質量％濃度とモル濃度の違い、計算方法について

質問

学校で質量％濃度とモル濃度の計算方法と言うのを習ったのですが、
正直意味がわかりません。
いきなり、「ここはこうなるから覚えてね」みたいな感じで言われて良くわかりませんでした。

まずそれぞれが何なのか、そしてその計算方法を教えてください。
どちらか片方だけでもかまいません。

出来る限り分かりやすくお願いします。

回答No.3

koz7291

こんにちは。濃度計算は、分かりにくいところですね。具体例で考えると、理解が進むと思います。
　ここでは、硫酸を例として挙ようと思います。質量パーセント濃度が96 %の硫酸(硫酸水溶液)のモル濃度は、約17.9 mol/dm^3です(※)。

(※)「dm^3」は、「dm(デシメートル)の3乗」すなわち「立方デシメートル」です。立方デシメートル“dm^3”は“L”(リットル)と同じ大きさです。すなわち、“mol/dm^3”(モル毎立方デシメートル、モル・パー・立方デシメートル)は、“mol/L”(モル毎リットル、モル・パー・リットル)と同じです。

　まず、質量パーセント濃度ですが、その定義は、
【(溶質の質量)÷(溶液の質量)×100】
です。今の96 %硫酸(水溶液)の場合ですが、「硫酸」という場合、二通りの意味がありますので、先に断っておきます。
一、「溶質」としての硫酸。すなわち、化学式「H2SO4」で表わされる物質。
二、「水溶液」としての硫酸。一の硫酸(H2SO4)に、水が混ざった混合物。
　そして、96 %の硫酸(水溶液)の質量パーセント濃度ですが、
●溶質：硫酸(H2SO4)。
●溶媒：水。
●溶液：H2SO4と水との混合物。
ですので、「質量パーセント濃度が96 %」ということは、
(H2SO4の質量)÷(硫酸水溶液の質量)×100＝96
ということです。仮に硫酸水溶液の質量が100 gの場合は、H2SO4の質量が96 g、水の質量が4 g、合わせて100 gということです。

　次に、モル濃度ですが、モル濃度の定義は、次の通りです。
【(溶質の物質量)÷(溶液の体積)】

　上の96 %硫酸(水溶液)のモル濃度が17.9 mol/dm^3(17.9 mol/L)ということは、
(H2SO4の物質量)÷(硫酸水溶液の体積)＝17.9 mol/dm^3
ということです。仮に、この96 %硫酸(水溶液)の体積が1 dm^3(1 L)ならば、そこに含まれている溶質としての硫酸(H2SO4)の物質量は、17.9 molである、ということになります。

　ここからは余談ですので飛ばして下さっても構いません。上のご質問に関連して、質量パーセント濃度とモル濃度の換算の計算問題がよく出されますので、その方法を、少し紹介します。その前に、「質量パーセント濃度」という言葉は、本当はよくなくて、厳密には「質量分率」というのが正しいのです。
(これは、大学でもちゃんと教えられないのですが、大切なことなので書きました)
　すなわち、「質量分率とモル濃度の換算」なのですが、以前のＱ＆Ａで答えましたので、詳しくはそちらを参照してください。

http://okwave.jp/qa/q3170101.html

　そこにある通り、
【(モル濃度)＝(溶液の密度)×(質量分率)÷(溶質のモル質量)】
という関係があります。「モル質量」は、「原子量・分子量・式量に単位『g/mol』をつけたもの」です。また、以下の計算式では、単位も含めて掛け算・割り算していますが、そこには、
【物理量＝数値×単位】
という原理があることが関係しています。言葉で言うと難しいですので、具体例を見て下さい。
具体的に、今の96 %硫酸(水溶液)の場合ですと、
●(溶液の密度)＝1.83 g/cm^3
●(質量分率)＝96 %＝96×10^(-2)　(「10^(-2)」は、「10の-2乗」、すなわち「1/100」のことです)
●(溶質のモル質量)＝98 g/mol
ですので、上の公式に当てはめますと、
(モル濃度)＝(溶液の密度)×(質量分率)÷(溶質のモル質量)
＝1.83 g/cm^3×96×10^(-2)÷98 g/mol
＝{1.83×96÷98÷10^2}×{g×mol÷cm^3÷g}
＝{1.83×96÷98÷10^2}×(mol÷cm^3)
＝{1.83×96÷98÷10^2}×[mol÷{10^(-1) dm}^3]　　←「cm＝10^(-1) dm」の関係を代入
＝{1.83×96÷98÷10^2}×[mol÷{10^(-3) dm^3}]
＝{1.83×96÷98÷10^2÷10^(-3)}×(mol÷dm^3)
＝{1.83×96×10÷98}×(mol÷dm^3)
≒17.9×(mol÷dm^3)
＝17.9 mol/dm^3
となり、「質量分率(高校では、『質量パーセント濃度』)→モル濃度」の換算ができることが分かります。

　以上、参考になれば幸いです。お勉強がんばってください。

参考URL：

http://okwave.jp/qa/q3170101.html

お礼

難し目の説明で大変でしたが内容を理解すると「なるほど」と思えました。ありがとうございました。