§ 14. Кількість речовини

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

У чому суть фізичної величини «кількість речовини»?

Кількість речовини — фізична величина, що показує число структурних частинок (атомів, молекул, йонів) у певній порції речовини.

Скільки найменших частинок речовини містить її порція в 1 моль?

В 1 моль речовини міститься $6{,}02 \cdot 10^{23}$ структурних частинок.

Як обчислюють і для чого використовують кількість речовини?

Кількість речовини $n$ обчислюють за формулою $n = N / N_A$, де $N$ — загальне число частинок, $N_A$ — стала Авогадро. Хімічні реакції відбуваються між частинками, але рахувати їх поштучно неможливо. Моль допомагає оперувати макроскопічними порціями, які зручно зважувати й вимірювати.

Скільки молекул міститься в 1/2 моль кисню?

Половина моля кисню містить:
$$0{,}5 \text{ моль} \cdot 6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 3{,}01 \cdot 10^{23} \text{ молекул}$$

Яке кількісне відношення моля і мілімоля?

В 1 молі міститься 1000 мілімолів ($1 \text{ моль} = 1000 \text{ ммоль}$).

Які інші основні одиниці вимірювання міжнародної системи SІ вам відомі?

До основних одиниць системи SI, окрім моля, належать: метр (м) — довжина, кілограм (кг) — маса, секунда (с) — час, ампер (А) — сила струму, кельвін (К) — температура, кандела (кд) — сила світла.

Скільки всіх атомів міститься у воді кількістю речовини 0,1 моль?

Молекула води ($H_2O$) має 3 атоми (2 Гідрогену і 1 Оксигену).
Кількість молекул у 0,1 моль води:
$$N(H_2O) = 0{,}1 \text{ моль} \cdot 6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 6{,}02 \cdot 10^{22} \text{ молекул}$$
Загальне число атомів:
$$N(\text{атомів}) = 3 \cdot 6{,}02 \cdot 10^{22} = 1{,}806 \cdot 10^{23} \text{ атомів}$$

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про кількість речовини в хімії, одиницю її вимірювання та спосіб обчислення.

Кількість речовини показує число структурних частинок у порції. Її вимірюють у молях. 1 моль містить $6{,}02 \cdot 10^{23}$ частинок (число Авогадро). Щоб обчислити кількість речовини, загальне число частинок ділять на сталу Авогадро: $n = N / N_A$.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чому хіміки обрали саме число $6{,}02 \cdot 10^{23}$, а не кругле число, наприклад $10^{23}$?»
Відповідь: Це число (стала Авогадро) відповідає кількості атомів рівно у 12 г ізотопу Карбону $^{12}C$. Воно є ланкою, що з’єднує масу окремого атома з макроскопічними грамами.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

142. Назвіть одиницю вимірювання кількості речовини. Якій кількості атомів або молекул вона відповідає?

Одиницею вимірювання є моль. Він відповідає сталій Авогадро — $6{,}02 \cdot 10^{23}$ частинок.

143. Що означають записи $N_A$ і Na?

$N_A$ — це стала Авогадро ($6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$), а $Na$ — символ хімічного елемента Натрію.

144. Укажіть кількості речовини атомів кожного хімічного елемента (усно): а) в 1 моль брому $Br_2$; б) у 2 моль сірководню $H_2S$; в) в 1/3 моль фосфіну $PH_3$.

а) 1 моль молекул $Br_2$ містить 2 моль атомів Брому ($Br$).
б) 2 моль молекул $H_2S$ містять 4 моль атомів Гідрогену ($H$) і 2 моль атомів Сульфуру ($S$).
в) 1/3 моль молекул $PH_3$ містить 1/3 моль атомів Фосфору ($P$) і 1 моль атомів Гідрогену ($H$).

145. Запишіть замість крапок пропущені цифри: а) у 3 моль води $H_2O$ міститься … моль молекул і … моль усіх атомів; б) у 0,5 моль кислоти $H_2SO_4$ міститься … моль атомів Гідрогену, … моль атомів Сульфуру, … моль атомів Оксигену.

а) У 3 моль води міститься 3 моль молекул і 9 моль усіх атомів (у молекулі 3 атоми: $3 \cdot 3 = 9$).
б) У 0,5 моль сульфатної кислоти міститься 1 моль атомів Гідрогену ($0{,}5 \cdot 2$), 0,5 моль атомів Сульфуру ($0{,}5 \cdot 1$) та 2 моль атомів Оксигену ($0{,}5 \cdot 4$).

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

146. Укажіть кількість речовини вуглекислого газу, у якій міститься (усно): а) $3{,}01 \cdot 10^{23}$ молекул; б) $12{,}04 \cdot 10^{23}$ атомів Оксигену.

а)
Дано:
$N(CO_2) = 3{,}01 \cdot 10^{23}$
$N_A = 6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$
Знайти: $n(CO_2) – ?$
Розв’язання:
$n(CO_2) = \dfrac{3{,}01 \cdot 10^{23}}{6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} = 0{,}5 \text{ моль}$
Відповідь: 0,5 моль.

б)
Дано:
$N(O) = 12{,}04 \cdot 10^{23}$
$N_A = 6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$
Знайти: $n(CO_2) – ?$
Розв’язання:
$n(O) = \dfrac{12{,}04 \cdot 10^{23}}{6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} = 2 \text{ моль}$
Молекула $CO_2$ містить 2 атоми Оксигену, тому кількість речовини $CO_2$ вдвічі менша за кількість речовини атомів Оксигену:
$n(CO_2) = \dfrac{1}{2} n(O) = \dfrac{1}{2} \cdot 2 \text{ моль} = 1 \text{ моль}$.
Відповідь: 1 моль.

147. Виконайте обчислення і заповніть таблицю (для $N(H_3PO_4) = 12{,}04 \cdot 10^{23}$ обчисліть $n(H_3PO_4)$, $n(H)$, $n(P)$, $n(O)$ у молях).

Дано:
$N(H_3PO_4) = 12{,}04 \cdot 10^{23}$
$N_A = 6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$
Знайти: $n(H_3PO_4), n(H), n(P), n(O) – ?$
Розв’язання:
$n(H_3PO_4) = \dfrac{12{,}04 \cdot 10^{23}}{6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} = 2 \text{ моль}$
В 1 молекулі $H_3PO_4$ є 3 атоми Гідрогену, 1 атом Фосфору та 4 атоми Оксигену.
$n(H) = 3 \cdot 2 \text{ моль} = 6 \text{ моль}$
$n(P) = 1 \cdot 2 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$
$n(O) = 4 \cdot 2 \text{ моль} = 8 \text{ моль}$

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

148. Обчисліть кількість речовини метану $CH_4$, у якій міститься стільки атомів, скільки їх: а) в 1 моль оксиду $P_2O_3$; б) у 0,3 моль кислоти $HNO_3$.

а)
Дано: $n(P_2O_3) = 1 \text{ моль}$, $N_{\text{ат}}(CH_4) = N_{\text{ат}}(P_2O_3)$
Знайти: $n(CH_4) – ?$
Розв’язання:
Молекула $P_2O_3$ містить 5 атомів. $n_{\text{ат}}(P_2O_3) = 5 \cdot 1 \text{ моль} = 5 \text{ моль}$.
Молекула $CH_4$ також містить 5 атомів. $n(CH_4) = \dfrac{5 \text{ моль}}{5} = 1 \text{ моль}$.
Відповідь: 1 моль.

б)
Дано: $n(HNO_3) = 0,3 \text{ моль}$, $N_{\text{ат}}(CH_4) = N_{\text{ат}}(HNO_3)$
Знайти: $n(CH_4) – ?$
Розв’язання:
Молекула $HNO_3$ містить 5 атомів. $n_{\text{ат}}(HNO_3) = 5 \cdot 0,3 \text{ моль} = 1,5 \text{ моль}$.
Молекула $CH_4$ містить 5 атомів. $n(CH_4) = \dfrac{1,5 \text{ моль}}{5} = 0,3 \text{ моль}$.
Відповідь: 0,3 моль.

ПОМІРКУЙМО

149. Назвіть відношення кількостей речовини хімічних елементів у речовинах із такими формулами: СаО, $MgF_2$, $HClO_4$, $Fe(OH)_3$.

Відношення кількостей речовини елементів відповідає їхнім індексам у формулі:

• $CaO$: $n(Ca) : n(O) = 1 : 1$
• $MgF_2$: $n(Mg) : n(F) = 1 : 2$
• $HClO_4$: $n(H) : n(Cl) : n(O) = 1 : 1 : 4$
• $Fe(OH)_3$: $n(Fe) : n(O) : n(H) = 1 : 3 : 3$

У КОМАНДІ

150. Прокоментуйте хімічні реакції, використавши поняття «моль»: а) $S + 2Cl_2 = SCl_4$; б) $N_2 + 3H_2 = 2NH_3$; в) $2H_2O_2 = 2H_2O + O_2$.

а) 1 моль атомів сірки реагує з 2 моль молекул хлору, утворюючи 1 моль молекул сульфур(IV) хлориду.
б) 1 моль молекул азоту взаємодіє з 3 моль молекул водню, утворюючи 2 моль молекул аміаку.
в) 2 моль молекул гідроген пероксиду розкладаються на 2 моль молекул води та 1 моль молекул кисню.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

151. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Кількість речовини — Amount of substance
• Моль — Mole
• Стала Авогадро — Avogadro constant
• Число частинок — Number of particles
• Одиниця вимірювання — Unit of measurement
• Молекулярна будова — Molecular structure

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

152. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Приклад таблиці самооцінювання: