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主要内容

摩尔 浓度

溶液、溶质和溶剂的定义。如何使用摩尔浓度来量化溶质浓度,以及与摩尔浓度相关的计算。

要点

  • 具有均匀组成成分的混合物被称为 均质混合物溶液。
  • 具有非均匀组成成分的混合物被称为 异质 混合物。
  • 混合物中以最大量存在的化学物质被称为 溶剂,其他成分被称为 溶质
  • 体积摩尔浓度摩尔浓度 是每升溶液中溶质的摩尔数,可使用以下公式计算:
体积摩尔浓度=溶质的摩尔数 mol溶液的体积升L
  • 摩尔浓度可被用于在溶质的质量或溶质的摩尔数与溶液的体积之间进行换算。

简介:混合物和溶液

在现实生活中,我们经常会遇到一些物质是由不同元素和化合物组成的混合物。这种混合物的一个例子就是人体。你知道人体的质量大概有 57% 是水吗?我们基本上是由各种生物分子,气体和溶解在水中的无机物离子组成的混合物。 我不知道你怎么想,但我觉得这太令人难以置信了!
这是一张海边沙滩的照片。人们躺在沙滩巾上,身上覆盖着淡黄色的沙子,蓝绿色的海水中有一些游泳的人。海滩周围被小镇上的房屋环绕着。
除了沙滩上玩耍的人们的身体,沙滩上的海沙和海水也是混合物! 邦迪海滩照片 by penreyes on flickr, CC BY 2.0
如果这种混合物质是以一种在整个样本里平均分布的方式混合在一起,则它们被称为 均相 混合物。相反,如果混合物在整个样本中不是以平均分布的方式混合的,则被称为 异相
均匀混合物也称为 溶液,并且溶液中可含有固体,液体或气体的成分。我们经常希望能够量化溶液中各种物质的量,这被称为该种物质的 浓度。在本文中,我们将研究如何对溶液进行定量描述,并讨论在进行化学计量计算时如何使用这些信息。

摩尔浓度

溶液中以最大量存在的组成部分被称为 溶剂。在溶剂中混合的化学物质被称为 溶质,溶质可以是气体,液体或固体。例如,地球大气是由78% 氮气, 21% 氧气, 和 1% 氩气, 二氧化碳及其他气体组成的混合物。我们可以将大气看成是以氮气为溶剂的溶液,溶质为氧气,氩气和二氧化碳。
溶质的 体积摩尔浓度 或摩尔浓度定义为每升溶液中溶质的摩尔数(不是 每升溶剂!):
体积摩尔浓度=溶质的摩尔数 mol溶液的体积升L
体积摩尔浓度的单位是 摩尔数,它可以缩写为molar 或 M (发音为 "摩" )。溶质的摩尔浓度有时缩写成在溶质的化学式两边加上方括号。例如,溶液中氯离子的浓度可以写为 [Cl]。体积摩尔浓度允许我们在溶液的体积和溶质的摩尔数(或质量)之间进行转换。
概念检擦:青铜是一种合金,它可以被看成是由 ~88% 的铜与12% 的锡混合的成的固体溶液。那么青铜中的溶质和溶剂分别是什么?

例1:计算溶质的体积摩尔浓度

我们来思考一下这个问题, 把 2.355g 硫酸 H2SO4 溶解于水中制成溶液。溶液的总体积为 50.0mL。 那么硫酸的摩尔浓度 [H2SO4] 是多少?
要求得硫酸的摩尔浓度 [H2SO4],我们需要知道溶液中的硫酸是多少摩尔。我们可以使用硫酸的分子量 98.08gmol 将溶质的质量转换成摩尔:
mol H2SO4=2.355g H2SO4×1mol98.08g=0.02401mol H2SO4
我们现在可以在摩尔浓度方程中代入硫酸的摩尔数和溶液的总体积来计算硫酸的摩尔浓度:
[H2SO4]=溶质的摩尔数 mol溶液的体积 L =0.02401mol0.050L=0.48M
概念检查:在摩尔浓度是 4.8M 的 H2SO4 溶液中 H+ 离子的摩尔浓度是多少?

例 2:制备具有特定浓度的溶液

有时我们想要一个特定的溶液浓度和体积,我们想知道制作这样的溶液需要多少溶质。在这种情况下,我们可以重新排列摩尔浓度方程以求解溶质的摩尔数。
溶质的摩尔数 mol=体积摩尔浓度×溶液的体积升 L
例如,假设我们要制作 0.250L 水溶液,并且其中氯化钠的浓度是 [NaCl]=0.800M。那么制作这种溶液需要的溶质氯化钠,NaCl,的质量应该是多少?
我们可以使用重新排列的摩尔浓度方程来计算所需的 NaCl 的摩尔数:
NaCl的摩尔数 mol =[NaCl]×溶液的体积 L=0.800molL×0.250L=0.200mol NaCl
我们接下来可以使用氯化钠的分子量,58.44gmol,将 NaCl 的摩尔数转换成克 :
NaCl 的质量=0.200mol×58.44g1mol=11.7g NaCl
实践中,我们可以这样利用以上信息制作溶液。
步骤 1.  称重出 11.7g 氯化钠。
步骤 2.  将氯化钠放入干净干燥的烧瓶中。
步骤 3.  将水添加到装有 NaCl 的烧瓶中,直到溶液总体积达到 250mL
步骤 4.  搅拌直到 NaCl 完全溶解。
摩尔浓度的准确性取决于我们选择的玻璃器皿,以及我们用来测量溶质的天平的精确度。玻璃器皿决定了溶液体积的准确性。如果我们不是特别挑剔,我们可以将溶液混合在锥形瓶或烧杯中。如果我们想要特别精确,比如在为分析化学实验制作标准溶液的时候,我们可以将溶质和溶剂混合在 容量瓶 中(见下图)。
这是一张容量瓶的照片,它有一个梨形底座,顶部有一个非常细直的瓶颈。瓶中装有深蓝色溶液,溶液液面到达容量瓶的瓶颈处。
含有甲基蓝溶液(一种染料)的容量瓶。图片 来自 Amanda Slater on flickr, CC BY-SA 2.0

总结

  • 具有均匀组成成分的混合物被称为均相溶液。
  • 具有不均匀组成成分的混合物是 异相 混合物。
  • 混合物中以最大量存在的化学物质被称为溶剂,其他成分被称为溶质。
  • 体积摩尔浓度或摩尔浓度是每升溶液中溶质的摩尔数,可使用以下公式进行计算:
体积摩尔浓度=溶质的摩尔数 mol溶液的体积升L
  • 摩尔浓度可被用于在溶质的质量或溶质的摩尔数与溶液的体积之间进行换算。

试一试:沉淀反应的化学计量

摩尔浓度是对如沉淀反应或中和反应这种在溶液中发生的反应进行化学计量计算的一个非常有用的概念。例如,像 Pb(NO3)2(aq)KI(aq) 发生的沉淀反应。当这两种溶液混合时,黄色的 PbI2(s) 会从溶液中沉淀出来。这个反应的平衡方程是这样的:
Pb(NO3)2(aq)+2KI(aq)PbI2(s)+2KNO3(aq)
如果我们有 0.1L 摩尔浓度是 0.10M 的 Pb(NO3)2 溶液,那么需要添加多少体积摩尔浓度为 0.10M 的 KI(aq) 溶液才能使 Pb(NO3)2(aq) 完全反应?
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