分子量实际上告诉您什么
元素周期表上的每个原子都有一个质量,每个分子只是固定数量的原子结合在一起。将公式中所有物质的原子质量相加,即可得到分子量——该物质的一摩尔(6.022×10^23 分子)的质量,以克每摩尔表示。这个数字可以让化学家从写在纸上的公式转变为可以在天平上称出的实际数量。
这在实验室中始终很重要:反应以摩尔为单位,因为这是原子结合的方式,但天平衡量的是克。分子量是两者之间的换算系数。如果出错,溶液的浓度将达到预期的两倍,或者反应中途耗尽一种试剂。
手工解决
每次的过程都是相同的:将公式分解为元素及其计数,查找每个元素的原子量,相乘,然后将所有内容加在一起。水是最简单的例子。
H2O = (2 × H) + (1 × O)
= (2 × 1.008) + (1 × 15.999)
= 2.016 + 15.999 = 18.015 g/mol
括号的工作方式与代数中的相同 - 里面的内容都会乘以右括号后面的下标,然后结果折叠到总数中。氢氧化钙 Ca(OH)2,一个钙原子上连接有两个羟基:
Ca(OH)2 = Ca + 2 × (O + H)
= 40.078 + 2 × (15.999 + 1.008)
= 40.078 + 31.998 + 2.016 = 74.092 g/mol
对于像葡萄糖 C6H12O6 这样的较大分子,每个元素都重复相同的规则:六个碳、十二个氢、六个氧,每个元素乘以自己的原子量并求和。该计算器可以立即准确地执行该算术,并显示每个元素的细分,以便您可以检查工作。
水合物:当水是晶体的一部分时
Some compounds crystallize with water molecules locked into their structure — copper sulfate pentahydrate, CuSO4·5H2O, is a classic example, and the bright blue crystals you might recognize from a chemistry set. The dot (or a raised middle dot, ·) means "plus, separately": calculate the anhydrous compound and the water as two blocks, then add them.
CuSO4 = 63.546 + 32.066 + (4 × 15.999) = 159.608 g/mol
5H2O = 5 × 18.015 = 90.075 g/mol
CuSO4·5H2O = 159.608 + 90.075 ≈ 249.68 g/mol
这就是为什么同一化合物的无水形式和水合物形式具有明显不同的摩尔质量——水不是四舍五入误差,在这种情况下,它大约占晶体总重量的 36%。将水合物加热到足够的程度,它会失去水分,留下较轻的无水粉末。
为什么原子量是小数而不是整数
元素周期表中氯元素的排位为 35.453,而不是整齐的 35 或 37——这并非不精确。氯以同位素混合物形式天然存在,主要是氯 35 和氯 37,列出的值是您在自然界中遇到的每个原子的丰度加权平均值。 IUPAC 和 NIST 维护这些标准原子量,计算器使用每个元素的已发布值,因此结果与您从印刷的元素周期表或实验室参考表中获得的结果一致。
将分子量转换为克和摩尔
一旦知道摩尔质量,克和摩尔之间的转换就是一除法或乘法:
moles = mass (g) ÷ molar mass (g/mol)
mass (g) = moles × molar mass (g/mol)
这种单一的关系支撑着解决方案的准备——将此计算器与摩尔浓度计算器让您直接从目标浓度到需要称量的固体的精确质量 - 以及化学计量,其中平衡方程中的每种反应物和产物都通过其自身的摩尔质量进行转换,以计算出产率和剩余试剂。