Дано:
Масса воды m = 18 г = 18 × 10^-3 кг,
Молекулярная масса воды M = 18 г/моль = 18 × 10^-3 кг/моль,
Молекула воды состоит из 10 электронов (8 электронов в атомах кислорода и 2 электрона в атомах водорода),
Число Авогадро N_A = 6,022 × 10^23 моль^-1,
Элементарный заряд e = 1,6 × 10^-19 Кл.
а) Сколько молекул воды содержится в ложке?
Найдем количество вещества воды в молях:
n = m / M = 18 × 10^-3 кг / 18 × 10^-3 кг/моль = 1 моль.
Теперь найдем количество молекул воды в 1 моле:
Количество молекул = n × N_A = 1 моль × 6,022 × 10^23 моль^-1 = 6,022 × 10^23 молекул.
Ответ: В ложке содержится 6,022 × 10^23 молекул воды.
б) Сколько электронов в одной молекуле воды?
Каждая молекула воды состоит из 10 электронов (8 электронов от атома кислорода и 2 электрона от атомов водорода).
Ответ: В одной молекуле воды содержится 10 электронов.
в) Сколько электронов в воде, находящейся в столовой ложке?
Для этого умножим количество молекул воды в ложке на количество электронов в каждой молекуле:
Количество электронов = 6,022 × 10^23 молекул × 10 электронов = 6,022 × 10^24 электронов.
Ответ: В воде, находящейся в столовой ложке, содержится 6,022 × 10^24 электронов.
г) Чему равен суммарный заряд всех электронов в воде, находящейся в столовой ложке?
Заряд одного электрона равен -1,6 × 10^-19 Кл. Суммарный заряд всех электронов будет:
Суммарный заряд = (Количество электронов) × (Заряд одного электрона) = 6,022 × 10^24 × (-1,6 × 10^-19) = -9,6352 × 10^5 Кл.
Ответ: Суммарный заряд всех электронов в воде, находящейся в столовой ложке, равен -9,6352 × 10^5 Кл.
д) Чему равен суммарный заряд всех положительно заряженных частиц в воде, находящейся в столовой ложке?
Каждая молекула воды состоит из 2 атомов водорода, каждый из которых несет по одному положительному заряду (по одному протону). Таким образом, каждый атом водорода имеет заряд +1,6 × 10^-19 Кл. Всего в воде 2 атома водорода в каждой молекуле.
Суммарный заряд всех положительно заряженных частиц (протонов) в воде:
Суммарный заряд = (Количество молекул) × (Количество атомов водорода в молекуле) × (Заряд одного протона)
= 6,022 × 10^23 молекул × 2 × 1,6 × 10^-19 Кл = 1,924 × 10^5 Кл.
Ответ: Суммарный заряд всех положительно заряженных частиц в воде, находящейся в столовой ложке, равен 1,924 × 10^5 Кл.