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13.6: Lösungskonzentration: Molarität


Lernziele

  • Verwenden Sie die Molarität, um Mengen in chemischen Reaktionen zu bestimmen.
  • Verwenden Sie bei Berechnungen die Molarität als Umrechnungsfaktor.

Eine andere Möglichkeit, die Konzentration auszudrücken, besteht darin, die Anzahl der Mole des gelösten Stoffes pro Volumeneinheit der Lösung anzugeben. Von allen quantitativen Konzentrationsmaßen wird die Molarität von Chemikern am häufigsten verwendet. Molarität ist definiert als die Anzahl der Mole des gelösten Stoffes pro Liter Lösung.

[mathrm{Molarität=dfrac{Zahl: of: Mol: of: gelöst}{Zahl: of: Liter: of: Lösung}} label{defMolarity}]

Das Symbol für die Molarität ist ( ext{M}) oder Mol/Liter. Chemiker verwenden auch eckige Klammern, um einen Hinweis auf die Molarität einer Substanz anzugeben. Der Ausdruck (left[ ce{Ag^+} ight]) bezieht sich beispielsweise auf die Molarität des Silberions in Lösung. In Molarität ausgedrückte Lösungskonzentrationen sind am einfachsten zu berechnen, aber am schwierigsten im Labor durchzuführen. Solche Konzentrationseinheiten sind nützlich, um chemische Reaktionen zu diskutieren, bei denen ein gelöster Stoff ein Produkt oder ein Reaktant ist. Die Molmasse kann dann als Umrechnungsfaktor verwendet werden, um Mengen in Mol in Mengen in Gramm umzurechnen.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass sich „Mol“ in diesem Ausdruck auf Mole des gelösten Stoffes bezieht und „L“ auf Liter Lösung. Wenn Sie beispielsweise 1,5 mol NaCl in 0,500 l Lösung gelöst haben, ist seine Molarität

[mathrm{dfrac{1,5: mol: NaCl}{0,500: L: Lösung}=3,0: M: NaCl}]

Manchmal wird (aq) hinzugefügt, wenn das Lösungsmittel Wasser ist, wie in „3.0 M NaCl (aq).“ Dies wird als "a 3.00" gelesen Backenzahn Natriumchloridlösung", was bedeutet, dass pro Liter Lösung 3,00 Mol NaOH gelöst sind.

Beachten Sie, dass die Molarität als Gesamtvolumen der . berechnet wird ganz Lösung, nicht nur Lösungsmittelvolumen! Der gelöste Stoff trägt zum Gesamtvolumen bei.

Wenn die Menge des gelösten Stoffes in Masseneinheiten angegeben wird, müssen Sie Masseneinheiten in Moleinheiten umrechnen, bevor Sie die Definition der Molarität zur Berechnung der Konzentration verwenden. Wie hoch ist beispielsweise die molare Konzentration einer Lösung von 22,4 g HCl gelöst in 1,56 L?

Rechne zunächst die Masse des gelösten Stoffes in Mol um, indem du die Molmasse von HCl (36,5 g/mol) verwendest:

[22.4cancel{gHCl} imes dfrac{1: mol: HCl}{36.5cancel{gHCl}}=0.614, mol; HCl]

Jetzt können wir die Definition der Molarität verwenden, um eine Konzentration zu bestimmen:

[M: =: dfrac{0,614: mol: HCl}{1,56L: Lösung}=0,394, M HCl]

Bevor eine Molaritätskonzentration berechnet werden kann, muss die Menge des gelösten Stoffes in Mol und das Volumen der Lösung in Litern ausgedrückt werden, wie im folgenden Beispiel gezeigt.

Beispiel (PageIndex{1})

Eine Lösung wird hergestellt, indem (42.23 : ext{g}) von (ce{NH_4Cl}) in genügend Wasser aufgelöst wird, um (500.0 : ext{mL}) Lösung zu erhalten. Berechnen Sie seine Molarität.

Lösung

Schritte zur Problemlösung

Identifizieren Sie die "gegebenen" Informationen und das Problem, das Sie "finden" fordert.

Gegeben:

Masse (= 42,23 : ext{g} : ce{NH_4Cl})

Volumen Lösung (= 500,0 : ext{mL} = 0,5000 : ext{L})

Suche: Molarität = ? M

Listen Sie andere bekannte Größen auf.

Molmasse (ce{NH_4Cl} = 53,50 : ext{g/mol})

Planen Sie das Problem.

1. Die Masse des Ammoniumchlorids wird zunächst in Mol umgerechnet.

2. Dann wird die Molarität durch Division durch Liter berechnet. Beachten Sie, dass das angegebene Volumen in Liter umgerechnet wurde.

(mathrm{M=frac{mol: NH_4Cl}{L: Lösung}} )

Einheiten abbrechen und berechnen.

Setze nun die bekannten Größen in die Gleichung ein und löse.

(egin{align} 42,23 cancel{ ext{g} : ce{NH_4Cl}} imes dfrac{1 : ext{mol} : cancel{ce{NH_4Cl}}} {53,50 : ext{g} : ce{NH_4Cl}} &= 0,7893 : ext{mol} : ce{NH_4Cl} dfrac{0,7893 : ext{mol} : ce{NH_4Cl}}{0,5000 : ext{L-Lösung}} &= 1,579 : ext{M} end{align})

Denken Sie an Ihr Ergebnis.Die Molarität ist (1,579 : ext{M}), was bedeutet, dass ein Liter der Lösung (1,579 : ext{mol} : ce{NH_4Cl}) enthalten würde. Vier signifikante Zahlen sind angemessen.

Übung (PageIndex{1})

Wie groß ist die Molarität einer Lösung, wenn 66,2 g C6H12Ö6 werden aufgelöst, um 235 ml Lösung zu erhalten?

Antworten

1,57 Mio. C6H12Ö6

Übung (PageIndex{2})

Wie hoch ist die Konzentration in ( ext{mol/L}), wobei (137: ext{g}) von (ce{NaCl}) in genügend Wasser gelöst wurde, um (500 : ext{mL}) Lösung?

Antworten

4,69 M NaCl

Verwenden der Molarität in Berechnungen

Die Konzentration kann ein Umrechnungsfaktor zwischen der Menge des gelösten Stoffes und der Menge der Lösung oder des Lösungsmittels sein (je nach Definition der Konzentrationseinheit). Als solche können Konzentrationen bei einer Vielzahl von stöchiometrischen Problemen nützlich sein. In vielen Fällen ist es am besten, die ursprüngliche Definition der Konzentrationseinheit zu verwenden; es ist diese Definition, die den Umrechnungsfaktor liefert.

Ein einfaches Beispiel für die Verwendung einer Konzentrationseinheit als Umrechnungsfaktor ist eines, bei dem wir die Definition der Konzentrationseinheit verwenden und neu anordnen; wir können die Berechnung wieder als Einheitenumrechnung durchführen, anstatt als Definition.

Bestimmung der Mole des gelösten Stoffes unter gegebener Konzentration und Volumen einer Lösung

Nehmen wir zum Beispiel an, wir fragen, wie viele Mol des gelösten Stoffes in 0,108 L einer 0,887 M NaCl-Lösung vorhanden sind. Da 0,887 M 0,887 mol/L bedeutet, können wir diesen zweiten Ausdruck für die Konzentration als Umrechnungsfaktor verwenden:

Lösung

[0.108cancel{L, NaCl} imes dfrac{0.887, mol, NaCl}{cancel{1L, Lösung}}=0.0958, mol, NaCl]

Wenn wir den Definitionsansatz verwendet haben, erhalten wir die gleiche Antwort, aber jetzt verwenden wir Fähigkeiten zum Umrechnungsfaktor. Wie jeder andere Umrechnungsfaktor, der zwei verschiedene Arten von Einheiten in Beziehung setzt, kann auch der Kehrwert der Konzentration als Umrechnungsfaktor verwendet werden.

Bestimmung des Volumens einer Lösung unter Berücksichtigung der Konzentration und der Molmenge des gelösten Stoffes

Unter Verwendung der Konzentration als Umrechnungsfaktor, wie viele Liter 2,35 M CuSO4 werden benötigt, um 4,88 mol CuSO . zu erhalten4?

Lösung

Dies ist eine einstufige Umrechnung, aber die Konzentration muss als Kehrwert geschrieben werden, damit die Einheiten berechnet werden:

[4.88cancel{mol, CuSO_{4}} imes dfrac{1, L, Lösung}{2.35cancel{mol, CuSO_{4}}}=2.08, L, von , Lösung]

In einer Laborsituation muss ein Chemiker häufig ein gegebenes Volumen an Lösungen bekannter Molarität herstellen. Die Aufgabe besteht darin, die erforderliche Masse des gelösten Stoffes zu berechnen. Die Molaritätsgleichung kann umgestellt werden, um nach Mol aufzulösen, die dann in Gramm umgerechnet werden kann. Das folgende Beispiel veranschaulicht dies.

Beispiel (PageIndex{2})

Ein Chemiker muss (3,00 : ext{L}) einer (0,250 : ext{M})-Lösung von Kaliumpermanganat (left( ce{KMnO_4} ight)) herstellen. . Welche Masse von (ce{KMnO_4}) braucht sie, um die Lösung zu erhalten?

Lösung

Schritte zur Problemlösung

Identifizieren Sie die "gegebenen" Informationen und das Problem, das Sie "finden" fordert.

Gegeben:

Molarität (= 0,250 : ext{M})

Volumen (= 3,00 : ext{L})

Gesucht: Masse (ce{KMnO_4} = ? : ext{g})

Listen Sie andere bekannte Größen auf.

Molmasse (ce{KMnO_4} = 158,04 : ext{g/mol})

0,250 mol KMnO4 auf 1 L KMnO4 Lösung

Planen Sie das Problem.

Einheiten abbrechen und berechnen.

Setze nun die bekannten Größen in die Gleichung ein und löse.

(egin{align} ext{mol} : ce{KMnO_4} = 0,250 : ext{M} : ce{KMnO_4} imes 3,00 : ext{L} &= 0,750 : ext{mol} : ce{KMnO_4} cancel{3.00 : L : Lösung} imes frac{0,250 : cancel{ ext{mol} : ce{KMnO_4}}} {1cancel{L : Lösung}} imes dfrac{158.04 : ext{g} : ce{KMnO_4}}{1 : cancel{ ext{mol} : ce{KMnO_4 }}} &= 119 : ext{g} : ce{KMnO_4} end{align})

Denken Sie an Ihr Ergebnis.Wenn (119: ext{g}) von Kaliumpermanganat in Wasser gelöst wird, um (3.00: ext{L}) zu lösen, beträgt die Molarität (0,250: ext{M}) ).

Übung (PageIndex{3})

Unter Verwendung der Konzentration als Umrechnungsfaktor, wie viele Liter 0,0444 M CH2O werden benötigt, um 0.0773 mol CH . zu erhalten2Ö?

Antworten

1,74 Liter

Übung (PageIndex{4})

Beantworten Sie die folgenden Aufgaben mit Konzentration als Umrechnungsfaktor.

  1. Welche Masse des gelösten Stoffes ist in 1,08 L von 0,0578 M H . vorhanden?2SO4?
  2. Welches Volumen einer 1,50 M HCl-Lösung enthält 10,0 g Chlorwasserstoff?
Antworte a

6,12 g

Antwort b

183 ml oder 0,183 l

Konzentration anzeigen

  • Zur Darstellung der Konzentration werden oft eckige Klammern verwendet, z. B. [NaOH] = 0,50 M.
  • Verwenden Sie den Großbuchstaben M für die Molarität, keinen Kleinbuchstaben m (dies ist eine andere Konzentrationseinheit namens Molalität).

Sehen Sie zu, wie die Mitarbeiter von Flinn Scientific Tech zeigen, wie Sie Lösungen vorbereiten.

Es ist wichtig zu beachten, dass es viele verschiedene Möglichkeiten gibt, Ihre chemischen Gleichungen aufzustellen und zu lösen. Einige Schüler ziehen es vor, mehrstufige Berechnungen in einem langen Schritt zu beantworten, während andere es vorziehen, jeden Schritt einzeln auszuarbeiten. Keine der Methoden ist unbedingt besser oder schlechter als die andere Methode – je nachdem, was für Sie am sinnvollsten ist Sie ist die, die Sie verwenden sollten. In diesem Text verwenden wir typischerweise die Einheitenanalyse (auch Dimensionsanalyse oder Faktorenanalyse genannt).