物質的量濃度(molar concentration 或 mole concentration),是化學溶液分析中最常用的濃度單位之一,常用符號為c或C,單位為mol/L。 下面詳細講解物質的量濃度的定義、計算公式、典型舉例以及相關計算技巧。 一、定義 物質的量濃度 c : 指 1 升溶液中所含溶質的物質的量(以摩爾計)。 公式: [ c = \frac{n}{V} ] n :溶質的物質的量(mol) V :溶液體積(L) 二、常見計算問題及公式匯總 1. 已知溶質質量,計算物質的量濃度 溶質質量 ( m ) (g) 溶質摩爾質量 ( M ) (g/mol) 溶液體積 ( V ) (L) 步驟: 計算溶質的物質的量: [ n = \frac{m}{M} ] 計算濃度: [ c = \frac{n}{V} = \frac{m}{M \times V} ] 舉例: 欲配制500 mL(0.500L)0.10 mol/L NaCl溶液,需要多少NaCl? 設 m = ? c = 0.10 mol/L, V = 0.500 L, M(NaCl) = 58.44 g/mol [ \text{所需NaCl的物質的量}:n = c \times V = 0.10 \times 0.500 = 0.05 \text{ mol} ] [ \text{質量}:m = n \times M = 0.05 \times 58.44 = 2.922 \text{ g} ] ——即稱取 2.92 g NaCl 定容至 500 mL 即得。 2. 已知溶質物質的量與溶液體積,求濃度 直接用定義: [ c = \frac{n}{V} ] 3. 已知濃度與體積,求溶質的量(mol) [ n = c \times V ] 4. 已知濃度、體積,求溶質質量(g) 先用上述公式求得 n,再換算成質量: [ m = n \times M = c \times V \times M ] 5. 溶液稀釋計算 若原濃度為 ( c_1 ),體積 ( V_1 );稀釋后濃度 ( c_2 ),體積 ( V_2 )。 物質的量守恒(稀釋后溶質不變): [ c_1 \times V_1 = c_2 \times V_2 ] 或 [ c_2 = \frac{c_1 \times V_1}{V_2} ] 舉例: 取 50.0 mL 1.00 mol/L HCl 溶液,加水稀釋至 250.0 mL,稀釋后濃度多少 mol/L? [ c_2 = \frac{1.00 \times 50.0}{250.0} = 0.20\ \text{mol/L} ] 6. 標準滴定計算 平衡點時: [ c_1 V_1 = c_2 V_2 ] (通常是某一反應物與滴定劑的摩爾關系) 如果反應比例不是 1:1,需要乘以反應系數: [ c_1 V_1 \times \frac{1}{a} = c_2 V_2 \times \frac{1} ] (a、b分別是反應方程式中的化學計量數) 7. 國際單位制 物質的量濃度的標準單位:mol/L。實際報道時,有時用 mmol/L(1 mol/L = 1000 mmol/L)。 三、常見物質的量濃度計算題 1. 某溶液含有5.85 g NaCl,體積為1.00 L,求濃度。 摩爾質量 NaCl = 58.44 g/mol [ n = \frac{5.85}{58.44} = 0.100 \text{ mol} ] [ c = \frac{0.100}{1.00} = 0.100 \text{ mol/L} ] 2. 標準配制:配1 L 0.05 mol/L H?SO?,需多少濃硫酸? 假設濃硫酸質量分數98%,密度1.84 g/mL 所需 n = 0.05 mol 摩爾質量 H?SO? = 98.08 g/mol 所需質量 m = 0.05 × 98.08 = 4.904 g 所需體積 = m / (密度 × 質量分數) [ \text{所需濃硫酸體積} = \frac{4.904}{1.84 \times 0.98} \approx 2.71 \text{ mL} ] (實際需稀釋加水至1 L。操作要注意安全規范。) 四、相關單位換算 1 mol/L = 1000 mmol/L 1 L = 1000 mL 物質的量濃度與質量濃度關系:( c = \frac{\gamma}{M} ) ( \gamma ):質量濃度(g/L) ( M ):摩爾質量(g/mol) 五、計算常見注意事項 溶液體積須以升 (L) 為單位帶入公式 用摩爾質量換算時公式要分清(g←→mol) 配制稀溶液應先稱取、溶解、定容至規定體積 滴定計算需注意化學計量系數 物質的量濃度經常要與溶液稀釋操作結合使用 參考教材 《分析化學》第七版 高等教育出版社 《基礎化學實驗教程》 “中國藥典”相關濃度定義 |
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