Калькулятор молярности - Расчет концентрации раствора (моль/л)

Что такое молярность?

Молярность — это способ измерения количества вещества, растворённого в жидкости. Она определяется как число молей растворённого вещества на литр раствора и записывается как mol/L или обозначается символом M. Раствор с обозначением «1 M» содержит один моль растворённого вещества в каждом литре.

Формула молярности

Молярность рассчитывают простым делением:

$\text{Молярность (M)} = \frac{\text{Количество вещества растворённого вещества (моль)}}{\text{Объём раствора (л)}}$

• Число молей растворённого вещества — это количество растворённого вещества, измеренное в молях.
• Объём раствора — это общий объём жидкости после полного растворения растворённого вещества, измеренный в литрах.
• Молярность — это результат в молях на литр (mol/L), также обозначаемый как M.

Пример расчёта

Растворение 2 молей хлорида натрия (NaCl) в достаточном количестве воды для получения 0,5 л раствора даёт:

$\text{Молярность} = \frac{2 \text{ mol}}{0.5 \text{ L}} = 4 \text{ M}$

Концентрация раствора составляет 4 моль на литр, что записывается как 4 M.

Как рассчитать молярность по массе в граммах

Растворённое вещество часто взвешивают в граммах, а не измеряют непосредственно в молях. Перед применением формулы молярности выполняют дополнительный шаг — переводят граммы в моли.

1. Определите молярную массу соединения в граммах на моль.
2. Разделите массу в граммах на молярную массу, чтобы получить количество вещества в молях.
3. Разделите количество вещества в молях на объём раствора в литрах.

Пример: 10 г NaCl растворяют, чтобы получить 500 мл (0,5 л) раствора.

• Молярная масса NaCl: 22,99 + 35,45 = 58,44 г/моль
• Количество вещества: 10 г ÷ 58,44 г/моль ≈ 0,171 mol
• Молярность: 0,171 mol ÷ 0,5 л ≈ 0,342 M

Как работает этот калькулятор

Калькулятор на этой странице принимает два значения: количество растворённого вещества в молях и объём раствора в литрах. Он делит количество вещества на объём и показывает результат, округлённый до четырёх знаков после запятой.

Оба значения должны быть больше нуля. Нулевое или отрицательное значение в любом поле вызывает сообщение об ошибке вместо результата. Отрицательное количество растворённого вещества не имеет физического смысла, а объём, равный нулю, делает деление невозможным.

Значения также могут поступать из общей ссылки, например ?moles=2.5&volume=0.5. Любое значение в ссылке, которое не является конечным числом, рассматривается как пустое поле, поэтому калькулятор запрашивает ввод, а не показывает бессмысленный результат.

Приготовление раствора с известной молярностью

Химики часто выполняют обратный расчёт от заданной молярности, чтобы определить, сколько растворённого вещества необходимо отвесить.

Пример: Приготовить 250 мл (0,25 л) 0,1 M раствора гидроксида натрия (NaOH).

1. Требуемое количество вещества = молярность × объём = 0,1 M × 0,25 л = 0,025 mol
2. Требуемая масса = количество вещества × молярная масса = 0,025 mol × 40 г/моль = 1 г
3. Растворите 1 г NaOH в воде и добавьте воды до получения ровно 250 мл раствора.

Разбавление исходного раствора

Концентрированный «исходный» раствор можно разбавить до более низкой молярности с помощью уравнения M₁V₁ = M₂V₂, где M₁ и V₁ — концентрация и объём исходного раствора, а M₂ и V₂ — желаемые концентрация и объём после разбавления.

Пример: Приготовить 500 мл 0,2 M раствора из 2 M исходного раствора.

$V_1 = \frac{M_2 \times V_2}{M_1} = \frac{0.2 \text{ M} \times 0.5 \text{ L}}{2 \text{ M}} = 0.05 \text{ L} = 50 \text{ mL}$

Добавление 50 мл 2 M исходного раствора к достаточному количеству воды для получения общего объёма 500 мл даёт требуемую концентрацию.

Молярность при титровании

При титровании раствор с известной концентрацией добавляют к другому раствору до завершения реакции. Молярность связывает измеренные объёмы с количеством реагирующего вещества.

Пример: 20 мл 0,1 M NaOH нейтрализует 25 мл раствора HCl с неизвестной концентрацией.

1. Количество вещества использованного NaOH: 0,1 M × 0,020 л = 0,002 mol
2. HCl и NaOH реагируют в соотношении 1:1 (HCl + NaOH → NaCl + H₂O), поэтому количество вещества HCl = 0,002 mol.
3. Молярность HCl = 0,002 mol ÷ 0,025 л = 0,08 M

Другие единицы концентрации

Молярность — один из нескольких способов выражения концентрации. Каждый из них подходит для разных ситуаций.

История

Идея фиксированной единицы счёта для атомов и молекул восходит к выдвинутой Амедео Авогадро в 1811 году гипотезе, связывающей объём газа с числом частиц. В течение следующего столетия химики развивали эту идею, чтобы определить моль, а молярность стала стандартным способом описания концентрации растворов после принятия моля в качестве основной единицы СИ в 1971. В 2019 Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) переопределил моль с использованием фиксированного значения постоянной Авогадро 6,02214076 × 10²³, а не стандарта, основанного на массе.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между молярностью и моляльностью?

Молярность рассчитывают как количество вещества растворённого вещества, делённое на объём раствора в литрах. Моляльность рассчитывают как количество вещества растворённого вещества, делённое на массу растворителя в килограммах. Поскольку жидкости при нагревании немного расширяются, молярность слегка изменяется с температурой, а моляльность — нет.

Может ли молярность быть выше 1 M?

Да. Концентрированная соляная кислота имеет молярность около 12 M, а концентрированная серная кислота — около 18 M. Максимально возможная молярность зависит от того, какое количество растворённого вещества может раствориться в растворителе при данной температуре.

Какова молярность чистой воды?

Около 55,3 M. Плотность воды при 25 °C составляет примерно 997 г/л, а её молярная масса равна 18,02 г/моль, поэтому 997 ÷ 18,02 ≈ 55,3 mol/л. Это число используют в расчётах равновесия, поскольку удаление небольшого количества воды из большого объёма почти не изменяет её концентрацию.

Влияет ли температура на молярность?

Незначительно. Большинство жидкостей расширяется при нагревании, поэтому то же количество растворённого вещества занимает больший объём, снижая молярность. Моляльность не зависит от температуры, поскольку основана на массе, а не на объёме.

Как используют молярность при титровании?

При титровании измеряют объём раствора с известной молярностью, необходимый для полного взаимодействия с другим раствором. Затем молярное соотношение веществ из уравненного химического уравнения реакции используют для расчёта молярности неизвестного раствора.

До скольких знаков после запятой показывает этот калькулятор?

Результат показывается с четырьмя знаками после запятой. Фактическая значимость числа цифр зависит от точности введённых количества вещества и объёма; результат не следует указывать с большим числом значащих цифр, чем позволяет наименее точное исходное значение.