項(xiàng)目二 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與配方計(jì)算

實(shí)驗(yàn)中所用的試劑溶液一般有兩種，一種是用來(lái)控制反應(yīng)條件的，其準(zhǔn)確度要求不高，稱(chēng)為非標(biāo)準(zhǔn)溶液；另一種是用來(lái)測(cè)定物質(zhì)的組成含量的，應(yīng)具有精確的濃度和一定的純度，稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)溶液。前者通常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度、質(zhì)量濃度表示，后者常用物質(zhì)的量濃度表示。

本項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握各種濃度的正確表示方法與計(jì)算技巧，及常用標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定基本技能。

任務(wù)一 溶液濃度的表示與計(jì)算方法

濃度表示方法有很多種，它們分別適用于不同的情況與要求。染整生產(chǎn)與試化驗(yàn)中，常用的濃度表示方法與換算關(guān)系如下：

一、物質(zhì)的量濃度

物質(zhì)的量濃度常用于標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定，指1L溶液中所含有溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位為mol/L。定義為：

而溶質(zhì)的物質(zhì)的量（即摩爾數(shù)）又可以通過(guò)質(zhì)量（m）和摩爾質(zhì)量（M）求得：

物質(zhì)的量濃度溶液的稀釋公式為：

c₁V₁=c₂V₂

式中：c₁、c₂分別表示稀釋前后溶液的物質(zhì)的量濃度（mol/L）；V₁、V₂為稀釋前后溶液的體積（L）。

例：如何將12mol/L的濃鹽酸配成0.3mol/L鹽酸5L？

解：設(shè)需要12mol/L鹽酸V₁，則：

所以，取12mol/L濃鹽酸0.125L，加水稀釋至總體積5L，攪勻后即得0.3mol/L的鹽酸溶液。

二、質(zhì)量濃度

質(zhì)量濃度在染整加工中應(yīng)用極為廣泛，如前處理、染色及后整理工作液配方等。質(zhì)量濃度指1L溶液中所含溶質(zhì)的質(zhì)量，單位常以g/L表示，即：

三、質(zhì)量分?jǐn)?shù)

質(zhì)量分?jǐn)?shù)最常用，如溶液濃度、印花色漿等。它是用100g溶液中所含溶質(zhì)的質(zhì)量來(lái)表示的，即：

質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w）與物質(zhì)的量濃度（c）（mol/L）之間的互換關(guān)系：

式中：d為溶液的密度（g/cm³）；M為溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量（g/mol）。

在用已知質(zhì)量分?jǐn)?shù)（或質(zhì)量濃度）的溶液配制另一質(zhì)量分?jǐn)?shù)（或質(zhì)量濃度）的水溶液時(shí)，可采用一種較簡(jiǎn)便的計(jì)算方法，即十字交叉法（也稱(chēng)對(duì)角線(xiàn)法）。

式中：A為已知濃溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（或質(zhì)量濃度）；B為已知稀溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（或質(zhì)量濃度）；C為欲配制溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（或質(zhì)量濃度）；m為濃溶液的質(zhì)量份數(shù)；n為稀溶液的質(zhì)量份數(shù)。

例：怎樣把95%的酒精稀釋成50%的酒精？

解：用十字交叉法計(jì)算結(jié)果為：

所以，所需濃溶液95%的酒精重量與水重量之比為50∶45，即為10∶9，混合可得到50%的酒精溶液。

使用十字交叉法應(yīng)注意：只適用于A、B為同類(lèi)性質(zhì)的溶液，或其中之一為水的情況；此法也可應(yīng)用于質(zhì)量濃度（g/L）的計(jì)算，但需再進(jìn)行一次正比例計(jì)算。舉例如下：

例：已知濃漂液的有效氯為31.5g/L，計(jì)200L，要求配成含有效氯為3.5g/L的漂液，應(yīng)添加水多少升？

解：先按十字交叉法求出m、n值：

再按正比例計(jì)算出實(shí)際應(yīng)加水的體積（V）：

四、質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積分?jǐn)?shù)

質(zhì)量分?jǐn)?shù)與體積分?jǐn)?shù)適用于表示極稀溶液的濃度以及微量物質(zhì)的量，如水的總硬度、重金屬離子含量等。單位為mg/kg或mL/m³；過(guò)去也有采用ppm（parts per million）表示的，指某一物質(zhì)100萬(wàn)份質(zhì)量中，所含另一物質(zhì)質(zhì)量的份數(shù)。

五、比例濃度

比例濃度常用來(lái)表示原裝濃試劑與溶劑的比例，單位以體積表示，為印染廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中常用的表示方法。如染色車(chē)間的印染助劑常預(yù)配成一定濃度的溶液，在臨用時(shí)運(yùn)用此法量取方便、加料均勻，例如1∶1HAc即取1份濃醋酸用一份水來(lái)稀釋。

任務(wù)二 常用標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及標(biāo)定

一、c（HCl）=1mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液

1.配制 將90mL濃鹽酸（分析純，相對(duì)密度為1.18）緩緩倒入1L冷卻的無(wú)二氧化碳的蒸餾水中，存放于耐酸磨口瓶?jī)?nèi)，待標(biāo)定。

2.標(biāo)定 稱(chēng)取1.6g（精確至0.0001g）于270～300℃灼燒至恒重的基準(zhǔn)無(wú)水碳酸鈉，用50mL蒸餾水溶解至250mL錐形瓶?jī)?nèi)。加10滴溴甲酚酞—甲基紅混合指示劑，用待標(biāo)定的鹽酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榘导t色。沸煮2min，冷卻后繼續(xù)用鹽酸溶液滴定至溶液呈暗紅色。同時(shí)做空白試驗(yàn)，分別記錄耗用鹽酸溶液的毫升數(shù)（V），用下式計(jì)算鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，單位為mol/L。

式中：m為無(wú)水碳酸鈉的質(zhì)量（g）；V₁為鹽酸溶液的用量（mL）；V₂為空白試驗(yàn)鹽酸溶液的用量（mL）；0.05299為與1.00mL鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液［c（HCl）=1.000mol/L］相當(dāng)?shù)模钥藬?shù)表示的無(wú)水碳酸鈉的質(zhì)量。

3.說(shuō)明

（1）重復(fù)標(biāo)定兩次，雙樣的相對(duì)誤差不得超過(guò)0.2%。

（2）其他濃度鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法同上，相關(guān)溶液及基準(zhǔn)物用量見(jiàn)表1-3。

表1-3 濃鹽酸及基準(zhǔn)物用量

（3）車(chē)間用1.000mol/L的HCl可用1.000mol/L NaOH直接標(biāo)定，用酚酞作指示劑。

二、硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液

1.配制 將30mL濃硫酸（分析純，相對(duì)密度為1.84）緩緩倒入1L冷卻的無(wú)二氧化碳的蒸餾水中，存放于耐酸磨口瓶?jī)?nèi)，待標(biāo)定。

2.標(biāo)定 稱(chēng)取1.6g（精確至0.0001g）于270～300℃灼燒至恒重的基準(zhǔn)無(wú)水碳酸鈉，用50mL蒸餾水溶解至250mL錐形瓶?jī)?nèi)。加10滴溴甲酚酞—甲基紅混合指示劑，用待標(biāo)定的硫酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榘导t色。沸煮2min，冷卻后繼續(xù)用硫酸溶液滴定至溶液呈暗紅色。同時(shí)做空白試驗(yàn)，分別記錄耗用硫酸溶液的毫升數(shù)（V），用下式計(jì)算硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）。

式中：m為無(wú)水碳酸鈉的質(zhì)量（g）；V₁為硫酸溶液的用量（mL）；V₂為空白試驗(yàn)硫酸溶液的用量（mL）；0.05299為與1.00mL硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)模钥藬?shù)表示的無(wú)水碳酸鈉的質(zhì)量。

3.說(shuō)明

（1）重復(fù)標(biāo)定兩次，雙樣的相對(duì)誤差不得超過(guò)0.2%。

（2）其他濃度硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法同上，相關(guān)溶液及基準(zhǔn)物用量見(jiàn)表1-4。

表1-4 濃硫酸及基準(zhǔn)物用量

（3）車(chē)間用1.000mol/L的H₂SO₄可用1.000mol/L的NaOH直接標(biāo)定，用酚酞作指示劑。

三、c（NaOH）=1mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液

1.配制 稱(chēng)取100g氫氧化鈉（化學(xué)純）溶于100mL的蒸餾水中，搖勻后注入聚乙烯容器中，密閉放置至溶液澄清。用塑料管吸取上層澄清液52mL，注入1L無(wú)二氧化碳的蒸餾水中，搖勻，待標(biāo)定。

2.標(biāo)定 稱(chēng)取4g（精確至0.0001g）于105～110℃烘至恒重的基準(zhǔn)鄰苯二甲酸氫鉀，置于250mL錐形瓶中，加80mL無(wú)二氧化碳的水使其溶解。加入2滴酚酞指示劑（10g/L），用待標(biāo)定的氫氧化鈉溶液滴定至粉紅色。同時(shí)做空白試驗(yàn)，分別記錄耗用氫氧化鈉溶液的毫升數(shù)，用下式計(jì)算氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）。

式中：m為鄰苯二甲酸氫鉀的質(zhì)量（g）；V₁為氫氧化鈉溶液的用量（mL）；V₂為空白試驗(yàn)氫氧化鈉溶液的用量（mL）；

0.2042為與1.00mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液［c（NaOH）=1.000mol/L］相當(dāng)?shù)模钥藬?shù)表示的鄰苯二甲酸氫鉀的質(zhì)量。

3.說(shuō)明

（1）重復(fù)標(biāo)定兩次，雙樣的相對(duì)誤差不得超過(guò)0.2%。

（2）其他濃度氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法同上，相關(guān)溶液及基準(zhǔn)物用量見(jiàn)表1-5。

表1-5 氫氧化鈉飽和溶液及基準(zhǔn)物用量

四、c（Na₂S₂O₃）=0.1mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液

1.配制 稱(chēng)取26g硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃·5H₂O）（或16g無(wú)水硫代硫酸鈉），溶于1L蒸餾水中，緩慢沸煮10min，冷卻。將溶液保存在棕色磨口試劑瓶中，兩周后標(biāo)定。

2.標(biāo)定 稱(chēng)取0.15g（精確至0.0001g）于120℃烘至恒重的基準(zhǔn)重鉻酸鉀，放入500mL碘量瓶中，注入25mL蒸餾水溶解。加2g碘化鉀和20mL硫酸溶液（20%），搖勻后置于暗處放置10min。取出后，加冷蒸餾水150mL。然后用待標(biāo)定的硫代硫酸鈉溶液滴定。當(dāng)?shù)沃寥芤撼庶S綠色時(shí)，加3mL淀粉指示劑（5g/L），繼續(xù)滴至溶液由藍(lán)色變成亮綠色。同時(shí)做空白試驗(yàn)，分別記錄硫代硫酸鈉溶液耗用毫升數(shù)，按下式計(jì)算硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）。

式中：m為重鉻酸鉀的質(zhì)量（g）；V₁為硫代硫酸鈉溶液的用量（mL）；V₂為空白試驗(yàn)硫代硫酸鈉溶液的用量（mL）；0.04903為與1.00mL硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液［c（Na₂S₂O₃）=1.000mol/L］相當(dāng)?shù)模钥藬?shù)表示的重鉻酸鉀的質(zhì)量。

五、碘標(biāo)準(zhǔn)溶液

1.配制 稱(chēng)取13g碘（化學(xué)純）及35g碘化鉀（化學(xué)純），溶于100mL蒸餾水中，稀釋至1L，搖勻，保存于棕色試劑瓶中，待標(biāo)定。

2.標(biāo)定 稱(chēng)取0.15g（精確至0.0001g）預(yù)先在硫酸干燥器中干燥至恒重的基準(zhǔn)三氧化二砷，置于碘量瓶中，加4mL氫氧化鈉溶液［c（NaOH）=1mol/L］溶解，加50mL水，加2滴酚酞指示劑（10/L），用硫酸溶液中和，加3g碳酸氫鈉及3mL淀粉指示劑（5/L），用待標(biāo)定的碘溶液滴定至溶液呈淺藍(lán)色。同時(shí)做空白試驗(yàn)，分別記錄耗用碘溶液的毫升數(shù)，按下式計(jì)算碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）。

式中：m為三氧化二砷的質(zhì)量（g）；V₁為碘溶液的用量（mL）；V₂為空白試驗(yàn)碘溶液的用量（mL）；0.04946為與1.00mL碘標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)模钥藬?shù)表示的三氧化二砷的質(zhì)量。

任務(wù)三 配方的規(guī)范表示及物料用量的正確計(jì)算

染整加工方式不同，配方的表示形式也不同。實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，學(xué)會(huì)采用通用且規(guī)范的表示方法。

一、竭染（包括浸染、卷染）

竭染配方中的染料或助劑常用對(duì)纖維（織物）重（%，owf）表示，助劑有時(shí)也用g/L表示。為了減少實(shí)驗(yàn)時(shí)的稱(chēng)量誤差，染料常配制成一定濃度的母液使用，所以配制染液前，需要根據(jù)配方要求對(duì)母液用量進(jìn)行計(jì)算。染料、助劑實(shí)際用量計(jì)算公式如下：

例：活性染料浸染實(shí)驗(yàn)時(shí)，配制的染料母液濃度為2g/L，織物重2g，浴比1∶50，請(qǐng)根據(jù)下列染色配方，分別計(jì)算實(shí)驗(yàn)時(shí)染料和助劑的用量。

活性深藍(lán)M-2GEZ　1%（owf）

食鹽　　　　　　　30g/L

純堿　　　　　　　20g/L

解：分別設(shè)需活性深藍(lán)M-2GE用量為X，食鹽用量為Y，純堿用量為Z，則：

二、軋染

軋染配方中的染料或助劑常用g/L表示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，染深濃色一般直接稱(chēng)取固體染料，染淺淡色可以配制適當(dāng)濃度的染料母液。染料、助劑實(shí)際用量計(jì)算公式如下：

例：請(qǐng)根據(jù)下列配方，計(jì)算配制100mL染液的染料和助劑的實(shí)際用量，若染料母液濃度為20g/L，需吸取多少體積？

活性紅M-3BE　10g/L

尿素　　　　　20g/L

小蘇打　　　　10g/L

解：分別設(shè)活性紅M-3BE用量X，尿素用量Y，小蘇打用量Z，則：