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通俗读本:物质的量

来源:未知作者:李小明 点击:所属专题: 摩尔

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碳原子有多种,好比街上卖的苹果,有山东品牌的,也有陕西品牌的。 12 C是其中最常见(占有率最高)的一种。 我们规定12g 12 C的物质的量为1摩尔。“物质的量”是一种物理量,而物理量是对物质各方面“大小多少高低”的一种量度。其基本单位是“摩尔”。物质的量的符号是n

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碳原子有多种,好比街上卖的苹果,有山东品牌的,也有陕西品牌的。12C是其中最常见(占有率最高)的一种。

我们规定12g12C的物质的量为1摩尔。“物质的量”是一种物理量,而物理量是对物质各方面“大小多少高低”的一种量度。其基本单位是“摩尔”。物质的量的符号是n,摩尔的符号是mol。

我们规定地球赤道的四千万分之一的长度为1米。这里“长度”是另一种物理量,“米”是长度的基本单位。

这种规定是必需的,否则,当代世界会为尺寸的混乱而陷入混乱。

然后,我们对这1mol12C进行测量,测量方法可能是物理方法,也可能是化学方法,可能是直接的方法,也可能是间接的方法。发现其中含有约6.02×1023个原子。

这个数值的正式名称叫阿伏加得罗常数,符号是NA。这就好比有个数值的正式名称叫圆周率,它的近似值是3.14。从前有个人叫苏轼,外号苏东坡。尽管知道苏东坡的人比知道苏轼的人多得多,如果他有身份证,身份证上写的多半还是苏轼。

我们不能只吃山东的苹果,也要吃陕西的苹果,我们还想吃梨、香蕉和西瓜。所以我们要推而广之。再作一个规定:凡含阿伏加得罗常数个微粒的物质为1mol。

这里的“微粒”就可以是各种原子、分子、离子、中子、质子、电子或其它各种“子”。在具体问题面前,这个微粒就是具体化的。你说你要吃水果,这没问题,但你到了水果店,不可以说“我买10个水果”,你得说清楚“我买10个水蜜桃”。

比如问:2mol H2SO4含几个分子?含几个氧原子?含几个原子?这都是很具体的,回答是1.20ⅹ1024个硫酸分子,4.82×1024个氧原子,8.43×1024个原子。4.82×1024个氧原子是8mol,8.43×1024个原子是14mol。

至此我们知道物质的量这个物理量表示的是物质微粒数的一种集合,它是不同于长度、质量等其它基本物理量的又一种独立的基本物理量。这个物理量的采用给我们对微粒数量的计量带来极大的方便。

吃饭时我们说:“我要一碗饭”,不会说:“我要三千粒米”。盛饭可以用饭勺,谁都不可能把三千粒米数到碗里。同理,某次做实验,需要5mol H2O,该物质的量表示的是3.01×1024个水分子,我们对此间的换算心知肚明,但后者是数不过来的。

感谢数学,给我们设置了6.02×1023这样一种指数表示方式,否则我们写出来的阿伏加得罗常数将是24位数的。但书写容易后会不会带来一个问题:我们对这个数字究竟大到什么程度缺少感受。

假定我们有6×1023粒大米,每20000粒大约1kg,这些大米约3×1019kg,或3×1016T。将这些大米分给全世界的人(世界人口以60亿(6×109)计),每人可分到5×106(五百万)T。

所以将阿伏加得罗常数用来作为宏观物质的计数是非常荒唐的。我们能说1mol 硫酸分子,能说1mol 米或1mol 苹果吗?

一个Mg原子的质量是一个12C原子质量的2倍;十个Mg原子的质量自然也是十个12C原子质量的2倍;6.02×1023个Mg原子的质量还是6.02×102312C原子质量的2倍。1mol12C原子的质量是12g,1mol Mg原子的质量就是24g。24也是Mg的相对原子质量。

一个O3分子的质量是一个12C原子质量的4倍;十个O3分子的质量自然也是十个12C原子质量的4倍;NA个O3分子的质量还是NA12C原子质量的4倍。1mol O3分子的质量就是48g。48也是O3的相对分子质量。

一个SO42离子的质量是一个12C原子质量的8倍;十个SO42离子的质量自然也是十个12C原子质量的8倍;NA个SO42离子的质量还是NA12C原子质量的8倍。Lmol SO42离子的质量就是96g。96也是SO42的式量。

这就是说物质的摩尔质量在数值上等于其相对原子质量或式量。12C的摩尔质量是12g/mol,Mg的摩尔质量是24g/mol,O3的摩尔质量是48g/mol,SO42的摩尔质量是96g/mol。

这是巧合吗?请同学们仔细考察,这个“圈套”是什么时候设下的。

前面第一个规定就是12g12C的物质的量为1mol。为什么设置的是12g,不是11g,也不是13g?看得出来,物质的摩尔质量在数值上等于其式量是以上过程的一种自然推论。

相对原子(分子)质量是一个相对值,是一个比值,一个“倍数”。一个Mg原子的质量是12C质量的1/12的24倍,这个24就没有单位(一个Mg原子的真实质量约4×10-23g)。1mol Mg是NA个Mg原子的集合,它重24g,这个质量是真实的,不是跟谁的比值。所以摩尔质量是有单位的。两个24,数值相同,含意完全不同。

2H2+O2→ 2H2O

对这个反应的数量关系我们有了三种说法:2g H2与16g O2反应生成了18g H2O;2NA个H2分子与NA个O2分子反应生成了NA个H2O分子;1mol H2与1mol O2反应生成了2mol H2O。对这三种说法在各种用途中的长短,你能做一个比较吗?

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