已知条件:
- 浓硫酸的质量分数为98%,即每100克溶液中含有98克硫酸。
- 密度为1.84 g/cm³,表示每立方厘米溶液的质量为1.84克。
目标:
计算该浓硫酸的物质的量浓度(单位为mol/L)。
步骤一:确定硫酸的摩尔质量
硫酸(H₂SO₄)的摩尔质量可以通过元素周期表计算得出:
- H: 1 × 2 = 2 g/mol
- S: 32 g/mol
- O: 16 × 4 = 64 g/mol
因此,硫酸的摩尔质量为 \( 2 + 32 + 64 = 98 \) g/mol。
步骤二:计算1升溶液中硫酸的质量
根据密度公式 \( \rho = \frac{m}{V} \),可以求出1升(1000 cm³)溶液的质量:
\[
m = \rho \times V = 1.84 \, \text{g/cm}^3 \times 1000 \, \text{cm}^3 = 1840 \, \text{g}
\]
步骤三:计算1升溶液中硫酸的实际质量
已知浓硫酸的质量分数为98%,因此1升溶液中硫酸的质量为:
\[
m_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 1840 \, \text{g} \times 98\% = 1803.2 \, \text{g}
\]
步骤四:将硫酸质量转换为物质的量
使用公式 \( n = \frac{m}{M} \),其中 \( m \) 是质量,\( M \) 是摩尔质量:
\[
n_{\text{H}_2\text{SO}_4} = \frac{1803.2 \, \text{g}}{98 \, \text{g/mol}} = 18.4 \, \text{mol}
\]
步骤五:得出物质的量浓度
物质的量浓度 \( C \) 的定义是单位体积溶液中溶质的物质的量,即:
\[
C = \frac{n}{V}
\]
这里 \( n = 18.4 \, \text{mol} \),\( V = 1 \, \text{L} \),所以:
\[
C = 18.4 \, \text{mol/L}
\]
最终答案:
98%浓硫酸(密度为1.84 g/cm³)的物质的量浓度为 18.4 mol/L。
通过以上方法,我们能够准确计算出浓硫酸的物质的量浓度,这种方法适用于类似的酸碱溶液计算问题。