solution-concentration

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溶液の濃度と調製(質量パーセント濃度・密度とモル濃度の単位換算)
溶解}} 溶質}}(固体・液体・気体)が\textbf{\textcolor{cyan}{溶媒}}(液体)中に拡散して均一液体(\textbf{\textcolor{red}{溶液}})になる現象. \食塩(溶質)}}が\textbf{\textcolor{cyan}{水(溶媒)}}に\textbf{\textcolor{blue}{溶解}}して\食塩水(溶液)}}になる.質量パーセント濃度[\%]} 溶液\,[g]}中の溶質\,[g]}の割合[\%]質量パーセント濃度\,[\%]}=\bunsuu{\textcolor[named]{ForestGreen}{溶質\ [\text{g}]}}{\textcolor{red}{溶液\ [\text{g}]}}\times100=\bunsuu{\textcolor[named]{ForestGreen}{溶質\ [\text{g}]}}{\textcolor[named]{ForestGreen}{溶質\ [\text{g}]}+\textcolor{cyan}{溶媒\ [\text{g}]}}\times100}$}} 例として,\ 水180\,\text{g}\,に食塩20\,\text{g}\,を溶かした食塩水の質量パーセント濃度を求めてみる. \\[.2zh] 溶液(食塩水)は180\,\text{g}+20\,\text{g}=200\,\text{g}\ であり,\ そのうちの20\,\text{g}\,が溶質(食塩)である. \\[.2zh] よって,\ 質量パーセント濃度=\bunsuu{20}{200}\times100=0.1\times100=10\ \% \\[.2zh] ちなみに比でやると,\ 200\,\text{g}:100\,\%=20\ {モル濃度\溶液\,[\textbf{L}]}中の\textcolor{cyan}{溶質の物質量\溶質の物質量\ 溶液の体積\  \textbf{\textcolor{blue}{溶液の調製}}(\textcolor{blue}{1\,mol/L\,の塩化ナトリウム\ce{NaCl}水溶液の作り方}) \\[.5zh]  1\,mol\,の\ce{NaCl}}}をビーカー内で\textbf{\textcolor{red}{適量の水に溶かす}}. \\[.2zh]  1\,Lのメスフラスコ}}に移し,\ \textbf{\textcolor{red}{標線まで水を加えて栓をしてからよく振る}}. \\[2zh] 1\,\text{mol/L}\ は,\ \dot{溶}\dot{媒}\,1\,\text{L}\,中に溶質1\,\text{mol}\ \bm{ではない!}\ \ \bm{\dot{溶}\dot{液}\,1\,\text{\textbf{L}}\,中に溶質1\,\text{\textbf{mol}}}\ を意味している. \\[.2zh] よって,\ 1\,\text{L}\,の水(溶媒)に1\,\text{mol}の\ce{NaCl}(溶質)を溶かしても1\,\text{mol/L}\,の溶液を作ることはできない. \\[.2zh] 溶解の前後で体積が変化してしまうからである. \\[.2zh] ゆえに,\ \textbf{先に1\,\text{mol}\,の\ce{NaCl}を全て溶かした後,\ 溶媒(水)を加えてちょうど1\,\text{L}\,にする}のである. \\[1zh] 液体の体積を正確に測定するにはメスフラスコが必須である. \\[.2zh] メスシリンダーは正確さに欠けるので,\ 調製には使われない. 0.20\,mol/L\,の\ce{NaOH}水溶液75\,mLには\ce{NaOH}\,が何g含まれるか. $\ce{NaOH}=40$ \\[.8zh] \hspace{.5zw}(2)\ \ 18.4\,mol/Lの濃硫酸を水で薄めて,\ 0.20\,mol/Lの希硫酸500\,mLを調製したい.\\[.2zh] \hspace{.5zw}\phantom{(1)}\ \ 濃硫酸何\,mLを水で薄めればよいか. \\ モル濃度}必要な純粋硫酸\,の物質量}は  必要な濃硫酸は  化学反応の量的計算では,\ 質量パーセント濃度よりもモル濃度の方が便利である. \\[.2zh] 溶液の体積を調べるだけで,\ 溶液中に含まれる溶質の物質量が直ちに分かるからである. \\[1zh] (1)\ \ モル濃度に体積を掛けると直ちに物質量がわかるから,\ それを質量に変換すればよい. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ もちろん,\ すべて比で求められる.\ 0.20\,\text{mol/L}\,は,\ \textbf{1\,\text{L}あたり0.20\,\text{mol}}\,を意味している. (2)\ \ 通常硫酸というと,\ \bm{溶質の硫酸分子(\ce{H2SO4})と溶媒の水(\ce{H2O})の混合物(水溶液)}を指す. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ 希硫酸(水溶液)の調製では,\ \bm{溶質である硫酸分子(\ce{H2SO4})が必要量あればよい.} \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ それさえあれば,\ 後は必要なだけ水を加えて500\,\text{mL}に調製できるからである. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ まず,\ 硫酸分子の必要量を求めると,\ 0.10\,\text{mol}\,であることがわかる. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ 後は\textbf{18.4\,\text{mol/L}\,の濃硫酸何\,\text{mL}\,分に0.10\,\text{mol}\,の硫酸分子が含まれるか}を考えればよい. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ つまり,\ 1\,\text{L}:18.4\,\text{mol}=x\,\text{[L]}:0.10\,\text{mol}\ を計算すればよい.\ 最後単位を\,\text{mL}\,に換算する. 質量パーセント濃度98.0\,\%, 密度1.84\,g/cm$^3$の硫酸(分子量98.0)のモル濃度を求めよ. \\ 質量パーセント濃度・密度とモル濃度の単位換算}体積の単位を[L]に変換}}する.   \maru2 \ \mbox{比例計算により, \textbf{\textcolor{red}{[g]を[mol]に変換}}する.       \,\ \textbf{[\textcolor{red}{g}/L]\ \ $\bm{\xrightarrow{\textcolor[named]{ForestGreen}{比}}}$\ \   このうち98\%が硫酸であるから $1840\times0.98$ g/L 密度\,[\text{g/cm}^3]\,からモル濃度\,[\text{mol/L}]\,に単位換算するのが目標である. \\[.2zh] \text{g}\,と\,\text{cm}^3\,の両方を一気に変換するのは難しいので,\ \bm{1つずつ二段階で変換}する. \\[.2zh] まず,\ \text{cm}^3\,を\,\text{L}\,に変換する.\ 1.84\,\text{g/cm}^3\,は,\ 1\,\text{cm}^3\,あたり1.84\,\text{g}\,を意味する. \\[.2zh] よって1000倍すると,\ \textbf{1000\,\text{cm}$\bm{^3}$\,あたり1840\,\text{g}}\,であることがわかる. \\[.2zh] さらに,\ 1\,\text{L}=1000\,\text{cm}^3\,より,\ \textbf{1\,\text{L}\,あたり1840\,\text{g}}\,となる.\ つまり,\ 1840\,\text{g/L}\ である. \\[.2zh] ここで,\ 1840\,\text{g}\,は水溶液(硫酸分子+水)の質量である.\ \bm{硫酸分子はこのうちの98\%分}である. \\[.2zh] よって,\ 1840\times\bunsuu{98}{100}\,により,\ 硫酸分子の質量\,\text{[g]}が求まる.\ これは計算しないほうがよい. \\[.2zh] 後はこの質量\,\text{[g]}を\,\text{[mol]}\,に変換すればよい.\ つまり,\ 1\,\text{mol}:98\,\text{g}=x\,\text{mol}:1840\times0.98\,\text{g}\ である. \\[.2zh] 1\,\text{L}\,中に1840\times0.98\,\text{g}\,で,\ 1\,\text{L}\,中に何\,\text{mol}\,かを求めるから,\ 要は1840\times0.98\,\text{g}\,を\text{mol}\,にするだけ. \\[1zh] 上で計算しないでおけば,\ 最後にうまく約分できて綺麗に値が求まる. \\[.2zh] このように,\ 途中で計算してしまわず,\ \bm{式をすべて合体させた後でまとめて計算する}方がよい.