標準溶液和基準物質（單位，表示法）

容量的單位

眾所周知，在SI單位中，體積的單位為立方米（m³）。化學研究中則廣泛地使用其分量：立方分米（dm³）、 立方厘米（cm³）、立方毫米（mm³）等。升（L）是立方分米的一個別名，即1L = 1dm³。 當涉及玻璃容器的容量時，體積的單位大多用立方厘米，只在特殊情況下采用立方分米或立方毫米。
毫升（mL）一詞常作為立方厘米的別名，即1mL = 1cm³。微升（μL）則作為立方毫米的別名，即1μL = 1 mm³。其基本關系為
1mL = 10^–3L
1μL = 10^–3 mL = 10^–6L
體積的符 號用V表示。

濃度的表示法

在化學分析工作中，隨時都要使用各種濃度的溶液。根據對準確度的不同要求，溶液濃度值的有效數字可以是不同的。象常用的 試劑、沉淀劑、指示劑、緩沖溶液等，通常只需要一位有效數字，如5% (NH4)2C2O4、0.5% 酚酞、2mol/L H2SO4等；而滴定分析中用的標準溶液濃度值，則需要準確到四位有效數字。如 0.2500mol/L HCl標準溶液。 溶液的濃度是指在一定量的溶液或溶劑中，所含溶質的量。 在具體介紹濃度表示法之前，先根據SI 單位制對常用的幾個基本量作個交待。 質量：以m表示，單位為kg。如0.5kg的Zn，即mZn = 0.5kg。以往的教科書中常習慣地稱為某物質的重量。 摩爾：1摩爾所包含的基本單元數就是阿佛加得羅常數6.023×1023個， 基本單元可以是原子、分子、離子、電子或其他粒子，使用時應予說明。如1摩爾Cu原子 = 6.023×1023Cu原子。 摩 爾質量：1摩爾某物質的質量。用M表示，單位為kg/mol。例如NaOH的摩爾質量是40.00×10–3kg。 即MNaOH = 40.00×10–3kg/mol。或MNaOH = 40.00kg/mol。 物質的量：用n表示。即過去習慣上所稱的物質摩爾數。nA代 表A物質的量，也就是物質A的摩爾數。即表示基本單元數N（分子、離子等）除以阿佛加德羅常數NA ，。例如對于58.44g的NaCl，其NaCl的量則為

溶液濃度的表示方法，大致有以下幾種： ⒈量濃度 每立方分米溶液中所含溶質的量，稱為該溶質的量濃度。以C表 示或以[ ]表示。單位為mol/dm3或mol/L。例如CNaOH = 0.1mol/L，表示1立方分米或1升溶液中所含NaOH的量nNaOH = 0.1mol。若配制此溶液，則稱取4g NaOH溶于水后稀釋至1L。過去習慣稱該濃度為體積摩爾濃度。 ⒉質量摩爾濃度 1kg溶劑中所 含溶質的量，稱為質量摩爾濃度。以m或b表示。單位為mol/kg。例如mNaCl = 0.01000mol/kg，表示1kg水中所含NaCl的量nNaCl = 0.01000mol。若配制此溶液，則稱取0.5844g NaCl溶于1kg水中即可。 ⒊質量分數 單位質量的溶液中所含溶質的質量，或者說溶液中某一組分的質量占各組分質量之和的分數。以W表 示。單位可以是%、μg /g、ng /g等。若寫成x %（m /m）即表示100g溶液中含有溶質xg。（m /m）表示溶質和溶液都用質量單位。市售的酸、堿通常大多數用這種方法表示。如70%的硝酸，是指在每100g的硝酸溶液中含有70克HNO3和 30g水，即W = 70%。 當濃度很稀時，如工業廢水中Hg2+的濃度為0.0005%，則表示成5μg /g即可。若濃度再小1000倍，還可用ng /g表示。 ⒋體積分數 單位體積溶液中所含溶質的體積，或者說溶液中各組分的體積比。以φ表 示。例如王水，是由3體積的濃鹽酸和1體積濃硝酸混合而成的。再如，1:1的鹽酸則是取1體積濃鹽酸用1體積水稀釋而成。當液體試劑互相混合或用水稀釋 時，常用這種表示法。 ⒌質量濃度 單位體積溶液中所含溶質的質量，以ρ表示。單位為kg /dm3或g /L。例如25.06 g/L的Na2CO3溶液，是指1L溶液中含有Na2CO3 25.06g。若須配制此溶液，則稱取25.06g Na2CO3，溶于水后稀釋至1L。即ρ = 25.06g /L。當濃度很稀時，可采用μg /mL， ng /mL表示。 ⒍滴定度 每毫升標準溶液相當于被測物質的克數，以TM1 / M2表示，M1為溶液中溶質的分子式，M2為 被測物質的分子式。單位為g /mL。例如用K2Cr2O7容量法測定鐵時，若每毫升K2Cr2O7標 準溶液可滴定0.05000g鐵，則此K2Cr2O7溶液的滴定度是TK2Cr2O7 = 0.005000g /mL。若某次滴定用去此標準溶液22.00mL，則此試樣中Fe的質量為 這種濃度表示法常用生產單位的例行分析，可 簡化計算。 若采用固定試樣稱量，滴定度還可以直接表示被測物質的質量分數。例如 = 1.00% /mL，表示稱取固定試樣的質量為某一定值時，1mL K2Cr2O7標準溶液相當 于試樣中鐵的質量分數為1.00%。測定時，若用去K2Cr2O7標準溶液 26.18mL，則試樣中鐵的含量為

標準溶液濃度大小的選擇

為了選擇標準溶液濃度的大小，通常要考慮下面幾個因素：
⑴ 滴定終點的敏銳程度；
⑵ 測量標準溶液體積的相對誤差；
⑶ 分析試樣的成分和性質；
⑷ 對分析準確的要求。
顯而易見，若標準溶液較濃，則最后一滴標準溶液會使指示劑發生的變化信號更為明顯，因為它 所含的作用物質較多。但標準溶液越濃，由1滴或半滴過量所造成的相對誤差就越大，這是因為估計滴定管讀數時的視差幾乎是常數（50.00mL滴定管的讀數 視差約為±0.02mL）。所以為了保證測量時的相對誤差不大于±0.1%，所用標準溶液的體積一般不小于約20mL，而又不得超過50mL，否則會引起 讀數次數增多而增加視差機會。
另一方面，在確定標準溶液濃度大小時，還需考慮一次滴定所消耗的標準溶液的量要適中。關于標準溶液需要量的多少，不 僅決定它本身的濃度，也與試樣中待組分含量的多少有關。待測定組分含量越低，若使用的標準溶液濃度又較高，則所需標準溶液的量就可能太少，從而使讀數的準 確度降低。同時還應考慮試樣的性質，例如，測定天然水的堿度（其值很小）時，可用0.02mol/L的標準酸溶液直接滴定，但在測定石灰石中的堿度時，則 需要0.2mol/L標準酸溶液（先將試樣溶于已知準確體積的過量標準溶液中，待試樣完全溶解后，再用堿標準溶液返滴過量的酸），否則會因酸太稀而試樣溶 解相當慢。
縱上所述，在定量分析中常用的標準溶液濃度大多為0.05000mol/L～0.2000mol/L，而以0.1000mol/L溶液 用得最多，在工業分析中，時常用到1.000mol/L標準溶液；微量定量分析中，則常采用0.0010 mol/L的標準溶液

基準物質

標準溶液是具有準確濃度的溶液，用于滴定待測試樣。其配制方法有直接法和標定法兩種。 ⒈直接法 準確稱取 一定量基準物質，溶解后定量轉入容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度。根據稱取物質的質量和容量瓶的體積，計算出該溶液的準確濃度。例如，稱取1.471g基準 K2Cr2O7，用水溶解后，置于250mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，即得K2Cr2O7的 量濃度 = 0.02000mol/L。或[K2Cr2O7] = 0.02000mol/L。 ⒉標定法 有些物質不具備作為基準物質的條件，便不能直接用來配制標準溶液，這時可采用標定法。將該物質先配成 一種近似于所需濃度的溶液，然后用基準物質（或已知準確濃度的另一份溶液）來標定它的準確濃度。例如HCl試劑易揮發，欲配制量濃度CHCl為 0.1mol/L的HCl標準溶液時，就不能直接配制，而是先將濃HCl配制成濃度大約為0.1mol/L的稀溶液，然后稱取一定量的基準物質如硼砂對其 進行標定，或者用已知準確濃度的NaOH標準溶液來進行標定，從而求出HCl溶液的準確濃度。 在實際工作中，有時選用與被測試樣組成相似的“標準 試樣”來標定標準溶液，以消除共存元素的影響，提高標定的準確度。

7.4.6 標定方式

用基準物質或標準試樣來校正所配制標準溶液濃度的過程叫做標定。用基準物質來進行標定時，可采用下列兩種方式： ⒈ 稱量法 準確稱取n份基準物質（當用待標定溶液滴定時，每份約需該溶液25mL左右），分別溶于適量水中，用待標定溶液滴定。例如，常用于標定 NaOH溶液的基準物質是鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4）。由于鄰苯二甲酸氫鉀 摩爾質量較大即204.2g/mol，欲標定量濃度CNaOH為0.1mol/L的NaOH溶液，可準確稱取0.4～0.6g鄰苯 二甲酸氫鉀三份，分別放入250mL錐形瓶中，加20～30mL熱水溶解后，加入5滴0.5%酚酞指示劑，用NaOH溶液滴定至溶液呈現微紅色即為終點。 根據所消耗的NaOH溶液體積便可算出NaOH溶液的準確濃度。作為一個具體的例子，若稱取KHC8H4O4 0.5105g，用NaOH滴定時消耗體積為25.00mL，則NaOH溶液的準確濃度可如下算出。 此滴定所依據的反應式為：

故nNaOH = nKHC8H4O4 已 知KHC8H4O4的摩爾質量為204.2mg /mmol。 則

也就是nNaOH = 2.500mmol 于是得

⒉移液管法 準確稱取較大一份基準物質，在容量瓶中配成一定體積的溶液，標定前，先用移液管移取1/n整分（例 如，用25mL移液管從250mL容量瓶中每份移取1/10），分別用待標定的溶液滴定。作為一個具體例子，用基準物質無水碳酸鈉標定鹽酸濃度時便時常采 用此法。首先準確稱取無水碳酸鈉1.2～1.5g，置于250mL燒杯中，加水溶解后，定量轉入250mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖允備用。然后用移 液管移取25.00mL（即每份移取其1/10）上述碳酸納標準溶液于250mL錐形瓶中，加入1滴甲基橙指示劑，用HCl溶液滴定至溶液剛好由黃色變為 橙色即為終點。記下所消耗的HCl溶液的體積。由此計算出HCl溶液的準確濃度。 若稱取無水碳酸納1.3250g，消耗HCl體積為 25.00mL，則HCl溶液的準確濃度可由下面式子算出。 此滴定所依據的反應式為 2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2 故nHCl = 2nNa2CO3 已知碳酸納的摩爾質量為 105.99mg /mmol。 則

從而得nHCl = 2 × 12.50 = 25.00(mmol) 則 HCl的量濃度

這種方法的優點在于一次稱取較多的基準物質，可作幾次平行測定，既可節省稱量時間，又可降低稱量相對誤差。值得注意的 是，為了保證移液管移取部分的準確度，必須進行容量瓶與移液管的相對校準。 這兩種方式不僅適用于標準溶液的標定，而且對于試樣中組分的測定，同樣 適用。 在配制和標定標準溶液時，必須注意盡可能地降低操作中的誤差，其中最重要的有： ⑴ 試樣重量不能太小，以保證分析結果的準確度，一般分析天平的稱量誤差為±0.0002g，因此試樣稱量必須大于0.2000g。而滴定管讀數常 有±0.02mL的誤差，所以消耗滴定劑的體積必須在20mL以上。實際上經常使其消耗量取30mL左右。 ⑵ 應用校準過的儀器。通常應將所使用的設備、量器如砝碼、滴定管、容量瓶、移液管等作相對校準。 ⑶ 標定標準溶液與測定試樣組分時的實驗條件，應力求一致，以便抵消實驗過程中的系統誤差。例如，使用同一指示劑和用標準試樣來標定標準溶液等。

7.4.7 標準溶液的保存

配制成并經標定的標準溶液，往往不是短時期就能用完的，因而存在一個如何保存的問題。通常根據其不同性質選擇合適的容 器，或采取防光、防吸水等必要的措施。這樣一來，有些標準溶液便可以長時期保持其原濃度不變，或很少改變。例如，曾有人作過實驗，K2Cr2O7標 準溶液的濃度保存了24年之久未發生明顯改變。但是，如果容器不夠嚴密，任何溶液的濃度都會因溶劑的蒸發而改變。即使在嚴密的容器中，往往也會因溶劑的蒸 發和在器壁上重新凝聚后流下而使溶液濃度不勻，因此在使用時應先搖動。還需注意的是，有許多標準溶液是不穩定的。例如，還原性物質容易被氧化，強堿性溶液 會與玻璃瓶作用或從空氣中吸收CO2等。因此，貯存堿性標準溶液的容器最好用聚乙烯類制品。若使用的是玻璃瓶，則可在瓶的內壁涂上 石蠟來防止堿的作用。有時在容器和滴定管口上連接含有燒堿和石灰混合物的干燥管裝置，這樣可防止CO2的入侵。其他如對見光分解的 AgNO3溶液，應貯存在棕色瓶中或放在暗處。尚需指出，對不穩定的標準溶液還需定期進行標定。表7-2列出常用標準溶液的保存期 限。

表7-2 常用標液的保存期限 標準溶液 保存期限（月） 名稱 分子式 濃度（N） 各種酸標液 - 各種濃度 3 氫氧化鈉 NaOH 各種濃度 2 氫氧化鉀乙醇液 KOH 0.1與0.5 0.25 硝酸銀 AgNO3 0.1 3 硫氰酸銨 NH4SCN 0.1 3 高錳酸鉀 KMnO4 0.1 2 高錳酸鉀 KMnO4 0.05 1 溴酸鉀 KBrO3 0.1 3 碘液 I2 0.1 1 硫代硫酸鈉 Na2S2O3 0.1 3 硫代硫酸鈉 Na2S2O3 0.05 2 硫酸亞鐵 FeSO4 0.1 3 硫酸亞鐵 FeSO4 0.05 3 亞砷酸鈉 Na3AsO3 0.1 1 亞硝酸鈉 NaNO2 0.1 0.5 EDTA Na2H2Y 各種濃度 3

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