Nồng độ dung dịch là gì? Công thức, phân loại và bài tập ví dụ

Nồng độ dung dịch là gì?

Nồng độ dung dịch là đại lượng cho biết lượng chất tan có trong một lượng dung dịch hoặc dung môi nhất định. Nói dễ hiểu, nồng độ cho biết dung dịch “đậm đặc” hay “loãng” về mặt định lượng. Cùng là nước muối, nếu lượng muối nhiều hơn trong cùng một lượng nước thì dung dịch có nồng độ cao hơn.

Ví dụ, khi hoà tan 10 gam muối ăn NaCl vào 90 gam nước, ta thu được dung dịch muối. Nếu hoà tan 20 gam NaCl vào 80 gam nước, dung dịch thu được đậm đặc hơn. Để so sánh chính xác, ta cần dùng khái niệm nồng độ dung dịch.

Nồng độ dung dịch là kiến thức nền tảng khi học dung dịch, độ tan, nồng độ phần trăm, nồng độ mol, pH, phản ứng trung hoà và các bài toán hoá học. Khi cần tra nguyên tử khối để tính khối lượng mol, bạn có thể dùng bảng tuần hoàn hóa học.

Vì sao cần dùng nồng độ dung dịch?

Trong hoá học, chỉ biết “có chất tan trong nước” là chưa đủ. Ta cần biết lượng chất tan là bao nhiêu để dự đoán tính chất dung dịch, tính toán phản ứng và pha chế đúng yêu cầu. Dung dịch acid loãng và acid đặc có mức độ nguy hiểm, khả năng phản ứng và pH khác nhau. Dung dịch muối loãng và muối đậm đặc cũng có tính chất khác nhau.

Nồng độ giúp trả lời các câu hỏi như:

• Trong 100 gam dung dịch có bao nhiêu gam chất tan?
• Trong 1 lít dung dịch có bao nhiêu mol chất tan?
• Cần pha bao nhiêu gam chất tan để được dung dịch theo yêu cầu?
• Khi pha loãng, nồng độ thay đổi như thế nào?

Vì vậy, nồng độ dung dịch là cầu nối giữa kiến thức lý thuyết và bài toán định lượng trong hoá học.

Các loại nồng độ dung dịch thường gặp

Trong chương trình phổ thông cơ bản, hai dạng quan trọng nhất là nồng độ phần trăm và nồng độ mol. Đây là hai dạng xuất hiện nhiều trong bài tập tính toán.

Nồng độ phần trăm là gì?

Nồng độ phần trăm cho biết số gam chất tan có trong 100 gam dung dịch. Công thức:

C% = (m_ct / m_dd) × 100%

Trong đó m_ct là khối lượng chất tan, m_dd là khối lượng dung dịch.

Ví dụ, dung dịch NaCl 10% nghĩa là trong 100 gam dung dịch có 10 gam NaCl và 90 gam nước hoặc dung môi khác nếu chỉ có một chất tan và dung môi.

Bài chi tiết: Nồng độ phần trăm là gì?.

Nồng độ mol là gì?

Nồng độ mol cho biết số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch. Công thức:

C_M = n / V

Trong đó n là số mol chất tan, V là thể tích dung dịch tính bằng lít.

Ví dụ, dung dịch NaOH 0,5 M nghĩa là trong 1 lít dung dịch có 0,5 mol NaOH. Nếu có 2 lít dung dịch NaOH 0,5 M thì số mol NaOH là:

n = C_M × V = 0,5 × 2 = 1 mol

Bài chi tiết: Nồng độ mol là gì?.

Phân biệt dung dịch đậm đặc và dung dịch loãng

Dung dịch đậm đặc là dung dịch có lượng chất tan tương đối lớn so với lượng dung dịch hoặc dung môi. Dung dịch loãng là dung dịch có lượng chất tan tương đối nhỏ. Tuy nhiên, “đậm đặc” và “loãng” là cách nói định tính, còn nồng độ là cách biểu diễn định lượng.

Trong bài toán, không nên chỉ viết “loãng” hoặc “đặc” nếu cần tính toán. Cần có số liệu nồng độ cụ thể.

Mối quan hệ giữa chất tan, dung môi và dung dịch

Dung dịch gồm chất tan và dung môi. Khối lượng dung dịch thường bằng tổng khối lượng chất tan và dung môi:

m_dd = m_ct + m_dm

Ví dụ, hoà tan 15 gam đường vào 85 gam nước, khối lượng dung dịch thu được là:

m_dd = 15 + 85 = 100 gam

Nếu cần tính C%, ta dùng:

C% = 15 / 100 × 100% = 15%

Với bài toán dung dịch cơ bản, cần đọc kỹ xem đề cho khối lượng chất tan, khối lượng dung môi hay khối lượng dung dịch.

Pha loãng dung dịch làm nồng độ thay đổi thế nào?

Pha loãng là thêm dung môi vào dung dịch để làm nồng độ giảm. Khi pha loãng, lượng chất tan không đổi nếu không có phản ứng hoá học hoặc thất thoát chất tan. Thể tích hoặc khối lượng dung dịch tăng lên, nên nồng độ giảm.

Với nồng độ mol, công thức pha loãng thường dùng là:

C₁V₁ = C₂V₂

Trong đó C₁, V₁ là nồng độ và thể tích trước pha loãng; C₂, V₂ là nồng độ và thể tích sau pha loãng.

Ví dụ, lấy 100 mL dung dịch NaCl 1 M pha loãng thành 500 mL. Nồng độ sau pha loãng:

C₂ = C₁V₁ / V₂ = 1 × 100 / 500 = 0,2 M

Cô cạn dung dịch làm nồng độ thay đổi thế nào?

Cô cạn hoặc làm bay hơi bớt dung môi làm lượng dung môi giảm, trong khi lượng chất tan có thể giữ nguyên nếu chất tan không bay hơi hoặc phân huỷ. Khi đó dung dịch trở nên đậm đặc hơn, nồng độ tăng.

Ví dụ, dung dịch muối khi đun cho bay hơi bớt nước sẽ mặn hơn. Nếu tiếp tục bay hơi đến khi vượt quá độ tan, muối có thể kết tinh. Đây là cơ sở của quá trình làm muối từ nước biển.

Nồng độ dung dịch trong phản ứng hoá học

Nồng độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và lượng chất tham gia phản ứng. Dung dịch có nồng độ cao thường chứa nhiều hạt chất tan hơn trong cùng một thể tích, nên nhiều phản ứng xảy ra nhanh hơn hoặc tạo nhiều sản phẩm hơn nếu các chất khác đủ.

Ví dụ, trong phản ứng trung hoà:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Nếu biết nồng độ mol và thể tích dung dịch HCl, ta tính được số mol HCl. Từ phương trình, có thể tính lượng NaOH cần để trung hoà vừa đủ.

Bài tập ví dụ về nồng độ dung dịch

Bài 1

Hoà tan 20 gam NaCl vào 180 gam nước. Tính nồng độ phần trăm dung dịch.

Lời giải:

m_dd = 20 + 180 = 200 gam

C% = 20 / 200 × 100% = 10%

Bài 2

Trong 500 mL dung dịch có 0,25 mol NaOH. Tính nồng độ mol.

Lời giải:

V = 500 mL = 0,5 L

C_M = n / V = 0,25 / 0,5 = 0,5 M

Bài 3

Cần lấy bao nhiêu mol HCl trong 200 mL dung dịch HCl 1 M?

Lời giải:

V = 200 mL = 0,2 L

n = C_M × V = 1 × 0,2 = 0,2 mol

Những lỗi thường gặp khi học nồng độ dung dịch

Lỗi đầu tiên là nhầm khối lượng dung môi với khối lượng dung dịch. Trong công thức C%, mẫu số là khối lượng dung dịch, không phải khối lượng dung môi.

Lỗi thứ hai là quên đổi mL sang L khi tính nồng độ mol. Công thức C_M = n/V yêu cầu V tính bằng lít.

Lỗi thứ ba là nhầm C% với C_M. C% dùng khối lượng, còn C_M dùng số mol và thể tích dung dịch.

Lỗi thứ tư là nghĩ pha loãng làm thay đổi số mol chất tan. Nếu chỉ thêm nước và không có thất thoát, số mol chất tan không đổi.

Kết luận

Nồng độ dung dịch cho biết lượng chất tan có trong một lượng dung dịch hoặc dung môi nhất định. Hai loại nồng độ phổ biến nhất trong chương trình phổ thông là nồng độ phần trăm và nồng độ mol. Hiểu nồng độ dung dịch giúp học sinh làm tốt bài toán pha chế, pha loãng, phản ứng trung hoà, tính theo phương trình và các bài tập dung dịch.

Tài liệu tham khảo

• IUPAC Gold Book – Concentration: https://goldbook.iupac.org/terms/view/C01222
• IUPAC Gold Book – Amount concentration: https://goldbook.iupac.org/terms/view/A00295
• Royal Society of Chemistry – Solutions and concentrations: https://edu.rsc.org/
• Chemistry LibreTexts – Concentrations of Solutions: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry