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如何理解“物质的量”、“摩尔”等概念?

1971年,第十四届国际计量大会上通过将物质的量定为SI 的七个基本物理量之一。1978年,物质的量进入我国国家标准。

(1)物质的量及其单位

IUPAC所属符号和术语委员会主席(1967〜1969) M. L.麦 克格莱山(M. L. Mcglashan)指出:“一系统中某种基本单元B的物质的量定义为与这系统所含基本单元B的数量成正比的量。”(B表示指定基本单元的化学式)即N(B)n(B),N(B)=L • n(B)…①。

L是比例常数。①式表明物质的量n(B)是系统中指定的基本单元B的数目多少的衡量。国际计量大会对“物质的量”的单位摩 尔定义为:摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单 元数与0. 012 kg 12C原子数目(即阿伏加德罗常数NA)相等,NA是可以由实验测定的,最新测定的数据是NA = 6. 0220943 ×1023mol-1NA不是纯数,其单位为mol-1。采用摩尔作为物质的量的单位后,①式中的L=NA,于是N(B) = NAn(B)或n(B) = N(B)/NA …②。由②式可知,物质的量(n)是分子或其他基本单元数(N)与阿伏加德罗常数(NA)的商,这也可以作为物质的量的定义。

讲述物质的量和摩尔时要注意以下几点:

①在SI制中“物质的量”是一个专有名词,是衡量物质所含 的基本单元多少的量的名称。“物质的量”四个字是一个整体,不得简化或增添任何字。

②对于质量一定的物质,其物质的量是随指定的基本单元的不同而异的。例如:472 g Hg2Cl2含有1 mol Hg2Cl2或2 mol HgCl或 2 mol Hg,197 mol e-(电子)等。因此,在具体谈到物质的量和使用摩尔时要注明所指的单元。对于具体的基本单元,可用化学式来指明。例如:O2的物质的量可以表示为 n (O2),但不能说成或写成是氧的物质的量,因为这样说或这样写不明确,不知是n(O)、n(18O),还是n(O2)等。

③不能把物质的量的单位名称“摩尔”与“物质的量”混淆, 因此,不能将物质的量称为“摩尔数”。

④“摩尔是物质数量的单位”、“物质的量是以为计算单位的”等说法都没有体现出“物质的量”和“摩尔’’的基本含义, 不符合国际上有关概念的规定,但这都是不少教师常用的说法,不应继续使用。

物质的量和其他的物理量一样是物质的某种客观属性的量度。物理量的定义和符号都不包含特定单位的选择。一定数目的基本单元B——B的物质的量(n(B))确定了一这是客观存在,它不因单位的不同而变化。采用摩尔或者别的单位(事先定义)去计量它,测得的数值不一样,但每个数值与单位的乘积却都表示 同一量值的物质的量。所以,任何测定得到的数值都是一个纯数, 它只有与单位联系在一起才有意义,而物理量本身是独立于单位 的,不能把NA作计数单位作为定义物质的量的条件。另外,称NA, 为计数单位,摩尔是物质数量的单位也是欠妥的。在SI制中物质的量只有一个SI单位——摩尔,而摩尔也只能是物质的量的单 位,而不是物质数量单位。是定义摩尔,复现摩尔这一单位的基准,不能把NA说成另一单位。

(2)与物质的量有关的导出量

物理量本身是独立于单位的,即物理量的定义不应包含或暗含特定单位的选择。因此诸如“1摩物质的质量叫物质的摩尔质 量”等说法不妥。按此原则对与物质的量有关的导出量定义如下:

①摩尔质量。质量除以物质的量,M=m/n。或说单位物质的量的物质所具有的质量。SI单位为kg/mol,中学用其分数单位 g/mol。

②摩尔体积。体积除以物质的量,在273. 15 K和 101. 325 KPa时,理想气体的摩尔体积为(0. 2241410± 0. 00000019) m3/mol,中学一般采用约等于22. 4 L/mol。也可以 说“在标准状况下,单位物质的量气体所占有的体积叫做摩尔体 积”,中学采用L/mol为单位。

③B的浓度或B的物质的量浓度(c(B))。B的物质的量除以混 合物体积。在中学采用“用单位体积溶液中所含溶质b的物质的量来表示溶液组成的物理量,叫做溶质B的物质的量浓度”这一 说法,中学采用的单位为mol/L。

最后提一下,中学化学中拟以“化学计量数”这个物理量代 替化学方程式中“系数”的称谓,用符号如何理解“物质的量”、“摩尔”等概念?表示。

(责任编辑:化学自习室)
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