 2 · 6,02 · 1023 = 1,204 · 1024 молекул.
Что повторить
Переход между количеством вещества и числом частиц разобран в статье «Моль — единица количества вещества». Эти две темы вместе дают цепочку расчётов: масса → количество вещества → число частиц.
Источник определения: IUPAC Gold Book — молярная масса.