溶液、溶媒、溶質の違い、モル濃度と密度、質量パーセント濃度の違い、公式、求め方、関係性についてわかりやすく解説します。解説担当は、灘・甲陽在籍生100名を超え、東大京大国公立医学部合格者を多数輩出する学習塾「スタディ・コラボ」の化学科講師です。
溶解・溶質・溶媒・溶液とは
溶解とは、液体中に他の物質が拡散して均一な液体となる現象です。
溶質とは、溶け込んだ物質であり、溶媒とはその溶質を溶かす液体であり、溶液とは溶解によって生じた均一な液体混合物です。
例えば、食塩水を例にとると、食塩が溶質、水が溶媒、食塩水自体が溶液ということです。
ちなみに、溶質は固体しかないと思われがちですが，液体、気体の場合もあります。
液体の溶質だと、例えばエタノールです。
液体のエタノールを水に溶かしてエタノール水溶液ができます。
気体の溶質だと、炭酸水などがありますね。気体の二酸化炭素を水に溶かして炭酸水溶液ができます。
モル濃度とは
モル濃度とは、溶質の物質量[mol]を溶液の体積[L]で割ったものです。
モルとは個数のことでした。（1mol = 6.0×1023個）
公式です。
$$モル濃度[ｍоｌ/Ｌ] = \frac{溶質の物質量[ｍоｌ]}{溶液の体積[Ｌ]}$$
$$溶質の物質量[ｍоｌ] = モル濃度[ｍоｌ/Ｌ]×溶液の体積[Ｌ]$$
【例題１】 NaOH = 40のとき、NaOH2.0gを水に溶かして全体で2.0Lとしたときのモル濃度を求めよ。
【解答１】
【例題２】0.05mol/Lの水酸化カリウム水溶液が20mLある。この溶液中に含まれる水酸化カリウムは何molか。
【解答２】
質量パーセント濃度とは
質量パーセント濃度とは、溶質の質量[g]を溶液全体の質量[g]で割って100をかけたものです。
以下公式です。
$$質量パーセント濃度[％] = \frac{溶質の質量[ｇ]}{溶液の質量[ｇ]}×100$$
密度とは
密度とは、溶液全体の質量[g]を溶液全体の体積[L]で割ったものです。
以下公式です。
$$密度[ｇ/ｃｍ^3] = \frac{溶液全体の質量[ｇ]}{溶液全体の体積[ｃｍ^3]}$$
質量モル濃度とは
おまけです。質量モル濃度とは、溶質の物質量[mol]を溶媒の質量[kg]で割ったものです。
公式です。
$$質量モル濃度[ｍоｌ/ｋｇ] = \frac{溶質の物質量[ｍоｌ]}{溶媒の質量[ｋｇ]}$$
モル濃度との違いは分母です。
モル濃度では、溶液の体積[L]だったのに対し、質量モル濃度では溶媒の質量[kg]です。
頻出の練習問題
質量パーセント濃度が98%の濃硫酸があり、その密度は25℃で1.83g/cm3である。この濃硫酸を水で薄めて、5.0mol/Lの希硫酸500mLをつくるには、何mLの濃硫酸が必要か。
【解答】714g
【解説】そもそも濃硫酸と希硫酸は溶質＝硫酸、溶媒＝水という点は同じです。違いは文字通り濃いか薄いかです。
濃硫酸から希硫酸を作る際に、水のみを加えるので、溶質である硫酸のモルは変わりません。この点に注目して方程式を立てる必要があります。つまり、濃硫酸側から導いた溶質（硫酸分子）のモルと希硫酸側から導いた溶質（硫酸分子）のモルが等しいという式を立てるのです。
まず、必要な濃硫酸をx[mL]とおきます。
濃硫酸側
溶質（硫酸分子）のモルを表したいです。
流れとしては、溶液の体積【x [mL]】⇒密度で溶液の質量に変換【x×1.83[g]】⇒質量パーセント濃度で溶質（硫酸分子）の質量に変換【x×1.83×(98/100)⇒硫酸の分子量で割ってモルに変換 という流れになります。
希硫酸側
溶質（硫酸分子）のモルを表したいです。モル濃度×体積で表すことができます。
まとめ
灘・甲陽在籍生100名を超え、東大京大国公立医学部合格者を多数輩出する学習塾「スタディ・コラボ」の化学科講師よりモル濃度、質量パーセント濃度、密度について解説を行いました。しっかりと覚えておきましょう。
