溶液是两种或两种以上的物质所形成的混合物(mixture)。这些物质在分子层次上是均匀的,即分散程度达到分子水平。溶液是各部分的化学组成和物理性质皆相同的一个混合物均相系统。
溶液的分类
按聚集状态来分,溶液有气态溶液、液态溶液(通常简称溶液solution)和固态溶液(又称固溶体solid solution)。溶液一词习惯上是指液态溶液而言的。
液态溶液形成的方式有:气体溶于液体、固体溶于液体和液体溶于液体。在溶液中常把液体组分称为溶剂(solvent),把溶解在液体中的气体或固体称为溶质(solute).当液体溶于液体时,通常把含量较多的一种称为溶剂,含量较少的一种称为溶质,当两个液体组分的含量差不多时,溶剂和溶质就没有明显的区别。
二、溶液浓度的表示法
溶液浓度的定义:溶液浓度是指一定量的溶剂(或溶液)中含有的溶质的量。
根据量的表示方法不同,溶液浓度可以有不同的表示方法。如溶质的量可以用克、摩尔表示。溶液的量可以用克、升、摩尔表示,或用溶剂的质量来表示。于是溶液的浓度表示法是多种多样的。而且同一种溶液采用了不同浓度表示法,所得的浓度数值也是不同的。
1.质量百分浓度
一定质量的溶液中溶质质量所占有的百分数称为质量百分浓度.它是无单位的。
例如,100 克溶液中含有溶质的克数,如10﹪氢氧化钠溶液,就是100g 溶液中含10g 氢氧化钠。
2."物质的量"浓度
1升溶液中含有的溶质B的物质的量称为溶质的"物质的量"浓度。常用CB表示,单位为mol·L-1。
例如,0.1mol/L的氢氧化钠溶液,NaOH是溶质,水是溶剂,NaOH溶于水形成溶液,就是在1升溶液中含有0.1mol的氢氧化钠。
3.质量摩尔浓度
以1000g溶剂中所溶解的溶质的物质的量表示的浓度称为质量摩尔浓度.以符号m表示,单位为mol·kg-1。
4.ppm,ppb浓度
对于一些极稀的溶液,常用ppm或ppb来表示浓度。ppm是百万分之一浓度,即溶质的质量占溶液质量的百万分之一就是1ppm。ppb是十亿分之一浓度,即溶质的质量占溶液质量的十亿分之一就是1ppb。污水中有害物质的含量常用ppm表示,食物中有害物质如农药的残留量则常用ppb表示。
5.体积比浓度
是指用溶质与溶剂的体积比表示的浓度。如 1:1 盐酸,即表示1 体积量的盐酸和1 体积量的水混合的溶液。
6.滴定度( T )
滴定度是溶液浓度的另一种表示方法。它有两种含义,其一表示每毫升溶液中含溶质的克数或毫克数。如氢氧化钠溶液的滴定度为 TNaoH = 0.0028g/mL=2.8mg/mL ,其二表示每毫升溶液相当于被测物质的克数或毫克数。如卡氏试剂的滴定度T=3.5 ,表示1mL卡氏试剂相当于3.5 克的水含量,又如用硝酸银测定氯化钠时,表示硝酸银的浓度有两种:TAgNO3=1mg/mL、 T NaCl=1.84mg/mL ,前者表示1mL 溶液中含硝酸银1mg ,后者表示1mL 溶液相当于1.84mg 的氯化钠,用T NaCl=1.84 表示,这样知道了滴定度乘以滴定中耗去的标准溶液的体积数,即可求出被测组分的含量,计算起来相当方便。
值得注意的是,有很多着作中或试剂目录中还沿用了当量浓度的概念用N 表示,如盐酸浓度为 0.1N ,表示1L 溶液中含有0.1 当量的盐酸,也可叫做体积当量浓度。是原来国际通用的浓度之一,是根据当量定律来的。现在用新的概念“等物质的量规则”代替以前的当量定律,所以当量浓度也就不再应用了。关于N 与 M 的关系,即当量浓度与摩尔浓度关系,对不同的物质是不相同的。如硫酸:1M H 2SO4 =2NH2SO4,一般写作 M (1/2H2SO4)=0.1000mol/L ,又如高锰酸钾:1M KMnO4=5N KMnO4,一般写作 M (1/5KMnO4) =0.1000mol/L 。
三、溶液的配制及保存
(一)标准溶液的配制方法
在化学实验中,标准溶液常用mol·L-1 表示其浓度。标准溶液的配制方法主要分直接法和间接法两种。
1.直接法
准确称取基准物质,溶解后定容即成为准确浓度的标准溶液。例如,需配制500mL浓度为0.01000 mol·L-1 K2Cr2O7溶液时,应在分析天平上准确称取基准物质K2Cr2O7 1.4709g,加少量水使之溶解,定量转入500mL容量瓶中,加水稀释至刻度。
较稀的标准溶液可由较浓的标准溶液稀释而成。例如,光度分析中需用1.79×10-3mol·L-1标准铁溶液。计算得知须准确称取10mg纯金属铁,但在一般分析天平上无法准确称量,因其量太小、称量误差大。因此常常采用先配制储备标准溶液,然后再稀释至所要求的标准溶液浓度的方法。可在分析天平上准确称取高纯(99.99%)金属铁1.0000g,然后在小烧杯中加入约30mL浓盐酸使之溶解,定量转入一升容量瓶中,用1mol·L-1盐酸稀释至刻度。此标准溶液含铁1.79×10-2mol·L-1。移取此标准溶液10.00mL于100mL容量瓶中,用1mol·L-1盐酸稀释至刻度,摇匀,此标准溶液含铁1.79×10-3mol·L-1。由储备液配制成操作溶液时,原则上只稀释一次,必要时可稀释二次。稀释次数太多累积误差太大,影响分析结果的准确度。
2.标定法
不能直接配制成准确浓度的标准溶液,可先配制成溶液,然后选择基准物质标定。做滴定剂用的酸碱溶液,一般先配制成约0.1mol·L-1浓度。由原装的固体酸碱配制溶液时,一般只要求准确到1~2位有效数字,故可用量筒量取液体或在台秤上称取固体试剂,加入的溶剂(如水)用量筒或量杯量取即可。但是在标定溶液的整个过程中,一切操作要求严格、准确。称量基准物质要求使用分析天平,称准至小数点后四位有效数字。所要标定溶液的体积,如要参加浓度计算的均要用容量瓶、移液管、滴定管准确操作,不能马虎。
(二) 一般溶液的配制及保存方法
采用1:1(即1+1)、1:2(即1+2)等体积比表示浓度。例如1:1 H2SO4溶液,即量取1份体积原装浓H2SO4,与1份体积的水混合均匀。又如1:3 HCl,即量取1份体积原装浓盐酸与三份体积的水混匀。
配制溶液时,应根据对溶液浓度的准确度的要求,确定在哪一级天平上称量;记录时应记准至几位有效数字;配制好的溶液选择什么样的容器等。该准确时就应该很严格;允许误差大些的就可以不那么严格。这些“量”的概念要很明确,否则就会导致错误。配制及保存溶液时可遵循下列原则:
1.经常并大量用的溶液,可先配制浓度约大10倍的储备液,使用时取储备液稀释10倍即可。
2.易侵蚀或腐蚀玻璃的溶液,不能盛放在玻璃瓶内,如含氟的盐类(如NaF、NH4F、NH4HF2)、苛性碱等应保存在聚乙烯塑料瓶中。
3.易挥发、易分解的试剂及溶液,如I2、KMnO4、H2O2、AgNO3、H2C2O4、Na2S2O3、TiCl3、氨水、Br2水、CCl4、CHCl3、丙酮、乙醚、乙醇等溶液及有机溶剂等均应存放在棕色瓶中,密封好放在暗处阴凉地方,避免光的照射。
4.配制溶液时,要合理选择试剂的级别,不许超规格使用试剂,以免造成浪费。
5.配好的溶液盛装在试剂瓶中,应贴好标签,注明溶液的浓度、名称以及配制日期、配制人等。