Примеры решения типовых задач
Задача 1. В стратосфере на высоте 20-30 км находится слой озона O3, защищающий Землю от мощного ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не "озоновый экран" в атмосфере, то фотоны с большой энергией достигли бы поверхности Земли и уничтожили на ней все живое. Подсчитано, что в среднем на каждого жителя Москвы в воздушном пространстве над городом (вплоть до верхней границы стратосферы) приходится по 150 моль озона. Сколько молекул O3 и какая масса озона приходится в среднем на одного москвича?
Решение. Запишем условие задачи в формульном виде:
n(O3) = 150 моль
M(O3) = 48 г/моль
NA = 6,02 . 1023 моль--1
N(O3) = ?
m(O3) = ?
В решении задачи используется уравнение, связывающее между собой число частиц N(O3) в данной порции вещества n(O3) и число Авогадро NA, а именно:
n(O3) = N(O3) / NA;
отсюда:
N(O3) = n(O3) . NA = 150 . 6,02 . 1023 [моль . моль--1] =
= 9,03 . 1025 m(O3) = n(O3) . M(O3) = 150 . 48 [моль . г/моль] =
= 7200 г = 7,2 кг
Ответ. В воздушном пространстве над городом на каждого москвича приходится 7,2 кг озона, или 9,03 . 1025 молекул O3.
Задача 2. В школьном химическом кабинете пролили на пол немного соляной кислоты, и к концу урока она полностью испарилась. Хотя хлороводород сильно токсичен и при вдыхании оказывает раздражающее действие, ученики не почувствовали никакого постороннего запаха. Много ли молекул HCl оказалось в воздухе, если масса хлороводорода, перешедшего в газообразное состояние, равна 1 г?
Решение. Запишем условие задачи в формульном виде:
m(HCl) = 1 г
M(HCl) = 36,5 г/моль
NA = 6,02 . 1023 моль--1
N(HCl) = ?
В решении этой задачи используется то же уравнение, что и в предыдущей, а именно:
n(HCl) = N(HCl) / NA;
отсюда: N(HCl) = n(HCl) . NA;
Чтобы найти количество хлороводорода n(HCl), необходимо воспользоваться соотношением: n(HCl) = m(HCl) / M(HCl)
Итоговая расчетная формула для решения задачи такова:
N(HCl) = [NA . m(HCl) ] / M(HCl) = [6,02 . 1023 . 1] / 36,5
[(моль--1 . г) : (г/моль)] = 1,65 . 1022
Ответ. В воздухе химического кабинета оказалось чрезвычайно много молекул HCl - 1,65 . 1022
Задача 3. Круговорот азота в природе включает: а) "биологическую фиксацию" при помощи клубеньковых бактерий и б) процессы окисления при атмосферных электрических разрядах. Во время грозы в воздухе образуется некоторое количество оксида азота неизвестного состава. Установлено, что абсолютная масса одной молекулы этого оксида азота составляет 4,99 . 10--23 г. Определите, какова формула этого вещества.
Решение. Чтобы установить формулу оксида азота NXOY, который получается во время грозы, достаточно узнать молярную массу этого соединения. Известные к настоящему времени оксиды азота состава N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5 имеют молярные массы, равные соответственно 44, 30, 76, 46, 92 и 108 г/моль.
Запишем условие задачи в формульном виде:
Mмол(NXOY) = 4,99 . 10--23 г
NA = 6,02 . 1023 моль--1
M(NXOY) = ?
Запишем уравнение, связывающее между собой молярную массу оксида азота M(NXOY), абсолютную массу молекул этого оксида Mмол(NXOY) и число Авогадро NA:
M(NXOY) = Mмол(NXOY) . NA = 4,99 . 10--23 . 6,02 . 1023
[г . моль--1] = 30 г/моль
Молярная масса, равная 30 г/моль, отвечает монооксиду азота NO.
Ответ. Формула образовавшегося во время грозы оксида азота -- NO.
