センター化学基礎「モル濃度と質量パーセント濃度」典型パターンをマスター

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センター試験「化学基礎」科目で出題される内容で、濃度の計算が苦手な生徒が多く見受けられます。とくに、モル濃度と質量パーセント濃度が混在するタイプで戸惑っているようです。今日は密度を使ったモル濃度と質量パーセント濃度の計算に挑戦しましょう。

モル濃度とは

モル濃度とは、溶液1Lに対して物質が何mol溶けているかを表す量です。単位は[mol/L]で溶液1Lに物質が〇〇mol溶けていますよということを表しています。

  • 水酸化ナトリウム水溶液2.0mol/L
    水酸化ナトリウム水溶液1L中に、固体の水酸化ナトリウムNaOHが2.0mol溶けている。
  • 塩酸0.5mol/L
    塩酸1L中に、気体の塩化水素HClが0.5mol溶けている。
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モル濃度の基本計算

モル濃度[mol/L]は、溶液1L中に物質が何mol溶けているかを表しています。まずは基本的な計算をマスターしましょう。

  • 2.0mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液100mLに水酸化ナトリウムは何g溶けているか。
    まずは2.0mol/LのNaOH水溶液100mL中に何molの水酸化ナトリウムNaOHが溶けているか計算します。
    2.0mol/L ×100/1000 = 0.2mol
    次に、0.2molの水酸化ナトリウムNaOHが何gか計算します。
    NaOHの式量は各原子量を合計し、
    23+16+1=40
    原子量や式量、分子量は1molあたりの質量と同じなので、NaOHが1molあれば40g/molになります。したがって、NaOH 0.2molの質量は、
    40g/mol × 0.2mol = 8.0g
  • 0.5mol/Lの塩酸を200mLつくるには塩化水素は何L必要か。
    まずは何molの塩化水素が必要かを計算します。0.5mol/Lの塩酸を200mLつくるためには、
    0.5mol/L × 200/1000 = 0.1mol
    気体の塩化水素HClが0.1mol必要であるとわかります。
    どんな物質であろうと、気体の場合1molの体積は22.4Lなので、0.1molの気体の体積は、
    22.4L × 0.1mol = 2.24L

質量パーセント濃度

質量パーセント濃度とは、その名の通り質量を使って求めた濃度です。単位は[%]を使います。溶液の質量に対して溶質が何g溶けているかを百分率で表したものです。次の計算式で求めることができます。

  • 質量パーセント濃度 = 溶質の質量[g]/溶液の質量[g] ×100

水溶液全体の質量に対し、溶けている物質の質量が何%になるかをあらわしただけです。

質量パーセント濃度の基本計算

質量パーセント濃度は、質量のみを使って濃度を計算します。基本計算をまず行ってみましょう。

  • 水100gに水酸化ナトリウム25gを溶かしたときの質量パーセント濃度は。
    溶液の質量は、
    水100g+水酸化ナトリウム25g=125g
    このうち、溶けている水酸化ナトリウムは25gなので、
    25/125 × 100=20%
  • 10%の希硫酸196g中にH2SO4は何mol存在するか。
    ます、希硫酸196g中にH2SO4が何g溶けているかを計算します。
    196g × 0.1 = 19.6g
    次に、H2SO4の分子量を求めます。各原子量を合計し、
    1×2+32+16×4=98g/mol
    最後に、H2SO419.6gが何molなのかを計算します。
    19.6/98 = 0.2mol

質量パーセント濃度からモル濃度を計算する

濃度の計算でよく出題される問題が、質量パーセント濃度をモル濃度に直したり、モル濃度を質量パーセントに直す計算です。2つの濃度をつなぐ架け橋として密度[g/cm³]が与えられます。

密度[g/cm³]を使うことで、[g]を[L]に、[L]を[g]に変換することができます。ここで知っておくべきっことは次の通りです。小学校で習ったことです。

  • 1mL = 1cm³
  • 1L = 1000mL =1000cm³

それでは問題に挑戦しましょう。

問題

質量パーセント濃度98%の濃硫酸の密度は1.8g/cm³である。この濃硫酸のモル濃度はいくらか。原子量は次の通りである。
H…1、S…32、O…16

解答・解説

モル濃度を計算するので、濃硫酸の体積を1Lとする。
濃硫酸1Lの質量は、
1L = 1000cm³
1000cm³ × 1.8g/cm³ = 1800g
質量パーセント濃度が98%なので、溶けているH2SO4の質量は、
1800g × 0.98 = 1764g

次に、1764gのH2SO4が何molなのか計算します。
H2SO4の分子量は、
1×2+32+16×4=98g/mol
1764g / 98g/mol = 18mol

濃硫酸の体積を1Lとして計算したので、
18mol/L

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