Mol, jisim dan bilangan zarah

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 sahaja: mol, jisim dan bilangan zarah. Ia pengiraan yang mengikat dua standard sebelumnya, jisim relatif (3.1) dan pemalar Avogadro (3.2), menjadi satu peta kerja yang membolehkan anda bergerak bebas antara jisim yang boleh anda timbang, amaun dalam mol, dan bilangan zarah sebenar. Hampir setiap soalan berangka dalam Kimia SPM, termasuk seluruh stoikiometri, melalui peta ini, jadi ia kemahiran paling berguna dalam bab.

Jisim molar: melekatkan gram pada mol

Penghubung antara jisim dan mol ialah jisim molar. Jisim molar sesuatu bahan ialah jisim atom relatif (Ar) atau jisim molekul relatif (Mr) yang dinyatakan dalam gram per mol. Dari segi nombor ia sama dengan Ar atau Mr, tetapi kini ia membawa unit g mol⁻¹.

• Ar natrium ialah 23, jadi jisim molar natrium ialah 23 g mol⁻¹, satu mol atom natrium mempunyai jisim 23 g.
• Mr air, H₂O, ialah 18, jadi jisim molar air ialah 18 g mol⁻¹, satu mol air mempunyai jisim 18 g.

Inilah sebabnya mol begitu berguna: ia membungkus pemalar Avogadro zarah menjadi jisim yang cukup kecil untuk ditimbang pada neraca. Ingat perbezaan daripada standard 3.1, Ar dan Mr tiada unit, tetapi jisim molar ada (g mol⁻¹).

Formula utama

Hubungan yang anda gunakan berterusan ialah:

Bilangan mol (n) = jisim (m) ÷ jisim molar (M)

yang disusun semula kepada m = n × M dan M = m ÷ n. Memasukkan dan mengeluarkan jisim daripada mol ialah separuh peta; pemalar Avogadro daripada standard 3.2 ialah separuh yang lagi.

Peta penukaran penuh

Bayangkan tiga kotak dalam satu baris, dengan mol di tengah:

jisim (g) ⇄ mol (mol) ⇄ bilangan zarah

• Untuk pergi daripada jisim ke mol, bahagikan dengan jisim molar.
• Untuk pergi daripada mol ke jisim, darabkan dengan jisim molar.
• Untuk pergi daripada mol ke zarah, darabkan dengan pemalar Avogadro, Pemalar Avogadro ialah 6.02 x 10²³ mol⁻¹.
• Untuk pergi daripada zarah ke mol, bahagikan dengan pemalar Avogadro.

Anda tidak boleh melompat terus daripada jisim ke bilangan zarah, anda mesti melalui mol di tengah. Menetapkan gambar ini dalam kepala mengelakkan kebanyakan kesilapan pada standard ini.

Contoh penyelesaian

Soalan. Kira (a) jisim 0.25 mol kalsium karbonat, CaCO₃, dan (b) bilangan unit formula yang terkandung. [Ar: Ca = 40, C = 12, O = 16; NA = 6.02 x 10²³ mol⁻¹ mol⁻¹]

Langkah 1, Cari jisim molar. Mr CaCO₃ = 40 + 12 + (3 × 16) = 40 + 12 + 48 = 100. Jadi jisim molar M = 100 g mol⁻¹.

Langkah 2, Tukar mol kepada jisim. m = n × M = 0.25 × 100 = 25 g.

Langkah 3, Tukar mol kepada bilangan zarah. Bilangan unit formula = n × NA = 0.25 × 6.02 x 10²³ mol⁻¹ = 1.505 × 10²³ unit formula.

Jawapan. (a) Jisimnya ialah 25 g. (b) Ia mengandungi 1.505 × 10²³ unit formula CaCO₃.

Soalan latihan

Soalan. Berapakah bilangan mol dalam 8.0 g natrium hidroksida, NaOH, dan berapa unit formula itu? [Ar: Na = 23, O = 16, H = 1; NA = 6.02 x 10²³ mol⁻¹ mol⁻¹]

Jawapan. Jisim molar NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 g mol⁻¹. Bilangan mol = jisim ÷ jisim molar = 8.0 ÷ 40 = 0.2 mol. Bilangan unit formula = 0.2 × 6.02 x 10²³ mol⁻¹ = 1.204 × 10²³ unit formula.

Petua peperiksaan

Sentiasa kira jisim molar dahulu dan tulis dengan unitnya, g mol⁻¹; sebahagian besar markah hilang pada standard ini datang daripada Mr yang salah dan bukan kaedah yang salah. Kemudian susun penukaran dalam langkah bernama, jisim → mol → zarah, supaya pemeriksa boleh mengikut dan memberi markah kaedah. Perhatikan unit pada setiap peringkat: jisim dalam gram, jisim molar dalam g mol⁻¹, dan jawapan dalam mol atau dalam bilangan zarah biasa (jangan sekali-kali dalam gram untuk bilangan zarah). Jika soalan memberi jisim dalam kilogram atau tan, tukar kepada gram sebelum membahagi.

Membaca soalan untuk arah yang betul

Kejayaan pada standard ini selalunya cuma memilih arah yang betul pada peta. Gariskan apa yang soalan beri dan apa yang ia minta. Jika ia memberi jisim dan meminta mol, anda bahagikan dengan jisim molar; jika ia memberi mol dan meminta jisim, anda darabkan. Jika ia meminta bilangan atom, molekul atau ion, bawa amaun kepada mol dahulu kemudian darabkan dengan pemalar Avogadro, dan jika ia meminta atom sesuatu unsur tertentu dalam sebatian, darabkan sekali lagi dengan berapa banyak atom itu muncul dalam formula. Perlahan untuk melabel “diberi” dan “dikehendaki” menukar soalan berbilang langkah menjadi rantaian pendek langkah tunggal yang anda sudah tahu.

Nota tentang membawa unit

Kerana standard ini menggabungkan dua unit, g mol⁻¹ bagi jisim molar dan mol⁻¹ bagi pemalar Avogadro, ia menghargai pelajar yang menulis unit pada setiap baris. Apabila anda membahagikan jisim dalam gram dengan jisim molar dalam g mol⁻¹, gram terbatal dan anda tinggal dengan mol, yang mengesahkan anda telah membahagi dengan cara yang betul. Apabila anda mendarab mol dengan pemalar Avogadro dalam mol⁻¹, mol terbatal dan anda tinggal dengan bilangan zarah tulen. Menggunakan unit sebagai semakan begini menangkap kesilapan paling biasa pada standard ini: mendarab sedangkan sepatutnya membahagi, atau sebaliknya.

Kedudukan dalam bab

Ini standard kandungan 3.3, teras pengiraan bab Konsep Mol, Formula Kimia dan Persamaan Kimia. Ia mengambil daripada jisim relatif dan pemalar Avogadro dan menyuap ke hadapan kepada isi padu gas, formula empirik dan stoikiometri. Latih penukaran dengan contoh penyelesaian dan uji diri anda dengan soalan latihan. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami melatih peta jisim–mol–zarah sehingga memilih arah yang betul menjadi automatik, kerana kemahiran ini mendasari markah dalam setiap pengiraan kemudian.

Ringkasan pantas

• Jisim molar = Ar atau Mr dalam gram per mol (g mol⁻¹).
• Bilangan mol = jisim ÷ jisim molar; jisim = mol × jisim molar.
• Peta: jisim ⇄ mol ⇄ zarah, sentiasa melalui mol.
• Darabkan mol dengan Pemalar Avogadro ialah 6.02 x 10²³ mol⁻¹ untuk sampai ke bilangan zarah; guna unit sebagai semakan.