隐藏的薄弱环节
每一次滴定的计算都依赖一个你当作已知的数字:滴定剂的浓度。如果这个数字错了,它产生的每一个答案都会按同样的比例出错——悄无声息、不为人知,每一次都如此。于是问题变得紧迫:你有多确信你的滴定剂真的就是瓶子上写的那个浓度?
对许多常见的滴定剂来说,诚实的回答是:不太确信。有些会从空气中吸收水分或二氧化碳。有些只以大致强度的浓缩液出售。有些在瓶中缓慢分解。你可以把这样的滴定剂配到大致正确的浓度,但它的精确值会漂移,单凭标签无法信任。这样的溶液充其量只是二级标准——有用,但它的强度必须用更可靠的东西来核对。
锚点:基准物质
为了钉住滴定剂的真实强度,你需要一种可以绝对信任的东西:基准物质。这是一类特殊而稀有的化学品,它纯净、稳定、不会从空气中抓取水分,且具有高而明确的式量。正因为它如此“规矩”,你称出一份样品,仅凭重量就能确切知道自己握有多少可反应的物质。它是其他一切据以锚定的磐石。
注意它与滴定剂的对比。基准物质之所以被信任,是因为它的称量方式——天平上的一份固体,强度毫无不确定性。二级标准则是我们即将测出强度的那种液体滴定剂。计划是:让一份精确称量的基准物质与滴定剂反应,让这个反应揭示出滴定剂的真实浓度。
标定,一步一步来
标定就是反过来使用滴定的目的:不是用已知的滴定剂去求未知的被分析物,而是用已知的基准物质去求滴定剂的未知强度。台面上的操作与任何滴定完全相同——滴定管、旋摇、指示剂、终点——但现在你要解出的是滴定剂的浓度。
- 在分析天平上精确称取一定质量、已干燥的基准物质,仔细记录质量。
- 在锥形瓶中用水溶解它,并加入合适的指示剂。
- 用你要标定的滴定剂去滴定它,在终点处停止。
- 由已知质量,你确切知道有多少可反应物质存在;由反应配方(化学计量关系),你知道这消耗了多少滴定剂。
- 用反应掉的滴定剂的量除以你放出的体积——这就给出滴定剂的真实浓度。
至少标定三次并取平均——重复能告诉你这个数字有多可靠。从那一刻起,你的滴定剂不再是“强度大约 0.1”;而是,比如说,带着真实把握的 0.1023。它已经成为一个值得信赖的标准溶液,可以用来测量未知物了。
一个方便的捷径:滴定度
在整天重复同一种滴定的常规实验室里,每次都做一遍完整的浓度计算很繁琐。于是工作人员常把已标定的滴定剂浓缩成一个实用的单一数字,叫做滴定度:恰好一毫升这种滴定剂所能反应的某特定被分析物的质量。例如,“这种滴定剂的滴定度是每毫升 5.585 毫克铁”。
有了滴定度,日常的算术就坍缩成一次乘法:用了 4.20 毫升滴定剂,滴定度是每毫升 5.585 毫克铁,那么样品中大约含 23.5 毫克铁。台面上不必算摩尔、不必查式量——只需体积乘以滴定度。滴定度只是把已标定的浓度重新打包成最便于某一项重复工作的形式。