化学

5分でわかる「モル濃度」!溶液1L中に溶質が何モル溶けている?元研究員がわかりやすく解説

2.モルって何?モルを計算で出すには?

ここまでで、モル濃度が溶液 1 L 中に溶質が何モル入っているかを示す濃度だということは分かりました。

しかし、モルって何?モルを導き出さなければ、モル濃度も計算で出すことができないではないか。という疑問を持たれたかもしれません。

モルについてすでに理解されている方も、おさらいをかねて、今度はモルについてお話をしていきましょう。

2-1.モルとは何か?

化学では、原子や分子やイオンなど、目には見えないとても小さい粒子同士をくっつけたり離したりすることを考えます。ですから、粒子の「個数」がとても重要です。

しかし粒子はとても小さいので、おはじきみたいに目で見て数えたり、天秤で測ったりできません。そこで 12C 「12g」の中に含まれる 12C  原子の個数を基準とした単位を作ることにしました。

原子量の基準である12C 12 g の中には 12C 原子が「6.02×1023」個含まれています。この「6.02×1023」をアボガドロ数といい、6.02×1023 個の粒子の集まりを 1 モル(mol)と呼ぶことに決めたのです。

つまりモルとは粒子の量を表しているということになります。

そして、このモル(mol)を単位として表した粒子の量のことを物質量というのです。物質量はいくらでしょう?と聞かれたときは何モルでしょう?と同じことだという事を覚えておきましょう。

2-2.モルを計算で導く

モルが粒子の個数を表していることは分かりました。次にモルを計算で導くことを考えます。

物質は質量(g)で扱うことが多いので、モルとグラムがどのような関係にあるかを次にお話しましょう。

物質 1 モル当たりの質量(g)をモル質量と言います。モル質量は、原子量や分子量に g / mol をつけて表すのです。

例えば、炭素(C)の原子量は 12 と決まっています。このままの数値が 1 モルあたりの質量なので、炭素 1 モルは 12 g です。この事をモル質量で表すと、炭素原子のモル質量は 12 g / mol となります。

水(H2O)の分子量は 18 です。このことから水分子 1 モルは 18 g とわかります。これより、水分子のモル質量は 18 g / mol です。

以上のことを計算式で表すと、物質量(mol)=質量(g)÷ モル質量( g / mol )となります。

2-3.グラムとモルの変換の練習問題

モルを計算で算出できるようになるために、練習問題を解いてみましょう。

問題 1. 酢酸(CH3COOH )36 g の物質量は何モルでしょう? ただし、原子量 H = 1.0  O = 16  C = 12 とします。

まず酢酸の分子量を計算しましょう。

CH3COOH  の分子量は 12 × 2 + 1.0 × 4 + 16 × 2 = 60

なので、酢酸分子 1 mol は 60 g だとわかります。

このことをモル質量で表すと、CH3COOH のモル質量は 60 g / mol です。

では  CH3COOH 36 g は何モルでしょう?

物質量( mol )= 36( g )÷ 60( g / mol )

答えは 0.6 mol になります。

問題 2.  塩化ナトリウム( NaCl )0.8 mol は何グラムでしょう? ただし、原子量 Na = 23  Cl = 35.5  とします。

まず塩化ナトリウムの分子量を計算しましょう。

NaCl の分子量は 23 + 35.5 = 58.5

なので塩化ナトリウムのモル質量は 58.5 g / mol です。

では NaCl  0.8mol は何グラムでしょう?

NaCl は 1 mol で 58.5 g なので 0.8 mol では何グラムかを算出しましょう。

58.5 ( g / mol ) × 0.8 ( mol ) 

答えは  46.8 g になります。

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まず分子量を計算して、問われている分子や原子が「 1 モルあたり何グラムか」を導くことが必要なんだな。原子量は必ず問題文に記載されるから、覚えておかなくても大丈夫だぞ。

3.モル濃度について理解を深める練習問題

モルを計算で求められるようになったので、次にモル濃度を計算で求めてみましょう。

モル濃度は 1-3. で学んだ通り、モル濃度( mol / L )= 溶質の物質量( mol )÷ 溶液の体積( L )で導きます。

また溶液の体積は、次のように変換することもできることも使って計算しましょう。

溶液の体積( L )= 溶液の体積( mL )÷ 1000

3-1.溶質の質量と水溶液の体積からモル濃度を算出する

まず、一般的なモル濃度を算出する問題から練習しましょう。

問題 水酸化カリウム( KOH )14 g を水に溶かして 400 mL の水溶液を作りました。この水溶液のモル濃度は何 mol / L でしょう? ただし、原子量 H = 1.0  O = 16  K = 39 とします。

まず、KOH 14 g が何モルなのかを求めます。水酸化カリウムの分子量は 39 + 16 + 1.0 = 56

これより、KOH は 1mol で 56 g なので、 14 g では何モルかを算出しましょう。

14 ÷ 56 = 0.25 mol

次に水溶液は何リットルなのかを求めます

1 L = 1000 mL なので、400 mL = 0.4 Lです。

最後にモル濃度を求めましょう

モル濃度(mol / L)= 溶質の物質量( mol )÷ 溶液の体積( L )なので

0.25( mol )÷ 0.4( L )

答えは 0.625 mol / L となります。

3-2.モル濃度から水溶液中の溶質の質量を算出する

次にモル濃度が問題に与えられていて、そこから溶質の質量を算出する問題を解いてみましょう。

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wing1982