4.1　溶液的浓度

（Concentration of Solution）

若将水倒进浓硫酸（98%），因大量放热引起水的沸腾，并可能导致硫酸飞溅而伤人毁物，但将水倒进稀硫酸（如10%）则平静无事。铁和稀硫酸起置换反应放出氢气；但浓硫酸则可使铁钝化，在铁表面生成的致密的氧化膜可阻止硫酸继续和铁作用，因此浓硫酸可储存于铁制容器中。一浓一稀，性质迥异。配好一份溶液不仅要标明溶质和溶剂的名称（若是水溶液，只标明溶质即可），还必须注明浓度。

浓度的表示方法很多，可分为两大类：一类是用溶质与溶剂或溶液的相对量表示，它们的量可以用g（克），也可以用mol（摩尔）；另一类是用一定体积溶液中所含溶质的量表示。

4.1.1　质量分数

质量分数为溶质的质量与溶液质量之比，符号为w，无量纲，可用分数或百分数表示（曾称质量百分浓度）。例如将10.0g NaCl溶于100.0g水，则其浓度为

4.1.2　摩尔分数或物质的量分数

摩尔分数符号为x，无量纲，可用分数或百分数表示。

溶质和溶剂的量都用物质的量表示，如将10.0g NaCl和90.0g水配制成的溶液，则

在化学反应中物质的质量比是复杂的，但其间物质的量之比是简单的，所以用摩尔分数表示浓度可以和化学反应直接联系起来。

无论溶液由多少种物质组成，其摩尔分数之和总是等于1，即溶质和溶剂摩尔分数之和为1，或摩尔百分数之和为100%。

4.1.3　质量摩尔浓度

质量摩尔浓度为溶质的物质的量除以溶剂的质量，符号为m，单位为mol·kg^-1。

例如NaCl的摩尔质量为58.4g·mol^－1，若将58.4g的NaCl溶于1000g水或5.84gNaCl溶于100g水，所得溶液的浓度都是1.00mol·kg^－1。上述10%NaCl溶液的m=？这种溶液根据前面的计算得知90g水中含有0.17mol的NaCl，所以很容易求得1000g水中含有1.9mol的NaCl，即该溶液的质量摩尔浓度等于1.9mol·kg^－1。

以上3种浓度的表示方法中，溶剂和溶质都用质量或物质的量表示，其优点是浓度数值不随温度变化，缺点是用天平或台秤来称量液体很不方便。在实验室里经常用量筒或容量瓶等来量度溶液体积，下面就介绍几种与溶液体积有关的浓度的表示方法。

4.1.4　体积分数

相同温度、压力下，溶液中某组分混合前的体积与混合前各组分的体积总和之比，称为某组分的体积分数，符号为φ，无量纲。例如，在20℃时将70cm³乙醇与30cm³水混合，则

φ（C₂H₅OH）=70cm³/100cm³=0.70=70%

4.1.5　物质的量浓度

物质的量浓度简称浓度（曾称摩尔浓度），是溶质的物质的量除以溶液体积，即溶液的单位体积中所含溶质物质的量，符号为c，单位为mol·L^-1（或mol·dm^-3，曾用M表示）、mmol·mL^-1（或mmol·cm^-3）。若将58.4g NaCl溶于1.00dm³的水中，它的浓度并不是1.00mol·dm^－3。因为溶解过程有体积变化，溶液的体积不等于1.00dm³。要配制1.00mol·dm^－3的NaCl溶液，是先将58.4g NaCl溶于水，然后再在容量瓶里冲稀到1.00dm³。上述10%的NaCl溶液换算为物质的量浓度该是多少？前者溶质和溶剂的量都用克表示，后者则用摩尔表示溶质的量，换算时要知道摩尔质量，并用dm³表示溶液的量，所以换算时还要知道该溶液的密度。密度可以直接测量，也可查阅手册。例如，已知质量分数为10.0%的NaCl溶液在10℃时的密度ρ=1.07g·cm^－3，NaCl的摩尔质量为58.4g·mol^－1，那么

此法的缺点是溶液密度或体积随温度略有变化。如10%NaCl溶液在20℃时的ρ＝1.07074g·cm^－3，10℃时的ρ＝1.07411g·cm^－3。按3位有效数字计算，10℃和20℃的浓度可以说没有差别；若按4位或5位有效数字计算，则10℃和20℃的浓度是略有不同的。所以在讨论有些理论问题时，浓度单位常用mol·kg^－1而不用mol·dm^－3。

以上几种浓度表示方法所表示的浓度值，可相当粗略，也可十分精确。如用台秤、量筒配制的NaCl溶液，其浓度值可以取2位有效数字，如10%，或1.9mol·kg^－1或1.8mol·dm^－3等；若用分析天平精确称出0.7212g NaCl，用容量瓶配制成100.0cm³溶液，则其浓度可精确地表示为0.1234mol·dm^－3（4位有效数字）。

商品硫酸、硝酸、盐酸都是浓溶液，工作中需用各种浓度的试剂，可按比例加水冲稀配制。

【例4.1】市售浓硫酸密度为1.84g·cm^－3，质量分数为98%，现需1.0dm³2.0mol·dm^－3的硫酸，应怎样配制？

解　稀释前后溶质H₂SO₄的质量不变，H₂SO₄的摩尔质量为98g·mol^－1，设需用浓硫酸x（cm³），则

1.0dm³×2.0mol·dm^－3×98g·mol^－1＝x×1.84g·cm^－3×98％

x＝1.1×10²cm³

用量筒取110cm³浓硫酸，慢慢倒入盛有大半杯水的1L烧杯中，搅拌，待溶液冷却后，再转入试剂瓶，加水冲稀到1.0dm³，并摇匀。

此外，还有2种浓度粗略表示法，尽管不规范，但实用而方便，被广泛采用。

4.1.6　比例浓度

实验室常用1∶1盐酸来溶解矿物样，这种用比例表示的浓度是指用市售浓盐酸（含HCl 37%，12mol·dm^－3）和水按体积比1∶1配制的。取100cm³浓盐酸加100cm³水，配成的溶液浓度为1∶1的盐酸。这种表示方法极简单，这样的溶液也最容易配制。但由于商品浓盐酸的浓度是粗略的，比例浓度当然也是粗略的，在溶解样品过程中并不需要知道盐酸的精确浓度。如直接用浓盐酸溶矿，会有大量HCl挥发，污染空气；用太稀的盐酸往往速率太慢，使用1∶1的盐酸较为合适。这种浓度表示方法也常用于硝酸、硫酸、氨水等市售试剂的配制。

4.1.7　ppm和ppb

微量成分的浓度过去常用ppm（10^-6，百万分之一，parts per million）或ppb（10^-9，十亿分之一，parts per billion）来表示，可以指质量，也可以指物质的量，有时也指体积。对气态溶液常指物质的量或体积，如空气中SO₂的浓度在0.2ppm左右对植物生长会有很大伤害，会使支气管炎患者咳嗽不止。0.2ppm就是指10⁶mol空气中有0.2mol SO₂（或100万体积空气分子中有0.2体积SO₂分子）。对液态溶液来说，则往往指质量。如某化工厂污水中含汞量为6ppm，即指106g水中含6g汞。在研究微量元素时，常用ppm来表示它们的浓度。

按国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的现行规定，ppm和ppb不应再使用。其理由是这个概念存在模糊之处：（i）指质量比还是体积比，不明确；（ii）ppb中的billion在欧洲表示10¹²，而在美国则表示10⁹。目前，浓度表示还可以用单位体积中物质的质量来表示，如mg·m^-3，μg·m^-3。

综上所述，浓度的表示方法多种多样，都表明溶剂和溶质的相对含量，根据不同的需要，采用不同的表示方法。它们之间都可相互换算。