چگونه خال ها را تشخیص دهیم؟ – فرمول، مثال

اگر شیمی یک زبان بود، خال واحد پول آن بود. بسیاری از محاسبات شیمیایی زمانی که مفهوم کلیدی خال ها را درک کنید بسیار ساده تر می شوند. در این مقاله یاد می گیرید که چگونه با استفاده از مجموعه ای از روش های رایج، خال ها را با اطمینان تشخیص دهید.

خال چیست؟

مول (نماد مول) واحد SI کمیت فیزیکی است که به عنوان کمیت یک ماده شناخته می شود، یکی از هفت کمیت اساسی در سیستم بین المللی واحدها.

1 مول از هر ماده دارای تعداد ثابتی ذرات (اتم، مولکول، یون یا الکترون) است. این ثابت آووگادرو نامیده می شود که مقدار آن تقریباً 6.02 x 10 است²³ به سه رقم قابل توجه صحیح است. این عدد از تعداد اتم های موجود در 12 گرم کربن 12 بدست می آید.

این یعنی 1 مول از هر ماده، خواه 1 مول نمک خوراکی باشد. 1 مول گاز کلر یا 1 مول آهن فلزی دارای تعداد ذرات مساوی است. 6.02 x 10²³. ذرات می توانند متفاوت باشند (واحد فرمول، مولکول یا اتم)، اما تعداد آنها همیشه برابر با ثابت آووگادرو برای 1 مول است.

چگونه خال ها را در شیمی پیدا کنیم؟

در شیمی، بسته به داده های داده شده، روش های مختلفی برای یافتن مقدار یک ماده در مول وجود دارد. بیایید هر روش را تجزیه کنیم و ببینیم کجا و چگونه از آن استفاده کنیم.

1. یافتن مول از یک معادله شیمیایی متعادل.

معادلات شیمیایی از نظر مول متعادل هستند. نسبت مول هایی که در یک واکنش شیمیایی واکنش نشان می دهند همیشه ثابت است. با این حال، ضرایب در یک معادله شیمیایی متعادل به عنوان ساده‌ترین اعداد صحیح که این نسبت را نشان می‌دهند، نوشته می‌شوند، برای مثال، طبق معادله:

Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(آب) + N₂(g)

1 مول فلز روی به طور کامل با 2 مول اسید کلریدریک واکنش داده و 1 مول کلرید روی و 1 مول گاز هیدروژن تولید می کند.

بنابراین، با توجه به تعداد مول های واکنش دهنده محدود کننده (که ابتدا مصرف می شود)، می توانیم مول های مجهول دیگر واکنش دهنده ها یا محصولات را با استفاده از معادله شیمیایی متعادل برای واکنش پیدا کنیم.

مثال: 0.15 مول روی به طور کامل با HCl اضافی واکنش می دهد. خال های H را پیدا کنید₂ تولید شده است.

راه حل:

مرحله 1: مقدار شناخته شده را شناسایی کنید.

مول روی = 0.15 مول

مرحله 2: معادله شیمیایی متعادل واکنش را بنویسید.

Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(آب) + N₂(g)

مرحله 3: از نسبت مولی استوکیومتری از معادله شیمیایی متعادل برای پیدا کردن تعداد مول های H استفاده کنید.₂ تولید شده است.

1 مول روی واکنش می دهد و 1 مول H تولید می کند₂ (1:1)

خال های اچ₂ تولید شده = مول روی استفاده شده = 0.15 مول

2. پیدا کردن خال از روی میز.

اگر جرم یک ماده داده شود، می توانید مول های آن را با استفاده از فرمول پیدا کنید:

خال (مول) = [latex]\frac{ جرم \ (g)}مولار \ جرم \ (g \ mol^{-1})}[/latex]

مثال: تعداد مول ها را در یک نمونه 1500 گرمی از گلوکز خالص بیابید.

راه حل:

مرحله 1: مقدار شناخته شده را شناسایی کنید.

جرم گلوکز (C₆ساعت₁₂O₆) = 1500 گرم

مرحله 2: جرم مولی گلوکز را با استفاده از A بیابید_r مقادیر از جدول تناوبی

جرم مولی C₆ساعت₁₂O₆ = 6 (12.0) + 12 (1.0) + 6 (16.0) = 180.0 گرم مول^-1

مرحله 3: مقادیر را جایگزین فرمول کنید و مول های گلوکز را پیدا کنید.

مول (مول) = 1500/180 = 8.33 مول

3. یافتن مول بر اساس غلظت و حجم محلول.

اگر غلظت و حجم محلول داده شود، می توانید مول های آن را با استفاده از فرمول پیدا کنید:

مول (mol) = غلظت (mol dm^-3) x حجم (dm³)

مثال: تعداد مول های NaOH را در 250 سانتی متر آن بیابید³ محلول با غلظت 0.40 mol dm^-3.

راه حل:

مرحله 1: مقادیر شناخته شده را شناسایی کنید (و در صورت لزوم به واحدهای مناسب تبدیل کنید).

غلظت محلول = 0.40 mol dm^-3

[latex]\text{حجم حل} = 250 \text{ cm}^3 = \frac{250}{1000} \text{ dm}^3[/latex]

مرحله 2: مقادیر را جایگزین فرمول کنید و مول های NaOH موجود در محلول را پیدا کنید.

[latex]\text{Moles} = 0.40 \times \frac{250}{1000} = 0.10 \text{ mol}[/latex]

4. یافتن مول های یک حجم گاز.

با توجه به حجم گاز (STP یا RTP)، می توانید مول ها را با استفاده از فرمول پیدا کنید:

[latex]\text{مول (مول)} = \frac{\text{volume}}{\text{حجم گاز مولی}}[/latex]

با این حال، باید در نظر داشته باشید که واحدهای حجم و حجم مولی گاز باید یکسان باشند.

در RTP، اگر حجم گاز بر حسب سانتی متر داده شود³حجم مولی گاز = 24000 سانتی متر را در نظر بگیرید³ مرکز خرید^-1. در dm³24 dm است³ مرکز خرید^-1.

در STP، اگر حجم گاز بر حسب سانتی متر داده شود³حجم مولی گاز = 22000 سانتی متر را در نظر بگیرید³ مرکز خرید^-1. در حالی که در dm³22.4 dm است³ مرکز خرید^-1.

مثال: یک نمونه گاز دی اکسید کربن 4.80 dm را اشغال می کند³ در دما و فشار اتاق (RTP). تعداد مول های CO را محاسبه کنید₂ حاضر

راه حل:

مرحله 1: مقدار شناخته شده را شناسایی کنید.

حجم CO₂ در RTP = 4.80 dm³.

مرحله 2: مقادیر را در فرمول جایگزین کنید و مول های CO را پیدا کنید₂.

خال CO₂ در RTP = 4.80/24 = 0.20 مول

5. یافتن خال از طریق ترکیبی از روش های متعدد مورد استفاده در یک مشکل.

همانطور که قبلاً بحث شد، می توان از معادلات شیمیایی متعادل برای تعیین مول های یک ماده از مول های شناخته شده یک ماده دیگر استفاده کرد. با این حال، خال به ندرت به طور مستقیم داده می شود. در عوض، معمولاً جرم، غلظت یا حجم گاز در اختیار شما قرار می گیرد. در چنین حالتی، ابتدا باید تعداد مول ها را با استفاده از فرمول مناسب محاسبه کنید، سپس از نسبت مولی از معادله متعادل استفاده کنید تا مقدار مجهول ماده را بیابید.

بیایید یک مشکل سبک امتحانی را ببینیم.

مثال: یک دانش آموز به 10.0 گرم کربنات کلسیم با 250 سانتی متر واکنش نشان می دهد³ 1.50 مول dm^-3 اسید هیدروکلریک

CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + CO₂(g) + H₂O(l)

حجم دی اکسید کربن تولید شده در RTP را محاسبه کنید.

راه حل:

مرحله 1: از فرمول استفاده کنید [latex]\frac{ جرم \ (g)}مولار \ جرم \ (g \ mol^{-1})}[/latex] برای پیدا کردن مول های کربنات کلسیم

[latex]\text{Mole CaCO}_3 = \frac{10.0}{40.1 + 12.0 + 3(16.0)} = 0.0999000\ldots\text{mol}[/latex]

مرحله 2: از فرمول غلظت (mol dm^-3) x حجم (dm³) برای یافتن مول های اسید کلریدریک. مطمئن شوید که حجم را به واحدهای صحیح تبدیل کنید.

[latex]\text{مول HCl} = 1.50 \times \frac{250}{1000} = 0.375 \text{ mol}[/latex]

مرحله 3: از مول های محاسبه شده و معادله شیمیایی متعادل برای شناسایی واکنش دهنده محدود کننده استفاده کنید. با توجه به معادله؛

• 1 مول CaCO₃ با 2 مول HCl واکنش نشان می دهد (1:2).
• 0.0999000 مول CaCO₃ با 2(0.0999000) = 0.1998 … مول HCl واکنش می دهد.

0.375 mol > 0.1998 … mol، بنابراین HCl بیش از حد است.

CaCO₃ واکنش دهنده محدود کننده است.

مرحله 4: از مول های واکنش دهنده محدود کننده و معادله شیمیایی متعادل برای یافتن مول های CO استفاده کنید₂ تولید شده است.

• 1 مول CaCO₃ واکنش نشان می دهد و 1 مول CO تولید می کند₂ (1:1)
• خال CO₂ تولید شده = مول CaCO₃ واکنش = 0.0999000 … مول

مرحله 5: مقدار محاسبه شده مول ها را در فرمول جایگزین کنید [latex]\frac{volume \ (dm^3)}{molar \ gas \ volume \ (dm^3 mol^{-1})}[/latex] در RTP برای یافتن حجم CO₂ تولید شده است.

حجم CO₂ تولید شده = 0.0999000….x 24 = 2.40 dm³ در RTP

چگونه با پیدا کردن مول معادلات شیمیایی متعادل بنویسم؟

با توجه به اطلاعات کافی، مفهوم مول به ما اجازه می دهد تا به عقب کار کنیم و یک معادله شیمیایی متعادل برای یک واکنش بنویسیم. این دقیقا برعکس روش استفاده شده در بالا است، که در آن از معادله متعادل برای تعیین روابط بین مول ها استفاده شد.

مثال: در واکنش بین آلومینیوم و گاز اکسیژن، 5.40 گرم Al به طور کامل با dm 3.60 واکنش نشان داد.³ از O₂ در RTP

از این اطلاعات برای نوشتن یک معادله شیمیایی متعادل بین آلومینیوم و اکسیژن استفاده کنید و اکسید آلومینیوم (Al₂O₃).

راه حل:

مرحله 1: از فرمول استفاده کنید [latex]\frac{ جرم \ (g)}مولار \ جرم \ (g \ mol^{-1})}[/latex] برای پیدا کردن خال های آل واکنش نشان داد. از جرم اتمی نسبی (A_r) از آلومینیوم در این مورد، زیرا یک اتم Al است.

[latex]\text{مولهای Al} = \frac{5.40}{27.0} = 0.20 \text{ mol}[/latex]

مرحله 2: از فرمول استفاده کنید [latex]\frac{volume \ (dm^3)}{molar \ gas \ volume \ (dm^3 mol^{-1})}[/latex] برای پیدا کردن خال های O₂.

[latex]\text{Mole O}_2 = \frac{3.60}{24} = 0.15 \text{ mol}[/latex]

مرحله 3: هر مقدار را بر تعداد کمتر مول تقسیم کنید.

[latex]\frac{0.20}{0.15} : \frac{0.15}{0.15} = 1.333…. : 1[/latex]

مرحله 4: مقادیر محاسبه شده را در یک عدد کامل ضرب کنید تا کوچکترین نسبت عدد صحیح را بدست آورید.

1,333 …. x 3: 1 x 3 = 4: 3

مرحله 5: معادله شیمیایی متعادل را با استفاده از ضرایب به دست آمده در بالا بنویسید.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

چگونه تعداد ذرات مول را پیدا کنیم؟

ثابت آووگادرو را می توان برای یافتن تعداد مشخص شده ذرات یک ماده با استفاده از مول های آن استفاده کرد.

تعداد ذرات = مول x ثابت آووگادرو

مثال: تعداد موارد زیر را محاسبه کنید:

• (الف) مولکولها در 4.80 dm³ از CO₂ گاز در RTP
• (ب) واحدهای فرمول در نمونه 24.2 گرم NaCl.
• (ج) یونهای موجود در نمونه 5.85 گرمی کلسیم₂.
• د) الکترون ها در اتم های 0.200 مول Mg.

الف) تصمیم:

[latex]\text{Mole CO}_2 \text{ در 4.80 dm}^3 = \frac{4.80}{24} = 0.20 \text{ mol}[/latex]

تعداد مولکول ها = 0.20 x 6.02 x 10²³ = 1.204 x 10²³

ب) تصمیم:

[latex]\text{مول NaCl در 24.2 گرم} = \frac{24.2}{23.0 + 35.5} = 0.4136\ldots \text{ mol}[/latex]

تعداد واحدهای فرمول = 0.4136… x 6.02 x 10²³ = 2.49 x 10²³

ج) تصمیم:

[latex]\text{Mole CaCl}_2 \text{ در 5.85 g} = \frac{5.85}{40.1 + 2(35.5)} = 0.0526\ldots\text{mol}[/latex]

1 مول CaCl₂ حاوی 1 مول کلسیم است²⁺ یون و 2 مول کلر^– یون = 3 یون

مجموع مول های یون در 5.85 گرم = 0.0526 … x 3 = 0.157 …. مرکز خرید

تعداد یون ها = 0.157 … x 6.02 x 10²³ = 9.51 x 10²²

د) تصمیم:

1 مول منیزیم حاوی 6.02×10 است²³ اتم ها

1 اتم Mg حاوی 12 الکترون است.

0.200 مول منیزیم حاوی = 6.02 x 10 است²³ x 0.200 اتم = 6.02 x 10²³ x 0.200 x 12 الکترون

تعداد الکترون ها = 10*1.45²⁴

همانطور که در بالا مشاهده شد، تعداد ذرات موجود در یک ماده بسیار زیاد است و شمارش جداگانه آنها را غیرعملی می کند. به همین دلیل است که شیمیدان ها از خال به عنوان روشی مناسب برای اندازه گیری و مقایسه تعداد ذرات موجود در مواد مختلف استفاده می کنند و این خال را به بهترین دوست شیمیدان تبدیل می کند.

سوالات متداول

خال ها چیست؟

“مول” واحد اندازه گیری مقدار یک ماده است. 1 مول از هر ماده حاوی همان تعداد ذره است، یعنی 6.02 x 1023به عنوان ثابت آووگادرو شناخته می شود.

چگونه خال ها را تشخیص دهیم؟

برای پیدا کردن خال ها، از فرمولی استفاده کنید که با اطلاعاتی که به شما داده شده مطابقت دارد: 1. از یک جدول (اغلب): [latex]\text{مول (مول)} = \frac{\text{جرم (گرم)}}{\text{جرم مولی (گرم مول}^{-1}\text{)}}[/latex] 2. از تعداد ذرات: [latex]\text{مول (مول)} = \frac{\text{تعداد ذرات}}{6.02 \times 10^{23}}[/latex] 3. از حجم گاز: [latex]\text{Mole (mol)} = \frac{\text{volume (dm}^3\text{)}}}{\text{حجم گاز مولی (dm}^3\text{mol}^{-1}\text{)}}[/latex] 4. از غلظت محلول: مول (mol) = غلظت (mol dm-3) x حجم (dm3)

فرمول آووگادرو برای خال چیست؟

فرمول آووگادرو برای یافتن خال این است: [latex]\text{مول (مول)} = \frac{\text{تعداد ذرات}}{\text{ثابت آووگادرو}}[/latex] می توان آن را به اختصار به صورت زیر بیان کرد: [latex]n = \frac{N}{N_A}[/latex]

چگونه از روی میز خال پیدا کنیم؟

برای پیدا کردن مول از جرم، جرم مولی را از جدول تناوبی بیابید. جرم داده شده را بر جرم مولی تقسیم کنید. [latex]\text{مول (مول)} = \frac{\text{جرم (گرم)}}{\text{جرم مولی (گرم مول}^{-1}\text{)}}[/latex]

فرمول تعداد مول در یک حجم چیست؟

برای حجم گاز، فرمول یافتن مول به صورت زیر است: [latex]\text{مول (mol)} = \frac{\text{حجم گاز (dm}^3\text{)}}{\text{حجم مولی گاز (dm}^3\text{mol}^{-1}\text{)}}[/latex]