在化学定义中，“溶液”是两种物质的均匀混合体，这两种物质分别是溶剂以及溶化在其中的溶质。“浓度”是表示有多少溶质溶解在溶剂中的一种测量结果。计算溶液的浓度在很多方面都有应用，其中涉及的化学原理在很多应用上都是相似的，不管你是测量洗澡水的含氯量，或是分析血液样本。本指南将教给你溶液化学的基本原理的一小部分，然后帮助你掌握它的基本实际应用之一 - 水族箱维护。 ## 学习浓度基本知识 ### 1 学习如何写浓度的表示。 溶液浓度可以简单表示为溶质的量除以溶化在其中的溶剂的量。然而，由于对给定的一种物质的“数量”有不同的表示方式，因此浓度的书写表示方法也就不止一种。下面是一些最常见的： “克每升（g/L）”，大量的以克为重量单位的溶质溶解在某一给定容积的溶液中（这不一定正好跟溶剂的体积一样），通常用于固体溶质溶解于液体溶剂中构成的溶液。 “摩尔浓度（M）”，溶质的摩尔数除以溶液的体积。常用于化学。 “百万分之一（ppm.）”，在一百万份溶液中溶质所占的份数（通常用克表示），乘以106。通常用于非常稀释的水溶液（水的质量是很容易找到，因为 1 升水 = 1000 克）。 “百分比”。在一百份溶液中溶质所占的份数（通常用克表示），溶液浓度的结果用百分比%表示。 ### 2 知道你需要找到的浓度的数据。 除了摩尔浓度（见下文）以外，为得到上述浓度的通用表达式，需要你知道溶质的质量或生成的溶液的容积。许多化学问题要求你找到溶液浓度，但并不直接给你这些数据。如果没有这些直接数据，你得要将你所得到的数据转换成你需要知道的数据。 “示例：”，假设我们需要知道将1/2茶匙的餐桌盐溶解在2升水中所形成的溶液的浓度（用克/升来表示）。我们已经知道1茶匙的盐大约重6克。那么在这个示例中数据转换比较简单：1/2茶匙盐 x 6克/茶匙盐 = 3克盐。3 克盐除以 2 升水 = 1.5 g/L ### 3 学习如何计算摩尔浓度。 计算摩尔浓度需要你知道溶质的摩尔数，如果你知道溶质的质量和化学表达式，摩尔数可以很容易得出。每个化学元素都有已知的“摩尔质量”（MM）- 对于一摩尔该化学元素的特定的数量。这些摩尔数显示在元素周期表中（一般在每个元素的化学符号和名称的下面）。只需将溶质的组成元素的摩尔质量相加起来，就能得到溶质的摩尔质量。然后将已知的溶质质量乘以（1/溶质的摩尔质量MM），就能得到溶质的摩尔数。 “示例：”，让我们找到上述盐溶液的摩尔浓度。也就是，我们在2升水中溶解了3克的盐（NaCl）。首先，在元素周期表上找到Na和Cl的摩尔质量。Na = 约 23 g/mol；Cl = 约 35.5 g/mol。因此，氯化钠的摩尔质量MM = 23 + 35.5 = 58.5 g/mol3克的NaCl x （1 mol NaCl/58.5 g NaCl) = 0.051 摩尔氯化钠0.051摩尔氯化钠 / 2 升水 = 0.026 M 氯化钠 ### 4 练习基本浓度问题。 上述是所有你需要知道的计算最简单条件下的浓度的知识。如果你知道溶液的质量或是容积，以及添加的溶质的质量，或从问题提供的信息中能够导出这些数据，那么你应该能够轻松计算溶液的浓度。让我们来做一些基本浓度问题的练习，熟练你学到的技能。请参阅下面的示例问题： 将1.5克氯化钠NaCl加入水中制成400mL溶液，这个溶液的NaCL摩尔浓度是多少？ 将0.001克铅（Pb）加入150升水中，该溶液以ppm表示的浓度是多少？（请记住，1 L 水 = 1000 克），在这种情况下，因为溶质的加入，溶液的体积只会发生极少量的改变，所以可以用溶剂的体积作为溶液的容积。 将1/2摩尔的KCl加入到水中制成0.1L的溶液，计算其溶液的浓度，以克每升单位表示。在这一问题，你需要倒推，使用氯化钾的摩尔质量计算出氯化钾溶质的克数。 ## 进行滴定 ### 1 了解什么时候滴定是适当的。 滴定是化学家用于计算溶液中溶质的量的技术。要执行滴定法，需要创建一种你的溶液中的溶质与另一种反应物（通常也溶化在这种溶液中）之间的化学反应。因为你知道第二次反应物的精确量，也知道它与溶液中溶质反应的化学公式，可以通过测量需要添加多少的反应物才能与溶质完成反应，计算得出溶液中溶质的量。 因此，当你不知道溶液中初始添加了多少溶质时，滴定是非常有用的计算溶液浓度的手段。 如果你已经知道溶液中有多少溶质，则不需要滴定 - 只是测量溶液的体积，然后用第一部分教的计算方法就可以计算溶液浓度了。 ### 2 设置你的滴定设备。 准确滴定要求干净、准确、专业级的化学设备。用带台架的校准滴定管和下面的锥形烧瓶或烧杯设置一个滴定区。滴定管的尖端应在烧杯或烧瓶的颈内，不接触任何内壁部分。 确保所有设备已经过清洗，用去离子水冲洗，并且干燥。 ### 3 填充你的烧瓶和滴管。 取一少部分未知浓度的溶液，精确测量其容积。溶质溶解时，它会均匀扩散在整个溶液中，所以这一小部分的样本的浓度与原始采样溶液的浓度相同。滴管中吸入已知浓度的将与未知浓度溶液反应的溶液。记录吸入滴管中的溶液的确切容积 - 你将会减去滴管中剩余的容积量，以计算得出滴走到反应溶液中的容积量。 注意：如果滴管中的溶液与烧瓶中未知浓度的溶质的反应没有显示任何反应的迹象，你需要向烧瓶中添加一种指示剂。在化学中，指示剂是显示溶液中反应达到其等价点或结束点时发生颜色改变的化学品。指示剂通常用于涉及酸碱反应和氧化还原反应的滴定，而且指示剂可以有很多种。咨询化学教材或联机指南来找到适合你的反应的指示剂。 ### 4 开始滴定。 滴定是将溶液逐渐从滴管添加到烧瓶溶液中的过程。使用磁性搅拌器或一根玻璃棒轻轻搅合溶液，促进其化学反应。如果你的溶液的反应明显，应该能够看到反应的迹象 - 颜色更改、泡沫、生成产物等等。如果你使用一个指示剂，从滴管中每一滴溶液滴入烧瓶时，都要观察其颜色。 如果你的反应会导致 ph 值或电位的更改，可以向烧瓶中插入 pH 值读数计或是电位器，以监测反应进展情况。 为得到更精确滴定，按上述方法监测 ph 值或电位，在添加了少量的滴定后，记录读数。做出添加的滴定量和溶液 ph 值或电位读数相对应的图形。在反应等值点图形曲线的斜率会发生急剧的改变。 ### 5 滴定过程要慢。 随着反应接近其终点，放慢滴定，一点一点地滴。如果你使用一个指示剂，你可能会注意到它颜色闪烁的时间在延长。这个时候滴定要尽可能慢，直至你到达导致反应到达其终点的那一滴。对于指示剂，你要观察最早导致持久性色彩变化的那一滴。 ### 6 * 记录滴管中剩余的溶液的容积。 从减去这从您的初始滴管卷，您可以找到你使用的滴定精确量。 ### 7 计算溶液中溶质的量。 利用你的滴定液和溶液反应的化学方程式，来找出烧瓶或烧杯中溶质的摩尔数。一旦你找出了溶质的摩尔数，可以简单地除以该烧瓶或烧杯中溶液的容积，以得出该溶液的摩尔浓度；或将摩尔数转换为克数，除以该烧瓶或烧杯中溶液的容积，得出以克每升为单位的浓度。这需要对化学计量学有一个基本的了解。 例如，我们用25毫升的 0.5 M NaOH 滴定HCl和水的溶液到其平衡点。HCl溶液在滴定前有 60 mL 的容积。在我们的溶液中有多少摩尔的 HCl 呢？ 让我们先看看 NaOH 和 HCl 的化学方应式：“ NaOH + HCl > H2O + NaCl” 在此情况下，一分子 NaOH 与一分子的 HCl 反应生成产物（水和氯化钠）。所以，由于你添加刚刚好的氢氧化钠来中和所有的 HCl，在反应中消耗的氢氧化钠的摩尔数应该等于烧瓶中 HCl 的摩尔数。 所以，让我们来找出氢氧化钠的摩尔数。25 mL NaOH = 0.025 L NaOH x (0.5 moles NaOH/1 L) = 0.0125 摩尔NaOH。 因为我们从该化学反应式中得出消耗的 NaOH 的摩尔数 = 溶液中 HCl 的摩尔数，我们现在知道溶液中有 0.0125 摩尔的 HCl 。 ### 8 计算溶液浓度。 现在，你已经知道溶液中溶质的量，很容易得出溶液的摩尔浓度。只需简单地将溶液中溶质的摩尔数除以该样品溶液的容积（不是你从很大的溶液中取走样品的那个容积），得到的浓度也就是那个很大容积溶液的浓度！ 要找到上述样例中的摩尔浓度，只需用 HCl 的摩尔数除以烧瓶中溶液的容积。0.0125 moles HCl x (1/.060 L) = 0.208 M HCl。 要将摩尔浓度转换为 g/L、ppm，或百分比浓度，你需要将溶质的摩尔数转换为重量单位（使用溶质化合物的摩尔质量）。对于 ppm 和百分比浓度，你还需要将溶液的容积转换为重量单位（使用换算系数例如密度，或者简单地称重），然后分别将结果乘以 106 或是 102。 ## 计算出水族箱的盐度 ### 1 获得你的水族箱的液体样本。 仔细记录样本的容积。如果可能的话，用国标单位例如 mL 来标记容积 - 这样很容易转换为单位升。如果无法办到 - 比如你手头只有厨房用的量杯，那么也很容易在网上查找到将英制单位转为国标单位的方法。 在此示例中，我们将测试水族箱中水的盐度。盐度只是表明水中盐（NaCl）的浓度的一个表示名词。为完成我们的目标，让我们先取一点比如3mL的水族箱中水的样本，假定我们想得到以g/L为单位表示的浓度。 ### 2 滴定样本。 选择一种滴定剂，可以与你的样本溶液发生看得见的化学反应。在这种情况下，我们将使用一种0.25 M AgNO3的溶液，这种化合物与NaCl反应将产生不溶性氯盐，反应方程式为：AgNO3 + NaCl > NaNO3 + AgCl。这种盐（AgCl）是一种可以看到的絮状的白色产物，浮在水面上，可以从溶液中筛选出来。 从一根滴管或一个小注射器向水族箱水样品中滴定硝酸银，直至溶液“停止”变得浑浊。对于这么少的样本，一定要仔细观察每一滴的反应和准确确定到底滴入了多少硝酸银。 ### 3 滴定到反应的终点。 当硝酸银停止向溶液中增加絮状物时，你可以记录所添加的毫升数。非常慢地滴定 AgNO3，仔细观察溶液，特别是在接近终点附近。 对于我们的示例，让我们假设用了 3mL 的 0.25 M AgNO3 慢慢滴定到 3mL 水样本中，直到停止产生乳状产物。 ### 4 确定使用的滴定剂的摩尔数。 这一步很容易 -- 只是用你添加的滴定剂的容积数乘以滴定剂的摩尔浓度。这样就可以得到消耗的滴定剂的摩尔数。 3 mL x 0.25 M = 0.003 L x (0.25 moles AgNO3/1 L) = 0.000075 摩尔 AgNO3。 ### 5 确定溶质的摩尔数。 使用反应方程式将 AgNO3 摩尔数转换为 NaCl 的摩尔数。我们的反应方程式为：AgNO3 + NaCl > NaNO3 + AgCl。因为1个摩尔的 AgNO3 与1个摩尔的 NaCl 产生反应，所以我们知道我们水样本中 NaCl 的摩尔数 = 添加的AgNO3的摩尔数：0.000075 摩尔。 在这种情况下，1摩尔的 AgNO3与1摩尔的 NaCl 发生反应。然而，如果是 1 摩尔的滴定剂与 2 摩尔的样本溶液发生反应，需要将滴定剂的摩尔数乘以2以得到样本溶液的摩尔数。 相反地，如果是 2 摩尔的滴定剂与 1 摩尔的样本溶液发生反应，需要将滴定剂的摩尔数除以2以得到样本溶液的摩尔数。 这些规则可以相应缩放到 3摩尔滴定剂对1 摩尔溶质，4摩尔滴定剂对1摩尔溶质，等等，以及1摩尔滴定剂对3摩尔溶质，1摩尔滴定剂对4摩尔溶质等等。 ### 6 将溶质的摩尔数转换成克数。 若要执行此操作，你需要计算溶质的摩尔质量，然后用它乘以溶质的摩尔数。若要找到氯化钠的摩尔质量，请使用元素周期表，查找钠 (Na) 和氯离子 (Cl) 的原子量并相加。 Na的摩尔质量 = 22.990。Cl 的摩尔质量 = 35.453。 22.990 + 35.453 = 58.443 g/mol 0.000075 NaCl摩尔数 x 58.442 g/mol = 0.00438g NaCl。 注意：如果一个分子中有多个相同种类的原子，则需要乘以多次这个原子的摩尔质量。例如，如果想要得到 AgNO3的摩尔质量，需要将氧的摩尔质量乘以3，应为分子中有3个氧原子。 ### 7 计算最终浓度。 我们已经知道溶质的以克为单位表示的质量，也知道样本溶液的容积。剩下要做的就是相除：0.00438 g NaCl / 0.003 L = 1.46 g NaCl/L 海水的盐度大约是 35 g NaCl/L。所以这个水族箱的水对海洋鱼来说还不够咸。