2.2　溶液的浓度

2.2.1　常用溶液浓度的表示方法

许多化学反应是在溶液中进行的，在研究这类反应的数量关系时，必须知道溶液中溶质和溶剂的相对含量（称为浓度）。溶液的性质与溶液的浓度有着密切的关系。怎样表示溶液的浓度对研究溶液的性质具有重要的意义。溶液浓度的表示方法可分为两大类：一类是用一定质量的溶液中所含溶质的量来表示；另一类是用一定体积的溶液中所含溶质的量来表示。常用的浓度表示方法主要有以下几种：

（1）质量分数

溶质的质量在全部溶液质量中所占的比例，称质量分数，以百分数表示，符号用wB表示，质量分数的定义式为：

　　（2-4）

式中，mB为溶质B的质量，g；m总为溶液的质量，g。

【例2-1】　用于消毒的福尔马林溶液是将66.7g甲醛溶于100g水制成的，则该溶液中甲醛的质量分数为多少？

解

（2）质量摩尔浓度

1000g溶剂中所含溶质的物质的量，称质量摩尔浓度，用符号bB表示，单位为mol·kg-1。质量摩尔浓度的定义式为：

　　（2-5）

式中，nB为溶质B的物质的量，mol；mA为溶剂的质量，kg。

【例2-2】　1000g水中溶解58.4g NaCl，所得溶液的质量摩尔浓度为1mol·kg-1，则10%的NaCl溶液其质量摩尔浓度为多少？

解　 10%的NaCl溶液是10g NaCl溶于90g水中。

故溶液的质量摩尔浓度为1.9mol·kg-1。

（3）摩尔分数

若用溶液中某一组分的物质的量除以溶液总的物质的量来表示溶液的浓度，则称为该组分的摩尔分数，用符号xi表示。如组分B的摩尔分数可表示为：

　　（2-6）

式中，nB为溶质B的物质的量，mol；n总为溶液总的物质的量，mol。

A组分的摩尔分数可表示为：

　　（2-7）

式中，nA为溶质A的物质的量，mol；n总为溶液总的物质的量，mol。

式中n总=nA+nB+nC+…。当溶液中只有溶质、溶剂两种物质时，n总=nA+nB，xA+xB=1。

【例2-3】　将5.56g NaCl溶于50.0g水中，其质量分数为0.10，质量摩尔浓度为1.90mol·kg-1，该溶液中NaCl和水的摩尔分数各为多少？

解　　

NaCl的摩尔分数：

H2O的摩尔分数：

以上介绍的三种浓度表示法中，溶质、溶剂的量均用质量（g）或物质的量（mol）表示，此种表示法的优点在于溶液的浓度不随温度而改变。但在实际工作中，量取液体的体积（用量筒、容量瓶或移液管）比称量液体的质量（用台秤、天平）方便得多，在此介绍两种用液体体积表示的浓度。

（4）物质的量浓度

用1L（1dm3）溶液中所含溶质的物质的量（nB）表示的浓度称物质的量浓度，用符号c表示，单位是mol·L-1（或mol·dm-3）。物质的量浓度的定义式为：

　　（2-8）

式中，nB为溶质B的物质的量，mol；V为溶液的体积，L。

【例2-4】　将12.6g草酸晶体（H2C2O4·2H2O）溶于水中，使之成为体积为200mL的溶液，求溶液的物质的量浓度。

解　H2C2O4·2H2O的摩尔质量为126g·mol-1，H2C2O4的摩尔质量为90.0g·mol-1。

溶质的质量：

溶质的物质的量：

物质的量浓度：

例如，将5.84g NaCl溶解在1.00L水中，所得溶液浓度不能表示为0.100mol·L-1，因为将5.84g NaCl溶于1.00L水中后，水的体积会发生变化，正确的配制方法是将5.84g NaCl用少量水溶解，全部转移到1.00L的容量瓶中，然后用水稀释至刻度，即NaCl溶液的浓度为0.100mol·L-1。

根据实际需要配制所需浓度的溶液，可以粗略配制，也可以精确配制，这主要取决于采用何种仪器。当用量筒和台秤配制时，由于仪器感量和精确度的限制，有效数字只有两位或三位，溶液浓度只能是一个近似值；当用移液管、容量瓶、分析天平等仪器时，配制的溶液浓度比较精确，可达到四位有效数字。例如用分析天平称量0.5844g NaCl，用少量水溶解后，全部转移到100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，所得溶液的浓度为0.1000mol·L-1；用台秤（感量0.01g）称量0.58g NaCl，用量筒加100mL水，所得溶液浓度为0.10mol·L-1。

（5）质量浓度

质量浓度是用1L溶液中所含溶质的质量（mB）来表示溶液的浓度，用符号ρB表示，单位为g·L-1。质量浓度的定义式为：

　　（2-9）

式中，mB为溶质B的质量，g；V为溶液的体积，L。

例如生理盐水（0.9% NaCl溶液）的质量浓度ρNaCl为9.0g·L-1。

注意ρB与密度ρ的区别：密度ρ是一个物体（不论它是纯净物还是混合物）自身的质量除以自身的体积即，单位为g·cm-3；ρB则是溶液（混合物）中组分B的质量与溶液体积之比，单位是g·L-1。例如常用的浓盐酸质量分数为0.37，密度为1.19g·cm-3，其质量浓度则为440.3g·L-1。

溶液浓度除以上几种表示方法外，还有比例浓度（通常指体积分数）、波美度、ppm和ppb等表示方法。例如1∶4硫酸溶液是指1体积浓硫酸和4体积水混合（将浓硫酸在搅拌下慢慢倒入水中！）组成的溶液；波美度（Bé）浓度在工业生产中经常使用，将波美表（表的一侧刻有波美度，另一侧刻有密度值）插入到待测溶液中，即可测量出溶液的波美度值或密度值。波美表有重、轻表之分，分别用于测定比水重和比水轻的溶液。若某溶液中所含物质的量甚微（如食品中的微量元素），常用ppm（百万分之一）或ppb（十亿分之一）表示法。1ppm指1/106，可以指质量，可以指物质的量，也可以指体积。对液态溶液而言，通常指质量，如某溶液中含砷1ppm，是指106g该溶液中含1g砷；对气态溶液而言，通常指物质的量或体积，如空气中汞蒸气的浓度为0.1ppm，可以指在106mol空气中含汞蒸气0.1mol，也可以指106L空气中有0.1L的汞蒸气。1ppb是指1/109，在环境化学中常用。但这些浓度表示方法不规范，本书不再采用。

2.2.2　浓度的换算

实际工作中，根据不同的需要，采取不同的浓度表示方法，它们之间都可以相互换算，例如，物质的量浓度和质量分数或质量摩尔浓度之间换算时，必须知道溶质的摩尔质量和溶液的密度。例如将12.0%的NaCl溶液换算成物质的量浓度，应知道NaCl的摩尔质量为58.4g·mol-1，在某温度下该溶液的密度ρ为1.07g·cm-3，则：

【例2-5】　5.44mol·L-1的NaCl溶液，室温时密度为1.20g·cm-3，将此浓度分别换算成质量摩尔浓度和摩尔分数。

解　　溶液的质量=1000×1.20=1.20×103（g）

　　　溶质的质量=5.44×58.4=3.18×102（g）

　　　溶剂的质量=1.20×103-3.18×102=8.82×102（g）