高校化学基礎 Unit 08 ・単元4「物質量と化学反応式」3/3ページ

溶液の濃度

食塩水の濃度「5%」と「1.0 mol/L」は何が違う？水で薄めても溶質の量は変わらない、というのはどういうこと？
質量パーセント濃度とモル濃度の意味・計算・希釈を、はじめての人から難関大志望者まで使えるレベルで整理しよう。

📊 質量%濃度🧪 モル濃度💧 希釈

📍 単元4「物質量と化学反応式」3/3ページ:① 物質量(mol) → ② 化学反応式と量的関係 → ③ 溶液の濃度(このページ)

質量パーセント濃度

スポーツドリンクのラベルに「食塩相当量」が書いてあるように、私たちは日常的に「濃さ」を重さの割合で表す場面によく出会う。100 gの食塩水の中に食塩が5 g溶けていれば「5%の食塩水」——これが質量パーセント濃度の考え方。

溶液中の溶質の割合を質量で表した濃度が質量パーセント濃度。食品や薬品のラベルでよく使われる。

FORMULA — 質量パーセント濃度 w [%] = (溶質の質量[g]) / (溶液の質量[g]) × 100 溶液の質量 = 溶質の質量 + 溶媒の質量

🧮 計算例

食塩(NaCl)20 gを水80 gに溶かした食塩水の質量パーセント濃度は？

w = 20 / (20 + 80) × 100 = 20 / 100 × 100 = 20%

❌ よくある誤解

誤:質量パーセント濃度は「溶質の質量 ÷ 溶媒の質量 × 100」で計算する正:分母は「溶媒」の質量ではなく「溶液(溶質+溶媒)」の質量である

先の例で言えば、20/80×100=25%ではなく、20/(20+80)×100=20%が正しい。分母を溶媒だけにする間違いは非常に多い。

誤:同じ質量パーセント濃度なら、どんな溶質でも溶液中の粒子の個数(mol数)は同じだ正:質量パーセント濃度は「重さ」の割合であり、溶質のモル質量が違えば同じ%でも溶けている粒子の個数(mol数)は異なる

5%の食塩水(NaCl, モル質量58.5)と5%のブドウ糖水溶液(モル質量180)では、同じ重さの溶質が溶けていても、molで数えた粒子の個数はまったく違う。

💡 なぜ「溶液」の質量を分母にするのか? 「濃さ」とは、実際に飲んだり使ったりする溶液全体のうち、どれだけの割合が溶質でできているかを示す指標。溶媒だけを基準にすると、「溶かせば溶かすほど分母は変わらないのに分子だけ増える」という不自然な計算になってしまう。溶質を加えると溶液全体の質量も増えるので、溶液を分母にするのが理にかなっている。

モル濃度と希釈

カルピスの原液を水で薄めるとき、味は薄くなるが、コップの中に入っているカルピスの「成分そのものの量」は薄める前後で変わらない——ただ水で薄まって広がっただけだ。これが「希釈」の考え方。化学の実験でも、濃い溶液を水で薄めて使いたい濃度の溶液を作ることがよくある。

モル濃度 c[mol/L]は、溶液1 L中に溶けている溶質の物質量。化学計算で最もよく使われる濃度。

FORMULA — モル濃度 c [mol/L] = n [mol] / V [L] n = c × V(溶質のmol数 = モル濃度 × 溶液の体積)

図1:質量パーセント濃度からモル濃度への変換手順と公式。

🧮 計算例:質量%→モル濃度

36%の塩酸(密度1.18 g/cm³、HClの分子量36.5)のモル濃度は？

c = 10 × 1.18 × 36 / 36.5 = 424.8 / 36.5 ≈ 11.6 mol/L

💧 希釈の計算

水を加えて溶液を薄めても、溶質のmol数は変わらない(水は溶質を増減させない)。この関係から次の式が成り立つ。

FORMULA — 希釈の式 c₁V₁ = c₂V₂ c₁, V₁: 希釈前の濃度・体積　c₂, V₂: 希釈後の濃度・体積

例:2.0 mol/Lの塩酸50 mLを水で薄めて0.50 mol/Lにするには、全体を何mLにすればよいか？
2.0 × 50 = 0.50 × V₂ → V₂ = 200 mL(つまり水を150 mL加える)

❌ よくある誤解

誤:希釈すると溶質のmol数が減る(薄くなった分だけ減る) 正:希釈で変わるのは溶液の体積(=モル濃度)であって、溶質のmol数そのものは変化しない

水を加えても溶質の粒子が消えたり増えたりするわけではない。「粒子の数は同じだが、広い体積に散らばるので、1 Lあたりの数(モル濃度)が減る」とイメージするとよい。

誤:c₁V₁=c₂V₂の体積は「加えた水の体積」を指す正:V₁・V₂はどちらも「溶液全体の体積」であり、加えた水の体積そのものではない

先の例では、V₂=200 mLは「薄めた後の溶液全体の体積」。加える水の量を求めるには、そこから元の体積V₁=50 mLを引く必要がある(200−50=150 mL)。

💡 なぜc₁V₁=c₂V₂が成り立つのか? モル濃度の定義 c = n/V を変形すると n = c×V となり、これは「溶液中に含まれる溶質のmol数」を表す。希釈は溶質を増減させない操作なので、希釈前のmol数(c₁V₁)と希釈後のmol数(c₂V₂)は等しくなる。この「molは変わらない」という一点さえ押さえれば、公式を丸暗記しなくても自分で導ける。

🎯 練習問題

まず自分で解いてから、「答えを見る」を押して確かめよう。

問1 ★ 質量パーセント濃度

塩化ナトリウム 15 g を水 135 g に溶かした。この水溶液の質量パーセント濃度は何%か。

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答え10%

濃度 = 溶質 ÷ 溶液 × 100。溶液は 15 + 135 = 150 g。

問2 ★ モル濃度

溶質 0.50 mol を水に溶かして、全体を 2.0 L にした。この水溶液のモル濃度は何mol/Lか。

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答え0.25 mol/L

モル濃度 = 溶質の物質量 ÷ 溶液の体積。

問3 ★★ 溶質の物質量

0.20 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液 500 mL に含まれる水酸化ナトリウムは何molか。

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答え0.10 mol

物質量 = モル濃度 × 体積[L] = 0.20 × 0.500。

問4 ★★ モル濃度

水酸化ナトリウム（式量40）4.0 g を水に溶かして、全体を 250 mL にした。この水溶液のモル濃度は何mol/Lか。

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答え0.40 mol/L

4.0 g は 0.10 mol。0.10 ÷ 0.250。

問5 ★★ 希釈

6.0 mol/L の塩酸 100 mL を水でうすめて、1.2 mol/L の塩酸をつくりたい。全体を何mLにすればよいか。

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答え500 mL

うすめても溶質の物質量は変わらない。c₁V₁ = c₂V₂。

問6 ★★★ 質量パーセント濃度からモル濃度

質量パーセント濃度98%、密度 1.84 g/cm³ の濃硫酸のモル濃度は何mol/Lか。硫酸の分子量は98とする。

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答え18.4 mol/L

c = 10ρw ÷ M = 10 × 1.84 × 98 ÷ 98。

✅ この単元のまとめ

質量パーセント濃度 w% = 溶質質量 / 溶液質量 × 100(分母は溶媒ではなく溶液)
モル濃度 c[mol/L] = n / V(n: 溶質のmol、V: 溶液の体積[L])。溶質のmol = c × V
変換公式:c = 10ρw / M(ρ: 密度、w: 質量%、M: モル質量)
希釈前後で溶質のmolは変わらない:c₁V₁ = c₂V₂(V₁・V₂は溶液全体の体積)

前：化学反応式と量的関係次：酸と塩基

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