摩尔质量

摩尔质量是一个物理学单位,单位物质的量的物质所具有的质量称摩尔质量(molar mass),用符号M表示。当物质的量以mol为单位时,摩尔质量的单位为g/mol,在数上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。对于某一化合物来说,它的摩尔质量是固定不变的。而物质的质量则随着物质的量不同而发生变化。

物质的量是物理量,表示含有一定数目粒子的集合体,符号为n。物质的量的单位为摩尔(mol)。科学上把含有阿伏伽德罗常数(约6.02×10)个粒子的集体作为一个单位,叫摩尔。1mol不同物质中所含的粒子数是相同的,但由于不同粒子的质量不同,1mol不同物质的质量也不同。

1971年第十四届国际计量大会关于摩尔的定义有如下两段规定:“摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳-12的原子数目相等。”“在使用摩尔时应予以指明基本单元,它可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子,或是这些粒子的特定组合。”上两段话应该看做是一个整体。0.012kg碳-12所包含的碳原子数目就是阿伏伽德罗常数(NA),实验测得的近似数值为NA=6.021687126645×10。摩尔跟一般的单位不同,它有1个特点:它计量的对象是微观基本单元,如离子,而不能用于计量物质。

1mol它以阿伏加德罗数为计量单位,不是以个数来计量分子、原子等微粒的数量。也可以用于计量微观粒子的特定组合,例如,用摩尔计量硫酸的物质的量,即1mol硫酸含有6.02×10个硫酸分子。摩尔是化学上应用最广的计量单位,如用于化学反应方程式的计算,溶液中的计算,溶液的配制及其稀释,有关化学平衡的计算,气体摩尔体积及热化学中都离不开这个基本单位。

摩尔质量是物质的质量除以物质的量,单位是克每摩尔(g/mol),摩尔体积是物质的体积除以物质的量,单位是立方米每摩尔(m/mol)。

摩尔质量、摩尔体积是物质的量的导出量,应用时必须指明基本单元,对于同一物质规定的基本单元不同,摩尔质量、摩尔体积就不同。

虽然阿伏加德罗常数是一个很大的数值,但用摩尔作为物质的量的单位使用起来却非常方便,它就像一座桥梁将微观粒子同宏观物质联系在一起。 

单位物质的量的物质所具有的质量,称为摩尔质量(molar mass),用符号M表示。当物质的质量以克为单位时,在数值上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。 

摩尔质量的常用单位为g/mol(克每摩尔),摩尔质量的国际制单位为kg/mol(千克每摩尔)。

对于某一纯净物来说,它的摩尔质量是固定不变的,而物质的质量则随着物质的量不同而发生变化。例如,1mol O2的质量是32 g,2 mol O₂的质量是64 g,但O2的摩尔质量并不会发生任何变化,还是32 g/mol。根据科学实验的精确测定,知道0.012kg 碳-12原子含有的碳原子数约6.02×10(阿伏加德罗常数)。 

我们知道,1mol不同物质中所含的分子、原子或离子的数目是相同的,但由于不同粒子的质量不同,因此1mol不同物质的质量也不同。那么,1mol不同物质的质量究竟是多少呢?

一种元素的相对原子质量是以C-12质量的1/12作为标准,其他元素的原子质量跟它相比较后所得到的。通过对物质的量概念的学习,我们又知道1mol C-12的质量为0.012kg,即0.012kg是6.02×10²³个C-12的质量。利用1mol任何粒子集体中都含有相同数目的粒子这个关系,我们就可以推知1mol任何粒子的质量。例如,1个¹²C与1个H的质量比约为12∶1,因此,1mol ¹²C与1mol H的质量比也约为12∶1。由于1mol ¹²C的质量为0.012kg,所以,1mol H的质量也就为0.001kg。

对于原子来说,1mol任何原子的质量都是以克为单位,在数值上等于该种原子的相对原子质量。例如, O的相对原子质量为16,1mol O的质量为16g; Na的相对原子质量为23,1mol Na的质量为23g。

对于分子来说,1mol任何分子的质量都是以克为单位,在数值上等于该种分子的相对分子质量(式量)。例如,O₂的相对分子质量为32,1molO₂的质量为32g; NaCl的相对分子质量为58.5,1mol NaCl的质量为58.5g。

离子是原子得到或失去电子而生成的。由于电子的质量很小,因此,原子在得到或失去电子后的质量仍然近似等于原子的质量。所以,对简单离子来讲,1mol任何离子的质量都是以克为单位,在数值上等于形成该种离子的原子的相对原子质量。例如,可以推知:Na⁺的相对原子质量为23,1mol Na⁺的质量为23g; Clˉ的相对原子质量为35.5,1mol Clˉ的质量为35.5g。

对于较复杂的离子,如原子团来说,1mol任何原子团的质量都是以克为单位,在数值上等于构成该原子团的原子的相对原子质量之和。例如, SO₄²ˉ的相对原子质量之和为96,1mol SO₄²ˉ的质量为96g;

NH₄⁺的相对原子质量之和为18,1mol NH₄⁺的质量为18g。

通过上述分析,我们不难看出,当单位为克时,1mol任何粒子或物质的质量在数值上都与该粒子相对原子质量或相对分子质量相等。我们将单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量。也就是说,物质的摩尔质量是该物质的质量与该物质的物质的量之比。摩尔质量的符号为M,常用的单位为g/mol或kg/mol。

对于上面所举例子来说,它们的摩尔质量分别为:

O的摩尔质量为16g/mol;

Na的摩尔质量为23g/mol;

O₂的摩尔质量为32g/mol;

NaCl的摩尔质量为58.5g/mol;

Na⁺的摩尔质量为23g/mol;

Cl的摩尔质量为35.5g/mol;

同理:C-12的摩尔质量为12g/mol。

物质的量(n)、物质的质量(m)和物质的摩尔质量(M)之间存在着下式所表示的关系:

n =m/M。 

为什么当你在Na的相对原子质量(23)加上g/mol后,就会等于1mol Na的质量为23g。

① 因为原子是由中子、质子、电子构成,所以原子的质量 = 核内中子质量 + 核内质子质量(电子的质量过小,可忽略。)由资料可知1个中子的质量为1.6749×10⁻²⁷kg,1个质子的质量为1.6726×10⁻²⁷kg。

即,Na的质量为12个中子×1.6749×10⁻²⁷kg+11个质子×1.6726×10⁻²⁷kg。

② 碳原子质量的1/12;指的是含有6个质子和6个中子的碳原子,它的质量的1/12。(等于1.66×10⁻²⁷kg)

即,(6个质子×1.6726×10⁻²⁷kg+6个中子×1.6749×10⁻²⁷kg)×(1/12)=1.66×10⁻²⁷kg。

③ 因为原子质量数过小,书写不便,所以,以碳原子质量的1/12为标准,与其它原子的质量跟它(碳原子质量的1/12)相比所得到的值,叫相对原子质量。

即,某原子的相对原子质量=(1.6749×10⁻²⁷kg×中子数+1.6726×10⁻²⁷kg×质子数)÷(1.66×10⁻²⁷kg)

④ 按事实算1 mol Na的质量的过程应为(11×1.6726×10⁻²⁷kg+12×1.6749×10⁻²⁷kg)×(6.02×10²³个)=23g。因为1÷(1.66×10⁻²⁷)×1000=6.02×10²³,所以可在相对原子质量后面加上g/mol,也会等于实际的质量。

摩尔质量与相对原子质量、相对分子质量的关系

(1)区别:摩尔质量是由物质质量除以物质的量得到的,单位是g/mol;物质的相对原子质量或相对分子质量,是以C12原子质量的1/12为标准,其他原子或分子的质量与它相比较而得到的。

(2)联系:摩尔质量以g/mol为单位时,在数值上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。即:1mol

物质的摩尔质量,该物质的相对分子(原子)质量三者数值相等,单位各不相同。 

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