物质的量浓度(简称 “浓度”)是化学中用于描述单位体积溶液里溶质物质的量的物理量,是连接宏观溶液体积与微观粒子数量的核心桥梁,广泛应用于溶液配制、化学反应计算、工业生产等领域。
单位体积的溶液中所含溶质 B 的物质的量,符号为c₈(B 代表溶质的化学式,如 c (HCl)、c (Na₂CO₃))。
(c_B = frac{n_B}{V})
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(c_B):溶质 B 的物质的量浓度,单位为摩尔每升(mol/L 或 mol・L⁻¹)(常用单位),也可表示为 mmol/L(毫摩尔每升)、μmol/L(微摩尔每升);
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(n_B):溶质 B 的物质的量,单位为摩尔(mol);
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V:溶液的体积,单位为升(L)(计算时需统一单位,如毫升 mL 需换算为 L,即 1L=1000mL)。
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溶液体积≠溶剂体积:物质的量浓度中的 “体积” 是溶液整体的体积(溶质 + 溶剂混合后的体积),而非溶剂(如水)的体积。例如:将 1mol NaCl 溶于 1L 水,所得溶液体积会略大于 1L,因此 c (NaCl)≠1mol/L。
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溶质的 “状态”:溶质可以是固体(如 NaCl)、液体(如 H₂SO₄)或气体(如 HCl),但计算时均需换算为 “物质的量”(n)。
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粒子的对应关系:若溶质在溶液中发生电离,需明确 “浓度对应的粒子”。例如:1mol/L 的 Na₂SO₄溶液中,c (Na⁺)=2mol/L、c (SO₄²⁻)=1mol/L(忽略水解时),因 1 个 Na₂SO₄电离出 2 个 Na⁺和 1 个 SO₄²⁻。
物质的量浓度的计算需围绕 “(c = frac{n}{V})” 展开,关键是通过已知条件(如溶质质量、气体体积、溶液密度等)求出n(物质的量)和V(溶液体积)。
步骤:
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根据溶质质量m和摩尔质量M(数值上等于相对分子 / 原子质量),计算物质的量:(n = frac{m}{M});
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将溶液体积V换算为升(L);
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代入公式(c = frac{n}{V})计算浓度。
示例:将 5.85g NaCl(摩尔质量 58.5g/mol)溶于水,配成 100mL 溶液,求 c (NaCl)。
解:
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(n(NaCl) = frac{5.85g}{58.5g/mol} = 0.1mol);
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(V = 100mL = 0.1L);
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(c(NaCl) = frac{0.1mol}{0.1L} = 1mol/L)。
稀释(或浓缩)过程中,溶质的物质的量保持不变(仅溶剂体积变化),因此有 “稀释定律”:(c_1 V_1 = c_2 V_2)
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(c_1、V_1):稀释前溶液的浓度和体积;
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(c_2、V_2):稀释后溶液的浓度和体积(体积单位需统一,如均用 mL 或 L)。
若已知溶液的质量分数(ω) 和密度(ρ,单位 g/cm³ 或 g/mL),可通过以下公式换算为物质的量浓度:(c = frac{1000ρ ω}{M}) 推导逻辑:
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取 1L(1000mL)溶液,其质量为(1000mL × ρ g/mL = 1000ρ g);
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溶质质量为(1000ρ g × ω);
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溶质物质的量为(n = frac{1000ρ ω}{M});
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1L 溶液的浓度(c = frac{n}{1L} = frac{1000ρ ω}{M})。
示例:市售浓盐酸的质量分数 ω=37%,密度 ρ=1.18g/cm³,求其物质的量浓度(HCl 摩尔质量 36.5g/mol)。
解:(c(HCl) = frac{1000 × 1.18 × 37%}{36.5} ≈ 11.9mol/L)(浓盐酸浓度通常约为 12mol/L,与计算结果一致)。
若气体溶于水形成溶液,需先根据气体体积(标准状况下)计算物质的量,再结合溶液体积求浓度:
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标准状况(0℃、101kPa)下,1mol 气体体积约为 22.4L,因此(n(气体) = frac{V(气体)}{22.4L/mol});
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溶液体积需通过 “溶液质量 ÷ 溶液密度” 计算(若未给出密度,可近似认为 “气体体积远小于水体积,溶液体积≈水的体积”,但需注意此近似有误差)。
实验室配制一定浓度的溶液(如 500mL 0.1mol/L NaCl 溶液),需遵循 “计算→称量→溶解→转移→洗涤→定容→摇匀” 的步骤,核心仪器为容量瓶(需标注规格,如 500mL)。
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称量:托盘天平(固体溶质)或量筒(液体溶质);
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溶解:烧杯、玻璃棒;
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定容:容量瓶、胶头滴管;
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转移:玻璃棒(引流,防止液体洒出)。
配制过程中,操作不当会导致浓度 “偏高” 或 “偏低”,核心逻辑是:c = n/V,n 偏小或 V 偏大→c 偏低;n 偏大或 V 偏小→c 偏高。