物质的量在1971年第十四届国际计量大会(CGPM)上通过为国际单位制(简称为SI)的七个基本单位之后,1978年我国也把它纳入为国家标准(GB)和中华人民共和国法定计量单位中。它不但应用于自然科学各个领域中,而且广泛应用于工农业生产上,特别在农林牧领域中广泛应用,但使用中存在些问题,本文指出这些问题之后进一步说明了其正确的使用方法。
1“物质的量”的概念
物质的量(英文为Amountofsubstanee;法文为quantitematieve)是一个专有名词,是一个整体不得简化或增添任何字,不能按普通的字面意义来理解为表示物质数量多少的量。
物质的量是描述物质性质的一种物理量,是衡量物质所含的基本单元多少的量的名称。
现代科学技术的发展促使人们用宏观的量来量度微观粒子—分子、原子、离子、电子等等,换句话说,物质的是把微观的基本单元的数量与宏观的量联系起来的,从而广泛应用于化学与其它科学领域中的。
物质的量不是质量,与质量没有直接关系;物质的量是一数量,但不是一个简单的数量,它是与基本单元粒子数成正比的一个物理量,它与基本单元形式有关;但质量与物质的惯性成正比或与引力场成正比,与基本单元形式没关系,因此物质的量和质量是完全独立的两个基本单位。
在任何情况下,同“千克数”、“克数”不能代替质量,“公里”、“米”不能代替长度一样,决不能用“摩尔数”来代替物质的量。
有的人把物质的量写为“物元量”,从字面上看有一定的道理,但按法定计量单位来说,用“物质的量”还是正确的。
使用物质的量之后,应该废除过去使用过的旧单位,如克分子、克离子、克当量、克离子及其有关单位,这是因为物质的量比上面的单位适用范围更广泛。
物质的量符号为n。
2物质的量单位摩〔尔〕
物质的量也有计量单位,其单位为摩尔。摩尔来源于拉丁语moles,原意是大量和推量,是德国物理化学家W·Ostwald于1896年为描述相似原子或分子的一个固定数群而引入的。
物质的量n的计量单位是摩尔,往往以摩或mol来表示,有时以摩尔来表示。
mol的定义包括三个方面的含义:
(1)mol是一系统的物质的量。这说明mol是物质的量这一量的单位,不是质量等其它量的单位。
(2)该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳一12的原子数目相等。
这句话说明了mol这个单位的大小。只有某系统中基本单元B的数目与0.012kg‘ZC的原子数目相等,则物质B的物质的量n。~lmol。又如基本单元B的数目与0.o24kg,ZC的原子数目相等,则nB=Zmol。
在0.olZkg‘,C的原子数目是多少呢?就为Avogadro常数,其值NA为(6.002045士0.00031)义1023mol一‘,但常用的NA为6.022又10,3。也就是说lmol就是6.022又10,3个粒子的集会体。如:lmolHZO表示基本单元是HZO,该系统中含有HZO分子数为6.002义1023个.这个数值是惊人的。
(3)使用mol时应指明基本单元。
基本单元指的是分子、原子、离子、电子、光子及其它粒子,或是这些粒子的特定组合。
对具体的基本单元可用化学式、粒子符号及其状态或它们的特定组合来表示。女口:3H2。、告H20、HZO(s)、(12H2O+Nal)等物质的量都是正确的,但光说水的物质的量,则含义就不明确了。
另外,含有物质的量的导出量,如物质的量浓度、质量摩尔浓度、物质的量分数、摩尔体积、摩尔质量等也必须指明基本单元。
物质B的物质的量nB与某一系统中基本单元B的数目N。以及Avogadro常数之间的关系为:

有了mol定义,可以取消过去用过的“克分子”、“克原子”、“克当量”、“当量”等,可以用m。,来代替它们。如:lmol会HZso4取代1当量的硫酸;lmoL粤KMno4取代l克当量的KMno、(对Mno4,一+SH宁+se=MnZ++4HZo反应来说的)。
3摩尔质量M
质量m除以物质的量n,称为摩尔质量M,其单位为kg/mol或g/mol。若某系统i的质量为m(i),物质的量为n(i),则其摩尔质量M(i)为:

摩尔质量名称中的形容词“摩尔(的)”就是“除以物质的量”的意思。
任何元素原子或物质的分子的摩尔质量在数值上等于其原子相对质量(胯号为Ar,过去叫做原子量)或分子相对质量(其符号为Mr,过去叫做分子量),这样很方便地确定某一系统基本单元的m(i),并能计算出物质的量。如:HZO的相对分子质量Mr为18.01,所以HZO的M(H:O的M(H:O)~18.019/mol(或0.01801kg/mol)。所以,lmolHZO的物质的量和旧单位1克分子H:O的量是相同的,因而mol可代替克分子。
4物质的量浓度(简称为浓度)
表示某一系统中含量、成分的物理量分成为四类,即四个“分数”—质量分数、体积分数、物质的量分数和粒数分数;四个“浓度”—质量浓度、体积浓度、物质的量浓度和分子浓度;四个“比”—质量比、体积比、粒子比和物质的量比;以及质量摩尔浓度。从上可知物质的量浓度是表示物质的组成量度的一种。
在国家标准中,物质B的浓度或物质B的物质的量浓度定义为:B的物质的量除以混合物的体积。但对一般溶液来说,单位体积溶液中含有某溶质B的物质的量,称为该物质B的物质的量浓度(简称为浓度),用符号C(B)或C。,〔B〕表示,如果V(m,)溶液中含有溶质B的质量为m(B)(kg),物质的量为n(B),摩尔质量为M(B),则该溶溶液中溶质B的浓度为:

因为体积m3较大,常用的浓度单位为mol/dm,或mol/l。从而我们应该废除“摩尔浓度”、“体积摩尔浓度”和其符号M,并可以废除当量浓度和其符号N。
我们使用浓度单位时要注明基本单元。如:浓度为6mol/dm,的HZsO、溶液可写成c‘HZSO4,一6mo,/,或〔HZSO魂〕一6mo,/dm3;另外过去的‘N一HZSO‘一溶液可以写成C(省HZSO;)=lmol/dm3。
废除当量浓度后,在分析化学中以理论终点或等物质的量点代替等当点,等物质的量反应规则代替当量定律,即在酸碱滴定中用C,V,一c,v.来代替N,v,一N.v,。如:ZN.OH(aq)+HZso;(aq)~NaZso;(aq)+ZHZo(l)中可用C(ZN.OH)V(ZN。OH)~C(HZso、)V(HZso;)来计算。
其中关键在于如何选择基本单元,其方法较多。如:用“当量浓度”的习惯选用基本单元,以化学计量数在内的化学式作为基本单元等。
我们在这介绍物质的量NB和浓度C。量内换算法则—倒置法则,对nB、CB做量内换算时,如果把基本单元中的系数提到量符号前,则将这个系数进行倒置;反之,如将量符号前的系致砍进量不毕兀旧,则此杀致倒直石放进云。如,七吸百”)甲田杀致为,如果冬提到量符号cb一a乙别,贝组必倒直取刀了,即以丁匕)一万以廿)。nB也l可砰:LJdU式中的a、b都为零以外的正整数。
当a一1时,可以写成

当b一1时,可写成

如:过去IN(当量浓度)是鲁HZso;为基本单元的浓度,所以可表示为c(要HZso;);过去IM乙乙(摩尔浓度)是HZSO‘HZSO‘)~ZC(HZSO‘)为基本单元的浓度,现以c(HZso‘)表示,则它们之间的关系为

同理:

5使用物质的量及其单位时应注意的几点
(1)浓度指的是物质的量浓度CB或C(B),它不能包括其它浓度和“分数”、“比”、“质量摩尔浓度”,应该严格区别开来。
(2)M(B)和Mr分别代表物质的B的摩尔质量和物质的相对分子质量,不是代表浓度的,有时lmol/dm3溶液写成IM溶液是错误的。
(3)物质的量n和质量只有另外物理量—摩尔质量的参与下才能建立起关系,这同只有速度U的参与下,长度l和时间t可建立关系一样。如:1一u·t,n和m之间关系为mWl一—,旦犷111-n.IV】.n
(4)摩尔质量可表示为M(HZSO;)=989/mol,但不能写成lmol(HZso;)l=989,这是因为等号两边给出的量纲是不同的两个星。
(5)浓度的单位mol/dm3可写成mol·dm一3;mol/l;mol·l一‘;mol/l;mol·L一‘,它们都是同一个意思。浓度的单位mol/m3也可写成mol·m一,,但这个单位比mol/dm,小1000倍的。
(6)按法定计量单位,以物质的量浓度来代替摩尔浓度、当量浓度、体积摩尔浓度、克分子浓度等,决不使用后边的名词。
参考文献
〔1〕胡美玲.中等化学应贯彻“量和单位”系列国家标准.1996(5)
〔2〕叶锡模等编.普通化学在北林业大学出版社.1988
〔3〕金哲编,关于物质的量和单位(油印).1986
〔4〕李慎安,刘天和.化学教育.1985(3):41一47
〔5〕王致勇,吕维纯.化学教育.1985(3):48一49
〔6〕法定计量单位.专辑吉林省标准计量情报研究所(内部刊物)
〔7〕会议报导.全国化学量和单位学术会在承德学行.化学教育.1991(6)
本文作者:俞哲洽 朴凤玉
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