5.4: Молярна маса - моль до маси та перетворення маси в моль
- Page ID
- 20643
- Виконайте перетворення між масою і молями речовини.
- Перетворити з маси або молі однієї речовини в масу або молі іншої речовини в хімічній реакції.
- Використовуйте збалансоване хімічне рівняння для визначення молярних зв'язків між речовинами.
Молярна маса
Молярна маса будь-якої речовини - це маса в грамах одного моля представницьких частинок цієї речовини. Представницькими частинками можуть бути атоми, молекули або формульні одиниці іонних сполук. Цей зв'язок часто використовується в лабораторії. Найпростіший вид маніпуляції з використанням молярної маси як коефіцієнта перетворення - це моль-маса перетворення (або її зворотне, перетворення маси - моль). При такому перетворенні ми використовуємо молярну масу речовини як коефіцієнт перетворення мольних одиниць в одиниці маси (або, навпаки, одиниці маси в моль одиниці).
Ми також встановили, що 1 моль Al має масу 26,98 г (приклад). Зазначено математично,
1 моль Аль = 26,98 г Аль
Ми можемо розділити обидві сторони цього виразу на обидві сторони, щоб отримати один з двох можливих коефіцієнтів перетворення:
\[\mathrm{\dfrac{1\: mol\: Al}{26.98\: g\: Al}\, and\, \dfrac{26.98\: g\: Al}{1\: mol\: Al}} \label{Eq1} \]
Перший коефіцієнт перетворення може бути використаний для перетворення з маси в молі, а другий перетворює з молів в масу. Обидва можуть бути використані для вирішення проблем, які було б важко зробити «на око».
Яка маса 3.987 моль Al?
Рішення
| Кроки для вирішення проблем | Приклад |
|---|---|
| Визначте «дану» інформацію і те, що проблема просить вас «знайти». | Дано: 3,987 моль всіх знахідки: г Аль |
| Перерахуйте інші відомі величини | 1 моль Аль = 26,98 г Аль |
| Підготуйте концептуальну карту і використовуйте правильний коефіцієнт перетворення. | ![]() |
| Скасуйте одиниці та розрахуйте. | \(3.987 \: \cancel{\text{mol} \: \ce{Al}} \times \dfrac{26.98 \: \text{g} \: \ce{Al}}{1 \: \cancel{\text{mol} \: \ce{Al}}} = 107.6 \: \text{g} \: \ce{Al}\) |
| Подумайте про свій результат. | Розрахункове значення має сенс, оскільки воно майже в чотири рази перевищує масу на 1 моль алюмінію. Наша остаточна відповідь виражена чотирма значущими цифрами. |
Скільки родимок присутній в 100. г Al? (Підказка: вам доведеться використовувати інший коефіцієнт перетворення, який ми отримали для алюмінію.)
Відповідь
3,71 г Аль
Такі перетворення можливі для будь-якої речовини, якщо відома належна атомна маса, маса формули або молярна маса (або може бути визначена) і виражена в грамах на моль. Рисунок\(\PageIndex{1}\) - це діаграма для визначення того, який коефіцієнт перетворення потрібен, а Figure\(\PageIndex{2}\) - це блок-схема для кроків, необхідних для перетворення.
Припустимо, що для певного експерименту потрібно 3,00 молі хлористого кальцію\(\left( \ce{CaCl_2} \right)\). Так як хлорид кальцію є твердою речовиною, було б зручно використовувати баланс для вимірювання маси, яка необхідна. Розмірний аналіз дозволить вам обчислити масу\(\ce{CaCl_2}\), яку ви повинні виміряти, як показано в прикладі\(\PageIndex{3}\).
Розрахуйте масу 3,00 моль хлористого кальцію (CaCl 2).
Рішення
| Кроки для вирішення проблем | Приклад |
|---|---|
| Визначте «дану» інформацію і те, що проблема просить вас «знайти». | Дано: 3,00 молі CaCl 2 Знайти: г CaCl 2 |
| Перерахуйте інші відомі величини | 1 мл СаСл 2 = 110,98 г СаСл 2 |
| Підготуйте концептуальну карту і використовуйте правильний коефіцієнт перетворення. | |
| Скасуйте одиниці та розрахуйте. | \(3.00 \: \cancel{\text{mol} \: \ce{CaCl_2}} \times \dfrac{110.98 \: \text{g} \: \ce{CaCl_2}}{1 \: \cancel{\text{mol} \: \ce{CaCl_2}}} = 333 \: \text{g} \: \ce{CaCl_2}\) |
| Подумайте про свій результат. |
Яка маса (оксиду кальцію)\(\ce{CaO}\)?\(7.50 \: \text{mol}\)
- Відповідь:
- 420.60 г
Скільки родимок присутній в 108 грамах води?
Рішення
| Кроки для вирішення проблем | Приклад |
|---|---|
| Визначте «дану» інформацію і те, що проблема просить вас «знайти». | Дано: 108 г H 2 O Знайти: моль H 2 O |
| Перерахуйте інші відомі величини | \(1 \: \text{mol} \: \ce{H_2O} = 18.02 \: \text{g}\)Н 2 О |
| Підготуйте концептуальну карту і використовуйте правильний коефіцієнт перетворення. | |
| Скасуйте одиниці та розрахуйте. | \(108 \: \cancel{\text{g} \: \ce{H_2O}} \times \dfrac{1 \: \text{mol} \: \ce{H_2O}}{18.02 \: \cancel{\text{g} \: \ce{H_2O}}} = 5.99 \: \text{mol} \: \ce{H_2O}\) |
| Подумайте про свій результат. |
Яка маса\(7.50 \: \text{mol}\) азотного газу\(\ce{N2}\)?
- Відповідь:
- 210 г
Моль і масові зв'язки в хімічних рівняннях
Встановлено, що збалансоване хімічне рівняння збалансоване як за молями, так і атомами або молекулами. Ми використовували збалансовані рівняння для встановлення співвідношень, тепер з точки зору молів матеріалів, які ми можемо використовувати як коефіцієнти перетворення для відповіді на стехіометричні запитання, наприклад, скільки молей речовини А реагують з такою кількістю молів реагенту Б. Ми можемо розширити цю техніку ще далі. Нагадаємо, що молярну кількість ми можемо співвідносити з масовою кількістю, використовуючи молярну масу. Ми можемо використовувати цю здатність відповідати на питання стехіометрії з точки зору маси певної речовини, крім родимок. Робимо це, використовуючи наступну послідовність:

У сукупності ці перетворення називаються розрахунками моль-маси.
Як приклад розглянемо збалансоване хімічне рівняння
\[Fe_2O_3 + 3SO_3 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 \nonumber \]
Якщо у нас 3,59 моль Fe 2 O 3, скільки грамів SO 3 може з ним реагувати? Використовуючи послідовність розрахунку моль-маси, ми можемо визначити необхідну масу СО 3 в два етапи. Спочатку побудуємо відповідне молярне співвідношення, визначене з збалансованого хімічного рівняння, для обчислення необхідної кількості молів SO 3. Потім, використовуючи молярну масу SO 3 як коефіцієнт перетворення, визначаємо масу, яку має це число молів SO 3.
Як завжди, починаємо з кількості, яку нам дали:
\[\mathrm{3.59\: \cancel{ mol\: Fe_2O_3 } \times \left( \dfrac{3\: mol\: SO_3}{1\: \cancel{ mol\: Fe_2O_3}} \right) =10.77\: mol\: SO_3} \label{Eq2} \]
Моль Fe 2 O 3 одиниці скасовують, залишаючи моль SO 3 одиниці. Тепер ми беремо цю відповідь і перетворюємо її в грами SO 3, використовуючи молярну масу SO 3 як коефіцієнт перетворення:
\[\mathrm{10.77\: \bcancel{mol\: SO_3} \times \left( \dfrac{80.06\: g\: SO_3}{1\: \bcancel{ mol\: SO_3}} \right) =862\: g\: SO_3} \label{Eq3} \]
Наша остаточна відповідь виражається на три значущі цифри. Таким чином, в двоетапному процесі ми виявимо, що 862 г SO 3 вступить в реакцію з 3,59 моль Fe 2 O 3. На багато проблем такого типу можна відповісти таким чином.
Та ж двоетапна задача також може бути відпрацьована в одному рядку, а не у вигляді двох окремих кроків, наступним чином:
\[ 3.59 \cancel{\, mol \, Fe_2O_3} \times \underbrace{\left( \dfrac{ 3 \bcancel{ \, mol\, SO_3}}{ 1 \cancel{\, mol\, Fe_2O_3}} \right)}_{\text{converts to moles of SO}_3} \times \underbrace{ \left( \dfrac{ 80.06 {\, g \, SO_3}}{ 1 \, \bcancel{ mol\, SO_3}} \right)}_{\text{converts to grams of SO}_3} = 862\, g\, SO_3 \nonumber \]
Ми отримуємо точно таку ж відповідь, поєднуючи всі математичні кроки разом, як ми робимо, коли обчислюємо один крок за раз.
Скільки родимок HCl буде вироблено, коли 249 г AlCl 3 реагують відповідно до цього хімічного рівняння?
\[2AlCl_3 + 3H_2O(ℓ) → Al_2O_3 + 6HCl(g) \nonumber \]
Рішення
| Кроки для вирішення проблем | Приклад |
|---|---|
| Визначте «дану» інформацію і те, що проблема просить вас «знайти». | Дано: 249 г AlCl 3 Знайти: родимки HCl |
| Перерахуйте інші відомі величини | 1 моль AlCl 3 = 133,33 г/моль 6 моль HCl до 2 моль AlCl 3 |
| Підготуйте концептуальну карту і використовуйте правильний коефіцієнт перетворення. | |
| Скасуйте одиниці та розрахуйте. | \(249\, \cancel{g\, AlCl_{3}}\times \dfrac{1\, \cancel{mol\, AlCl_{3}}}{133.33\, \cancel{g\, AlCl_{3}}}\times \dfrac{6\, mol\, HCl}{2\, \cancel{mol\, AlCl_{3}}}=5.60\, mol\, HCl\) |
| Подумайте про свій результат. | Оскільки 249 г AlCl 3 менше 266,66 г, маса для 2 моль AlCl 3 і співвідношення становить 6 моль HCl до 2 моль AlCl 3, відповідь повинна бути менше 6 моль HCl. |
Скільки молів Al 2 O 3 буде вироблено, коли 23,9 г Н 2 О реагують відповідно до цього хімічного рівняння?
\[2AlCl_3 + 3H_2O(ℓ) → Al_2O_3 + 6HCl(g) \nonumber \]
- Відповідь
- 0,442 моль Аль 2 О 3
Молярні зв'язки в хімічних рівняннях
Раніше ви навчилися збалансувати хімічні рівняння, порівнюючи числа кожного типу атома в реагентах і продуктах. Коефіцієнти перед хімічними формулами представляють числа молекул або формульних одиниць (в залежності від типу речовини). Тут ми розширимо значення коефіцієнтів в хімічному рівнянні.
Розглянемо просте хімічне рівняння
\[2H_2 + O_2 → 2H_2O \nonumber \]
Угода для написання збалансованих хімічних рівнянь полягає у використанні найнижчого співвідношення цілих чисел для коефіцієнтів. Однак рівняння збалансоване до тих пір, поки коефіцієнти знаходяться в співвідношенні 2:1: 2. Наприклад, це рівняння також збалансовано, якщо ми запишемо його як
\[4H_2 + 2O_2 → 4H_2O \nonumber \]
Співвідношення коефіцієнтів дорівнює 4:2:4, яке зменшується до 2:1:2. Рівняння також збалансоване, якщо ми повинні були записати його як
\[22H_2 + 11O_2 → 22H_2O \nonumber \]
тому що 22:11:22 також зменшується до 2:1: 2.
Припустимо, ми хочемо використовувати більші числа. Розглянемо наступні коефіцієнти:
\[12.044 \times 10^{23}\; H_2 + 6.022 \times 10^{23}\; O_2 → 12.044 \times 10^{23}\; H_2O \nonumber \]
Ці коефіцієнти також мають співвідношення 2:1: 2 (перевірте його і подивіться), тому це рівняння збалансовано. Але 6.022 × 10 23 - 1 моль, тоді як 12.044 × 10 23 - 2 моль (і число написано таким чином, щоб зробити це більш очевидним), тому ми можемо спростити цю версію рівняння, написавши його як
\[2 \;mol\; H_2 + 1\; mol\; O_2 → 2 \;mol\; H_2O \nonumber \]
Ми можемо залишити слово моль і не писати коефіцієнт 1 (як це наша звичка), тому остаточна форма рівняння, все ще збалансована, є
\[2H_2 + O_2 → 2H_2O \nonumber \]
Тепер ми інтерпретуємо коефіцієнти як посилання на молярні суми, а не окремі молекули. Урок? Збалансовані хімічні рівняння збалансовані не тільки на молекулярному рівні, а й за молярними кількостями реагентів і продуктів. Таким чином, ми можемо прочитати цю реакцію як «два молі водню реагують з одним молем кисню, утворюючи два молі води».
Таким же чином, співвідношення, які ми побудували для опису реакції молекул, також можуть бути побудовані з точки зору молів, а не молекул. Для реакції, в якій водень і кисень об'єднуються, щоб зробити воду, наприклад, ми можемо побудувати наступні співвідношення:
\[\mathrm{\dfrac{2\: mol\: H_2}{1\: mol\: O_2}\: or\: \dfrac{1\: mol\: O_2}{2\: mol\: H_2}} \nonumber \]
\[\mathrm{\dfrac{2\: mol\: H_2O}{1\: mol\: O_2}\: or\: \dfrac{1\: mol\: O_2}{2\: mol\: H_2O}} \nonumber \]
\[\mathrm{\dfrac{2\: mol\: H_2}{2\: mol\: H_2O}\: or\: \dfrac{2\: mol\: H_2O}{2\: mol\: H_2}} \nonumber \]
Ми можемо використовувати ці співвідношення, щоб визначити, яка кількість речовини, в молі, буде реагувати з або виробляти задану кількість молів іншої речовини. Вивчення числових взаємозв'язків між реагентами і продуктами в збалансованих хімічних реакціях називається стехіометрією.
Скільки молів кисню реагують з воднем з отриманням 27,6 моль Н 2 О?
Рішення
| Кроки для вирішення проблем | Приклад |
|---|---|
| Знайдіть збалансоване рівняння, яке описує реакцію |
Незбалансований: Н 2 + О 2 → Н 2 О Збалансований: 2 Н 2 + О 2 → 2 Н 2 О |
| Визначте «дану» інформацію і те, що проблема просить вас «знайти». | Дано: родимки H 2 O Знайти: кроти кисень |
| Перерахуйте інші відомі величини | 1 моль О 2 = 2 моль Н 2 О |
| Підготуйте концептуальну карту і використовуйте правильний коефіцієнт перетворення. | ![]() |
| Скасуйте одиниці та розрахуйте. |
\(\mathrm{\cancel{27.6\: mol\: H_2O}\times\dfrac{1\: mol\: O_2}{\cancel{2\: mol\: H_2O}}=13.8\: mol\: O_2}\) На отримання 27,6 моль Н 2 О реагують 13,8 моль О 2. |
| Подумайте про свій результат. | Оскільки кожен моль кисню виробляє в два рази більше молів води, має сенс, що виробляється кількість більше, ніж кількість реагенту |
Скільки утворюється моль аміаку, якщо 4,20 моля водню реагують з надлишком азоту?
Рішення
| Кроки для вирішення проблем | Приклад |
|---|---|
| Знайдіть збалансоване рівняння, яке описує реакцію |
Незбалансований: N 2+ Н 2 → NH 3 Збалансований: N 2 + 3 Н 2 → 2 NH 3 |
| Визначте «дану» інформацію і те, що проблема просить вас «знайти». |
Дано:\(\ce{H_2} = 4.20 \: \text{mol}\) Знайти:\(\text{mol}\) з\(\ce{NH_3}\) |
| Перерахуйте інші відомі величини | 3 моль Н 2 = 2 моль NH 3 |
| Підготуйте концептуальну карту і використовуйте правильний коефіцієнт перетворення. | ![]() |
| Скасуйте одиниці та розрахуйте. |
\(\cancel{4.20 \: \text{mol} \: H_2} \times \dfrac{2 \: \text{mol} \: NH_3}{\cancel{3 \: \text{mol} \: H_2}} = 2.80 \: \text{mol} \: NH_3\) Реакція\(4.20 \: \text{mol}\) водню з надлишком азоту виробляє\(2.80 \: \text{mol}\) аміак |
| Подумайте про свій результат. | Результат відповідає співвідношенню водню до аміаку 3:2 з збалансованого рівняння. |
- Враховуючи наступне збалансоване хімічне рівняння,\[\ce{C5H12 + 8O2 → 5CO2 + 6H2O} \nonumber \] скільки молей H 2 O може бути утворено, якщо 0,0652 моль C 5 H 12 повинні були реагувати?
- Збалансуйте наступне незбалансоване рівняння і визначте, скільки молей H 2 O утворюється, коли 1,65 моль NH 3 реагує. \[\ce{NH3 + O2 → N2 + H2O} \nonumber \]
- Відповідь:
- 3.14 моль Н 2 О
- Відповідь б:
- 4НН 3 + 3О 2 → 2Н 2 + 6Н 2 О; 2,48 моль Н 2 О
Масові зв'язки в хімічних рівняннях
Це невеликий крок від розрахунків моль-маси до масово-масових розрахунків. Якщо почати з відомої маси однієї речовини в хімічній реакції (замість відомого числа молів), то можна обчислити відповідні маси інших речовин в реакції. Першим кроком в цьому випадку є перетворення відомої маси в молі, використовуючи молярну масу речовини в якості коефіцієнта перетворення. Тоді - і тільки тоді - ми використовуємо збалансоване хімічне рівняння для побудови коефіцієнта перетворення цієї кількості на молі іншої речовини, яка, в свою чергу, може бути перетворена у відповідну масу. Послідовно процес відбувається наступним чином:

Цей тричастковий процес може здійснюватися в три дискретних етапи або об'єднаний в єдиний розрахунок, який містить три коефіцієнти перетворення. Наступний приклад ілюструє обидві техніки.
Аміачна селітра розкладається на окис азоту та воду відповідно до наступного рівняння.
\[\ce{NH_4NO_3} \left( s \right) \rightarrow \ce{N_2O} \left( g \right) + 2 \ce{H_2O} \left( l \right) \nonumber \]
У певному експерименті\(45.7 \: \text{g}\) аміачна селітра розкладається. Знайдіть масу кожного з утворилися продуктів.
| Кроки для вирішення проблем | Приклад\(\PageIndex{2}\) |
|---|---|
| Визначте «дану» інформацію і те, що проблема просить вас «знайти». | \ (\ індекс сторінки {2}\) ">
Дано:\(45.7 \: \text{g} \: \ce{NH_4NO_3}\) Маса\(\ce{N_2O} = ? \: \text{g}\) Маса\(\ce{H_2O} = ? \: \text{g}\) |
| Перерахуйте інші відомі величини | \ (\ індекс сторінки {2}\) ">
1 моль\(\ce{NH_4NO_3} = 80.06 \: \text{g/mol}\) 1 моль\(\ce{N_2O} = 44.02 \: \text{g/mol}\) 1 моль\(\ce{H_2O} = 18.02 \: \text{g/mol}\) 1 моль NH 4 NO 3 до 1 моль N 2 O до 2 моль H 2 O |
| Підготуйте дві концептуальні карти і використовуйте правильний коефіцієнт перетворення. | \ (\ індекс сторінки {2}\) ">
|
| Скасуйте одиниці та розрахуйте. | \ (\ індекс сторінки {2}\) ">
\(45.7 \: \text{g} \: \ce{NH_4NO_3} \times \dfrac{1 \: \text{mol} \: \ce{NH_4NO_3}}{80.06 \: \text{g} \: \ce{NH_4NO_3}} \times \dfrac{1 \: \text{mol} \: \ce{N_2O}}{1 \: \text{mol} \: \ce{NH_4NO_3}} \times \dfrac{44.02 \: \text{g} \: \ce{N_2O}}{1 \: \text{mol} \: \ce{N_2O}} = 25.1 \: \text{g} \: \ce{N_2O}\) \(45.7 \: \text{g} \: \ce{NH_4NO_3} \times \dfrac{1 \: \text{mol} \: \ce{NH_4NO_3}}{80.06 \: \text{g} \: \ce{NH_4NO_3}} \times \dfrac{2 \: \ce{H_2O}}{1 \: \text{mol} \: \ce{NH_4NO_3}} \times \dfrac{18.02 \: \text{g} \: \ce{H_2O}}{1 \: \text{mol} \: \ce{H_2O}} = 20.6 \: \text{g} \: \ce{H_2O}\) |
| Подумайте про свій результат. | \ (\ pageIndex {2}\) ">Загальна маса двох продуктів дорівнює масі аміачної селітри, яка розклалася, демонструючи закон збереження маси. Кожна відповідь має три значущі цифри. |
Метан може реагувати з елементарним хлором, утворюючи чотирихлористий вуглець (\(\ce{CCl_4}\)). Збалансоване хімічне рівняння виглядає наступним чином.
\[\ce{CH4 (g) + 4 Cl2 (g) → CCl2 (l) + 4 HCl (l) } \nonumber \]
Скільки грамів HCl виробляється при реакції 100.0г\(\ce{CH4}\)?
- Відповідь
- 908,7 г HCl
Резюме
- Описано розрахунки, що включають перетворення між молями речовини та масою цієї речовини.
- Збалансована хімічна реакція може бути використана для визначення молярних і масових взаємозв'язків між речовинами.
Автори та атрибуція
- TextMap: The Basics of GOB Chemistry (Ball et al.)
- Template:ContribAgnewM
- Template:ContribAgnewH


