Кількість речовини. Постійна Авогадро

План-конспект уроку фізики  _________

в 10 класі

Тема. Кількість речовини. Постійна Авогадро

 Мета уроку:

навчальна - ознайомити учнів з поняттям: «кількість речовини, оди­ниця кількості речовини, постійна Авогадро»

 розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною  літературою та виявлення творчих здібностей при розв’язуваннні вправ;

виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і  розв’язуванні завдань та навчити дітей «бачити» фізику навколо себе

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Хід уроку

І. Організаційна частина

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Кількість речовини

У минулому столітті італійський вчений Авогадро виявив див­ний факт: якщо два різних гази знаходяться в посудинах з одна­ковим об’ємом, однаковою температурою й тиском, то в кожній по­судині знаходиться одне і те ж число молекул. Зауважте, маси газів при цьому можуть відрізнятися дуже сильно: наприклад, якщо в одній посудині водень, а в іншому — кисень, маса кисню в 16 ра­зів більше за масу водню. Це означає, що деякі, причому досить важливі, властивості тіла визначаються числом молекул у цьому тілі: число молекул виявляється навіть більш істотним, ніж маса.

^ Фізична величина, яка визначає число молекул у даному тілі, називається кількістю речовини й позначається літерою ν.

Так як маси окремих молекул відрізняються одна від одної, то однакові кількості різних речовин мають різну масу. Напри­клад, 10²⁵ молекул водню й 10²⁵ молекул кисню вважаються одна­ковою кількістю речовини, хоча мають різні маси (33,45 г і 531,45 г відпоповідно). Таким чином, маса не є мірою кількості речовини. Одиницею кількості речовини є моль:

один моль — це кількість речовини, яка містить стільки ж молекул, скільки атомів вуглецю міститься в 12 г вуглецю.

Для більшості розрахунків (у тому числі під час вирішення за­вдань) можна прийняти, що один моль містить стільки ж молекул, скільки атомів водню міститься в 1 г водню.

2. Відносна молекулярна маса

Маси окремих молекул дуже малі. Наприклад, маса однієї мо­лекули води близько 3 • 10^-26 кг. Молекули інших речовин мають маси такого ж порядку. Так як маси молекул дуже малі, зручно використовувати в розрахунках не абсолютні значення мас, а від­носні. За міжнародними стандартами маси всіх атомів і молекул порівнюють з 1/12 маси атома вуглецю. Головна причина такого вибору полягає в тому, що вуглець входить у велике число різних хімічних сполук. Однак для більшості розрахунків (у тому числі під час розв’язання задач) можна прийняти, що одна атомна оди­ниця маси (1 а.о.м.) дорівнює масі атома водню.

^ Масу молекули, виражену в атомних одиницях маси, назива­ють відносною молекулярною масою. Відносна молекулярна маса позначається М_r.

Відносна молекулярна маса М_r дорівнює відношенню маси мо­лекули т₀ даної речовини до 1/12 маси атома вуглецю т_ос :

Аналогічно до відносної молекулярної маси визначається й від­носна атомна маса, як маса атома, виражена в атомних одиницях маси. Значення відносної атомної маси для даної речовини можна знайти за допомогою таблиці Менделєєва, округливши наведене в ній значення до цілого.

Наприклад, відносні атомні маси гелію, вуглецю й кисню рівні відповідно 4, 12 і 16. Щоб визначити відносну молекулярну масу речовини, необхідно знати його хімічну формулу й відносні атомні маси атомів, що входять до складу молекули даної речовини.

Наприклад, відносна молекулярна маса води дорівнює 18, тому що відповідно до хімічної формули води (Н₂0), молекула води складається з двох атомів водню (з відносною атомною масою 1) і одного атома кисню (з відносною атомною масою 16).

3. Постійна Авогадро

Число N молекул, що містяться в тілі, пропорційне кількості речовини ν, що містяться в цьому тілі: N ~ ν. Коефіцієнт пропо­рційності називають постійної Авогадро й позначають N_А.

^ Кількість молекул в одному молі називається постійною Аво­гадро: N_А = 6,02 10²³ г/моль.

Маса одного моля води, що містить N_А молекул, дорівнює 18 г, а маса однієї молекули води дорівнює 18 а.о.м. Таким чином, по­стійна Авогадро є переказним множником між грамом і атомною одиницею маси: в одному грамі міститься атомних одиниць маси.

Так як постійна Авогадро чисельно дорівнює числу молекул в одному молі, то

Якщо кількість речовини в даному тілі відома, то легко знайти число молекул N цьому тілі:

4. Молярна маса

^ Масу одного моля речовини називають молярної масою.

Маса т тіла пропорційна кількості речовини ν, що містить­ся в даному тілі. Тому відношення т/ ν характеризує речовину, з якої складається це тіло: чим «важчі» молекули речовини, тим більше це відношення.

^ Відношення маси речовини т до кількості речовини V назива­ється молярною масою і позначається М:

Якщо взяти в цій формулі ν = 1, отримаємо, що молярна маса речовини чисельно дорівнює масі одного моля цієї речовини.

Одиницею виміру молярної маси в СІ є кг/моль, оскільки маса вимірюється в кілограмах, а кількість речовини — у молях. Напри­клад, молярна маса водню дорівнює

М =2 г/моль = 2*10^-3 кг/моль.

Якщо молярна маса М і кількість речовини відомі, можна зна­йти масу речовини:

т = ν М.

Знання постійної Авогадро дозволяє знайти масу однієї моле­кули. Дійсно, нехай дане тіло містить 1 моль речовини. Тоді маса тіла чисельно дорівнює М, а число молекул у ньому чисельно до­рівнює Позначаючи масу однієї молекули т₀, отримуємо

Можна сказати, що — це «місток» між макросвітом (світом оточуючих нас тіл) і мікросвітом (світом атомів і молекул). Якщо дане тіло містить ν молей речовини, то число молекул N у цьому тілі визначається виразом:

Відношення числа молекул N до об’єму V, займаному цими молекулами, називається концентрацією молекул і позначається п:

Концентрація молекул вимірюється в 1/м³.

Питання до учнів під час викладення нового матеріалу

• Чому молекулярна фізика використовує відносні величини для вимірювання маси?
• Виразіть у кг / моль молярну масу водню, кисню й вуглекисло­го газу.
• Яка відносна атомна маса атома водню? відносна молекулярна маса молекули водню? молекули води? молекули вуглекислого газу?
• Як можна обчислити масу молекули будь-якої речовини?
• Як знайти число молей речовини в тілі, якщо відома його маса?
• Як знайти число молей речовини в тілі, якщо відомо число час­тинок у ньому?

IV.ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Тренуємося розв'язувати задачі

• Скільки молей міститься в 10 г кисню?
• Яка маса 2 молей води?
• Яка маса молекули вуглекислого газу?
• Який об’єм займають 2 моля алюмінію?
• Маса якої молекули більша — аміаку (N113) чи азотної кислоти (НК03)?

Контрольні запитання

У чому вимірюють кількість речовини?

Скільки молекул в одному молі?

Як дізнатися відносну молекулярну масу речовини?

Як пов’язані маса молекули, молярна маса й постійна Авогадро?

Як визначити кількість молекул у даному тілі, якщо відомі маса тіла й молярна маса речовини?

Що ми дізналися на уроці

V.Домашнє завдання

Конспект.

Розв’язування задач:

р1):

•    Яка молярна маса гелію? урану?
•    Яка молярна маса міді? ртуті?
•    Яка маса 50 моль вуглекислого газу?
•    Яка маса атома літію? атома золота?

р2):

Відомо, що 1,51023 молекул газу мають масу 11г. Який це газ?

•    Яку масу мають 3*10²³  атомів ртуті?
•    Чи вміститься в трилітровій банці 50 моль ртуті? Густи­на ртуті 13 600 кг/м3.
•    У якому об’ємі води міститься 1018 молекул (вода зна­ходиться в рідкому стані)?

рЗ):

•    Визначте густину кисню, якщо відомо, що в об’ємі л міститься 6*10²² його молекул.
•    Скільки молекул азоту знаходиться в посудині об’ємом 7 л, якщо густина азоту 2 кг/м³?
•    Яка товщина гасової плівки на поверхні води, якщо гас масою 1,6 г утворив плями площею 200 м²? Який висно­вок можна звідси зробити про розміри молекул? Густи­на гасу 800 кг/м³.
•    Під час нікелювання виробу його покривають шаром нікелю товщиною 1,5 мкм. Скільки атомів нікелю міс­титься в покритті, якщо площа поверхні виробу дорів­нює 800 см²? Густина нікелю 8 900 кг/м³.
•    Д.: підготуватися до самостійної роботи «Основні положення МКТ».