第五章常用溶液的配制和浓度计算

化验员读本（第四版）云南省化工产品质量监督检验站云南省质量检验协会化工专业委员会毛红祥[e-mail]第五章常用溶液的配制和浓度计算第一节溶液的基本知识一、溶液的定义一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中构成的均匀而又稳定的体系叫溶液。溶液中溶剂和溶质的规定是相对的。分散相的粒子直径小于lnm的分散体系称为真溶液（简称溶液），直径在1～100nm的称为胶体溶液，直径大于100nm的成为悬浊液。二、溶解过程在一定温度下，将固体物质分散到水中，叫做溶解。液体物质重新被吸引到固体表面上，这个过程叫做结晶。当溶解速度等于结晶速度，这时存在着动态平衡。此时的溶液叫做饱和溶液。在溶解过程中，溶质和溶剂体积之和并不就是溶液的体积。即溶解过程不是机械混合过程，而是物理－化学过程。溶解热——吸热和放热（？）体积变化加速溶解的方式研细溶质搅动振荡加热溶液超声三、溶解度溶解度即在一定温度下，某种物质在100g溶剂中达到溶解平衡状态时所溶解的克数。在常温下，在100g溶剂中，能溶解10g以上的物质称为易溶物质，溶解度在1～10g的称为可溶物质，在lg以下的称为微溶及难溶物质。这并不是严格的分类方法。配制饱和溶液的方法（略）第二节化学试剂一、化学试剂的分类和规格一般按试剂的化学组成或用途进行分类。二、化学试剂的规格化学试剂的规格反映试剂的质量，试剂规格一般按试剂的纯度及杂质含量划分若干级别。我国的化学试剂规格按纯度和使用要求分为高纯（有的叫超纯、特纯）、光谱纯、分光纯、基准、优级纯、分析纯和化学纯等7种。国家和主管部门颁布质量指标的主要是后3种即优级纯、分析纯、化学纯。表化学试剂的规格级别名称代号标志颜色某些国家通用等级和符号俄罗斯的等级和符号一级品保证试剂、优级纯G·R绿色G·R分析纯Ч·Д·А二级品分析试剂、分析纯A·R红色A·R化学纯x·ч三级品化学纯C·P蓝色C·P纯Ч基准试剂（容量）是一类用于标定滴定分析标准溶液的标准物质，可作为滴定分析中的基准物用，也可精确称量后用直接法配制标准溶液。基准试剂主成分含量一般在99.95%～100.05%，杂质含量略低于优级纯或与优级纯相当。优级纯主成分含量高，杂质含量低，主要用于精密的科学研究和测定工作。分析纯主成分含量略低于优级纯，杂质含量略高，用于一般的科学研究和重要的测定。化学纯品质较分析纯差，但高于实验试剂，用于工厂、教学实验的一般分析工作。实验试剂杂质含量更多，但比工业品纯度高。主要用于普通的实验或研究。在购买化学试剂时，知道试剂的等级和包装单位。化学试剂的包装单位的净质量（固体）或体积（液体）。包装单位的大小根据化学试剂的性质，用途和经济价值而决定的。三、化学试剂的合理选用应根据不同的工作要求合理地选用相应级别的试剂。试剂的价格与其级别及纯度关系很大，在满足实验要求的前提下，选用试剂的级别就低不就高。痕量分析要选用高纯或优级纯试剂，以降低空白值和避免杂质干扰，同时，对纯水的制取、仪器的洗涤方法也应有特殊的要求;化学分析可使用分析纯试剂;有些教学实验，如酸碱滴定也可用化学纯试剂代替;配位滴定最好选用分析纯试剂，试剂中杂质金属离子封闭指示剂，使终点难以观察。对分析结果准确度的要求高的工作，(如仲裁分析、进出口商品检验、试剂检验等)可选用优级纯、分析纯试剂。车间控制分析可选用分析纯、化学纯试剂。化学试剂虽然都按国家标准检验，但不同制造厂或不同产地的化学试剂在性能上有时表现出某种差异。实验时要注意产品”厂家”、“批号”，不同厂家、批号的试剂应作对照试验。必要时应作专项检验和对照试验。四、化学试剂的使用方法应熟知最常用的试剂的性质。有危险性的试剂可分为易燃易爆危险品，毒品、强腐蚀剂3类。分装或配制试剂立即贴上标签。绝不可在瓶中装上不是标签指明的物质。不能用试剂的要慎重处理，不应乱倒。为保证试剂不受沾污，用清洁的牛角勺从试剂瓶中取出试剂，绝不可用手抓取。如试剂结块可用洁净的棒或瓷药铲将其捣碎后取出。液体试剂可用洗干净的量筒倒取，不要用吸管伸人原瓶试剂中吸取液体，取出的试剂不可倒回原瓶。打开易挥发的试瓶塞时不可把瓶口对准脸部。在夏季由于室温高试剂瓶中很易冲出气液，最好把瓶子在冷水中浸一段时间，再打开瓶塞。取完试剂后要盖紧塞子，不可换错瓶塞。放出有毒、有味气体的瓶子还应该用蜡封口。不可用鼻子对准试剂瓶口猛吸气，如果必须嗅试剂的气味，可将瓶口远离鼻子，用手在试剂瓶上方扇动，使空气流吹向自己而闻出其味。绝不可用舌头品尝试剂。五、引起化学试剂变质的原因有些性质不稳定的化学试剂，由于储存过久或保存条件不当，会造成变质，影响使用。常见的化学试剂变质的原因如下：1.氧化和吸收二氧化碳易被氧化的还原剂，如硫酸亚铁、碘化钾，由于被氧化而变质。碱及碱性氧化物易吸收二氧化碳而变质，如NaOH、KOH、MgO、CaO、ZnO也易吸收CO2变成碳酸盐。酚类易氧化变质。2.湿度的影响潮解：有些试剂易吸收空气中的水分发生潮解，如CaCl2、MgCl2、ZnC12、KOH、NaOH等。风化：含结晶水的试剂露置于干燥的空气中时，失去结晶水变为白色不透明晶体或粉末。如Na2SO4·10H2O、CuSO4·5H2O等。风化后的试剂取用时其分子质量难以确定。3.挥发和升华浓氨水若盖子密封不严，久存后由于NH3的逸出，其浓度会降低。挥发性有机溶剂，如石油醚等，由于挥发会使其体积减少。因其蒸气易燃，有引起火灾的危险。碘、萘等也会因密封不严造成量的损失及污染空气。4.见光分解过氧化氢溶液见光后分解为水和氧甲醛见光氧化生成甲酸CHCl3氧化产生有毒的光气HNO3在光照下生成棕色的NO2。5.温度的影响高温加速试剂的化学变化速度，也使挥发、升华速度加快温度过低也不利于试剂储存，在低温时有的试剂会析出沉淀，如甲醛在6℃以下析出三聚甲醛，有的试剂发生冻结。第三节分析化学中的计量关系一、法定计量单位法定计量单位是由国家以法令形式规定使用或允许使用的计量单位。我国的法定计量单位是以国际单位制单位为基础，结合我国的实际情况制定的。量的名称单位名称符号量的名称单位名称符号长度米m热力学温度开[尔文]K质量千克(公斤）kg物质的量摩[尔]mol时间秒s光强度坎〔德拉]cd电流安〔培〕A二、分析化学中常用法定计量单位1.物质的量“物质的量”是表示物质的基本单元多少的一个物理量，国际上规定的符号为n，它的单位名称为摩尔，符号为mol1mol是指系统中物质单元B的数目与0.012kgC-12的原子数目相等。在使用摩尔(mol)时其基本单元应予指明，它可以是原子、分子、离子、电子及其它粒子和这些粒子的特定组合。1mol=6.0210232、质量用符号m表示。质量的单位为(kg)，在分析化学中常用克(g)，毫克(mg)，微克（μg)。它们的关系为：1kg=1000g；1g=1000mg；1mg=1000μg；1μg=1000ng3、体积用符号V表示，国际单位为立方米(m3)，在分析化学中常用升(L)、毫升(mL)和微升(μL)。它们之间系为：1m3=1000L；1L＝1000mL；1mL=1000μL4、摩尔质量摩尔质量定义为质量(m)除以物质的量(nB)。摩尔质量的符号为MB，单位为千克/摩(kg/mol)m即MB=——nB在分析化学中单位常用(g/mol).5、密度密度作为一种量的名称，符号为ρ，单位为千克/米3(kg/m3)，常用单位为克/厘米3(g/cm3)或克/毫升(g/mL)。由于体积受温度的影响，对密度必须注明温度。第四节溶液浓度表示方法一、B的物质的量浓度B的物质的量浓度，常简称为B的浓度，是指B的物质的量除以混合物的体积，以cB表示，单位为mol/L，即nBCB=——V式中:cB——物质B的物质的量浓度，mol/LnB——物质B的物质的量，mol；V——混合物（溶液）的体积，L。二、B的质量分数B的质量分数是指B的质量与混合物的质量之比。以wB表示。由于质量分数是相同物理量之比，因此其量纲为1，但是在量值的表达上这个1并不出现而是以纯数表达。例如，w(HCI)=0.38，也可以用“百分数”表示，即w(HCI)=38%。如果分子、分母两个质量单位不同，则质量分数应写上单位，如mg/g，μg/g，ng/g等。质量分数还常用来表示被测组分在试样中的含量。三、B的质量浓度B的质量浓度是指B的质量除以混合物的体积，以ρB表示，单位为g/L，即式中ρB——物质B的质量浓度，g/L；mB——物质B的质量，g；V——混合物（溶液）的体积，L。当浓度很稀时，可用mg/L，μg/L或ng/L表示（过去有用ppm、ppb、ppt表示，应予废除）。ρ=mVBB四、B的体积分数混合前B的体积除以混合物的体积称为B的体积分数，适用于溶质B为液体，以φB表示。将原装液体试剂稀释时，多采用这种浓度表示，如φ(C2H5OH)=0.70，也可以写成φ(C2H5OH)=70%，可量取无水乙醇70mL加水稀释至100mL。体积分数也常用于气体分析中表示某一组分的含量。五、比例浓度包括容量比浓度和质量比浓度容量比浓度是指液体试剂相互混合或用溶剂（大多为水）稀释时的表示方法。质量比浓度是指两种固体试剂相互混合的表示方法。六、滴定度（略）第五节一般溶液的配制和计算一般溶液是指非标准溶液；它在分析工作中常作为溶解样品，调节pH值，分离或掩蔽离子，显色等使用；配制一般溶液精度要求不高，1～2位有效数字；试剂的质量由架盘天平称量，体积用量筒量取即可。一、物质的量浓度溶液的配制和计算式中：mB——固体溶质B的质量，g；cB——欲配制溶液物质B的物质的量浓度，mol/L；V——欲配溶液的体积，mL；MB——溶质B的摩尔质量，g/mol。1000BMcmVBB欲配制c(Na2CO3)=0.5mol/L溶液500mL，怎样配制？M（Na2CO3）=106g/mol。思路：物质的量不变CV=m/Mm(Na2CO3)=c（Na2CO3）×V×M（Na2CO3）1000m(Na2CO3)=0.5×500×106/1000=26.5g(2)配法：称取Na2CO326.5g溶于水中，用水稀释至500mL，混匀。欲配制c(H3PO4)=0.5mol/L溶液500mL，怎样配制？（浓H3PO4密度ρ=1.69，w=85%，浓度为15mol/L。）方法一：稀释前后物质的量不变C浓V浓=C稀V稀V浓=C稀V稀/C浓=0.5×500/15≈17mL方法二：质量不变m(H3PO4)=c（H3PO4）×V(H3PO4)×M（H3PO4）1000=0.5×500×98/1000=24.5gV0=m/ρw=24.5/(1.69×85%)=17mL配制：量取浓磷酸17mL，用水稀释至500mL，混匀。二、质量分数溶液的配制和计算溶质是固体物质m1=mwm2=m-m1？式中m1——固体溶质的质量，g；m2——溶剂的质量，g；m——欲配溶液的质量，g；w——欲配溶液的质量分数。欲配制w（NaCl）=10%溶液500g，如何配制？m1=500×10%=50gm2=500–50=450g配制：称取NaCl50g，加水450g，溶解混匀。溶质是浓溶液V0ρ0w0=Vρw式中V0，V——溶液稀释前后的体积，mL；ρ0，ρ——浓溶液、欲配溶液的密度，g/mL；w0，w——浓溶液、欲配溶液的质量分数。三、质量浓度溶液的配制和计算欲配制20g/L亚硫酸钠溶液100mL，如何配制？g2g1000100201000m）（VBB1000mVBB配制：称取2g亚硫酸钠溶于水中，加水稀释至100mL,混匀。四、体积分数溶液的配制和计算欲配制φ(C2H5OH)=50%乙醇溶液1000mL，如何配制？配法：量取无水乙醇500mL，加水稀释至1000mL，混匀。LLBAAVVAm400m)3221000(LLV