摩尔质量是一摩尔物质的质量,单位是克每摩尔(g/mol)。求法是把化学式中每个原子的标准原子质量加起来。水 H₂O 的摩尔质量是 2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 g/mol。
摩尔是一个计数单位,就像「一打」一样。一摩尔等于 6.02214076 × 10²³ 个粒子。摩尔质量回答的是接下来这个实际问题:如果我想要这么多粒子,需要称出多少质量?答案就在周期表上,一次一个元素地查,而化学式会告诉你每种元素要数多少个。
三个步骤
1. 数出化学式中每种元素的个数。下标表示它前面那个原子的数量。括号后面的下标会乘以括号内的所有原子。所以 Ca(OH)₂ 含有 1 个钙、2 个氧和 2 个氢——这个 2 同时作用于括号内的两个原子,而不只是氢。
2. 用每种元素的个数乘以它的原子质量。原子质量就是周期表上元素符号下方的数字。碳是 12.011,氢是 1.008,氧是 15.999。
3. 把所有乘积加起来。总和就是以克每摩尔为单位的摩尔质量。建议在最后一步之前都保留小数,只在最后四舍五入一次。
例题:水,H₂O
两个氢原子和一个氧原子。氢:2 × 1.008 = 2.016。氧:1 × 15.999 = 15.999。加起来:2.016 + 15.999 = 18.015 g/mol。所以一摩尔水大约重 18 克,大概相当于一汤匙的量。
例题:葡萄糖,C₆H₁₂O₆
六个碳、十二个氢、六个氧。碳:6 × 12.011 = 72.066。氢:12 × 1.008 = 12.096。氧:6 × 15.999 = 95.994。加起来是 180.156 g/mol。可以看到碳和氧贡献了几乎全部的质量:氢占了 24 个原子中的 12 个,但质量占比还不到 7%。
例题:氢氧化钙,Ca(OH)₂
括号部分是最容易出错的地方。Ca(OH)₂ 表示 1 个钙加上 2 个 OH 基团,也就是 2 个氧和 2 个氢。钙:40.078。氧:2 × 15.999 = 31.998。氢:2 × 1.008 = 2.016。总计:74.092 g/mol。
水合物:CuSO₄·5H₂O 中的那个点
这个点不是乘号,也不是小数点。它表示这种晶体连带着水分子,前面的数字说明有多少个水分子。CuSO₄·5H₂O 表示 1 个硫酸铜单元加上完整的 5 个水分子:159.61 + 5 × 18.015 = 249.68 g/mol。漏掉这些水是实验计算中最常见的错误之一,因为它会让答案偏差超过三分之一。
摩尔质量、分子量、式量
这三个说的其实是同一个数字,只是用法略有不同。分子量(相对分子质量)是相对于碳-12 标准的一个比值,所以没有单位。摩尔质量是同一个数字,但带有克每摩尔的单位。式量是有些老师更喜欢用的说法,用于像 NaCl 这类形成晶格而不是独立分子的物质。水在这三种说法里都是 18.015。
周期表上的数字为什么带小数
因为它们是平均值。氯在自然界中是氯-35 和氯-37 的混合物,所以它的标准原子质量是 35.45——介于两者之间,但和哪一个都不完全相同。这个平均值正是称量大批样品时该用的数字,而这正是摩尔质量的用途。如果你需要的是某一种特定的同位素,可以用平均原子质量计算器看看这个加权是怎么算的。
常见错误
注意大小写:Co 是钴,但 CO 是一氧化碳,两者相差近 14 g/mol。括号后的下标要作用于括号内的所有原子。不要在加总之前把每种元素的原子质量四舍五入成整数,否则误差会累积。另外要记住,下标属于它前面紧邻的那个原子,所以 CH₃COOH 含有两个碳、四个氢和两个氧。
摩尔质量的用途
几乎所有定量化学计算都要用到它。把称出的质量换算成摩尔数,要除以摩尔质量;把摩尔数换算回质量,则要乘以摩尔质量。这就是克换算摩尔的全部原理,也是为什么摩尔质量通常是最先要算出来的东西。
核对你的答案
在下面输入任意化学式,和你自己的计算对照一下。详细拆分会显示每种元素的小计,让你清楚看出差异出在哪里。