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质量摩尔浓度

冬天防冻液为什么按「每公斤水加多少乙二醇」计算而不是百分比?因为质量摩尔浓度不随温度变。输入溶质摩尔数与溶剂质量,计算 mol/kg。

质量摩尔浓度

什么是质量摩尔浓度?

质量摩尔浓度计算器 - 在线计算插图

质量摩尔浓度(molality)= 溶质摩尔数 ÷ 溶剂质量(kg),单位 mol/kg(记作 m)。它与摩尔浓度(mol/L,记作 M)最大的区别:分母是溶剂「质量」而非溶液「体积」——质量不随温度胀缩,所以 m 与温度无关。

依数性计算(沸点升高、凝固点降低)必须用质量摩尔浓度:ΔT = K × m × i。水的凝固点降低常数 Kf = 1.86 °C·kg/mol——1 m 的糖水冰点降到 −1.86°C,这就是盐水融雪的定量依据。

依数性是质量摩尔浓度最重要的应用场景。除了凝固点降低和沸点升高,渗透压(π = iMRT)也可用质量摩尔浓度近似计算——这在生理盐水(0.308 mol/kg NaCl ≈ 0.154 M)和细胞培养液的渗透压调节中至关重要。

实验测定质量摩尔浓度可通过凝固点降低法反算:精确称取溶质溶于已知质量溶剂,测冰点下降量,除以 Kf(水为 1.86 °C·kg/mol)即得 m。这是早期分子量测定的标准方法(贝克曼法),精度可达 ±1%。

m = 溶质摩尔数 ÷ 溶剂质量(kg);凝固点降低 ΔTf = 1.86 × m × i(水溶液)

0.5 mol 溶质溶于 1 kg 水时 m=0.5 mol/kg,该非电解质水溶液冰点降低 ΔTf=1.86×0.5=0.93°C

常见溶剂的依数性常数
溶剂凝固点(°C)Kf (°C·kg/mol)沸点(°C)Kb (°C·kg/mol)
水0.01.86100.00.512
苯5.55.1280.12.53
醋酸16.63.90118.13.07
环己烷6.520.080.72.79
樟脑178.837.7207.45.95
萘80.36.94217.95.8
苯酚40.97.27181.73.04

如何使用质量摩尔浓度

  1. 1

    输入溶质的摩尔数(mol)。

  2. 2

    输入溶剂质量(kg,注意不是溶液总质量)。

  3. 3

    点击「计算」查看质量摩尔浓度。

计算示例

例 10.5 mol 溶质入 1 kg 水

m = 0.5÷1 = 0.5 mol/kg。该溶液(理想非电解质)冰点 −0.93°C,沸点 100.26°C。

例 2防冻液浓度核算

9 kg 水中加入 62 g×50 = 3.1 mol 乙二醇:m ≈ 0.34 mol/kg……若要 −10°C 防冻:需 m = 10÷1.86 ≈ 5.4 mol/kg,即每公斤水加约 333 g 乙二醇。

注意事项

  • 分母是「溶剂」质量:把 0.5 mol 盐溶进 1 L 水,m ≈ 0.5 mol/kg;溶进 1 L 溶液则无法直接读出。

  • 电解质要乘范特霍夫因子 i:NaCl 理想 i = 2,CaCl₂ i = 3,实际值略小于理想值。

  • 稀水溶液的 m 与 M 数值接近(密度 ≈ 1),浓溶液或非水体系差异显著。

常见问题

分母不同:molality 是每公斤溶剂,molarity 是每升溶液。1 L 水加盐后体积略增,所以同一瓶溶液的 M 略小于 m。温度升高体积膨胀,M 变小而 m 不变。

盐水的凝固点低于纯水:雪面撒盐后部分融化形成盐水膜,其冰点降到 −10°C 以下就不易再结冰。NaCl 理论极限约 −21°C(共晶点),更冷的地方要换 CaCl₂(可达 −50°C)。

间接相关:高原气压低,水的沸点降到 90°C 左右,食物熟化变慢——这是沸点随气压变化;而依数性讲的是溶质使沸点升高。两个效应方向相反,高原上往锅里加盐升沸点的做法收效甚微。

因为温度变化时液体体积会胀缩,但质量不变。凝固点降低实验需要在低温下测量,此时溶液体积已收缩,M 会偏大;而 m 始终精确。依数性公式 ΔT=Kf×m×i 中的 Kf 也是按 mol/kg 测定的。

稀溶液(< 0.1 mol/kg)两者近似相等(差异 < 1%)。浓溶液差异大:饱和 NaCl(26.4% w/w)在 25°C 下 M ≈ 6.14 mol/L,m = 6.14÷0.736(溶剂kg) ≈ 8.34 mol/kg——差异超过 30%。

要防冻到 -10°C,需要 ΔTf = 10°C。乙二醇(非电解质 i=1)的 m = 10÷1.86 ≈ 5.38 mol/kg。每 kg 水加 5.38×62 = 333 g 乙二醇。但实际防冻液是体积比(乙二醇与水 1:1 体积比约对应 -35°C),因高浓度时已偏离理想稀溶液。

一种可调量程精密温度计(精度 ±0.001°C),用于凝固点降低法测分子量。现代已用电子温度计(铂电阻或热敏电阻,精度 ±0.0001°C)取代。通过精确测定冰点下降量反算 m,再由已知溶质质量推算摩尔质量。

理想值:NaCl i=2(Na⁺ + Cl⁻),CaCl₂ i=3,AlCl₃ i=4。实际值因离子缔合而略小:0.01 M NaCl 的 i≈1.97,1 M 时降到 i≈1.8。极稀溶液接近理想值,浓溶液偏离明显。实验测定可用电导法或凝固点降低法。

稀水溶液(< 0.1 mol/kg)在 20°C 时两者近似相等(差异 < 0.2%),因为 1 L 稀水溶液质量 ≈ 1 kg,其中溶剂质量也 ≈ 1 kg。非水溶剂(如乙醇密度 0.789)即使稀溶液也不相同。高浓度溶液两者差异显著。

理想稀溶液的渗透压 π = iMRT(范特霍夫 方程),用 M 近似。但严格公式 π × V = nRT 中 V 是溶剂体积,用 m 更精确。生理盐水 0.308 mol/kg NaCl(i≈1.9)渗透压约 7.4 atm,与血液等渗(300 mOsm/L)。

参考资料

  1. [1]OpenStax · Chemistry · Colligative Properties
  2. [2]NIST · Reference Fluid Properties · Thermophysical Data
  3. [3]CRC Handbook of Chemistry and Physics · Cryoscopic Constants
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凯文内容作者Calcton 化学编辑组 口径审核Calcton 编辑组 交叉审核· 内容更新于 2026-05-05

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引用本页

GB/T 7714 格式

Calcton. 质量摩尔浓度[EB/OL]. https://www.calcton.com/molality, 2026-05-05.

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最后更新:2026-05-05。

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