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物质的量

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如何理解“物质的量”这个单位?

由定义可以看出,“物质的量”描述了微观粒子的数目。事实上,生活中有类似的例子。比如,我们常称十二颗鸡蛋为一打(英語:dozen)鸡蛋;若有二十四颗鸡蛋,则称之为两打鸡蛋;如果母鸡变异,你买下的二十四颗鸡蛋都是双黄蛋,那么你一共拥有四打蛋黄。

同樣,称  分子为 分子,若有  ,则称之为 分子,在这其中又有 原子。

但是值得注意的是,将物质的量用于宏观世界并不恰当。 是个相当大的数字。举个例子, 恒星的数量比人类已观测范围内的宇宙中的恒星数量还要大1~2个数量级。


物质的量(amount of substance)是一个表示一定数目微观粒子集合体的物理量,符号为 。其中,微观粒子包括而不限于原子、分子、离子、原子团、电子、质子、中子。

摩尔(mole)为物质的量的单位,简称为“摩”,符号为 。国际上一般认为, 微观粒子集合体所含的微观粒子数为 

阿伏加德罗常数是微观粒数与其对应的物质的量之比,是一个恒为 的常量,其符号为 。为了表示方便,阿伏加德罗常数的数值大小也可以用此符号表示。

在粗略估算或中学阶段的试题中,阿伏伽德罗常数可以以近似等于 

物质的量、阿伏加德罗常数、微观粒子数(用 表示)三者间存在下述关系:

物质的量=微观粒子数÷阿伏加德罗常数

 

物质的量可以计量任何微观粒子。用物质的量计量微观粒子时,应当用“数值+单位+微观粒子”的形式,指明所计量的微观粒子,例如 。指明的方式多种多样,可以用微观粒子的具体名称,也可以用符号或化学式表示。

物质的量是高中化学中一个极为重要的物理量。它将一定数量的微观粒子与可称量物质联系起来。高中化学中的计算,大多围绕物质的量展开。

摩尔质量

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单位物质的量的物质所具有的质量称为摩尔质量,其单位为 。其数值在粗略估算或中学阶段的试题中等同于该物质的相对式量的大小。

摩尔质量的定义式是:

 

其中 是物质的量, 是质量, 是摩尔质量。

气体摩尔体积

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你还曾记得初中时做过的电解水的实验吗?那时我们从电解出的氢气和氧气的体积比为2:1的事实中确定了水中氢氧原子的数量之比为2:1。这样的推断合理吗?

请你根据元素周期表和提供的数据,利用计算器补充下表:

0℃、101.325kPa下氢气和氧气的一些数据[1]
名称 密度  相对分子质量 单位物质的量的气体所占的体积 
  0.08988
  1.429

“0摄氏度、101.325kPa(1个标准大气压)”即所谓的“标准状况”。

可以发现,在0℃、101.325kPa下  在单位体积内物质的量似乎接近某个常量。这是普遍规律吗?仅仅靠这几个数据还不够,我们需要考察更多的气体。

0℃、101.325kPa下部分气体的一些数据[1]
名称 密度  相对分子质量 单位物质的量的气体所占的体积 
  1.250
  1.251
  0.716
  0.6942
  2.551
  1.98
  0.1786
  3.2

自检

到此,我们可以做一个猜想,即“同温同压下,气体粒子的物质的量与气体的体积成正比。”。这就是阿伏加德罗定律。

大量的实验数据表明,这个猜想是正确的。由此可见,“单位物质的量的气体所占的体积”是个比较重要的物理量。为了方便,我们把它叫做气体摩尔体积,用 表示,常用的单位为  

 

这个结论为什么成立呢?

气体是如此的易于流动,是因为组成气体的粒子十分疏散。气体粒子间的距离要远远大于其本身的直径。所以,同温同压下,粒子数相同的任何气体都有类似大小的体积。

换句话说,体积相等的不同气体所含粒子的数目相近,组成气体的粒子的种类对气体体积的大小影响不大。

参考

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  1. 1.0 1.1 数据来自英文维基百科相关条目

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