当量浓度计算器
结果
当量浓度
- 摩尔浓度
- 0.5000000 M
- 当量数
- 1.000000 eq
- 毫当量数
- 1,000.000 mEq
当量浓度就是摩尔浓度乘上一个由反应决定的整数,而这个当量浓度计算器把那个整数一直摆在眼前,不替你折进去。当量因子是一份式子在反应里给出或收下几个质子或电子,所以它是反应的性质、不是瓶子上的性质:硫酸作酸用是 2,而高锰酸钾在酸性溶液里是 5、在中性溶液里是 3。填上当量因子,再填上三步里你手上有的那一步——当量数、摩尔数或者摩尔浓度配体积——页面一次给出当量浓度、摩尔浓度、当量数与毫当量,于是最容易忘的那一步每次都被对了一次账。填通两条路,页面还会替你比一比。
十种常见试剂的常用当量因子与当量重
| 试剂 | 化学式 | 当量因子 | 当量重 |
|---|---|---|---|
| 盐酸 HCl | HCl | 1 | 36.46 g/eq |
| 硫酸 H2SO4 | H2SO4 | 2 | 49.04 g/eq |
| 磷酸 H3PO4 | H3PO4 | 3 | 32.66 g/eq |
| 氢氧化钠 NaOH | NaOH | 1 | 40.00 g/eq |
| 氢氧化钙 Ca(OH)2 | Ca(OH)2 | 2 | 37.05 g/eq |
| 碳酸钠 Na2CO3 | Na2CO3 | 2 | 52.99 g/eq |
| 高锰酸钾 KMnO4(酸性介质) | KMnO4 | 5 | 31.61 g/eq |
| 高锰酸钾 KMnO4(中性介质) | KMnO4 | 3 | 52.68 g/eq |
| 重铬酸钾 K2Cr2O7 | K2Cr2O7 | 6 | 49.03 g/eq |
| 硫代硫酸钠 Na2S2O3 | Na2S2O3 | 1 | 158.10 g/eq |
当量重是摩尔质量除以当量因子,用的是本站同一张原子量表算出来的——它提供一个当量所需的质量,也就是配 1 N 溶液时要去天平上称的那个数。当量因子那一列是这些试剂通常用法下的推荐值,不是这个物质的固有属性:高锰酸钾出现两次,因为它在酸性溶液里收五个电子、在中性溶液里收三个,于是当量重在一种情况下是 31.61 g/eq、另一种是 52.68 g/eq。硫代硫酸钠的因子取 1,指的是碘量法所依据的那一步氧化成连四硫酸根的反应;换一个反应,同一个式子的因子与当量重都会变。
公式
当量浓度 N = 当量数 ÷ 体积,其中当量数 = 摩尔数 × 当量因子 = 摩尔浓度 × 当量因子 × 体积
- N
- 当量浓度——每升溶液里有多少当量溶质。它是滴定分析惯用的浓度单位,也是那个取决于物质正参与哪个反应的单位
- eq
- 当量数,三条路最后都收敛到它。一个当量就是一摩尔参与反应的那个单元——一摩尔质子、一摩尔电子、一摩尔电荷
- n
- 当量因子:在这个具体反应里,一份式子给出或收下几个质子或电子。它没有单位,本页取值在 1 到 10 之间,也是唯一一个页面替你算不出来的数
- M
- 摩尔浓度,也就是通常说的每升多少摩尔。把它乘上当量因子,当量浓度的换算就做完了
- V
- 溶液的体积,单位升。它出现两次:一次作为分母把当量数变成当量浓度,一次在溶液那条路里乘出当量数
只要一道滴定是用当量浓度而不是摩尔浓度写的,就用得上它——经典容量分析里大多如此。这个单位存在的理由是:1 毫升 1 N 的酸恰好中和 1 毫当量的碱,不论那是什么酸——差别已经被当量因子吸收掉了,所以滴定的算式就剩下体积乘当量浓度,没有别的要记。临床检验也用这个单位,那里当量算的是电荷而不是分子,血清电解质按每升多少毫当量报,正是这个道理。想要的如果是每升多少摩尔、而且算式里不带那个随反应变的数,摩尔浓度那一页直接给。
算例
二元酸,N 与 M 不是同一个数
- 这种物质给出两个质子,所以当量因子是 2
- 当量数:0.5 mol × 2 = 1 eq
- 当量浓度:1 eq ÷ 1 L = 1 N
- 摩尔浓度:1 ÷(2 × 1)= 0.5 M
这一对数正是本页存在的理由:同一瓶溶液既是 1 N 又是 0.5 M,把其中一个当成另一个报出去就差了整整一倍。当量数那一行是枢纽——其余三行都是它除以某个体积,一次带了当量因子、一次没带。
高锰酸钾滴定,因子由反应决定
- 酸性溶液里高锰酸根收下五个电子,所以当量因子是 5
- 当量数:0.02 mol/L × 5 × 0.025 L = 0.0025 eq
- 当量浓度:0.0025 ÷ 0.025 = 0.1 N
- 换成毫当量:2.5 mEq,滴定管读数就是这么记的
同一瓶 0.02 M 的高锰酸钾,在这里是 0.1 N,到了中性溶液里(因子为 3)是 0.06 N——浓度没有变,反应变了。这就是当量因子必须由用户填、而不能从化学式推出来的原因,也是下面那张参考表把高锰酸钾印两遍的原因。
字段允许的最小量
- 当量数直接给出:0.0001 eq,字段允许的最小值
- 当量浓度:0.0001 ÷ 100 L = 1 × 10⁻⁶ N
- 摩尔浓度:0.0001 ÷(10 × 100)= 1 × 10⁻⁷ M
- 换成毫当量:0.1 mEq
四行、四个量级,没有一行读作 0——这正是四个输出的位数各不相同的原因。摩尔浓度那一行留七位小数而不是六位,是因为它除了体积还要再除一个当量因子,因子取到十就把最小的答案又压低了一个数量级。若它也留六位,这一行会印成 0.000000,而一瓶每升十分之一微摩尔的溶液看上去就像什么都没有。
局限
当量因子由用户提供,页面照单全收,也没有东西能验它——它是反应的性质而不是物质的性质,填错了,答案就正好差那个倍数,而看上去完全正常。这是当量浓度计算里最大的一处错误来源,任何算术都拦不住它。下面那张参考表给的是十种常见试剂的常用值,是「通常这么用」的推荐,不是「这个物质必然是几」的查表结果。当量浓度本身是个形式单位或者说旧制单位:国际单位制里没有它的位置,因为当量不是一个单位,而是「数的是哪一种粒子」的一条约定,同一瓶溶液有几个反应就有几个当量浓度。三条路之间 1% 的对账能抓住打错的数字,抓不住一个被一致地填错的当量因子。温度也没有考虑在内——当量浓度是按配溶液那一刻的体积定义的,之后受热膨胀的溶液比标签上写的略稀。最后,算式假定溶质是纯的、且完全溶解,而那是对样品的陈述,不是对化学的陈述。
常见问题
- 当量浓度与摩尔浓度差在哪里?
- 当量浓度是摩尔浓度乘上当量因子——一份式子在当前这个反应里给出或收下几个质子或电子。1 M 的二元酸是 2 N,1 M 的一元酸是 1 N;两种情况下摩尔浓度是同一类量,当量浓度不是。页面把两个并排印出来,就是为了让这个乘法每次都看得见,而不是要靠记。手上只有一个想换另一个,就乘或除以当量因子。
- 当量因子怎么确定?
- 数一数在你做的这个反应里,一份式给出或收下几个质子或电子。盐酸给出一个质子,因子是 1;硫酸给出两个,是 2;磷酸三个。氧化还原就数电子:高锰酸根在酸性溶液里收五个,在中性或弱碱性溶液里收三个,重铬酸根收六个。本页的参考表列了十种常见试剂的常用值,其中高锰酸钾出现两次——它的因子由介质决定,不由化学式决定。
- 当量重是什么?
- 摩尔质量除以当量因子,也就是提供一个当量所需的质量,单位 g/eq。硫酸的摩尔质量是 98.072 g/mol、因子是 2,所以当量重是 49.04 g/eq——称 49.04 克配成 1 升,得到的就是 1 N 的溶液。它是你在天平上真正要用的那个数,表里印这一列也是为此:当量因子的倒数本身没什么用,而当量重是你要称的东西。
- 为什么当量因子要我自己填,不能从化学式算出来?
- 因为答案不在化学式里,在反应里。每一次滴定的高锰酸钾都是 KMnO4,可是每摩尔在酸中是 5 当量、在中性溶液里是 3 当量,两种情况下的离子完全一样。要从式子里推因子,就得先知道在跑的是哪一支半反应,而这个信息不在你填式子的那个格子里。所以页面把因子当作输入,并把摩尔浓度印在旁边——那正是用来核对「你填的因子是不是在做你以为的事」。
- 毫当量是拿来做什么的?
- 它是当量的千分之一,也是滴定管与临床检验读的那个单位。1 毫升 1 N 的溶液正好给出 1 毫当量,所以当量浓度让滴定的算术变得特别短:毫升数乘当量浓度直接就是毫当量。医学里当量算的是电荷而不是分子,血清电解质按每升多少毫当量报——钠约 140 mEq/L 说的是每升 140 毫摩尔的正电荷,而酸碱平衡看的就是这个量。
- 不知道体积能不能算?
- 算浓度不行——浓度是每升多少,没有那个「升」就没有意义。体积那一格是必填的,它也是第三条路能成立的前提:光有摩尔浓度,没有体积可乘就生不出当量数,所以只填摩尔浓度时页面会直说没有一条路走得通。这一页上确实没有不需要体积的算法:如果你手上是质量加一个化学式,先用摩尔计算器换成摩尔数,再把摩尔数拿回这一页乘当量因子。
参考资料
- GB/T 3102.8-1993《物理化学和分子物理学的量和单位》(推荐性国家标准,现行:1993-07-01 发布 / 1994-07-01 实施,代替 GB 3102.8-1986,采标;2017-03-23 起由强制性转为推荐性。该站注明因涉及国际版权不提供在线阅读,全文需另寻) — 国家市场监督管理总局 国家标准全文公开系统
- Standard Atomic Weights(缩写到四位有效数字的标准原子量表) — 国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)同位素丰度与原子量委员会(CIAAW)
- IUPAC Gold Book — normality(当量浓度) — 国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)