溶液の濃度を計算する - チップ

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化学では、解決の均質な混合物です溶質そして溶媒その溶質を溶かします。濃度は、溶媒に溶解した物質の量の尺度です。溶液の濃度を計算する理由はたくさんありますが、命を救うために風呂で塩素レベルをテストする必要がある場合でも、血液サンプルを分析する必要がある場合でも、方法は同じです。この記事では、溶液化学の基本的な知識を提供し、その後、非常に一般的な実用的なアプリケーションである水族館のメンテナンスに関する詳細な手順を説明します。

手順

方法1/5：集中力の基礎を学ぶ

語彙を学ぶ。 濃度は、混合物全体の質量に対する溶質の質量の比率です。たとえば、実験のために砂糖と酢を一緒に溶解する場合は、混合物中の砂糖の濃度を計算する必要があります。以下は、化学的問題の結果の各コンポーネントの説明です。
- 砂糖は溶質つまり、成分が溶解します。あなたは溶質の濃度を測定しています。
- 酢は溶媒、別の物質を溶解する物質を意味します。
- それらを一緒に混合した後、あなたは1つになります解決。溶液の総質量を取得するために必要な濃度を計算するには、溶質の質量と溶媒の質量を合計することでこれを求めることができます。
- どの溶媒とどの溶媒がこの例を覚えているか覚えていない場合。
濃度の書き方を学びましょう。 物質の「質量」を表現する方法はさまざまであるため、濃度を記述する方法も複数あります。これらは最も一般的です：
- 1リットルあたりのグラム数（g / L）。これは、特定の量の溶液中の溶質のグラム単位の質量です。上記の例の砂糖や酢などの溶媒や液体溶媒によく使用されます。
- モル濃度（M）。溶質のモル数を溶液の体積で割ったもの。 Molは化学の測定単位であり、物質の原子または分子の数を表すために使用されます。
- 百万部（ppm）。溶液の100万単位あたりの溶質の単位数（通常はグラムまたはミリグラム）。通常、非常に希薄な水溶液に使用されます。
- パーセンテージ組成。 100パーセントの溶液に存在する溶質の部品数（通常はグラム）。パーセンテージ記号は「100単位」を意味するため、パーセンテージとして簡単に分数を書き込むことができます。
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方法2/5：1リットルあたりのグラム数で濃度を計算します

この方法を適用する方法を学びます。 これは、固体を液体に溶解するとき、および測定が容易な比較的大きな溶液で計算を行うときに、濃度を測定するための便利な方法です。溶質の量がわずか数ミリグラムであるか、溶媒がミリリットルである場合は、別の方法を使用する必要があります。
- 問題の例： 3mLの食卓塩から2000mLの水まで調製した溶液の濃度（1リットルあたりのグラム数）を求めます。グラム/リットルであなたの答えを書いてください。
溶質の質量をグラムに変換します。 溶質（より多くの溶媒に溶解している）がグラム単位で計量されている場合は、このステップをスキップしてください。そうでない場合は、単位をグラムに変換する必要があります。変換率を見ると、質量単位（キログラムなど）からの変換は簡単ですが、体積単位（リットルなど）からの変換はより複雑です。各物質には独自の密度があります。これは、単位体積に含まれる物質の量を定義する値です。単位が一致していることを確認した後、この密度を調べ、体積値を掛けて、グラム単位の質量を取得します。
- 上記の例では、塩が溶質です。塩は体積（mL）の単位で測定されるため、グラムに変換する必要があります。
- 塩の密度は1.15g / mLです。問題がこのデータを与えない場合は、教科書または化学データベースで調べる必要があります。使用している単位（1リットルあたりのグラム数）で密度を見つけるか、正しい単位に変換する必要があります。
- 3 mLに存在する塩の質量を見つけるには、3 mL×（/ _{1 mL}）= 3.45グラムの塩。
溶媒データをリットルに変換します。 溶媒は通常、体積の単位で測定されるため、変換は非常に簡単です。問題がすでにリットル単位の溶媒である場合は、次の手順に進みます。
- 上記の例では、2000 mLの水があるため、リットルに変換する必要があります。
- 各リットルには1000mLがあるため、計算によって変換します（/ _{1000 mL}）x（2000 mL）= 2リットルの水。
- mLが破壊されるように単位変換を調整することに注意してください（上に1つ、下に1つ）。 /と書くと _{1 L} x 2000mLでは意味のない結果が得られます。
溶媒を溶質で割ります。 溶質のグラム単位の重量と溶媒のリットル単位の体積がわかったので、次を除算することにより、濃度g / Lを簡単に見つけることができます。
- 上記の例では、/ _{2リットルの水} = 1,725 g / L塩濃度.
大溶質計算の式を変更します。 理論的には、溶液全体の体積で濃度を計算する必要があります。つまり、溶質と溶媒の体積を合計します。少量の固体を大量の液体に溶解する場合、体積の差はごくわずかであるため、以前と同様に、溶質の体積を無視して溶媒の体積のみを使用できます。溶質の量が総量を大幅に変えるほど大きい場合は、式を（g溶質）/（L溶質+ L溶媒）に変更する必要があります。
- 上記の例では、/（_{2リットルの水} + 0.003 L塩）= 1,722 g / L.
- この結果と元の結果の違いはわずか0.003g / Lです。これは非常に小さな偏差であり、測定機器の精度よりもほとんど低くなります。
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方法3/5：濃度をパーセントまたは百万単位で計算します

この方法を適用する方法を学びます。 問題が「コンテンツの割合」または「質量の割合」を見つけるように求めている場合は、この方法を使用します。化学では、通常、物質の質量に最も関心があります。溶質と溶媒の質量がわかれば、2つの質量を比較することで、溶質の割合を比較的簡単に見つけることができます。
- 問題の例： 10gのチョコレートパウダーを1.2リットルのお湯に溶かします。まず、溶液中のチョコレートの重量パーセントを計算します。次に、結果を100万分の1で書き込みます。
数字をグラムに変換します。 体積の単位（リットルやミリリットルなど）で指定された数値がある場合は、それらをグラム単位の質量単位に変換する必要があります。各物質には特定の重力（体積による質量）があるため、質量を見つける前にその特異性を見つける必要があります。
- 教科書で物質の密度を調べるか、オンラインで調べてください。見つかったデータが適切でない場合は、この密度を上記のグラム（問題で使用されているボリュームの単位）に変換します。密度に物質の体積を掛けると、グラム単位の質量が得られます。
- 例えば：1.2リットルの水があります。水の密度は1リットルあたり1000グラムなので、（/ _{1 L}）x 1,2 L = 1200 g.
- チョコレートの塊はグラムで示されているので、変更する必要はありません。
パーセンテージを計算します。 溶質の質量と溶媒の質量の両方をグラムで取得したら、次の式を使用してパーセンテージを計算します。（/（_{溶質のグラム+溶媒のグラム}））x100。
- あなたは10グラムのチョコレートを持っていて、水が1200グラムであることがわかりました。溶液全体（溶質+溶媒）の重量は10 + 1200 = 1210グラムです。
- 全溶液中のチョコレート濃度= / _{（1210グラムの溶液）} = 0,00826
- この値に100を掛けて、パーセンテージを取得します：0.00826 x 100 = 0.826、これで完了です 0.826％のチョコレートの混合物.
100万あたりの成分を計算します。 すでに「パーセント」があるため、100万分の1はまったく同じ方法で計算されます。式は（/（_{溶質のグラム+溶媒のグラム}））x1,000,000。この式は、（/（_{溶質のグラム+溶媒のグラム}））x10。
- 上記の例では、/ _{（1210グラムの溶液）} = 0,00826.
- 0.00826 x 10 = 8260ppmチョコレート.
- パーセントで書くのは不便なので、通常、100万分の1は非常に小さな濃度を測定するために使用されます。便宜上、同じ例も使用します。
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方法4/5：モル濃度を計算する

この方法を適用するには何が必要ですか？ モル濃度を計算するには、溶質のモル数を知る必要がありますが、溶質の質量とその化学式を知っていれば、この数値を簡単に見つけることができます。この情報のすべてを持っていない場合、または化学における「mol」の概念を学んでいない場合は、別の方法を使用してください。
- 問題の例：25グラムの水酸化カリウムを400 mLの水に溶解して調製した溶液のモル濃度はどれくらいですか？
- 溶質の質量がグラム以外の単位で示されている場合は、最初にグラムに変換します。
溶質のモル質量を計算する. 各化学元素には、既知の「モル質量」、つまりその元素の1モルの質量があります。モル質量は、元素の周期表の原子質量と同じ値であり、通常、化学記号と各元素の名前の下にあります。溶質の構成要素のモル質量を単純に加算して、溶質のモル質量を求めます。
- 上記の例では、溶質として水酸化カリウムを使用しています。水酸化カリウムの化学式については、教科書または化学式データベースでこの物質を調べてください：KOH。
- 周期表またはオンラインドキュメントを使用して、要素の原子質量を見つけます。K= 39,0; O = 16,0; H = 1.0。
- 原子質量を合計し、後ろに「g / mol」単位を書き込んで、モル質量を取得します。 39 + 16 + 1 = 56 g / mol。
- 複数の種類の原子を持つ分子の場合、各種類の原子の原子質量を追加します。たとえば、H₂Oのモル質量は1+ 1 + 16 = 18 g / molです。
溶質のモル数を計算します。 モル質量（g / mol）が得られたら、グラムとモルの間で変換できます。溶質の質量（グラム）はすでにわかっているので、次のように変更できます（溶質の質量（グラム））x（/ _モル質量）モルで結果を取得します。
- 上記の例では、モル質量が56 g / molの物質が25グラムあるため、次のように計算します。25gx（/ _{56g / mol}）=溶液中の約0.45 molKOH。
溶液の体積をリットルで割って、モル濃度を求めます。 モル濃度は、溶質のモル数と溶液のリットル数の比率として定義されます。必要に応じて溶液量をリットルに換算し、計算を行ってください。
- この例では、400 mLの水があるため、これは0.4リットルになります。
- 溶液中のKOHのモル濃度は/ _0.4L = 1,125 M。（計算機を使用すると、より正確な結果が得られ、最後のステップまで数値を丸めないでください。）
- 通常、溶質の量は溶媒の量を大きく変化させないため、無視できます。体積を大幅に変化させるのに十分な量の溶質を溶解する場合は、最終溶液の体積を測定し、そのパラメーターを使用します。
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方法5/5：溶液の濃度を計算するための滴定

いつ滴定するかを知ってください。 滴定は、化学者が溶液中に存在する溶質の量を計算するために使用する手法です。滴定を実行するには、溶質と別の反応物（通常は液体溶液にも溶解）との間に化学反応を起こす必要があります。 2番目の反応物の正確な量と、その物質と溶質との反応の化学方程式がわかっているので、最初に溶液に添加する試薬の量を決定することで溶質の量を計算できます。溶質との反応が終了したとき。
- したがって、滴定は溶液の濃度を計算するための非常に優れた方法です。 初期溶質量がわからないとき.
- 溶液中の溶質の質量がわかっている場合、滴定は必要ありません。パート1に示すように、溶液の体積を決定し、濃度を計算するだけです。
滴定装置を準備します。 正確に滴定するには、清潔で正確で専門的な化学機器が必要です。滴定位置で、Erlenフラスコをクランプに取り付けられたビュレットチューブの下に置きます。ビュレットチューブの先端は、フラスコの壁に触れずにフラスコの首に置く必要があります。
- すべての機器が事前に洗浄されていることを確認し、脱イオン水ですすぎ、乾燥させます。
フラスコとチューブに溶液を注ぎます。 濃度不明の少量の溶液を正確に測定します。溶質が溶解すると、溶液全体に均一に分散するため、この小さなサンプル溶液の濃度は元の溶液と同じになります。溶液と反応する既知の濃度の溶液をビュレットチューブに充填します。ビュレットチューブ内の溶液の正確な量を記録します。最終的な量を差し引いて、この反応で使用される総量を求めます。
- 注意： ビュレットチューブ内の溶液と未知の濃度のフラスコ内の溶液との間の反応が反応の明らかな兆候を示さない場合は、追加する必要があります インジケータ 瓶に。化学では、インジケーターは、反応が同等または終点に達したときに溶液の色を変える化学物質です。滴定に使用される指示薬は通常酸性であり、レドックス反応を引き起こしますが、他の多くの種類の指示薬があります。反応の適切な指標を見つけるには、化学の教科書またはオンラインを参照してください。
滴定を開始します。 ビュレットチューブからの溶液（「滴定溶液」と呼ばれる）をゆっくりとフラスコに加えます。磁気攪拌機またはガラス棒を使用して、反応中に溶液を混合します。溶液中の反応が見える場合は、色の変化、泡、新製品の作成などの兆候が見られます。インジケーターを使用すると、次の場合に汚れが表示されます。溶液をビュレットチューブからフラスコに落とします。
- 反応によってpHまたは電位が変化する場合は、pH紙または電位差計をフラスコに浸して、反応を監視できます。
- より正確な滴定を行うには、前述のようにpHと電位を監視し、滴定剤を一定の小さな増分で追加した後に読み取り値を記録する必要があります。添加した滴定剤の量でpHまたは電位をプロットします。反応の等価点でグラフの傾きが非常に速く変化するのがわかります。
滴定速度を下げます。 反応が終点に近づいたら、毎回滴定速度を一滴ずつ下げていきます。インジケーターを使用している場合、色付きの光線が長く表示される場合があります。最後の一滴が反応をその場で正確に停止させるまで、できるだけゆっくりと進んでください。インジケーターに関しては、反応の最初の長期的な色の変化に注意する必要があります。
- ビュレットチューブに最終的なボリュームを記録します。これをビュレットチューブの初期溶液の体積から差し引くことにより、使用された滴定溶液の正確な体積を見つけることができます。
溶液中の溶質の質量を計算します。 滴定剤と溶液の間の反応の化学式を使用して、フラスコ内の溶質のモル数を見つけます。溶質のモル数を見つけたら、フラスコ内の溶液の体積で割って溶液のモル濃度を求めるか、モル数をグラムに変換して溶液の体積で割って濃度をg / Lで求めます。。これには、量子化学の基本的な知識が必要です。
- たとえば、25mLの0.5MNaOHを使用して、HCl溶液と水を同等のポイントまで滴定するとします。滴定前のHCl溶液の容量は60mLです。溶液には何モルのHClが含まれていますか？
- まず、NaOHとHClの反応の化学式を見てみましょう。 NaOH + HCl> H₂O + NaCl.
- この場合、1molのNaOHが1molのHClと反応して、生成物（水とNaCl）を生成します。すべてのHClを中和するのに十分なNaOHを追加するだけなので、反応に使用されるNaOHのモル数は、フラスコ内のHClのモル数と同じになります。
- モルでNaOHの質量を見つけます。 25 mL NaOH = 0.025 L NaOH x（0.5 mol NaOH / 1 L）= 0.0125 mol NaOH.
- 反応方程式から、使用したNaOHのモル数=溶液中のHClのモル数であると推定したので、溶液中には0.0125モルのHClがあると結論付けることができます。
溶液の濃度を計算します。 溶液中の溶質の質量がわかったので、モル濃度を見つけるのは簡単です。溶液中の溶質のモル数を試験溶液の量で割ります（ないサンプリング元のソリューションの量）。結果は、溶液のモル濃度です！
- 上記の例のモル濃度を見つけるには、HClのモル数をフラスコ内の溶液の体積で割るだけです。 0.0125 mol HCl x（1 / 0.060 L）= 0.208 M HCl.
- モル濃度をg / L、ppm、またはパーセンテージに変換するには、溶質のモル数を質量に変換する必要があります（溶質混合物のモル質量を使用します）。 ppmとパーセンテージの場合は、溶液の体積を質量に変換し（密度などの変換係数を使用するか、単に計量する）、それぞれ10または10を掛ける必要があります。 ppmとパーセンテージで。
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