§ 14. Кількість речовини

• До змісту відповідей

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

У чому суть фізичної величини «кількість речовини»?

Кількість речовини — це фізична величина, яка визначається числом структурних частинок (атомів, молекул, йонів тощо), що містяться в певній порції речовини.

Скільки найменших частинок речовини містить її порція в 1 моль?

Порція речовини в 1 моль містить $6{,}02 \cdot 10^{23}$ структурних частинок.

Як обчислюють і для чого використовують кількість речовини?

Кількість речовини $n$ обчислюють за формулою $n = N / N_A$, де $N$ — число частинок, а $N_A$ — стала Авогадро. Цю величину використовують у хімії тому, що реакції відбуваються між певним числом частинок, а рахувати їх поштучно неможливо. Використання моля дозволяє оперувати макроскопічними порціями речовини, зручними для зважування та вимірювання.

Скільки молекул міститься в 1/2 моль кисню?

Дано:
$n(O_2) = 0,5 \text{ моль}$
$N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$

Знайти:
$N(O_2) - ?$

Розв’язання:
$N = n \cdot N_A = 0,5 \text{ моль} \cdot 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 3,01 \cdot 10^{23}$.

Відповідь: $3,01 \cdot 10^{23}$ молекул.

Яке кількісне відношення моля і мілімоля?

Один моль містить 1000 мілімолів ($1 \text{ моль} = 1000 \text{ ммоль}$).

Які інші основні одиниці вимірювання міжнародної системи SІ вам відомі?

Крім моля, основними одиницями системи SI є: метр (м) — довжина, кілограм (кг) — маса, секунда (с) — час, ампер (А) — сила електричного струму, кельвін (К) — термодинамічна температура, кандела (кд) — сила світла.

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

Дано:
$n(H_2O) = 0,1 \text{ моль}$
$N_A = 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$

Знайти:
$N_{\text{ат}}(H_2O) - ?$

Розв’язання:

1. Одна молекула води ($H_2O$) складається з 3 атомів ($2H + 1O$).
2. Кількість речовини всіх атомів: $n_{\text{ат}} = 3 \cdot n(H_2O) = 3 \cdot 0,1 = 0,3 \text{ моль}$.
3. Число атомів: $N = n_{\text{ат}} \cdot N_A = 0,3 \cdot 6,02 \cdot 10^{23} = 1,806 \cdot 10^{23}$.

Відповідь: $1,806 \cdot 10^{23}$ 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 — це фізична величина, яка визначає число структурних частинок у порції речовини. Одиницею вимірювання є моль. 1 моль — це порція речовини, що містить $6{,}02 \cdot 10^{23}$ частинок (число Авогадро). Обчислити кількість речовини можна, розділивши загальне число частинок 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) пов’язане з визначенням моля як кількості атомів у 12 г ізотопу Карбону $^{12}C$. Воно є сполучною ланкою між масою атома (мікросвіт) і грамом (макросвіт).

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

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

Одиницею вимірювання кількості речовини є моль. Вона відповідає кількості частинок, що дорівнює сталій Авогадро — $6{,}02 \cdot 10^{23}$.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

143. Що означають записи $N_A$ і Na?

Запис $N_A$ позначає сталу Авогадро ($6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$), а запис $Na$ є символом 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) В 1 моль молекул $Br_2$ міститься 2 моль атомів Брому ($Br$).
б) У 2 моль молекул $H_2S$ міститься 4 моль атомів Гідрогену ($H$) та 2 моль атомів Сульфуру ($S$).
в) В 1/3 моль молекул $PH_3$ міститься 1/3 моль атомів Фосфору ($P$) та 1 моль атомів Гідрогену ($H$) (оскільки $1/3 \cdot 3 = 1$).

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 (оскільки в одній 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:
$n = \dfrac{N}{N_A}$
$n(CO_2) = \dfrac{3{,}01 \cdot 10^{23}}{6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} = 0{,}5 \text{ моль}$

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:
$n(O) = \dfrac{N(O)}{N_A} = \dfrac{12{,}04 \cdot 10^{23}}{6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} = 2 \text{ моль}$
Оскільки одна молекула $CO_2$ містить 2 атоми Оксигену, то кількість речовини $CO_2$ у 2 рази 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:
$n(H_3PO_4) = \dfrac{N(H_3PO_4)}{N_A} = \dfrac{12{,}04 \cdot 10^{23}}{6{,}02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}} = 2 \text{ моль}$

В одній молекулі $H_3PO_4$ міститься 3 атоми Гідрогену, 1 атом Фосфору та 4 атоми Оксигену.
$n(H) = 3 \cdot n(H_3PO_4) = 3 \cdot 2 \text{ моль} = 6 \text{ моль}$
$n(P) = 1 \cdot n(H_3PO_4) = 1 \cdot 2 \text{ моль} = 2 \text{ моль}$
$n(O) = 4 \cdot n(H_3PO_4) = 4 \cdot 2 \text{ моль} = 8 \text{ моль}$

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:
Одна молекула $P_2O_3$ містить $2 + 3 = 5$ атомів.
$n_{\text{ат}}(P_2O_3) = 5 \cdot n(P_2O_3) = 5 \cdot 1 \text{ моль} = 5 \text{ моль}$.
Одна молекула $CH_4$ містить $1 + 4 = 5$ атомів.
$n(CH_4) = \dfrac{n_{\text{ат}}(CH_4)}{5} = \dfrac{5 \text{ моль}}{5} = 1 \text{ моль}$.

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:
Одна молекула $HNO_3$ містить $1 + 1 + 3 = 5$ атомів.
$n_{\text{ат}}(HNO_3) = 5 \cdot n(HNO_3) = 5 \cdot 0,3 \text{ моль} = 1,5 \text{ моль}$.
Одна молекула $CH_4$ містить 5 атомів.
$n(CH_4) = \dfrac{n_{\text{ат}}(CH_4)}{5} = \dfrac{1,5 \text{ моль}}{5} = 0,3 \text{ моль}$.

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 визначається їхніми індексами 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 молями молекул хлору, утворюючи 1 моль молекул сульфур(IV) хлориду.
б) 1 моль молекул азоту взаємодіє з 3 молями молекул водню, у результаті чого утворюється 2 молі молекул аміаку.
в) 2 молі молекул гідроген пероксиду розкладаються на 2 молі 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: