モル濃度と質量パーセント濃度と質量モル濃度の違いと変換公式

高校化学では3つの濃度が出てきます。

・モル濃度
・質量パーセント濃度
・質量モル濃度

モル濃度

モル濃度は溶液1リットルに含まれる溶質の物質量(mol)で単位はmol/L。

例題

2mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液3Lに含まれる水酸化ナトリウムの物質量を求めなさい。

解答

2 × 3 = 6mol

6molの水酸化ナトリウムが含まれている。

質量パーセント濃度

質量パーセント濃度は溶液100gに含まれる溶質の質量(g)で単位は%。

溶液100gという点がポイントで、例えば36%の水酸化ナトリウム水溶液100gには36gの水酸化ナトリウムと64gの水が含まれています。

水酸化ナトリウム 36g
水 64g
水酸化ナトリウム水溶液 100g

例題

3%の硫酸300gにおいて水はどれだけ含まれているか?

解答

硫酸は

300 × 0.03 = 9g

含まれているため、水は

300 - 9 = 291g

ある。

質量モル濃度

質量モル濃度は溶媒 $1\ \mathrm{kg}$ に溶けている溶質の物質量( $\mathrm{mol}$ )で単位は $\mathrm{mol/kg}$ 。質量パーセント濃度と異なる点は溶媒 $1\ \mathrm{kg}$ という点。

問題

質量モル濃度 $5\ \mathrm{mol/kg}$ の水酸化ナトリウム水溶液 $6\ \mathrm{kg}$ に含まれる水酸化ナトリウムの物質量を求めなさい。

ここで $5\times{6}=30\ \mathrm{mol}$ 含まれている、という答えは誤りです。

水酸化ナトリウムのモル質量は $40$ 。

したがって質量モル濃度 $5\ \mathrm{mol/kg}$ の水酸化ナトリウム水溶液には、水 $1\ \mathrm{kg}$ について $40\times{5}=200\ \mathrm{g}$ の水酸化ナトリウムが溶けています。つまり $1200\ \mathrm{g}$ の水酸化ナトリウム水溶液に $200\ \mathrm{g}$ の水酸化ナトリウムが含まれているわけです。

水酸化ナトリウム水溶液 $6\ \mathrm{kg}$ では $1\ \mathrm{kg}$ の水酸化ナトリウムが入っていることになり、 $1000\div{40}=25\ \mathrm{mol}$ の水酸化ナトリウムが溶けている計算になります。

このように質量モル濃度が絡む問題は注意が必要です。

質量パーセント濃度からモル濃度への変換公式

水溶液の密度をd(g/mL)、溶質のモル質量をM(g/mol)、質量パーセント濃度をx(mol/kg)とすると、モル濃度は

10dx/M

となります。