内容正文:
第二章 物质的量
第6讲 物质的量浓度与计算
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核心考点突破
01
高考真题感悟
02
知能达标训练
03
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核 心 考 点 突 破
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单位体积的溶液
cB
溶质
溶液
百分数
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mol·L-1
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第二章 物质的量
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[课程标准]
1.了解物质的量浓度及其相关物理量的含义和应用,体会定量研究对化学科学的重要作用。
2.了解溶液物质的量浓度的表示方法,理解溶解度、质量分数等概念,并能进行有关计算。
3.掌握一定物质的量浓度溶液的配制方法并能进行误差分析。
考点一 物质的量浓度
1.溶液组成的两种表示方法
内容
物质的量浓度
溶质质量分数
含义
表示__________________里所含溶质B的物质的量,符号为_____
用________质量与________质量的比值来表示溶液组成的物理量,一般用__________表示
表达式
cB=______
w(B)=_____________×100%
单位
_____________
无
相互
转化
c=eq \f(1000ρw,M)(ρ的单位为g·cm-3)
eq \f(nB,V)
eq \f(m溶质,m溶液)
[自主思考]
15%的NaCl溶液的含义是_______________________;0.1 mol·L-1 NaCl溶液的含义是______________________________;某加碘食盐中含碘量为20~40 mg·kg-1的含义是___________________________。
提示 每100 g NaCl溶液中含有NaCl的质量为15 g 每1 L NaCl溶液中含有NaCl的物质的量为0.1 mol 每1 kg加碘食盐中含碘元素20~40 mg
2.物质的量浓度计算的两要素
(1)正确判断溶质
①与水发生反应的物质,溶质发生变化,水量减少,如:
Na、Na2O、Na2O2eq \o(——→,\s\up17(水))NaOH
SO2、SO3eq \o(——→,\s\up17(水),\s\do15(对应))H2SO3、H2SO4
NH3eq \o(——→,\s\up17(H2O))NH3·H2O(但仍按NH3进行计算)
②结晶水合物,溶质不变但水量增多,如:
CuSO4·5H2Oeq \o(——→,\s\up17(水))CuSO4,FeSO4·7H2Oeq \o(——→,\s\up17(水))FeSO4。
(2)确定溶液体积:溶液体积不是溶剂体积,也不是溶剂体积与溶质体积的简单加和,可以根据V=eq \f(m溶液,ρ溶液)求算。
3.溶液稀释与混合常用关系的计算
溶液稀释
①溶质的质量在稀释前后保持不变,即m1w1=m2w2;②溶质的物质的量在稀释前后保持不变,即c1V1=c2V2;③溶液的质量守恒,m(稀)=m(浓)+m(水)(体积一般不守恒)
溶液混合
混合前后溶质的物质的量保持不变,即:c1V1+c2V2=c混V混。若溶液混合后体积不变,则V混=V1+V2;若混合后体积变化,则V混=eq \f(V1ρ1+V2ρ2,ρ混)
正确的打“√”,错误的打“×”。
1.在100 mL的烧杯中,加入10 g食盐,然后注入90 mL的水,充分溶解后,所得溶质的质量分数为10%。( )
2.将40 g SO3溶于60 g水中所得溶质的质量分数为40%。( )
3.将62 g Na2O溶于水中,配成1 L溶液,所得溶质的物质的量浓度为1 mol·L-1。( )
4.0.5 mol·L-1的稀硫酸中,c(H+)为1.0 mol·L-1。( )
5.将标准状况下44.8 L HCl溶于100 mL水中,所得溶液的密度为1.384 g·mL-1,则其物质的量浓度为1.5 mol·L-1。( )
答案 1.√ 2.× 3.× 4.√ 5.×
注意部分与整体的关系
溶质的浓度和离子浓度不同,要注意根据化学式具体分析。如1 mol·L-1 Al2(SO4)3溶液中c(SOeq \o\al(2-,4))=3 mol·L-1,c(Al3+)<2 mol·L-1(考虑 Al3+水解)。
一、物质的量浓度与质量分数的计算
1.已知某饱和NaCl溶液的体积为V mL,密度为ρ g·cm-3,质量分数为w,物质的量浓度为c mol·L-1,溶液中含NaCl的质量为 m g。
(1)用m、V表示溶液的物质的量浓度:_____________________。
(2)用w、ρ表示溶液的物质的量浓度:_______________________。
(3)用c、ρ表示溶质的质量分数:______________________________。
(4)用w表示该温度下NaCl的溶解度:_________________________。
解析 (1)c=eq \f(\f(m,58.5),\f(V,1000)) mol·L-1=eq \f(1000m,58.5V) mol·L-1。
(2)c=eq \f(1000 mL·L-1×ρ g·mL-1×w,58.5 g·mol-1)=eq \f(1000ρw,58.5) mol·L-1。
(3)w=eq \f(58.5 g·mol-1×c mol·L-1,1000 mL·L-1×ρ g·mL-1)×100%=eq \f(58.5c,1000ρ)×100%。
(4)eq \f(S,100 g)=eq \f(w,1-w),S=eq \f(100w,1-w) g。
答案 (1)eq \f(1000m,58.5V) mol·L-1 (2)eq \f(1000ρw,58.5) mol·L-1
(3)eq \f(58.5c,1000ρ)×100% (4)eq \f(100w,1-w) g
二、溶液的稀释与混合
2.(2024·海南农垦中学月考)将一质量分数为w的氢氧化钾溶液蒸发掉m g水后,质量分数恰好变为2w,体积为V(无晶体析出),则浓缩后溶液的物质的量浓度为( )
A.mw/28V mol·L-1
B.mw/56V mol·L-1
C.mw/112V mol·L-1
D.mw/Vmol·L-1
解析 设蒸发前溶液的质量为x,溶液蒸发前后溶质的质量不变,则有wx=(x-m)×2w,x=2m,所以溶液中溶质的质量为2 mw,物质的量为eq \f(2mw,56) mol=eq \f(mw,28) mol,则浓缩后溶液的物质的量浓度为eq \f(mw,28V) mol·L-1,故选A。
答案 A
3.(2024·辽宁沈阳开学考试)下列说法错误的是( )
A.某硝酸密度为1.42 g·cm-3,质量分数为63%,此硝酸物质的量浓度为14.2 mol·L-1
B.将100 g浓度为1.0 mol·L-1的硫酸与一定体积的水混合稀释成0.5 mol·L-1,则水的体积大于100 mL
C.当2 L水吸收44.8 L氨气(标况)时所得氨水的浓度不是1 mol·L-1,只有当44.8 L(标况)氨气溶于水制得2 L氨水时,其浓度才是1 mol·L-1
D.将一定量18.4 mol·L-1的硫酸与水等质量混合,所得溶液的浓度小于9.2 mol·L-1
解析 此硝酸物质的量浓度为eq \f(1000×1.42×63%,63)=14.2 mol·L-1,A正确;与一定体积的水混合稀释成0.5 mol·L-1,则混合溶液的体积是1.0 mol·L-1的硫酸体积的二倍,1.0 mol·L-1的硫酸的密度大于1 g·cm-3,则100 g浓度为1.0 mol·L-1的硫酸的体积小于100 mL,所以水的体积也应小于100 mL,B不正确;所得氨水的体积不是2 L,则浓度不是1 mol·L-1,当44.8 L(标况)氨气溶于水制得2 L氨水时,其浓度为eq \f(2 mol,2 L)=1 mol·L-1,C正确;由于水的密度小于硫酸的密度,混合后体积大于原硫酸体积的二倍,所得溶液的浓度小于9.2 mol·L-1,D正确。
答案 B
溶质相同、质量分数不同(a%、b%)的两溶液混合
(1)等体积混合
①当溶液密度大于1 g·cm-3时,必然是溶液浓度越大,密度越大,等体积混合后,质量分数w>eq \f(1,2)(a%+b%)(如H2SO4、HNO3、HCl、NaOH等多数溶液);
②当溶液密度小于1 g·cm-3时,必然是溶液浓度越大,密度越小,等体积混合后,质量分数w<eq \f(1,2)(a%+b%)(如酒精、氨水溶液)。
(2)等质量混合
两溶液等质量混合时(无论ρ>1 g·cm-3还是ρ<1 g·cm-3),则混合后溶液中溶质的质量分数w=eq \f(1,2)(a%+b%)。
三、气体溶于水所得溶液物质的量浓度的计算
4.在标准状况下,将V L氨气溶于0.1 L 水中,所得溶液的密度为ρ g·cm-3,则此氨水的物质的量浓度为________mol·L-1。
解析 n(NH3)=eq \f(V,22.4) mol,溶液体积为eq \f(\f(V,22.4)×17+100,ρ)×10-3 L,c=eq \f(\f(V,22.4),\f(\f(V,22.4)×17+100,ρ)×10-3) mol·L-1=eq \f(1000Vρ,17V+2240) mol·L-1。
答案 eq \f(1000Vρ,17V+2240)
气体溶于水,计算物质的量浓度的一般思路
考点二 一定物质的量浓度溶液的配制
1.容量瓶的构造及使用
(1)构造及用途
(2)查漏操作
2.配制过程及操作
[自主思考]
在实验室中,如何配制100 g 10%的NaCl溶液?
提示 用托盘天平称取10.0 g NaCl固体,放入200 mL烧杯中,再用100 mL量筒量取90.0 mL的蒸馏水注入烧杯中,然后用玻璃棒搅拌使之溶解。
正确的打“√”,错误的打“×”。
1.配制0.1000 mol·L-1氯化钠溶液时,两次用玻璃棒的作用相同。( )
2.向容量瓶中转移液体时,引流用的玻璃棒可以接触容量瓶内壁。( )
3.把0.585 g NaCl固体放入100 mL容量瓶中,加水到刻度线处,配成0.1 mol·L-1的NaCl溶液。( )
4.用量筒量取20.0 mL 0.5000 mol·L-1 H2SO4溶液于烧杯中,加80.0 mL水,配制成0.1000 mol·L-1 H2SO4溶液。( )
5.用容量瓶配制溶液,定容时俯视刻度线,所配溶液浓度偏小。( )
答案 1.× 2.√ 3.× 4.× 5.×
一、一定物质的量浓度溶液的配制规范操作
1.(2024·河北望都月考)用密度为1.84 g·mL-1、质量分数为98%的浓硫酸配制180 mL 2 mol·L-1的稀硫酸。下列各步骤中操作正确的是( )
A.计算、量取:用20 mL量筒量取19.6 mL浓硫酸
B.溶解、稀释:将浓硫酸倒入烧杯,再加入80 mL左右的蒸馏水,搅拌
C.转移、洗涤:将稀释并冷却后的溶液转移到容量瓶中,用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒,洗涤液转入容量瓶,重复2~3次
D.定容、摇匀:加水至凹液面最低处与刻度线相切,摇匀,最后在容量瓶上贴上标签
解析 实验室没有180 mL的容量瓶,需要选用250 mL的容量瓶,所以V mL×1.84 g·mL-1×98%=0.250 L×2 mol·L-1×98 g·mol-1,V≈27.2 mL,用50 mL量筒量取27.2 mL浓硫酸,A错误;稀释浓硫酸时应将浓硫酸缓慢注入水中,并不断搅拌,将水倒入浓硫酸中容易导致液体飞溅,造成实验室安全事故,B错误;容量瓶不可用于贮存溶液,定容、摇匀后,应将溶液倒入试剂瓶,并贴上标签,注明溶液成分及浓度,D错误。
答案 C
2.(2024·广西柳州模拟)配制100 mL 0.50 mol·L-1 Na2CO3溶液时,下列各图所表示的操作中,正确的是( )
解析 溶解固体时,应将固体先在烧杯中溶解,然后转移到容量瓶中,A错误;向容量瓶中转移液体时应用玻璃棒引流,B错误;配制一定物质的量浓度的溶液,浓溶液用玻璃棒引流转移至容量瓶中,C错误;配制一定物质的量浓度的溶液,浓溶液用玻璃棒引流转移至容量瓶中,D正确。
答案 D
二、一定物质的量浓度溶液配制的误差分析
[思维建模]
误差分析的思维流程
3.从改变溶质的物质的量角度分析产生的误差(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
①配制450 mL 0.1 mol·L-1的NaOH溶液,用托盘天平称取NaOH固体1.8 g:________。
②配制500 mL 0.1 mol·L-1的硫酸铜溶液,用托盘天平称取胆矾8.0 g:________。
③配制NaOH溶液,用托盘天平称量NaOH时,托盘天平的两个托盘上放两张质量相等的纸片,其他操作均正确:________。
④配制一定物质的量浓度的NaOH溶液,需称量溶质4.4 g,称量时物码放置颠倒:________。
⑤配制一定物质的量浓度的稀H2SO4溶液时,用量筒量取浓硫酸时,仰视读数:________。
⑥定容时,加水超过刻度线,用胶头滴管吸取多余的液体至刻度线:________。
⑦配制一定物质的量浓度溶液时,烧杯及玻璃棒未洗涤:________。
解析 ②所需胆矾的质量为0.5 L×0.1 mol·l-1×250 g·mol-1=12.5 g。③NaOH易吸水潮解。④实际称量的NaOH固体质量为4 g-0.4 g=3.6 g。
答案 ①偏小 ②偏小 ③偏小 ④偏小 ⑤偏大 ⑥偏小 ⑦偏小
4.从改变溶液体积角度分析产生的误差(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
①配制NaOH溶液时,将称量好的NaOH固体放入小烧杯中溶解,未经冷却立即转移到容量瓶中并定容:________。
②定容摇匀后,发现液面下降,继续加水至刻度线:________。
③定容时仰视刻度线:________。
④定容摇匀后少量溶液外流:________。
⑤容量瓶中原有少量蒸馏水:________。
解析 ①NaOH溶于水放热,导致溶液的体积比室温时大,应恢复至室温后再移液、定容。
答案 ①偏大 ②偏小 ③偏小 ④无影响 ⑤无影响
视线引起误差的分析方法
(1)仰视容量瓶刻度线[图(a)],导致溶液体积偏大,结果偏低。
(2)俯视容量瓶刻度线[图(b)],导致溶液体积偏小,结果偏高。
1.(2023·全国甲卷)实验室将粗盐提纯并配制0.100 0 mol·L-1的NaCl溶液。下列仪器中,本实验必须用到的有( )
①天平 ②温度计 ③坩埚 ④分液漏斗 ⑤容量瓶 ⑥烧杯
⑦滴定管 ⑧酒精灯
A.①②④⑥
B.①④⑤⑥
C.②③⑦⑧
D.①⑤⑥⑧
解析 实验室将粗盐提纯时,需要将其溶于一定量的水中,然后将其中的硫酸根离子、钙离子、镁离子依次用稍过量的氯化钡溶液、碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液除去,该过程中有过滤操作,需要用到烧杯、漏斗和玻璃棒;将所得滤液加适量盐酸酸化后蒸发结晶得到较纯的食盐,该过程要用到蒸发皿和酒精灯;用提纯后得到的精盐配制溶液的基本步骤有称量、溶解、转移、洗涤、定容、摇匀等操作,需要用到天平、容量瓶、烧杯、玻璃棒、胶头滴管等。综上所述,本实验必须用到的有①天平、⑤容量瓶、⑥烧杯、⑧酒精灯,本题选D。
答案 D
2.(1)(2024·湖北卷节选)配制1.00 mol·L-1的CoSO4溶液,需要用到下列仪器中的________(填标号)。
(2)(2024·全国甲卷节选)下图为“溶液配制”的部分过程,操作a应重复3次,目的是________,定容后还需要的操作为________。
解析 (3)操作a为洗涤烧杯和玻璃棒,并将洗涤液转移到容量瓶中,目的是避免溶质损失;定容后应盖好瓶塞,反复上下颠倒、摇匀。
答案 (1)bc (2) 避免溶质损失 盖好瓶塞,反复上下颠倒、摇匀
3.(2022·全国乙卷节选)由CuSO4·5H2O配制CuSO4溶液,下列仪器中不需要的是____________(填仪器名称)。
答案 分液漏斗和球形冷凝管
4.(2022·海南卷节选)现有浓H3PO4质量分数为85%,密度为1.7 g·mol-1。若实验需100 mL 1.7 mol·L-1的H3PO4溶液,则需浓H3PO4__________ mL(保留一位小数)。
解析 根据公式c=eq \f(1000ρw,M)可得,浓H3PO4的浓度c=eq \f(1000ρw,M)=eq \f(1000×1.7 g·mol-1×85%,98 g·mol-1)≈14.7 mol·L-1,溶液稀释前后溶质的物质的量不变,因此配制100 mL 1.7 mol·L-1的H3PO4溶液,需要浓H3PO4的体积V=eq \f(0.1 L×1.7 mol·L-1,14.7 mol·L-1)≈0.011 6L=11.6 mL。
答案 11.6
$$