内容正文:
第6讲 物质的量浓度
【备考目标】 1.了解物质的量浓度的概念。2.掌握有关物质的量浓度的计算。3.掌握一定物质的量浓度溶液配制的操作并能正确地进行误差分析。
考点1 物质的量浓度
1.物质的量浓度
(1)概念
表示单位体积的溶液里所含溶质B的物质的量,也称为B的物质的量浓度,符号为cB。
(2)表达式:cB=。
(3)常用单位:mol·L-1或mol/L。
(4)特点:对于某浓度的溶液,取出任意体积的溶液,其浓度、密度、质量分数均不变,但所含溶质的质量、物质的量因体积不同而改变。
【提醒】 物质的量浓度计算的两要素
(1)溶质的确定
①与水发生反应生成新的物质:如Na、Na2O、Na2O2NaOH;SO3H2SO4;NO2HNO3。
②特殊物质:如NH3溶于水后溶质为NH3·H2O,但计算浓度时仍以NH3作为溶质。
③含结晶水的物质:CuSO4·5H2OCuSO4;__Na2CO3·10H2ONa2CO3。
(2)溶液体积的确定
不是溶剂体积,也不是溶剂体积与溶质体积之和,可以根据V=求算。溶液混合后,体积会发生变化,密度不同的溶液体积一般不能直接加和。
2.溶质的质量分数
(1)概念:以溶液里溶质质量与溶液质量的比值表示溶液组成的物理量,一般用百分数表示。
(2)表达式:w(B)=×100%。
3.物质的量浓度与质量分数的关系
如图所示,体积为 V L,密度为ρ g·cm-3的溶液,含有摩尔质量为M g·mol-1的溶质m g,溶质的质量分数为w,则物质的量浓度c与质量分数w的关系:c====,w=。
【基点判断】(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)将58.5 g NaCl溶于1 L水中,所得溶液的物质的量浓度为1 mol·L-1(×)
(2)1 L 0.5 mol·L-1 CaCl2溶液中,Ca2+与Cl-的物质的量浓度都是0.5 mol·L-1(×)
(3)将62 g Na2O溶于水,配成1 L溶液,所得溶液的物质的量浓度为1 mol·L-1(×)
(4)标准状况下,2.24 L HCl溶于水配成1 L溶液,所得溶液的物质的量浓度为0.1 mol·L-1(√)
(5)从100 mL 0.1 mol·L-1 HNO3溶液中取出25 mL,剩余溶液中NO的物质的量浓度为0.075 mol·L-1(×)
(6)将25 g CuSO4·5H2O晶体溶于75 g水中,所得溶液中溶质的质量分数为25%(×)
(7)将40 g SO3溶于60 g水中,所得溶液中溶质的质量分数为49%(√)
一、物质的量浓度、质量分数的计算
1.标准状况下,V L氨溶解在1 L水中(水的密度近似为1 g·mL-1),所得溶液的密度为ρ g·mL-1。请回答:
(1)所得溶液的溶质的物质的量为________,质量为________。
(2)所得溶液的质量为________________,溶液体积为____________________。
(3)所得溶液的物质的量浓度为____________,溶质质量分数为________________(以上用V和ρ表示)。
解析:(1)n(NH3)=mol,m(NH3)=×17 g= g。
(2)m(溶液)=g
V(溶液)=L= L。
(3)c(NH3)== mol·L-1。
w(NH3)=×100%=×100%。
答案:(1) mol g (2)g L
(3) mol·L-1 ×100%
2.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= mol·L-1= mol·L-1。
(2)c== mol·L-1。
(3)w==×100%。
(4)=,S= g。
答案:(1) mol·L-1 (2) mol·L-1 (3)×100% (4) g
二、溶液稀释与混合的计算方法
【方法指导】
1.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)溶液质量守恒,m(稀)=m(浓)+m(水)(体积一般不守恒)。
2.同种溶质的溶液混合:混合前后溶质的物质的量保持不变,即c1V1+c2V2=c混V混。
3.溶质相同、质量分数分别为a%、b%的两溶液的混合规律
(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>(a%+b%),如H2SO4、NaOH等;
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<(a%+b%),如酒精溶液、氨水等
(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),混合后溶液中溶质的质量分数w=(a%+b%)
3.(2022·广东高考)配制250 mL 0.1 mol/L的HAc溶液,需5 mol·L-1 HAc溶液的体积为________________mL。
解析:稀释前后溶质的物质的量不变,V(HAc)==0.005 L,即5.0 mL。
答案:5.0
4.下图是某学校实验室从市场买回的试剂标签上的部分内容。
按要求回答下列问题:
(1)硫酸的物质的量浓度为________,氨水的物质的量浓度为__________。
(2)各取5 mL与等质量的水混合后,c(H2SO4)________9.2 mol·L-1,c(NH3)________6.45 mol·L-1(填“>”“<”或“=”,下同)。
(3)各取5 mL与等体积的水混合后,w(H2SO4)______49%,w(NH3)______12.5%。
解析:(1)利用c=计算,c(H2SO4)= mol·L-1=18.4 mol·L-1,c(NH3)= mol·L-1≈12.9 mol·L-1。
(2)硫酸的密度大于水,氨水的密度小于水,各取5 mL与等质量的水混合后,所得稀硫酸的体积大于10 mL,稀氨水的体积小于10 mL,故有c(H2SO4)<9.2 mol·L-1,c(NH3)>6.45 mol·L-1。
(3)5 mL硫酸和5 mL氨水的质量分别为1.84 g·cm-3×5 mL=9.2 g、0.88 g·cm-3×5 mL=4.4 g,而5 mL水的质量约为5 g,故各取5 mL与等体积的水混合后,w(H2SO4)>49%,w(NH3)<12.5%。
答案:(1)18.4 mol·L-1 12.9 mol·L-1
(2)< > (3)> <
考点2 一定物质的量浓度溶液的配制
1.容量瓶的构造与使用
(1)容量瓶的构造、规格及用途
(2)查漏操作
【提醒】 (1)选择容量瓶时应遵循“大而近”的原则,即所配溶液的体积等于或略小于容量瓶的容积,同时所需溶质的量按所选用的容量瓶的规格进行计算。(2)使用容量瓶时的“五不”:不能溶解固体;不能稀释浓溶液;不能加热;不能作反应容器;不能长期贮存溶液。
2.100 mL 1.00 mol·L-1氯化钠溶液的配制
【提醒】 配制一定物质的量浓度的溶液时,若是固体溶质,则计算所需质量,用天平进行称量;若是液体溶质,则要换算成体积,用量筒量取。
【基点判断】(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)用图A装置配制0.1 mol·L-1的NaOH溶液(×)
(2)用图B装置配制一定物质的量浓度的NaCl溶液(×)
(3)用图C装置配制0.5 mol·L-1的Na2CO3溶液(×)
(4)配制0.100 0 mol·L-1NaCl溶液时,将溶液转移到容量瓶中需用玻璃棒引流(√)
(5)用固体NaCl配制0.5 mol·L-1的溶液,所用的仪器只有烧杯、玻璃棒、胶头滴管、容量瓶(×)
一、一定物质的量浓度溶液的配制
1.实验室需要配制0.50 mol·L-1NaCl溶液480 mL。按下列操作步骤填上适当的文字,以使整个操作完整。
(1)选择仪器。完成本实验所必需的仪器有:托盘天平(带砝码、最小砝码为5 g)、药匙、烧杯、________、________、________以及等质量的两片滤纸。
(2)计算。配制该溶液需取NaCl固体________g。
(3)称量。
①天平调平之后,应将天平的游码调至某个位置,请在图中用一根竖线标出游码所处的位置:
②称量过程中NaCl固体应放于天平的________(填“左盘”或“右盘”)。
③称量完毕,将药品倒入烧杯中。
(4)溶解、冷却。该步实验中需要使用玻璃棒,目的是________________________________________________________________________。
(5)转移、洗涤。在转移时应使用玻璃棒引流,需要洗涤烧杯2~3次是为了________________________________________________________________________。
(6)定容。向容量瓶中加水至液面接近刻度线________处,改用________加水,使溶液凹液面与刻度线相切。
(7)摇匀、装瓶。
答案:(1)500 mL容量瓶 胶头滴管 玻璃棒 (2)14.6
(3)① ②左盘
(4)搅拌,加速NaCl溶解 (5)保证溶质全部转入容量瓶中 (6)1~2 cm 胶头滴管
一定物质的量浓度溶液配制的误差分析
(1)根据cB==可知,MB为定值(溶质的摩尔质量),实验过程中不规范的操作会导致mB或V的值发生变化,从而使所配制溶液的物质的量浓度产生误差。若实验操作导致mB偏大,则cB偏大;若实验操作导致V偏大,则cB偏小。
(2)容量瓶定容时仰视、俯视对结果的影响
①仰视刻度线(如图a):加水量高于基准线(刻度线),溶液体积偏大,c偏低。
②俯视刻度线(如图b):加水量低于基准线(刻度线),溶液体积偏小,c偏高。
2.用“偏大”“偏小”或“无影响”表示下列操作对所配溶液浓度的影响。
(1)配制480 mL 0.1 mol·L-1的FeSO4溶液,用托盘天平称取FeSO4固体7.3 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:________。
(4)浓硫酸稀释过程中,用量筒量取浓硫酸时,仰视读数:________。
(5)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:________。
(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)定容摇匀后,发现液面下降,继续加水至刻度线:________。
(8)定容摇匀后少量溶液外流:________。
(9)容量瓶中原有少量蒸馏水:________。
(10)配制NaOH溶液时,NaOH固体中含有Na2O杂质:________。
(11)配制NaOH溶液时,NaOH固体放在烧杯中称量时间过长:________。
答案:(1)偏小 (2)偏小 (3)偏小 (4)偏大 (5)偏大 (6)偏小 (7)偏小 (8)无影响 (9)无影响 (10)偏大 (11)偏小
二、配制一定质量分数或体积比浓度的溶液
3.实验室需100 g 5%的氯化铜溶液,用氯化铜固体配制,具体配制过程为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:称取5.0 g氯化铜固体溶解在95.0 g稀盐酸中搅拌混匀即可
4.用浓硫酸配制1∶4的硫酸50 mL,具体配制过程为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:用50 mL的量筒量取40.0 mL的水注入到100 mL的烧杯中,再用10 mL的量筒量取10.0 mL浓硫酸,然后沿烧杯内壁缓缓注入烧杯中,并用玻璃棒不停搅拌
考点3 溶解度和溶解度曲线
1.固体的溶解度
(1)概念:在一定温度下,某固体物质在100__g溶剂(通常是水)里达到饱和状态时所溶解的质量,叫作这种物质在该溶剂里的溶解度。溶解度的单位为“g”。
(2)表达式:S=×100 g。
(3)影响溶解度大小的因素
内因
物质本身的性质(由结构决定)
外因
溶剂的影响:如NaCl易溶于水而不易溶于汽油
温度的影响:升温,大多数固体物质的溶解度增大,少数物质却相反,如Ca(OH)2;温度对NaCl的溶解度影响不大
2.气体的溶解度
(1)概念:某气体在压强为101 kPa和一定温度下,在1体积水里达到饱和状态时所溶解的气体的体积,常记为1∶x。如NH3、HCl、SO2、CO2等气体在常温时的溶解度分别为1∶700、1∶500、1∶40、1∶1。
(2)气体溶解度的大小与温度和压强的关系:温度升高,溶解度减小;压强增大,溶解度增大。
3.溶解度曲线
(1)两类典型溶解度曲线
①随温度升高,溶解度变大
②随温度升高,溶解度变小
(2)溶解度曲线的含义
①同一物质在不同温度时的溶解度不同。
②两曲线交点的含义:表示两物质在某温度时的溶解度相同。
③能快速比较两种物质在某温度时溶解度的大小。
(3)根据溶解度受温度影响的大小选择不同的物质分离方法
①溶解度受温度影响较小的物质采取蒸发结晶的方法,如除去NaCl溶液中含有的KNO3,应采取蒸发结晶、趁热过滤的方法。
②溶解度受温度影响较大的物质(或带有结晶水)采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法,如除去KNO3溶液中含有的NaCl,应采取加热浓缩、冷却结晶、过滤的方法。
一、认识溶解度曲线
1.(2025·广东深圳模拟)晾晒海水制盐在我国有悠久的历史,利用该工艺可得到氯化钠和氯化镁等物质。氯化钠和氯化镁的溶解度曲线如图。下列说法正确的是( )
A.海水晒盐利用了蒸发结晶的方法获得晶体
B.氯化钠的溶解度受温度影响较大
C.t ℃时,氯化镁饱和溶液中溶质质量分数为70%
D.采用降温结晶的方法可除去氯化钠饱和溶液中少量的氯化镁杂质
解析:选A。由于氯化钠的溶解度受温度影响较小,所以海水晒盐是利用蒸发结晶的方法获得晶体,A正确;由图可知,氯化镁的溶解度受温度影响较大,氯化钠的溶解度受温度影响较小,B错误;t ℃时,氯化镁的溶解度为70 g,即100 g水中最多溶解70 g氯化镁,达到该温度下的饱和状态,故饱和溶液中溶质质量分数为×100%,C错误;由图可知,氯化镁的溶解度受温度影响较大,氯化钠的溶解度受温度影响较小,采用蒸发结晶的方法可除去氯化钠饱和溶液中少量的氯化镁杂质,D错误。
2.MgSO4、NaCl的溶解度曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.MgSO4的溶解度随温度升高而升高
B.NaCl的溶解度比MgSO4的溶解度大
C.T2 ℃时,MgSO4饱和溶液中溶质的质量分数最大
D.将MgSO4饱和溶液的温度从T3 ℃降至T2 ℃时,有晶体析出
解析:选C。温度低于T2 ℃时,MgSO4的溶解度随温度升高而增大,高于T2 ℃时,MgSO4的溶解度随温度升高而降低,A错误;T1 ℃、T3 ℃时,NaCl、MgSO4的溶解度相等,B错误;w=×100%,S越大,w越大,C正确;将MgSO4饱和溶液的温度从T3 ℃降至T2 ℃时,MgSO4的溶解度增大,由饱和溶液变成不饱和溶液,不会有晶体析出,D错误。
二、利用溶解度曲线进行物质的分离与提纯
3.(2025·广东东莞模拟)已知4种盐的溶解度曲线如图所示,下列说法不正确的是( )
A.将NaCl溶液蒸干可得NaCl固体
B.将MgCl2溶液蒸干可得MgCl2固体
C.可用MgCl2和NaClO3制备Mg(ClO3)2
D.Mg(ClO3)2中混有少量NaCl杂质,可用重结晶法提纯
解析:选B。氯化钠受热不分解,将氯化钠溶液蒸干后,得到的固体是氯化钠,A正确;将MgCl2溶液蒸干,因为镁离子会发生水解生成氢氧化镁和挥发性酸盐酸,盐酸挥发,促进镁离子的水解正向移动,所以不会得到氯化镁固体,B错误;由图可知,氯化钠的溶解度较小,所以浓度较大的MgCl2溶液和NaClO3溶液可发生复分解反应生成Mg(ClO3)2和氯化钠沉淀,反应类似侯氏制碱法原理,C正确;氯化钠的溶解度随温度变化不大,而Mg(ClO3)2的溶解度随温度的变化较大,所以Mg(ClO3)2中混有少量氯化钠杂质,可用重结晶法提纯,D正确。
4.如图是X、Y两种固体物质的溶解度曲线。按要求回答下列问题:
(1)若X中混有少量Y,怎样提纯X?
________________________________________________________________________。
(2)若Y中混有少量X,怎样提纯Y?
________________________________________________________________________。
答案:(1)加水溶解,加热浓缩,冷却结晶,过滤
(2)加水溶解,蒸发结晶,趁热过滤
【真题演练·感悟高考】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)(2024·北京高考改编)用图示装置配制一定物质的量浓度的KCl溶液(×)
(2)(2023·浙江6月选考改编)如图操作俯视刻度线定容会导致所配溶液浓度偏大(√)
(3)(2023·山东高考改编)进行容量瓶检漏时,倒置一次即可(×)
2.(2024·山东高考节选)取20.00 mL 0.100 0 mol·L-1 KIO3的碱性溶液和一定量的KI固体,配制1 000 mL KIO3碱性标准溶液,下列仪器必须用到的是________(填字母)。
A.玻璃棒 B.1 000 mL锥形瓶
C.500 mL容量瓶 D.胶头滴管
答案:AD
3.(2024·全国卷甲节选)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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:避免溶质损失 盖好瓶塞,反复上下颠倒,摇匀
4.(2023·山东高考改编)相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
根据图示,LiCl溶液中加入饱和Na2CO3溶液可以得到Li2CO3并结晶析出,操作方法是________________________________________________________________________
__________________。
答案:蒸发结晶,趁热过滤
5.(2022·全国卷乙节选)由CuSO4·5H2O配制一定浓度的CuSO4溶液,下列仪器中不需要的是__________________________(填仪器名称)。
解析:由CuSO4·5H2O固体配制硫酸铜溶液,需用天平称量一定质量的CuSO4·5H2O固体,将称量好的固体放入烧杯中,用量筒量取一定体积的水溶解CuSO4·5H2O,因此用不到的仪器有分液漏斗和球形冷凝管。
答案:分液漏斗和球形冷凝管
6.(2022·海南高考节选)现有浓H3PO4质量分数为85%,密度为1.7 g·mL-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:c(浓H3PO4)==,由稀释定律得:V(浓H3PO4)=≈11.5×10-3 L=11.5 mL。
答案:11.5
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