Номер 4, страница 27 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

4. Имеются три порции веществ: первая содержит 1 моль воды, вторая — 1 моль кислорода, а третья — 1 моль водорода. Что общего у этих трех порций и чем они различаются?

Дано:

Количество вещества воды: $ν(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ моль}$
Количество вещества кислорода: $ν(\text{O}_2) = 1 \text{ моль}$
Количество вещества водорода: $ν(\text{H}_2) = 1 \text{ моль}$

Найти:

Что общего у этих трех порций и чем они различаются?

Решение:

Что общего у этих трех порций

Согласно определению моля, 1 моль любого вещества содержит одинаковое число структурных единиц (в данном случае молекул). Это число равно постоянной Авогадро $N_A$.

$N_A \approx 6,022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}$

Следовательно, все три порции содержат одинаковое количество молекул. Рассчитаем его по формуле:

$N = ν \cdot N_A$

$N(\text{H}_2\text{O}) = N(\text{O}_2) = N(\text{H}_2) = 1 \text{ моль} \cdot 6,022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 6,022 \times 10^{23}$ молекул.

Ответ: Общим для всех трех порций является то, что они содержат одинаковое количество молекул, равное числу Авогадро ($6,022 \times 10^{23}$).

Чем они различаются

Несмотря на одинаковое количество молекул, порции различаются по ряду характеристик, так как состоят из разных веществ.

1. Химический состав и молярная масса. Молекулы веществ состоят из разных атомов, что приводит к разным молярным массам.
Относительные атомные массы: $Ar(\text{H}) \approx 1$, $Ar(\text{O}) \approx 16$.
Молярная масса воды ($H_2O$): $M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 1 + 16 = 18 \text{ г/моль}$.
Молярная масса кислорода ($O_2$): $M(\text{O}_2) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$.
Молярная масса водорода ($H_2$): $M(\text{H}_2) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$.

2. Масса. Так как молярные массы различны, массы порций по 1 моль также будут различаться. Массу можно найти по формуле $m = ν \cdot M$.
Масса 1 моль воды: $m(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ моль} \cdot 18 \text{ г/моль} = 18 \text{ г}$.
Масса 1 моль кислорода: $m(\text{O}_2) = 1 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} = 32 \text{ г}$.
Масса 1 моль водорода: $m(\text{H}_2) = 1 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 2 \text{ г}$.

3. Объем (при нормальных условиях). Нормальные условия (н.у.) — это температура 0 °C и давление 1 атм. При н.у. вода является жидкостью, а кислород и водород — газами.
Объем 1 моль любого газа при н.у. составляет $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.
Объем 1 моль кислорода: $V(\text{O}_2) = 1 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 22,4 \text{ л}$.
Объем 1 моль водорода: $V(\text{H}_2) = 1 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 22,4 \text{ л}$.
Объем 1 моль жидкой воды можно найти через её плотность ($ρ \approx 1 \text{ г/см}^3$ или $1000 \text{ г/л}$).
$V(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{ρ(\text{H}_2\text{O})} = \frac{18 \text{ г}}{1000 \text{ г/л}} = 0,018 \text{ л}$ (или $18 \text{ мл}$).
Таким образом, объемы порций различны.

4. Общее количество атомов. Молекулы состоят из разного числа атомов.
В 1 моль воды ($H_2O$): $1 \text{ моль} \cdot (2+1) = 3$ моль атомов.
В 1 моль кислорода ($O_2$): $1 \text{ моль} \cdot 2 = 2$ моль атомов.
В 1 моль водорода ($H_2$): $1 \text{ моль} \cdot 2 = 2$ моль атомов.
Количество атомов в порции воды отличается от количества атомов в порциях кислорода и водорода.

5. Физические и химические свойства. Вещества имеют разные температуры кипения и плавления, плотность, реакционную способность и т.д. Например, при н.у. вода — жидкость, а водород и кислород — газы. Водород горюч, кислород поддерживает горение, а вода — нет.

Ответ: Порции различаются: химическим составом (H₂O, O₂, H₂), молярной массой (18, 32 и 2 г/моль), массой (18, 32 и 2 г), объемом (при н.у. 0,018, 22,4 и 22,4 л соответственно), общим количеством атомов в порции, а также физическими и химическими свойствами.