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已知准确浓度的溶液称为标准溶液,标准溶液浓度的准确度直接影响分析结果的准确度。因此,配制标准溶液的方法,使用的仪器、量具和试剂等方面都有严格要求。我国制订了标准号为GB/T 601-2002的《化学试剂标准滴定溶液的制备》的标准,该标准规定了化学试剂标准滴定溶液的配制和标定方法。适用于制备准确浓度的标准滴定溶液,以供滴定法测定化学试剂的纯度及杂质含量,也可供其它行业使用。
(一)一般规定
(1)所用试剂的纯度应在分析纯以上,实验用水应符合GB/ T6682-2008中三级水的规格。
(2)制备的标准滴定溶液浓度,除高氯酸外,均指20℃时的浓度。在标准滴定溶液标定、直接制备和使用时若温度有差异。标准滴定溶液标定、直接制备和使用时所用分析天平、砝码、滴定管、容量瓶、移液管均须定期校正。
(3)在标定和使用标准滴定溶液时,滴定速度一般应保持在6~8mL/min。
(4)称量工作基准试剂质量的数值小于等于0.5g时,按精确至0.01mg称量;数值大于等于0.5g时,按精确至0.1 mg称量。
(5)制备标准滴定溶液的浓度值应在规定浓度值的±5%内。
(6)标定标准滴定溶液的浓度时,须两人进行实验,分别各做四平行,每人四平行测定结果极差的相对值(极差的相对值是指测定结果的极差值与平均值比值,以“%”表示)不得大于重复性临界极差[CrR95(4)]的相对值0.15%(重复性临界极差[CrR95(4)]的相对值的定义见GB/T 11792-1989。重复性临界极差的相对值是指重复性临界极差与浓度平均值的比值,以“%”表示),两人共八平行测定结果极差的相对值不得大于重复性临界极差[CrR95(8)]的相对值0.18%。取两人八平行测定结果的平均值为测定结果。在运算过程中保留五位有效数字,浓度值报出结果取四位有效数字。
(7)标准滴定溶液的浓度平均值的扩展不确定度一般不应大于0.2%。
(8)当使用工作基准试剂标定标准滴定溶液的浓度。当对标准滴定溶液浓度值的准确度有更高要求时,可使用二级纯度标准物质或定值标准物质代替工作基准试剂进行标定或直接制备,并在计算标准滴定溶液浓度值时,将其质量分数代入计算式中。
(9)标准滴定溶液的浓度小于等于0.02mo1/L时,应于临用前将浓度高的标准滴定溶液用煮沸并冷却的水稀释,必要时重新标定。
(10)标准滴定溶液在常温(15~25℃)下保存时间一般不超过两个月。当溶液出现浑浊、沉淀、颜色变化等现象时,应重新制备。
(11)贮存标准滴定溶液的容器,其材料不应与溶液起理化作用,壁厚最薄处不小于0.5mm。
(12)标准中所用溶液以(%)表示的均为质量分数,只有乙醇(95%)中的(%)为体积分数。
(二)标准滴定溶液的制备
配制标准溶液有两种方法:直接法和间接法。若有符合配制标准溶液要求条件的物质,可采用直接法配制,否则,就采用间接法。例如基准试剂重铬酸钾符合配制标准溶液要求的条件,重铬酸钾标准滴定溶液可采用直接法配制。而氢氧化钠标准滴定溶液必须用间接法配制,因试剂氢氧化钠不符合配制标准溶液要求的条件。
1.直接法
在分析天平上准确称取一定量已干燥的“基准物”溶于水后,转入已校正的容量瓶中用水稀释至刻度,摇匀,即可算出其准确浓度。
基准物应具备下列条件:纯度高,含量在99.9%以上,杂质总含量小于0.1%;组成与化学式相符,包括结晶水;性质稳定,不吸水,不分解,不与氧、二氧化碳等作用;使用时易溶解;摩尔质量大,可减少称量误差。
国家标准GB/T 601-2002《化学试剂标准滴定溶液的配制》中仅推荐了重铬酸钾标准滴定溶液、碘酸钾标准滴定溶液和氯化钠标准滴定溶液采用直接法。当采用直接法配制时,所用试剂必须是基准试剂级别。
例 重铬酸钾标准滴定溶液的直接配制方法。
称取4.90g±0.02g已在120℃±2℃的电烘箱中干燥至恒重的工作基准试剂重铬酸钾,溶于水,移入1000mL容量瓶中,稀释至刻度。
重铬酸钾标准滴定溶液的浓度c(1/6K2Cr2O7),单位为摩尔每升(mol/L),按式(7-6)计算:
c(1/6K2Cr2O7)=m×1000/(VM)(7-6)
式中m—重铬酸钾的质量,g;
V—重铬酸钾溶液的体积,mL;
M—重铬酸钾的摩尔质量,g/mol, M(1/6K2Cr2O7)=294.18/6=49.031g/mol。
利用式(7-6)也可以计算出配制一定体积和一定浓度的标准滴定溶液时所需称取基准试剂的质量。
标准滴定溶液的浓度通常以物质的量浓度表示,在工业生产中为了计算上的方便,引入了另一种浓度的表示方法,称为滴定度。其定义为:每毫升标准溶液相当的待测组分的质量,一单位为克(g),用T待测物/滴定剂表示。例TFe/KMnO4=0.005613g/mL表示1mL KMnO4溶液相当于0.005613g铁。
滴定度和物质的量浓度之间的换算关系为:
T待测物/滴定剂=c滴定剂M待测物×10-3 (7-7)
式中 C滴定剂—以最小反应单元为基本单元的滴定剂的物质的量浓度,mol/L;
M待测物—以最小反应单元为基本单元的待测物的摩尔质量,g/mol。
例KMnO4标准滴定溶液的浓度c(1/5KMnO4)=0.1005mol/L,求TFe/KMnO4。
5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn 2++H2O
从以上的反应得出:5Fe2+≈KMnO4,故Fe的最小反应单元为Fe=55.858/mol。
故TFe/KMnO4=0.1005×55.85×10-3=0.005613g/mL。
2.间接配制法
大多数配制标准滴定溶液的物质如盐酸、氢氧化钠和高锰酸钾等都不符合基准物条件,通常是先将这些物质配成近似所需浓度溶液,再用基准物测定其准确浓度,这一操作叫作“标定”,间接配制法通常称为标定法。标定法又可分为以下两种:直接标定和间接标定。
(1)直接标定 这是用基准物标定标准滴定溶液浓度的方法,现以高锰酸钾标准滴定溶液的配制和标定为例进行说明:
①配制 称取3.3g高锰酸钾,溶于1050mL水中,缓缓煮沸15 min,冷却,于暗处放置两周,用已处理过的4号玻璃滤埚过滤。贮存于棕色瓶中。
玻璃滤埚的处理是指玻璃滤埚在同样浓度的高锰酸钾溶液中缓缓煮沸5 min。
②标定称取0.25g于105~110℃电烘箱中干燥至恒重的工作基准试剂草酸钠,溶于100mL硫酸溶液(8+92)中,用配制好的高锰酸钾溶液滴定,近终点时加热至约65℃,继续滴定至溶液呈粉红色,并保持30S,同时做空白试验。
高锰酸钾标准滴定溶液的浓度[c(1/5KMnO4)],数值以摩尔每升(mol/L)表示,按式(7-8)计算:
c(1/5KMnO4)=m×1000/[(V1-V2)M](7-8)
式中m—草酸钠的质量,g;
V1—高锰酸钾溶液的体积,mL;
V2—空白试验高锰酸钾溶液的体积,mL;
M—草酸钠的摩尔质量,g/mol, M(1/2Na2C2O4)=66.999g/mol。
(2)间接标定有一部分标准溶液,没有合适的用以标定的基准试剂,只能用另一已知浓度的标准溶液来标定。如乙酸溶液用NaOH标准溶液来标定,草酸溶液用KMnO4标准溶液来标定等,当然,间接标定的系统误差比直接标定要大些。
在实际生产中,除了上述两种标定方法之外,还有用“标准物质”来标定标准溶液的。这样做的目的,使标定与测定的条件基本相同,可以消除共存元素的影响,更符合实际情况。目前我国已有上千种标准物质出售。
(3)比较用基准物直接标定标准溶液的浓度后,为了更准确地保证其浓度,采用比较法进行验证。例如,HCl标准溶液用Na2CO3基准物标定后,再用NaOH标准溶液进行标定。国标规定两种标定结果之差不得大于0.2%“比较”既可检验HCl标准溶液的浓度是否准确,也可考查NaOH标准溶液的浓度是否可靠,最后以直接标定结果为准。
另外,在有条件的工厂,标准溶液由中心试验室或标准溶液室由专人负责配制、标定,然后分发各车间使用,更能确保标准溶液浓度的准确性。
根据国家标准GB/T 601-2002《化学试剂标准滴定溶液的制备》规定:标准滴定溶液在常温(15~25℃)下保存时间一般不超过两个月,当溶液出现浑浊、沉淀、颜色变化等现象时,应重新制备。标准滴定溶液的有效期取决于溶液性质、存放条件和使用情况,如各种酸标准滴定溶液、重铬酸钾溶液等有效期可长一些,而硫酸亚铁溶液必须在用前标定。表7-2所列有效期仅供参考,一定要根据实际情定期标定。
表7-2标准溶液的有效日期
3.标准溶液浓度的调整
化验工作中为了计算方便,常需使用某一指定浓度的标准溶液,如c(HCl)=0.1000mo1/L HCI溶液,配制时浓度可能略高或略低于此浓度,待标定结束后,可加水或加较浓HCl溶液进行调整。
(1)标定后浓度较指定浓度略高此时可按下式加水稀释,并重新标定。
式中c1—标定后的浓度,mol/L;
c2—指定的浓度,mol/L;
V1—标定后的体积,mL;
VH2O稀释至指定浓度需加水的体积,mL。
(2)标定后浓度较指定浓度略低此时可按下式补加较浓溶液进行调整,并重新标定。
式中c1—标定后的浓度,mol/L
c2—指定的浓度,moI/L;
c浓—需加浓溶液的浓度,mol/L;
V1—标定后的体积,mL;
V浓—需加浓溶液的体积,mL。
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