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標定:弄清你滴定劑的真實強度

滴定的答案,可信度不會超過滴定劑濃度的可信度。許多有用的滴定劑自己無法保持一個穩定、已知的強度——所以在你信任任何一滴之前,必須用一個堅如磐石的基準去測出它。這一步就是標定。

隱藏的薄弱環節

每一次滴定的計算都依賴一個你當作已知的數字:滴定劑濃度。如果這個數字錯了,它產生的每一個答案都會按同樣的比例出錯——悄無聲息、不為人知,每一次都如此。於是問題變得緊迫:你有多確信你的滴定劑真的就是瓶子上寫的那個濃度?

對許多常見的滴定劑來說,誠實的回答是:不太確信。有些會從空氣中吸收水分或二氧化碳。有些只以大致強度的濃縮液出售。有些在瓶中緩慢分解。你可以把這樣的滴定劑配到大致正確的濃度,但它的精確值會漂移,單憑標籤無法信任。這樣的溶液充其量只是二級標準——有用,但它的強度必須用更可靠的東西來核對。

錨點:基準物質

為了釘住滴定劑的真實強度,你需要一種可以絕對信任的東西:基準物質。這是一類特殊而稀有的化學品,它純淨、穩定、不會從空氣中抓取水分,且具有高而明確的式量。正因為它如此「規矩」,你秤出一份樣品,僅憑重量就能確切知道自己握有多少可反應的物質。它是其他一切據以錨定的磐石。

注意它與滴定劑的對比。基準物質之所以被信任,是因為它的秤量方式——天平上的一份固體,強度毫無不確定性。二級標準則是我們即將測出強度的那種液體滴定劑。計劃是:讓一份精確秤量的基準物質與滴定劑反應,讓這個反應揭示出滴定劑的真實濃度。

標定,一步一步來

標定就是反過來使用滴定的目的:不是用已知的滴定劑去求未知的被分析物,而是用已知的基準物質去求滴定劑的未知強度。檯面上的操作與任何滴定完全相同——滴定管、旋搖、指示劑、終點——但現在你要解出的是滴定劑的濃度。

  1. 在分析天平上精確秤取一定質量、已乾燥的基準物質,仔細記錄質量。
  2. 在錐形瓶中用水溶解它,並加入合適的指示劑。
  3. 用你要標定的滴定劑去滴定它,在終點處停止。
  4. 由已知質量,你確切知道有多少可反應物質存在;由反應配方(化學計量關係),你知道這消耗了多少滴定劑。
  5. 用反應掉的滴定劑的量除以你放出的體積——這就給出滴定劑的真實濃度。

至少標定三次並取平均——重複能告訴你這個數字有多可靠。從那一刻起,你的滴定劑不再是「強度大約 0.1」;而是,比如說,帶著真實把握的 0.1023。它已經成為一個值得信賴的標準溶液,可以用來測量未知物了。

一個方便的捷徑:滴定度

在整天重複同一種滴定的常規實驗室裡,每次都做一遍完整的濃度計算很繁瑣。於是工作人員常把已標定的滴定劑濃縮成一個實用的單一數字,叫做滴定度:恰好一毫升這種滴定劑所能反應的某特定被分析物的質量。例如,「這種滴定劑的滴定度是每毫升 5.585 毫克鐵」。

有了滴定度,日常的算術就坍縮成一次乘法:用了 4.20 毫升滴定劑,滴定度是每毫升 5.585 毫克鐵,那麼樣品中大約含 23.5 毫克鐵。檯面上不必算摩爾、不必查式量——只需體積乘以滴定度。滴定度只是把已標定的濃度重新打包成最便於某一項重複工作的形式。