Đối với kiến thức hóa học trong chương trình THCS, THPT, nồng độ mol là một trong những kiến thức cơ bản mà người học cần nắm vững và hiểu rõ. Nồng độ mol, ký hiệu là CM (tính bằng phần trăm), được coi là nồng độ đo số gam chất tan trong 100 gam dung dịch. Nồng độ mol có công thức riêng, có đặc điểm riêng và biết được nó sẽ giúp cho các nhà nghiên cứu khoa học hóa học cũng như những người ứng dụng khoa học hóa học biết được nguyên lý và đảm bảo an toàn khi thực hiện.
Nồng độ mol là gì?
Khi nhìn xung quanh, ngay cả khi bạn đang ngồi ở nhà, bạn sẽ nhận thấy nhiều đồ vật khác nhau. Hầu hết các vật liệu này không tinh khiết. Trong thực tế, chúng được trộn lẫn.
Hỗn hợp được tạo thành từ một tập hợp các hợp chất khác nhau. Đôi khi số phần tử có thể khá cao, đôi khi khá thấp, nhưng chỉ cần có nhiều hơn một phần tử trong một đối tượng thì đó là một tổng hợp. Nước cam đựng trong ly, một tách trà, chất tẩy rửa trong phòng tắm hoặc sữa – đây đều là những hỗn hợp.
Tuy nhiên, hỗn hợp không chỉ giới hạn ở chất lỏng: chất rắn và chất khí đều có thể là hỗn hợp; Ngay cả các sinh vật sinh học cũng là một hỗn hợp rất phức tạp của các phân tử, khí và ion hòa tan trong nước.
Các loại nồng độ mol
Trong hóa học có hai loại hỗn hợp:
– Hỗn hợp đồng nhất – Các thành phần được phân bố đều trong hỗn hợp và chỉ quan sát thấy một pha vật chất . Chúng còn được gọi là dung dịch và có thể ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí. Không thể tách riêng các thành phần của hỗn hợp mà không có sự biến đổi hóa học của một trong các thành phần. Ví dụ: nước đường, nước rửa chén, thép, nước rửa kính chắn gió, không khí.
– Hỗn hợp không đồng nhất – Các thành phần của hỗn hợp phân bố không đều và có thể có các vùng có tính chất khác nhau. Các mẫu khác nhau của hỗn hợp không giống nhau. Ít nhất hai pha luôn có mặt trong hỗn hợp và thường có thể tách chúng về mặt vật lý. Một số ví dụ về các chất như vậy: máu, bê tông, đá viên trong cola, pizza,.
Nồng độ là một trong những thông số được biết đến nhiều nhất và quan trọng nhất đối với bất kỳ ai làm việc với chất hoặc phản ứng hóa học. Nó đo lượng chất hòa tan trong một thể tích dung dịch nhất định.
Các nhà hóa học sử dụng nhiều đơn vị khác nhau để mô tả nồng độ. Tuy nhiên, thuật ngữ nồng độ mol là cách phổ biến nhất để thể hiện sự tập trung. Khi các chất phản ứng (hợp chất) được biểu thị bằng đơn vị mol , điều này cho phép chúng được viết dưới dạng số nguyên trong các phản ứng hóa học của chúng.
Các giải pháp thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm hóa học. Dung dịch là hỗn hợp đồng nhất bao gồm một hoặc nhiều chất hòa tan trong dung môi. Có nhiều cách để biểu thị lượng chất tan trong dung dịch. Nồng độ của dung dịch cho biết lượng thành phần hóa học (chất tan, ion hoặc hạt) so với lượng dung dịch. Số lượng của một thành phần có thể được biểu thị bằng khối lượng, nồng độ mol, thể tích hoặc số lượng thực thể. Việc thể hiện lượng dung dịch bằng khối lượng hoặc thể tích là điều rất phổ biến. Một loại nồng độ đặc biệt thường được tính toán là nồng độ mol hay còn gọi là nồng độ mol hay nồng độ mol. Nồng độ mol của dung dịch là tỉ số giữa số mol chất tan có trong một lít dung dịch. Nồng độ mol đôi khi được gọi đơn giản là nồng độ, mặc dù thuật ngữ nồng độ có thể đề cập đến các đại lượng khác.
Nồng độ mol của dung dịch là đại lượng cho chúng ta biết số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch.
Công thức tính số mol, nồng độ mol
Công thức tính nồng độ mol:
CM= n/v (mol/l), trong đó: n là số mol chất tan; v là thể tích dung dịch, tính bằng lít (l).
Mol là đơn vị SI để đo lượng chất. Định nghĩa hiện tại được thông qua vào năm 1971 và dựa trên carbon 12. Nó nói:
“Số mol là lượng chất trong hệ chứa các thực thể cơ bản nhất có nguyên tử trong 0,012 kg cacbon-12; Ký hiệu của nó là “mol”. Khi sử dụng nốt ruồi, các thực thể cơ bản phải được chỉ định và có thể là nguyên tử, phân tử, ion, electron, các hạt khác hoặc nhóm cụ thể của các hạt này. ”
Do đó, khối lượng mol của cacbon-12 chính xác là 12 gam mỗi mol, M(¹²C) = 12 g/mol. Từ “chất” trong định nghĩa phải chỉ ra (được thay thế bằng tên của) chất liên quan đến một ứng dụng cụ thể, ví dụ như lượng clorua (HCl) hoặc lượng carbon dioxide (CO₂). Điều quan trọng là luôn đưa ra thông số kỹ thuật chính xác của thực thể liên quan (như được chỉ ra trong phần thứ hai của định nghĩa mol). Điều này nên được thực hiện bằng cách cung cấp công thức hóa học thực nghiệm của hợp chất liên quan.
Mol là một trong những đơn vị được sử dụng rộng rãi nhất trong phòng thí nghiệm. Việc sử dụng nó là phổ biến và hầu hết tất cả các dung dịch được sử dụng để điều chế các chất hóa học hoặc cho các mục đích sử dụng khác đều được biểu thị bằng đơn vị nồng độ mol. Đôi khi, nó cũng được sử dụng để chỉ số lượng của một chất trong phân tích hóa lý, đặc biệt là trong ngành thực phẩm và dược phẩm.
Bước đầu tiên trong việc xác định nồng độ mol là tìm khối lượng chất tan tương ứng với gam chất hòa tan. Các bài toán thường bao gồm khối lượng, mặc dù chúng ta có thể cần chuyển nó sang gam từ đơn vị khác.
Ngoài ra, để tìm số mol của một chất tan, trước tiên chúng ta phải tính khối lượng mol của chất đó. Để lập công thức hóa học của chất tan, hãy sử dụng khối lượng nguyên tử của các nguyên tố. Đối với bất kỳ nguyên tố nào xuất hiện nhiều lần, chúng ta cần nhân khối lượng với số nguyên tử trên mỗi phân tử của nguyên tố đó.
Ví dụ: giả sử axit axetic là . Ở đây, phân tử có tổng cộng hai nguyên tử carbon, hai nguyên tử oxy và bốn nguyên tử hydro. Chúng ta sẽ nhân khối lượng nguyên tử của cacbon với 2, oxy với 2 và hydro với 4, sau đó cộng kết quả để có tổng khối lượng mol tính bằng gam trên mol. C H 3 C O O _
Vì khối lượng nguyên tử của cacbon, oxy và hydro lần lượt là 12,01, 16,00 và 1,008. Bằng cách nhân khối lượng và số lượng, chúng ta nhận được
( 12,01 × 2 ) + ( 16,00 × 2 ) + ( 1008 × 4 )
= 60,05 gram mỗi mol.
Bây giờ, để tính số mol chất tan, chúng ta sẽ chia khối lượng tính bằng gam cho gam trên mol. Ví dụ: chúng ta có 10g axit axetic. Sau đó, bằng cách chia 10 g cho 60,05 g mỗi mol, bạn sẽ thu được 0,1665 mol chất tan.
Cách tính nồng độ mol
Để tính nồng độ mol, chúng ta tìm nồng độ mol bằng cách chia số mol cho lít nước dùng trong dung dịch. Ví dụ, axit axetic ở đây hòa tan hoàn toàn trong 1,25 L nước. Sau đó chia 0,1665 mol cho 1,25 L để có nồng độ mol sẽ là 0,1332 M.
Ví dụ về công thức và cách tính nồng độ mol
Ví dụ 1: Hòa tan 10 g KCl vào 250 mL nước cất, tính nồng độ mol.
Đầu tiên, khối lượng phân tử của KCl là 74,55 g/mol nên có thể áp dụng công thức:
Lưu ý rằng thể tích được chuyển đổi từ mL sang L và ký hiệu [M] là viết tắt của nồng độ.
Ví dụ 2: Cần bao nhiêu gam NaBr để pha được 100 ml dung dịch 0,5M trong nước?
Khối lượng phân tử của NaBr là 102,89 g/mol. Công thức bôi trơn cho phép thực hiện phép tính này:
mol = M * L và g = mol * MW
mol NaBr = 0,5 M * 0,1 L = 0,05 mol và g NaBr = 0,05 mol * 102,89 g/mol = 5,15 g NaBr
Ví dụ 3:
Giả sử bạn có 10 mol NaCl và tổng thể tích của dung dịch là 5 L. Để tìm nồng độ mol của dung dịch này, bạn cần chia tổng số mol chất tan (NaCl) cho tổng thể tích:
Điều này có nghĩa là dung dịch 5 L chứa 10 mol NaCl của bạn là dung dịch NaCl 2 M. Ở đây chữ “M” được đọc to là “mol”.
Điều gì xảy ra nếu bạn có dung dịch chứa 10 gam NaCl trong 5 L dung dịch?
Để tìm nồng độ của dung dịch mới này, bạn cần chuyển đổi gam thành mol. Điều này đòi hỏi phải sử dụng khối lượng mol (tính bằng gam/mol) của NaCl. Khối lượng mol của một chất có được bằng cách cộng khối lượng mol của các thành phần riêng lẻ lại với nhau. Đối với NaCl, hai thành phần là natri và clorua.
Để biết khối lượng mol của một trong số chúng, bạn phải nhìn vào ký hiệu của chúng trong bảng tuần hoàn. Khối lượng mol của natri là 22,99 g/mol và của clo là 35,45 g/mol. Cùng với nhau, điều này mang lại cho bạn khối lượng mol của NaCl, là 58,44 g/mol.
Bây giờ bạn có thể tìm thấy nồng độ của dung dịch 5 L chứa 10 gam NaCl.
Bắt đầu bằng cách chuyển đổi gram sang nốt ruồi:
Tiếp theo, bạn cần chia số mol cho tổng thể tích để tìm nồng độ:
Điều này có nghĩa là nếu cho 10 gam NaCl vào dung dịch 5 L, bạn sẽ thu được dung dịch NaCl 0,034 M.
Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có dung dịch chứa 1000 miligam NaCl trong 5 L dung dịch?
Trong trường hợp này, trước tiên bạn phải chuyển đổi miligam thành gam. Có 1000 miligam trong 1 gram.
Bây giờ bạn đã biết rằng 1000 miligam bằng 1 gam, bạn có thể chuyển gam sang mol bằng khối lượng mol:
Cuối cùng, bạn có thể lấy số mol và chia cho tổng khối lượng:
Như vậy, 1000 gam NaCl trong 5 L dung dịch chính xác tương đương với dung dịch NaCl 0,0034 M.
