稀硫酸溶液配制中的几个科学性问题

在化学实验室中，配制溶液是一项常见操作，也是完成化学实验的一项最基本工作。加之浓硫酸有特殊性，对其稀释方法有较为严苛的要求，所以稀硫酸溶液的配制，在化学教学中就占有了特殊的地位。

但是，在目前的中学化学教学中，对稀硫酸溶液配制方法的要求，似乎出现了一些脱离实验室实际、也不够科学的情况。这对学生也是一个很严重的误导，使他们认为，只要是配制物质的量浓度溶液，就要用到容量瓶。

有必要介绍一下已被广泛认可的，实验室中配制稀硫酸溶液的一般方法。

一、稀硫酸的配制方法

根据溶液标称浓度的精密程度不同，配制的繁琐程度也不同，可将溶液分为两类。这两类溶液的配制方法间是有明显区别的。

（一）溶液的分类

在化学实验室中通常用到的溶液可分为，“普通（一般）浓度溶液”与“标准（准确）浓度溶液”，这样的两类。

1. 普通浓度溶液

普通浓度溶液指的是，标称浓度不超过两位有效数字的溶液（即，允许该标称浓度有较大的误差）。

如，2.0 mol·L^-1NaCl溶液、0.1 mol·L^-1HAc溶液、12% NaOH溶液，均属于普通浓度溶液。

这类溶液的配制方法是，可以用托盘天平或量筒来量取试剂（分别对应固体或液体）。用烧杯或试剂瓶来溶解及定容。

在理论方面是认为，两种不同组成的液体混合时，不必考虑其体积变化。

这种溶液主要用于定性实验。如用于定量实验，那它也是基本不参与反应、或是作为对实验结果无影响（如指示剂）的试液来使用的。

2. 标准浓度溶液

这是一种标称浓度达四位（及以上）有效数字的溶液。如，1.036 mol·L^-1NaCl溶液、0.1904 mol·L^-1HAc溶液。有相当高的精密度。

配制这种溶液时，对试剂本身也有很高的要求，即试剂的组成要与其化学式有很好的吻合度。在通常的保存或使用状态下，它的组成也不会发生改变。一般把这种试剂叫做基准物质。

这类溶液的配制方法是，要用分析天平、或移液管来量取试剂。用容量瓶来定容。

在溶质溶解及不同浓度溶液混合时，都必须要考虑到溶液体积会发生变化。

只有定量实验才需要这样的溶液。如果在定性实验中使用这种溶液，不但在财力及人力上是一个浪费，也是实验者对科学实验要求把握不准确的一种表现。

（二）不能把浓硫酸当做基准物质

市售的试剂硫酸（H₂SO₄）一般都是浓硫酸。其密度是1.83-1.84 g/ml，含量为w=95%-98%，近似浓度是c(H₂SO₄)=18 mol·L^-1。本来它就是一个组成较为模糊，不那么确定的物质。

加之，在与空气接触时浓硫酸还要从空气中吸收水分，吸了多少水也无从知晓。所以，浓硫酸根本就不具备去作基准物质的条件。

也就是说，由于浓硫酸的组成有不确定性，你无论是用移液管还是用更精密的仪器来量取它，也无法知道其中的纯硫酸到底有多少。既然从浓硫酸中无法取出准确量的纯硫酸，后续的“用容量瓶来定容”也是没有任何意义的。

因而，不能用浓硫酸来直接配制标准的硫酸溶液。用浓硫酸直接配制出来的只能是普通浓度的硫酸溶液。

（三）普通浓度硫酸的配制方法

查了几本有关化学实验的书目，从中还真的找到了一些大同小异的稀硫酸配制方法。

1. 《无机化学实验》教材中介绍的方法^[1]

溶液配制是无机化学实验的基本教学内容。在其“物质的量浓度溶液的配制”的“粗略配制”部分的相关的文字是：

先用相对密度计测量液体（或浓溶液）试剂的相对密度，从有关的表中查出其相应的百分浓度，算出配制一定体积物质的量浓度溶液所需液体或浓溶液的用量。用量筒量取所需的液体（或浓溶液），注入装有少量水的带有刻度烧杯中，混合。如果溶液放热，需冷却至室温后，再用水稀释至刻度。搅动，使其均匀，然后移入试剂瓶中，贴上标签，备用。

从中不难归纳出，对有浓度标签的浓硫酸，在计算出其用量后，只要用量筒来量取浓硫酸，用带有刻度（或事先做出体积标记）的烧杯来稀释及“定容”，再加上一支用来引流并用作搅拌的玻璃棒，就可以完成全部溶液的配制工作了。

当然，这段文字中的“如果溶液放热，需冷却至室温后，再用水稀释至刻度”是否合适，还值得探讨。但整个过程还是流畅及合理的。

对这个方法，可以简称为“量筒+烧杯法”。

2. 《化学实验规范》介绍的方法^[2]

在该规范的第二章无机化学实验“配制一般的溶液”这部分，以表格的形式给出了两种稀硫酸的具体配制方法（当然，由此也可推及到其他浓度的硫酸）。

溶液	物质的量浓度（mol·L-1）	配制
稀硫酸	3	浓硫酸：水=1:5（体积）
	1	3 mol·L-1硫酸：水=1:2（体积）

 

这个方法更为简单，甚至连量筒都不是必需的了。

只要用一个小容器（如小烧杯），先取5份水，倒入一个更大的容器（要比小烧杯大许多的大烧杯或试剂瓶）。然后用该小容器取1份浓硫酸，缓缓倒入装有水的大容器中，并搅拌。就大功告成了。

对这个方法，可以简称为“体积比法”。

3. 化学手册中介绍的方法^[3]

在一些化学手册中的“普通酸溶液的配制”部分，也可以看到稀硫酸的配制方法。如，c(H₂SO₄)=1 mol·L^-1硫酸的配制方法是：

量取56 ml浓硫酸，在不断搅拌下缓缓加入适量水中。待冷却至室温后，加水至1 L。

虽然文字中没有标明要用什么仪器，但量取浓硫酸肯定是用量筒。

“加水至1 L”明显的也不是容量瓶。只要是一个大号的烧杯，或大的试剂瓶，都可以。

该手册还对“硫酸标准溶液 c(1/2H₂SO₄)=1 mol·L^-1”的配制方法规定为：

第一步是“配制”。即，量取硫酸30ml，缓慢注入1000 ml 水中，冷却，摇匀。

第二步，用无水碳酸钠对配制出的溶液进行标定（从略），以测得其准确的浓度。

这种“量取硫酸30ml，缓慢注入1000 ml 水中”的配制方法，连计算都可以免去。是一个来源于实验室工作实践的方法，可看作是“经验法”。

在上述的四种硫酸溶液的配制方法中，无论是配制普通浓度的稀硫酸、还是配制硫酸标准溶液，竟然都没有用到容量瓶。

二、有关稀硫酸配制方法的一些习题

在现行中学化学教材中，确实有一个配制准确物质的量浓度溶液的实验^[4]。

在配制1.00 mol·L^-1NaCl溶液的过程中，用到了分析天平（或电子天平）、容量瓶等较为精密的仪器。所配制出来的也是准确浓度溶液。

比照这个实验，一些教师照猫画虎地编出了一些，涉及到配制一定浓度稀硫酸溶液方法的联考题或练习题。其中竟然都用到了容量瓶。如下面几例：

例1，用98%的硫酸（密度为1.84g·cm³）配制1 mol·L^-1的稀硫酸100 ml。配制时可能用到的仪器有：

①玻璃棒，②胶头滴管，③100 ml容量瓶，④托盘天平，⑤50 ml烧杯，⑥10 ml量筒。

则正确的选择是（   ）

A.⑥③⑤①②，B、⑥⑤③①②，C、④⑤③②①，D、⑥⑤①③②，

评论：由于浓硫酸的组成不是严格固定的，其真实浓度与标签所示浓度间可能会有偏差，人们无法准确从中取出一定量的纯物质（硫酸）。所以，在计算出其所需的理论用量后，可以用量筒来量取浓硫酸（即使用移液管也不会“准确”到哪里去）。

况且，要求配制的是1 mol·L^-1的硫酸，是一个精确度很低的普通浓度溶液。用量筒所取浓硫酸中的纯硫酸，虽然与理论值有偏差，但还是在溶液浓度所要求的精度范围内。所以第一个仪器就是“⑥量筒”了。

进行下一步操作的最理想器皿就是一个200 ml的烧杯了。具体的方法是，先在大烧杯中加入100 ml水，再缓缓加入所取的浓硫酸。搅拌均匀。冷至室温，就可以倒入试剂瓶，溶液配制工作就完成了。

但是，由于所给的仪器中没有大烧杯，而只能用100 ml容量瓶来代替大烧杯（在这里，容量瓶的作用就相当于一个大烧杯）。

而在实际的实验室工作中，实验人员是绝对不会这样做的。因为随之会产生以下几个问题：

首先是，容量瓶在使用前、及使用后的清洗都要麻烦许多（有磨口，还有塞子）。

其次，由于浓硫酸稀释时要放热，使这个稀释不能直接在容量瓶中进行，而要先要在一个小烧杯中进行预稀释。这就用到了题目所给的“⑤50 ml小烧杯”。

此时爱动脑筋的操作者都会想到，这里配制的是一个对浓度准确度要求不高的溶液（在较大的浓度误差范围内都是合格的）。此时，还“按部就班”地用容量瓶进行严格的定容操作，根本就没有什么意义。

也就是说，往容量瓶中倾倒预稀释的硫酸时，可以不用玻璃棒引流预稀释的硫酸。因为刻度线上的瓶颈壁面沾有几滴硫酸溶液也无所谓；

可以一次都不洗预稀释硫酸所用的小烧杯。因为烧杯壁上残留的少量硫酸也不会引起更大的浓度误差；

可以不用胶头滴管来滴加蒸馏水至刻度。因为溶液的体积只要能在刻度线附近，就可以认为基本是符合要求。

考虑到将量筒中的浓硫酸倒入装有水的小烧杯时，最好能用玻璃棒来引流（防止浓硫酸粘在烧杯壁的上部），且搅拌能加快液体的混合过程。

所以整个稀释过程中，先后必须要用到的仪器是，量筒、50 ml烧杯、玻璃棒、100 ml容量瓶。答案是⑥⑤①③。

仪器②胶头滴管并不是必需的。但如果要用的话，也只能是按答案D的顺序来使用。

对答案D的不同意见是，认为在用量筒取浓硫酸时，可以用胶头滴管来调整量筒中的浓硫酸液面。从而建议最好将答案改为，⑥②⑤①③②。

但用胶头滴管往量筒中滴加浓硫酸，这并不是化学实验中的一个规范操作。原则上，在配制稀硫酸时根本就没有必要，用胶头滴管去移取浓硫酸。

一是，用试剂瓶（哪怕内装有浓硫酸）向量筒中转移一定量液体时，唯一的方法就是直接倾倒。如倾倒出溶液的体积不够，就再倾倒一些。体积超标了，则可将多余的液体倒入一个专设的小烧杯中（不得倒回原试剂瓶）。直至得到所需体积为止。

一次就能倾倒出所需体积溶液的操作，这本身就是要求化学实验人员应该掌握的一项基本化学实验技能。

二是，为滴加浓硫酸还要设一个专用的胶头滴管，并放在一个专用的小烧杯中。这都使操作者增大了与浓硫酸直接接触的机会，使不安全因素显著增多。

并且使用后，胶头滴管及烧杯的清洗不但麻烦，也会产生更多的废水。

三是，浓硫酸比重大，更容易发生其从滴管口意外滴落的情况。滴加浓硫酸的操作对人身及财物安全会有更大的威胁。

四是，量筒不是容量瓶，其液面大致在所需的刻度附近，就可以被认为是基本符合要求，没有必要去仔细“调整”。

总之，将量筒与胶头滴管“配套”使用，是一项不那么规范的化学实验操作。

例2. 网上有一个流传较广的稀硫酸溶液的配制方法，其具体内容是：

1.计算：首先确定要配置稀硫酸的物质的量浓度或者质量百分比，确定所需硫酸的物质的量，以此计算出浓硫酸的用量。

2.量取：用量程合适的量筒量取浓硫酸。

3.稀释：将浓硫酸沿烧杯壁缓缓倒入水中。此过程中不断用玻璃棒进行搅拌来散热。

以上三步骤为基本步骤。若是精确配置一定量的稀硫酸的话还有以下步骤：

4.转移：将稀释后的浓硫酸倒入容量瓶中，容量瓶规格按需决定。此过程中需用玻璃棒进行引流，且必须等到溶液冷却完全才可转移。

5.洗涤：用蒸馏水(一般用洗瓶)洗涤烧杯2~3次，并将洗涤液转移入容量瓶。

6.定容：往容量瓶中加入蒸馏水至离刻度线2~3cm处，改用胶头滴管滴加，直至凹液面最低处与刻度线相平。定容过程中视线应与刻度线保持水平位置。

7.摇匀：盖上容量瓶的玻璃盖，左手掌心拖住瓶底，右手食指紧按住玻璃盖，其余四指轻拢瓶颈，进行上下颠倒摇匀。

以上步骤完成,静置后可取用。

评论：这个方法的前三步配制的是普通浓度的硫酸，是合理的。

但是，加上后四步（就用了一下容量瓶）就变成了准确浓度的硫酸，这就不对了。用容量瓶只能保证溶液的体积精度高。在对溶质的量取精度不高的情况下，只提高溶液体积的精度，又能改变什么呢？

加上这后四步，所配制出的还是一个普通浓度的硫酸。做的是无用功。

容量瓶只能保证溶液体积的精确度，它不是万能的。

有关稀硫酸配制的这些问题提醒我们，要注意到浓硫酸不能做基准物质，要关注度量仪器精密度的匹配（容量瓶与量筒、台秤间是不能匹配的），要理解有效数字的更深刻内涵，不能对教学内容进行错误的扩展与延伸。

参考文献

[1] 北京师范大学无机化学教研室等编. 无机化学实验（第二版）. 高等教育出版社. 1991年

[2] 北京师范大学《化学实验规范》编写组编著. 化学实验规范. 北京师范大学出版社. 1987年

[3] 杭州大学化学系分析化学教研室. 分析化学手册（第二版）第一分册. 化学工业出版社. 1997年

[4] 人教版化学必修1