刚学化学,老师张口就是「1 mol 水」「NA = 6.02×10²³」「摩尔质量 18」——
听起来像另一门语言。其实先从1 mol 入手:它就是化学里数粒子的「批发单位」,背后连着 NA 这个换算系数。
学物质的量,先从 1 mol 入手:不管数的是原子、分子还是离子,1 mol = NA ≈ 6.02 × 10²³ 个指定粒子。NA(阿伏伽德罗常数)就是背后的计数换算系数——告诉你「1 mol 到底等于多少个」。
日常生活中,我们懒得一个一个数,就用「打」来批发计数:一打 = 12 个。一打鸡蛋是 12 个,一打苹果也是 12 个,一打乒乓球还是 12 个——「打」只负责规定个数,不管每个东西多重、多大。
每个约 50 g,一打约 600 g
每个约 200 g,一打约 2.4 kg
每个约 2.7 g,一打约 32 g
微观粒子(原子、分子……)太小、太多,一个一个数不现实。化学家定义了一个更大的「批发单位」——摩尔(mol):
1 mol 任何粒子 = NA ≈ 6.02 × 10²³ 个
就像「一打 = 12」一样,「1 mol = 6.02×10²³」是一个固定的换算关系,跟数的是鸡蛋还是苹果无关,跟数的是氢原子还是水分子也无关。
NA 本身不挑对象:只要是微观粒子,都能用 mol 来数。但有一个铁律——必须说清楚「数的是谁」,否则就像说「给我来一打」却不说是鸡蛋还是苹果,没法算账。
He、Fe 等以单个原子独立存在时,直接按原子数。1 mol C 质量 12 g。
数的是整个分子,不是里面的 H 或 O。O₂、H₂O 都按分子数。
带电的原子或原子团,如 SO₄²⁻ 作为一个整体计数。
电子、质子、中子等微粒同样适用——必须说清「数的是谁」。
| 说法 | 数的对象 | 粒子个数 | 类比(打) |
|---|---|---|---|
| 1 mol 氧原子(O) | 单个 O 原子 | 1 NA 个 | 1 打鸡蛋 = 12 个 |
| 1 mol 氧气(O₂) | O₂ 分子(2 个 O 成对) | 1 NA 个分子 | 1 打「成对的手套」= 12 双 |
| 1 mol 氧气里的氧原子 | 仍是这 1 mol O₂,改数单个 O | 2 NA 个 O | 同一 1 打手套,改数单只 = 24 只 |
| 2 mol 电子 | 电子 e⁻ | 2 NA 个 | 2 打苹果 = 24 个 |
| 0.5 mol H₂O | 水分子 | 0.5 NA 个 | 半打乒乓球 = 6 个 |
NA 是个天文数字,但 1 mol 不同物质在实验室里拿得到、看得见。固体、液体看质量;气体在标况下还可以看体积——后面第四步会细讲,这里先留个印象:
18 g,大约一个大汤匙
M = 18 g/mol12 g,约铅笔芯一小截
M = 12 g/mol56 g,约一颗小铁钉
M = 56 g/mol32 g,标况约 22.4 L
M = 32 g/mol仅 2 g,标况也是 22.4 L
M = 2 g/mol4 g,标况同样 22.4 L
M = 4 g/mol标况下,1 mol H₂、He、O₂ 体积都约 22.4 L(一样大!),但质量分别是 2 g、4 g、32 g——粒子数相同(都是 N_A 个),每个分子轻重不同。第四步会讲:这是摩尔体积 Vₘ 的奥妙。
6.02×10²³ 若每秒数 1 个,要数完 1 mol,约需 190 亿年——比宇宙年龄还长。所以用 mol 当「批发单位」,不一个一个数。
超市买水果,你可以按个数买:「给我 2 打鸡蛋、再来 1 打苹果。」店员不会一个一个数,直接按「打」交货;你回家一称,知道总共多重。化学计量也是这个逻辑——n 是买了几份(mol),M 是每份多重,m 是称出来的总质量。
每个鸡蛋约 50 g → 1 打(12 个)约 600 g。买 2 打:
换苹果:每个约 200 g,1 打约 2.4 kg。同样是 2 打,个数都是 24 个,但总重量差很多——因为每个苹果比鸡蛋重。
「2 打鸡蛋 = 24 个,约 1200 g」↔ 「2 mol 水 = 2NA 个分子,m = 36 g(因 M = 18 g/mol)」。份数(n)可以一样,总质量(m)不同——关键看每份多重(M),跟 1 打鸡蛋 vs 1 打苹果一个道理。
「我要 2 mol 水分子」——像说「给我 2 打鸡蛋」。1 mol ≈ NA 个粒子。
「1 打鸡蛋约 600 g」——1 mol 水约 18 g。固定属性,因物质而异。
买回家一称的总重量。倒 36 g 水就是 m = 36 g。
每个鸡蛋约 50 g,所以 1 打约 600 g——化学里也一样:每个粒子「有多重」,先用相对原子质量(周期表上常叫原子量)来比,再得到摩尔质量 M(g/mol)。1 mol 有多重,取决于你数的是哪种粒子(O 还是 O₂?)。
| 物质(数谁) | 相对原子/分子质量 | 摩尔质量 M | 怎么来的 |
|---|---|---|---|
| 氧原子 O | 16(无单位) | 16 g/mol | 周期表 O 一行,约 16 |
| 氧气 O₂ | 32(无单位) | 32 g/mol | 16 × 2(一个 O₂ 含 2 个 O) |
| 铁原子 Fe | 56(无单位) | 56 g/mol | 周期表 Fe 一行,约 56 |
| 水 H₂O | 18(无单位) | 18 g/mol | 1×2 + 16 = 18(按化学式加) |
总重量 ÷ 每份重量 = 买了几份。已知水的 M = 18 g/mol,倒了 36 g 水:
n = 36 g ÷ 18 g/mol = 2 mol——即 2 × NA 个水分子,就像 1200 g ÷ 600 g/打 = 2 打鸡蛋。
而1 个水分子的质量 ≈ 18 g ÷ NA ≈ 3×10⁻²³ g——这是「1 个鸡蛋多重」的级别,和「1 mol/1 打多重」差了整个 NA(或 12)的倍数。
第一步讲过「必须说清数谁」——这里用常考计算表和离子计数练手。O 与 O₂ 的类比见第一步表格,此处侧重 M、m 数值。
| 物质(1 mol) | 计数对象 | 粒子数 | 摩尔质量 M | 质量 m |
|---|---|---|---|---|
| 氧原子 O | 原子 | 1 NA 个 O | 16 g/mol | 16 g |
| 氧气 O₂ | 分子 | 1 NA 个 O₂ | 32 g/mol | 32 g |
| 1 mol O₂ 里的氧原子 | 改数单个 O | 2 NA 个 O | 16 g/mol* | 32 g |
1 mol 硫酸钠(Na₂SO₄)含有:
按化学式「拆开数」:总质量不变,但数的对象不同,粒子个数看角标。
继续「按份买」的类比:n 是买了几份,M 是每份多重——摩尔体积 Vₘ 就是「每份占多大地方」,单位 L/mol。就像 1 打乒乓球比 1 打鸡蛋占的箱子大得多(气体 mol 特别占地方)。
① 标准状况(0 ℃,101 kPa)下,任何气体的 Vₘ ≈ 22.4 L/mol。意思是:1 mol 氧气、1 mol 氢气、1 mol 氦气,在这个条件下体积都约 22.4 L——跟是哪种气体无关!
② 非标准状况(比如 25 ℃)不能直接用 22.4!固体和液体的 Vₘ 也各不相同,不能用 22.4,要用 Vₘ = M ÷ ρ(摩尔质量 ÷ 密度)。比如水:18 g/mol ÷ 1 g/cm³ = 18 cm³/mol。
你可以试试:选择物质,输入质量或物质的量,看 n = m/M 和(气体标况下)V = n × 22.4 怎么联动。
36 g 水 = 2 mol = 2 × 6.02×10²³ 个水分子。拖动质量,看 n 怎么变。