對容量瓶幾個實驗問題的探討

夏立先

1.容量瓶本身的體積誤差是多少？

經查找，近幾年采購的容量瓶都標注了體積誤差，如100 mL容量瓶體積誤差為0.1 mL。對于標注體積誤差的100 mL容量瓶，筆者用50 mL及100 mL的酸式滴定管進行了標定，結果二者體積誤差均在0.1 mL以內。

標定方法如下：

實驗（1）：在20℃時，用50 mL的酸式滴定管（最小刻度0.1 mL）向標注了體積誤差的100 mL干燥容量瓶中定量滴入50 mL水，滴入兩次共計100 mL水，發現液面低于刻度線，然后用膠頭滴管逐滴加蒸餾水至溶液的凹液面正好與刻度線相切，所需水的滴數為1滴（1滴體積約0.05 mL）。

實驗（2）：在20℃時，用100 mL的酸式滴定管（最小刻度0.2 mL）向標注了體積誤差的

100 mL干燥容量瓶中定量滴入100 mL水，發現液面高于刻度線，然后用膠頭滴管吸出1滴水后溶液的凹液面正好與刻度線相切（1滴體積約0.05 mL）。

通過以上實驗還證明，用滴定管來測量和研究容量瓶體積誤差問題是可行的。

2.定容前輕輕振蕩容量瓶的作用是什么？

配制一定物質的量濃度溶液，其步驟主要為：（1）計算，（2）稱量，（3）溶解，（4）轉移，（5）定容。蘇教版必修1化學教材（2014年6月第6版）配制100 mL 0.1 mol·L-1碳酸鈉溶液第（4）步是這樣描述的：“將燒杯中的溶液用玻璃棒小心地引流到100 mL容量瓶中，用蒸餾水洗滌燒杯及玻璃棒2次～3次，并將每次洗滌的溶液都注入容量瓶中。輕輕振蕩容量瓶，使溶液混合均勻”。在實驗過程中，有許多學生忽視了“輕輕振蕩容量瓶”這一操作，從而導致實驗有較大誤差。請看下面的兩個對比實驗。

對比實驗一：

實驗步驟：

實驗（3）：定容前輕輕振蕩容量瓶。取一只100 mL容量瓶，向其中加入10 mL飽和食鹽水，然后加入50 mL蒸餾水，輕輕振蕩容量瓶，使溶液混合均勻。繼續加入蒸餾水至離刻度線1 cm～2 cm時，改用膠頭滴管加蒸餾水至溶液的凹液面正好與刻度線相切，再將容量瓶塞蓋好，反復上下顛倒，搖勻。然后將容量瓶正立，靜置，使液面穩定;取下容量瓶塞，用膠頭滴管逐滴加蒸餾水至溶液的凹液面正好與刻度線相切，記錄所需水的滴數。

實驗（4）：定容前沒有輕輕振蕩容量瓶。將上述容量瓶中的溶液倒掉，用水洗干凈，向其中加入10 mL飽和食鹽水，然后加入蒸餾水至離刻度線1 cm～2 cm時，改用膠頭滴管加蒸餾水至溶液的凹液面正好與刻度線相切，再將容量瓶塞蓋好，反復上下顛倒，搖勻。然后將容量瓶正立，靜置，使液面穩定;取下容量瓶塞，用膠頭滴管逐滴加蒸餾水至溶液的凹液面正好與刻度線相切，記錄所需水的滴數。

實驗結果：

實驗（3）所需水的滴數為1滴;實驗（4）所需水的滴數為3滴.

對比實驗二：

實驗步驟：

實驗（5）：取一只100 mL容量瓶，向其中加入30 mL飽和食鹽水，然后加入30 mL蒸餾水，輕輕振蕩容量瓶，使溶液混合均勻。其余步驟同實驗（3）。

實驗（6）：將上述容量瓶中的溶液倒掉，用水洗干凈，向其中加入30mL飽和食鹽水，其余步驟同實驗（4）。

實驗結果：實驗（5）所需水的滴數為2滴;實驗（6）所需水的滴數為6滴.

通過以上兩個對比實驗，得到的實驗結論是：定容前輕輕振蕩容量瓶，可使溶液混合均勻，減小定容時的體積變化，從而減小實驗誤差。并且，如果不振蕩，溶液濃度越大，誤差越大。

3.用濃硫酸配制稀硫酸，溶解后不冷卻就轉移，定容后再冷卻至20℃，體積誤差有多大？實驗（7）：分別取30 mL水于150 mL燒杯中，各加入不同體積的濃硫酸，振蕩，測得溫度為t1;將溶解后的濃硫酸，迅速轉移至100 mL容量瓶，再向容量瓶中加入30 mL水，振蕩，測得溫度為t2;繼續加水至刻度線，反復搖勻，測得溫度為t3;從容量瓶中取出溫度計，加水至刻度線;冷卻至20℃，繼續加入水至刻度線，記錄需要加水的滴數。結果見表1。

通過表1數據可以看出：

（1）用濃硫酸配制稀硫酸，溶解后不冷卻就轉移，會帶來體積誤差。

（2）配制的硫酸越濃，需要的濃硫酸就越多，體積誤差就越大。

（3）當配制的硫酸濃度比較稀（如0.3 mol·L-1以下）時，體積誤差很小（在0.1 mL以內），因此濃硫酸溶解后可以不冷卻就轉移。

注意：溶解及轉移速度不同，測得的結果會稍有不同。按正常速度，結果不會相差太大。

4.用玻璃棒引流時，玻璃棒的下端接觸點必須在容量瓶刻度線以下嗎？

實驗（8）：選取3個100 mL容量瓶，它們的刻度線分別處在頸的偏上、偏中、偏下位置。分別將玻璃棒下端接觸點沿刻度線以上和以下引流，向上述容量瓶中加水至離刻度線3 cm～4 cm時，改用膠頭滴管加水至刻度線，然后塞好塞子，反復振蕩后，正立容量瓶，使液面穩定;取下容量瓶塞，用膠頭滴管逐滴加蒸餾水至溶液的凹液面正好與刻度線相切，記錄所需水的滴數。

實驗結果：都需要2滴水。因此玻璃棒沿刻度線以上和以下引流基本沒有區別。這樣以來，用玻璃棒引流時，玻璃棒下端接觸點適當靠頸的上部一點更好操作。由此可知，加水定容時可以不用玻璃棒引流，用滴瓶等加水也可以。實際上，美國教材中轉移溶液就沒有使用玻璃棒。

5.將溶解的溶液轉移到容量瓶后，燒杯及玻璃棒不洗滌與洗滌誤差會有多大？

實驗（9）：取1只酸式滴定管，向其中加入1 mol·L-1食鹽水并調節液面起始讀數為0;另取1支規格為125 mL干燥燒杯，從酸式滴定管中放出20 mL食鹽水到該燒杯中，輕輕搖晃后，將燒杯中的食鹽水全部倒入上述酸式滴定管中，待液面穩定后發現液面讀數約為0.1 mL。由此可以得出燒杯粘附溶液體積約為0.1 mL。實驗（10）：另取1支酸式滴定管，向其中加入1 mol·L-1食鹽水并調節液面起始讀數為0;另取1只規格為125 mL干燥燒杯，從酸式滴定管中放出20 mL食鹽水到該燒杯中，用玻璃棒（中等粗度，周長為2 cm）攪拌溶液，將燒杯中的食鹽水沿玻璃棒全部轉移到上述酸式滴定管中，待液面穩定后發現液面讀數約為0.2 mL。由此可以得出燒杯及玻璃棒各粘附溶液體積為0.1 mL。

綜合上述結果可知，如果燒杯及玻璃棒不洗滌：若溶解液為20 mL，其帶來的濃度誤差約為1%;若溶解液為10 mL，其帶來的濃度誤差約為2%。二者都遠大于100 mL容量瓶自身0.1%的體積誤差，顯然不行。

根據燒杯及玻璃棒殘留量為0.2 mL，可計算出洗滌1次、2次、3次的濃度誤差。

若每次洗滌用水量為20 mL，洗滌1次濃度誤差約為0.01%，洗滌2次濃度誤差約為0.0001%，洗滌3次濃度誤差約為0.000001%。

若每次洗滌用水量為10 mL，洗滌1次濃度誤差約為0.04%，洗滌2次濃度誤差約為0.0008%，洗滌3次濃度誤差約為0.000016%。

如果按計算結果來看，洗滌燒杯及玻璃棒1次就可以了，當然洗滌2次效果更好。

（收稿日期：2019-02-12）