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十五、溶液配制和浓度表示-分析化学化验员资格证培训报名

1、溶解：

1.1 在一定温度下，将固体放入水中，溶质表面的分子或离子由于本身的运动和受到水分子的吸引，克服固体分子间的阻力，逐渐分散到水中的过程叫溶解。（在溶解同时还进行着一个相反的过程，即已溶解的粒子不断运动，与未溶解的溶质碰撞，重新被吸引到固体表面上叫结晶）；

1.2 当溶解速度等于结晶速度时，溶液的浓度不再增加，达到饱和状态，这时存在着动态平衡，把在一定条件下达到饱和状态的溶液叫饱和溶液[也就是达到(化学)平衡的溶液便不能容纳更多的溶质(当然，其他溶质仍能溶解)，我们都称之为这种溶质的饱和溶液]。在特殊条件下，溶液中溶解的溶质会比正常情况多，这时它便成为过饱和溶液；

1.3 物质在溶解过程中，有的会放热，使溶液温度升高，有的则吸热，使溶液温度降低，这叫溶解过程的热效应。也有许多物质溶解时，溶液的温度没有明显变化；

1.4 物质溶解过程中发生了两个变化，一个是溶质的分子或离子克服它们相互间的吸引力向水分子之间扩散，这是物理变化，这个过程要吸热；另一个是溶质分子或离子与水分子相互吸引，结合成水合分子或水合离子，这叫溶剂化过程，是化学反应，要放热。总的热效应之和，习惯上称为溶解热；如为正值，表示溶解放出热量，反之则吸收热量。1摩尔的物质在溶解时放出或吸收的热量叫物质的溶解热；

1.5 在溶解过程中，溶液的体积也发生变化，溶质和溶剂的体积之和，并不是溶液的体积（如乙醇和水混合后体积减小，而苯和乙酸混合后体积增加），这一现象也说明溶解过程不是一个机械混和过程，而是一个物理-化学过程 。

1.6 为了加速溶解，可以采取研细溶质、搅动、振荡和加热溶液的方法。

2、溶解度:

2.1 物质在水中溶解能力的大小称溶解度；即在一定温度下，某种物质在100g溶剂中达到饱和时所溶解的克数（如在20⁰C，KCL在100g水中最多能溶解34.0g，KCL的溶解度就是34.0克每100克水）。每份(通常是每份质量）溶剂(有时可能是溶液)所能溶解的溶质的最大值就是"溶质在这种溶剂的溶解度"，如果不指明溶剂，通常意味着溶剂为水，比如"氯化钠的溶解度"和"氯化钠在水中的溶解度"可以认为是具有同样的意思；

2.2 溶解度并不是一个恒定的值。一种溶质在溶剂中的溶解度由它们的分子间作用力、温度、溶解过程中所伴随的变化以及其他物质的存在及多少所决定的，有时还与气压或气体溶质的分压有关。因此，一种物质的溶解度最好能够表述成：“在某温度，某气压下，某物质在某物质中的溶解度为xxxx。(或在某温度，某气压下，某物质中最多能溶解某物质xx克或其他单位)”，如无指明，则温度及气压通常指的是标准状况。溶解度的影响因素很多，其中温度的影响较大，大多数固体物质的溶解度随温度的升高而增加（如KNO₃在0⁰C时，100g水中可溶解18g，100⁰C则可溶解246g）；

2.3 不同的物质在同一溶剂中的溶解度不同，同一物质在不同的溶剂中溶解度也不同；一般符合相似者相溶的经验规律，即物质易溶解于性质相似的物质之中（如极性物质易溶解于极性溶剂，非极性物质易溶解于非极性溶剂）；

2.4 在常温下，在100g溶剂中，能溶解10g以上的物质称易溶解物质；溶解度在1-10g的叫可溶物质；在1g以下的叫微溶或难溶物质；

2.5 不同物质在水中的饱和溶液浓度是不同的，配制饱和溶液的方法是：查阅溶解度表，得知该物质在室温下的溶解度，称取稍过量的溶质，配制溶液，在溶解达到平衡后（可充分搅拌或放置过夜），在溶液中保持过量未溶解的溶质固体。

3、化学试剂：是生产、研究中用以探测物质组成、性状、质量优劣的较高纯度的化学物质。也是制造高纯度产品及特种性能的原料或辅助物质。

4、当量定律：

4.1 化合物的当量：在化学反应中，物质总是以一定重量比例进行的。“当量”即表示化合物相互作用时彼此相当的量，酸碱反应的实质是酸分子中的氢离子和碱分子中的氢氧离子相互反应生成水，即一个H⁺和一个OH^-作用，当盐酸、硫酸、磷酸与氢氧化钠完全反应时，所需的OH^-数分别为1、2、3。因此在讨论化合物反应的重量关系时，以1.008（从H的原子量引伸而来）份重量单位的氢为标准，这样就可以找出某种物质与1.008份重量氢反应时的一个重量数值关系，这些重量关系称为当量。当量以克为单位时是该物质的克当量，以mg为单位时为mg当量；

4.2 酸碱的当量：在酸碱反应中，一种物质的当量取决于它在反应中给出或接受的H⁺数目。如以E代表物质的克当量，M代表1摩尔物质量（克分子量或克式量），n代表1摩尔物质放出或接受H⁺的摩尔数，则E=M/n。（如H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O,硫酸在反应中给出2个H⁺,故硫酸的E=98.08/2=49.04[g]；氢氧化钠接受1个H⁺，则氢氧化钠的E=40.01/1=4=.01[g]。当H₂SO₄+NaOH=NaHSO₄+H₂O时，硫酸只给出1个H⁺，则此反应中硫酸的E=98.08/1=98.08）；

即多元酸碱的克当量不是固定不变的，同一种物质在不同的反应中有不同的克当量，要据反应的程度来确定；

4.3 盐类的克当量可根据它们与酸碱反应时交换的H⁺或OH^-的数目来确定，而且也必须按具体的反应确定；

4.4 氧化还原当量可按反应中电子得失或氧化值的变化来确定，E=M/n,E氧化剂或还原剂的当量，M氧化剂或还原剂的式量（分子量、原子量或离子量），n是1个分子、原子或离子的氧化剂或还原剂在反应中转移电子数或氧化数的改变值。计算氧化还原当量时，必须按反应实际情况决定；

4.5 克当量数和毫克当量数：克（毫克）当量数是物质的重量（克）与该物质1克（毫克）当量重量之比值。1克当量=1000毫克当量；

4.6 当量定律：物质相互作用时，它们的克（毫克）当量数相等，这就是当量定律，即W₁/E₁=W₂/E₂,式中W为物质的重量，两化合物作用时，其重量之比等于当量之比。

  两种溶液进行反应时，可据溶液物当量浓度和体积计算克当量数。

  当量浓度是指每升溶液中所含溶质的克当量数表示的浓度，用“N”表示，即

N=（溶质的克当量数）/溶液体积[L]

因此，当量定律又可以表示为：N₁xV₁=N₂xV_2.

上式可用于计算反应进行时所需要溶液的体积，还可以由反应时用去溶液的体积来计算溶液的浓度。

5、溶液浓度的表示方法：浓度是表示在一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量，表示方法有如下几种

5.1 百分浓度：在辅助试剂的浓度表示中常用，它又分为二种，为避免混淆，一般给出配制方法或在浓度后标注符号（w溶质的重量，W溶液的重量，v溶质的体积，V溶液的体积），如不指明，即指重量-重量百分浓度（重量是习惯称呼，均指质量）；

重量-重量百分浓度（w/W%）是指每100g溶液中所含溶质的克数：

重量百分浓度=溶质质量/[溶质质量+溶剂质量]x100%. 市售的酸碱常用此法表示（如97%的硫酸溶液是指100g硫酸溶液中含有97g硫酸，3g 水）。

重量-体积百分浓度（w/V%）

是指每100ml溶液中所含溶质的克数，w/V%=溶质质量（g）/溶液体积mlX100%.

5.2 摩尔浓度：摩尔是国际单位制的基本单位，摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的基本单元数与0.012Kg碳-12的原子数目相等。基本单元应指明，可以是原子、分子、离子、电子及其它粒子。据过去确定的实验工作已知12克碳-12中含有6.022x10²³个¹²C原子。这个数目叫阿伏加德罗常数。因此，摩尔的定义可表达为：如果一个物系中所含物质的基本单元的数目是6.022x10²³个时，这个数量叫1摩尔。1mol=1000mmol。摩尔浓度分为质量摩尔浓度（m）和体积摩尔浓度（M）。m是指1000克溶剂中所含溶质的摩尔数，使用这种表示方法，溶液的浓度不随温变化而改变，单位是摩尔/Kg[mol/Kg]（如0.1m硫酸溶液是指1000g水中含有0，1摩尔的硫酸），但在化学分析中很少使用。M是指1L溶液中所含溶质的摩尔数（如1M硫酸溶液表示1L溶液中含有1mol的硫酸），M=溶质摩尔数/溶液体积（L）。摩尔浓度可以表示的粒子范围广些，如原子、分子、离子等。在分析化学中分子和离子多些，习惯上也叫克分子浓度、克离子浓度；

5.3 当量浓度：当量浓度是指1L溶液中所含溶质的克当量数。由于物质的当量因其在不同反应中而不同，其当量浓度也不同，因此在写当量浓度时应注明当量与分子量的关系（如KMnO₄,0.1000N[M/5],表示此KMnO₄溶液的当量浓度是指Mn[Ⅶ]还原Mn[Ⅱ]的反应）。一般辅助试剂溶液，当用当量浓度表示时，对酸、碱来说均指反应完全时的当量 。当量浓度用符号N表示；当量浓度过去用得很多，现在基本不用了。一当量就是得失一个电子的意思。如果是盐酸，放出一个氢离子，则当量浓度和摩尔浓度是一样的；如果是硫酸，则一当量浓度等于二分之一的摩尔浓度。当量浓度=溶质的克当量数/溶液体积（升）。

盐类的当量的一般关系为：盐的当量=盐的当量/[盐分子中金属原子数x金属原子价]；

5.4 滴定度：滴定度是容量分析用标准溶液浓度的一种表示方法，定义为每ml溶液相当于溶质的克数。在具体应用中，为了计算方便又分为两种

5.4.1以操作物质表示的滴定度[T_s]：s表示操作溶液即标准溶液（如T_HCL=0.01000克/ml，表示HCL标准溶液中每ml含HCL0.01000g）；

5.4.2 以被测物质表示的滴定度[T_x/s]：x表示补测组分（如用K₂Cr₂O₇标准溶液滴定Fe，K₂Cr₂O₇的滴定度为T_Fe/K2Cr2O7=0.005000g/ml，表示每mlK₂Cr₂O₇标准溶液相当于0.005000gFe）。如果 滴定消耗标准溶液体积为Vs，试样中被测物质的量=Tx/s*Vs。如果固定试样的重量或体积，可以很方便地计算出被测物的含量。对于工厂化验室大量样品的例行分析，用滴定度表示标准溶液浓度，计算比较方便；

5.5 体积比（v/V）：液体试剂用水稀释或液体试剂相互混合时，用配制时其体积之比表示溶液的浓度：

   v/V=市售液体试剂体积[溶质体积，ml]/溶剂体积[一般指水，ml]（如1：3HCL是指1体积的市售浓HCL与3体积水混合）；

5.6 重量-体积浓度（w/V）：是指单位体积溶液中所含溶质的量：w/V=溶质质量/溶液体积（mg/ml,ug/ml），此种溶液多用来表示比色分析等微量成分分析中的测量。如果属于用直接法配制的标准溶液，要求物质纯度要高，组成要稳定，称取的重量和所配制溶液的体积要准确；

5.7 百万分浓度（ppm）：Ppm是一百万份（10⁶）溶液中所含有溶质的量。Ppm本身无单位，物质的可用质量单位或体积单位表示。极稀的水溶液的比重是1，1L水的重量为1Kg即10⁶mg，数值上水溶液中某物质1mg/L的浓度相当于1ppm；ppm浓度（parts per million）是用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度，也称百万分比浓度。经常用于浓度非常小的场合下，与之相似的还有ppb（parts per billion）。对于气体，ppm一般指摩尔分数或体积分数，对于溶液，ppm一般指质量浓度；

5.8 以上七种溶液浓度的表示方法中，摩尔浓度、当量浓度、滴定度常用于表示容量分析标准溶液的浓度。当量浓度在中和法和氧化还原法中应用较多，摩尔浓度在沉淀滴定法和络合滴定法中应用较多。当然在一般溶液的浓度表示方法中也广泛使用摩尔浓度和当量浓度。

6、溶液浓度的换算：为解决用不同浓度表示方法表示同一种溶液的浓度，配制一定量的某一浓度的溶液需固体或浓溶液的数量，用浓、稀两种溶液配制指定浓度的溶液等问题。要求熟练掌握溶液浓度的换算方法。溶液换算的依据是一定体积的溶液，其中所含的溶质的量总是一定的。由于稀释前后，溶质的摩尔数相等，故有如下稀释规则：M₁V₁=M₂V₂， N₁V₁=N₂V₂。为了进行溶液体积和重量之间的换算，必须知道溶液的比重（用d表示）（比重d[20⁰/4⁰]是指20⁰C时溶液的质量与4℃时同体积的水的质量之比，比重无单位，已知4℃时的水的密度是1.000g/ml，因此，物质的比重在数值上等于20℃时的密度，在计算中实际上用的是溶液的密度）。

6.1 重量百分比浓度与摩尔浓度的换算

已知摩尔浓度求百分比浓度：X%=Ms*Mi/1000*d。

已知百分比浓度求摩尔浓度：Ms=1000*d*X%=Mi。

d是溶液的比重，Mi是溶质的摩尔质量[g]，Ms是溶液的摩尔浓度；

6.2 当量浓度与重量百分浓度的换算

X%=N*Mi/1000d*n=E*N/1000*d

  非标准溶液的浓度计算及换算，一般精确到2位有效数字即可；

6.3 滴定度和当量浓度的换算

  据当量定律，标准溶液的毫克当量数等于被测物质的毫克当量数，则：

      Ns*Vs=Wx/[Ex/1000].

  滴定度Tx/s表示1ml标准溶液相当于被测组分的重量Wx。当Vs=1ml时，则：

       W_S=T_X/S

       T_X/S=N_S*E_X/1000.

7、溶液的配制方法：分析工作中遇到的溶液可分为两类：一是用来测定物质含量的具有准确浓度溶液，称标准溶液；另一类是用来控制化学反应的条件，在样品处理、分离、掩蔽操作中使用，其浓度要求不必准确到四位有效数字，这叫一般溶液，也叫辅助试剂溶液。

7.1 一般溶液的配制

7.1.1 以重量百分浓度表示的溶液配制

7.1.1.1 用固体溶质配制百分浓度溶液：据重量百分浓度的定义，在托盘天平上（对于称样量小于0.1g的固体可以在物理天平或分析天平上称，读出2位有效数字即可）称取溶质xg（x=W*X%）,所用溶质重量应为W-xg，如以水为溶剂，一般认为水的比重为1，用量筒量取W-xml体积的水，将溶质加入其中，完全溶解即可；

7.1.1.2 用较浓液体试剂配制较稀的溶液：由于浓溶液的取用以量取体积较为方便，故一般需查阅酸、碱溶液的浓度-比重关系，查得溶液比重，计算出体积，然后进行配制。计算的依据仍是所取浓溶液中溶质的重量和所配的一定体积的溶液中的溶质的重量相等：d_1*V_1*X₁%=d_2*V_2*X₂%；

7.1.1.3 两种不同百分浓度的溶液混合配制所需浓度的溶液

计算法（用求解未知数的方法计算）：

   W₁X₁%+W₂X₂%=W₃X₃%    [1]

   W₃=W₁+W₂        [2]

W₁、W₂混合前两种溶液的重量，W₃混合后所得溶液的重量；g₁、g₂混合前两种溶液中溶质的重量，g₃混合后所得溶液中溶质的重量；X₁%、X₂%混合前两种溶液的重量百分浓度，X₃%混合后要求配制的溶液的重量百分浓度。

交叉方法：此法是找出混合时所取的两种溶液的重量比或体积比。由于混合前后溶液中的溶质的质量相等，所以：W₁X₁%+W₂X₂%=W₃X₃%，将上式两边乘100并将W₃=W₁+W₂代入上式，可得W₁/W₂=[X₃-X₂]/[X₁-X₃]，这个关系式可用交叉为表示, 即从式中可知须取第一种溶液的重量（或份数）的值为W₁₌X₃-X_2,取第二种溶液的重量（或份数）的值为W₂=X₁-X₃。如要求出所取溶液的体积，必须在重量百分浓度上乘以比重再交叉，交叉公式为：V₁=d₃X₃-d₂X₂,V₂=d₁X₁-d₃X₃.如果用来配制的两种溶液中，其中有一种是纯水的话，可将X₂或X₁=0代入交叉法的图式进行计算。

7.1.2 以体积摩尔浓度和当量浓度表示的溶液的配制

7.1.2.1 溶质为固体的溶液配制方法：按浓度的定义，计算出所需溶质的克数

   g=M*Mi*V/1000.

   G=N*E*V/1000.

7.1.2.2 用市售浓溶液配制稀溶液的方法：先将浓溶液的浓度由重量百分浓度换算成当量浓度，再据稀释规则进行配制。也可以根据浓溶液稀释前后溶质的量相等，列出下式:

   d₁V₁X₁%=MV₂*Mi/1000,

   d₁V₁X₁%=NV₁E/1000

V₁是指取比重d₁、浓度X₁的溶液的体积；V₂是需配制的溶液的体积；

7.1.3 比例浓度溶液的配制：如要配1:2HCL溶液150ml,设取HCLxml，则须取水2xml,即3xml=150ml,x=50ml。量取水100ml于烧杯中，加入浓HCL50ml混匀即可。（有的分析方法的操作规程直接给出试剂配制方法，但其浓度表示方法并不和这里介绍的相同，如百分浓度，有时指明把一定量的溶质于100ml水中，它不属于w/W、w/V、v/V表示的浓度）。

7.2标准溶液的制备和标定

7.2.1 直接配制法：是准确称取一定量的物质W，溶解并稀释到一准确的体积，根据计算求出该溶液的准确浓度。（如当量浓度溶液的配制，N=W/[V*E]*1000），采用此法的物质必须是基准物。配制时使用的容量瓶的具体操作见前述；

7.2.2 间接法：由于很多物质不符合基准物的条件（如氢氧化钠易吸空气中的水和CO₂，因此计算得到的重量不能代表其真正重量；浓盐酸易挥发，组成不定[恒沸点盐酸除外]等），因此， 这些物质必须采用间接法制备标准溶液；

7.2.3 标准溶液的标定：先配制一近似所需浓度的溶液，然后用基准物或已知浓度的标准溶液来确定其准确浓度。这个过程叫标定；

7.2.3.1 用基准物标定：如配制一近似浓度0.1NNaOH溶液，然后用纯草酸为基准物，准确称取一定量的纯草酸，溶解后用被标定的0.1NNaOH溶液滴定至等当点，根据所消耗NaOH的体积和草酸的重量就可以计算出0.1N NaOH的准确浓度：N_NaOH*V_NaOH=1000*W_H2C2O4/E_H2C2O4.

7.2.3.2 用准确浓度的标准溶液标定，如：0.1000N HCL标准溶液的准确浓度为已知的，则可以用它来标定NaOH的准确浓度。计算公式是N_HCL*V_HCL=N_NaOH*V_NaOH.

7.2.3.3 标定时应做平行测定，滴定结果的相对偏差不超过0.2%。取平均值计算浓度。标定时的实验条件应与用此标准溶液测定物质时的条件相同，以抵消实验过程中的系统误差；

7.2.3.4 为保证标准溶液浓度的准确性，一般在工厂中，分析岗位所用的标准溶液皆由中心实验室或标准溶液室负责统一配制和标定，再分发到各个分析岗位使用；

7.3 配制溶液注意事项：

7.3.1 分析实验室用的溶液应用纯水配制，容器应先用纯水洗三次以上，特殊要求的溶液应事先作纯水空白值检验（如配制AgNO₃溶液，应检验水中无CL^-；配制用于EDTA络合滴定的溶液应检验水中无杂质阳离子）；

7.3.2 溶液要用带塞的试剂瓶盛装，见光易分解的溶液在装于棕色瓶中，挥发性试剂（如用有机溶剂配制的溶液），瓶塞在严密，见空气易变质及放出腐蚀气体的溶液也要盖紧，长期存放时要用蜡封住；

7.3.3 浓碱液应用塑料瓶装，如装在玻璃瓶中，要用橡皮塞塞紧，不能用玻璃磨口塞；

7.3.4 每瓶试剂溶液必须有标明名称、规格、浓度和配制日期的标签；

7.3.5 溶液储存时可能有以下原因使溶液变质，应予以注意：

7.3.5.1 玻璃与水和试剂作用或多或少会被侵蚀（特别是碱性溶液），使溶液中含有钠、钙、硅酸盐等杂质。某些离子被吸附于玻璃表面，这对于低浓度的离子标准液不可忽略，故低于1mg/mL的离子溶液不能长期储存；

7.3.5.2 由于试剂瓶密封不好，空气中的CO₂、O₂、NH₃或酸雾侵入溶液发生变化（如氨水吸收二氧化碳生成碳酸氢铵），KI溶液见光易被空气中的氧氧化生成I₂而变为黄色，SnCL₂、FeSO₄、Na₂SO₄等还原剂溶液易被氧化；

7.3.5.3 某些溶液见光分解（如硝酸银、汞盐等），有些溶液放置时间较长后逐渐水解（如铋盐、锑盐等）。硫酸钠不能受微生物作用逐渐使浓度变低；

6.3.5.4 某些络合滴定指示剂溶液放置时间较长后发生聚合和氧化反应等，不能敏锐指示终点；

7.3.5.5 由于易挥发组分的挥发，使浓度降低，导致实验出现异常现象。

7.3.6 配制硫酸、磷酸、硝酸、盐酸等溶液时，都应把酸倒入水中。对于溶解时放热较多的试剂，不可在试剂瓶中配制，以免炸裂。配制硫酸溶液时，应将浓硫酸慢慢倒入水中，边加边搅拌，必要时以冷水冷却烧杯外壁；

7.3.7 用有机溶剂配制溶液时（如配制指示剂溶液），有时有机物溶解较慢，应不时搅拌，可以在热水浴中温热溶液，不可直接加热。易燃溶剂使用时要远离明火。几乎所有的有机溶剂都有毒，应在通风柜内操作。应避免有机溶剂不必要的蒸发，烧杯应加盖；

7.3.8 要熟悉一些常用溶液的配制方法。配制易水解的盐类水溶液应先加酸溶解后，再以一定浓度的稀酸稀释（如配制SnCL₂溶液时，如果操作不当已发生水解，加相当多的酸仍很难溶解沉淀）；

7.3.9 不能用手接触腐蚀性及有剧毒的溶液。