李啟華，余 錦，徐 濤，李利軍

(兵器工業(yè)西南地區(qū)理化檢測中心，重慶401120)

關(guān)于等物質(zhì)的量規(guī)則的形成與探討

李啟華，余 錦，徐 濤，李利軍

(兵器工業(yè)西南地區(qū)理化檢測中心，重慶401120)

1985年趙夢月等首先提出了等物質(zhì)的量規(guī)則［1］。等物質(zhì)的量反應(yīng)規(guī)則的內(nèi)容詳解及舉例，參見文獻［2］。它受到化學界的廣泛重視、熱烈討論和積極思考，已被不少作者采用［1，3-5］。同時，在國家標準的起草中，也得到了充分運用［6-7］。廣大的化學工作者也經(jīng)常使用等物質(zhì)的量規(guī)則，進行相關(guān)的專業(yè)教學、學生試驗、溶液配制與計算、日?；瘜W檢測、仲裁分析和科研開發(fā)等活動。

等物質(zhì)的量規(guī)則在化學分析領(lǐng)域得到了廣泛運用，也有相應(yīng)的多種敘述［1-3，5］。然而，其簡單、適用、具體、規(guī)范、準確描述，至今未見詳細報道。如冶金產(chǎn)品化學分析基礎(chǔ)術(shù)語及分析化學術(shù)語中［8-9］，未見其定義;普通高中課程標準實驗教科書《化學》(必修1)［10］和《分析化學導(dǎo)教·導(dǎo)學·導(dǎo)考》［11］中，也沒見等物質(zhì)的量規(guī)則的概念。物質(zhì)的量在化學方程式計算中的應(yīng)用，僅僅敘述為:化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比等于各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比。

本課題組一直致力于化學分析基礎(chǔ)技術(shù)及理論的研究、改進和提高，在實踐中發(fā)現(xiàn)一些不足，特別是等物質(zhì)的量規(guī)則，現(xiàn)提出幾個有待改進的問題進行探討。

1 等物質(zhì)的量規(guī)則的形成

文獻［2］中提出了等物質(zhì)的量反應(yīng)規(guī)則(本文稱為趙氏表達法):

反應(yīng)1:a A+b B→c C+d D

反應(yīng)2:c C+t T→g G+h H

其中，A為被測定物質(zhì);T為標準溶液(滴定劑)。為了使被測物質(zhì)A與滴定劑T建立聯(lián)系，將反應(yīng)1與反應(yīng)2相加，則得:

反應(yīng)3:a A+b B+t T→d D+g G+h H

如果把a A、b B、t T、d D、g G、h H這些特定組合作為基本單元，那么就能夠說在反應(yīng)3中1 mol a A和1 mol t T、1 mol b B反應(yīng)生成1 mol d D、1 mol g G和1 mol h H。也就是說，這樣選取基本單元的方法，使得反應(yīng)在任何時刻所消耗的每種反應(yīng)物與所產(chǎn)生的每種生成物的物質(zhì)的量都相等。這就是等物質(zhì)的量反應(yīng)規(guī)則。

假定在滴定時所用標準溶液的濃度為c(t T)，所消耗的標準溶液體積為V(T)，那么參加反應(yīng)的標準物質(zhì)的物質(zhì)的量見公式(1):

溶液中被測物質(zhì)的物質(zhì)的量見公式(2):

根據(jù)等物質(zhì)的量反應(yīng)規(guī)則，可得公式(3):

假定被測物質(zhì)的濃度c1，體積為V1，標準溶液濃度為c2，所消耗的標準溶液體積為V2，那么公式(3)就變?yōu)楣?4):

公式(3)及公式(4)可稱為等物質(zhì)的量反應(yīng)規(guī)則表達式。

隨著時間的推移，以及相關(guān)化學工作者的廣泛關(guān)注，逐漸形成了目前的“等物質(zhì)的量規(guī)則”或“等物質(zhì)的量定律［3］”?，F(xiàn)人們習慣使用“等物質(zhì)的量規(guī)則”稱謂。

2 等物質(zhì)的量規(guī)則的準確描述

試驗中根據(jù)作者數(shù)年的分析化學專業(yè)教學并結(jié)合化學檢測的實踐經(jīng)驗，對等物質(zhì)的量規(guī)則進行了潛心研究、總結(jié)和提煉，特別地提出了比較簡單、適用、具體、規(guī)范、準確描述的“等物質(zhì)的量規(guī)則”，稱為李氏描述法。內(nèi)容如下:

等物質(zhì)的量規(guī)則是指在化學反應(yīng)中，消耗的各反應(yīng)物或/和產(chǎn)生的各生成物，對應(yīng)基本單元的物質(zhì)的量相等。

換句話說，等物質(zhì)的量規(guī)則是指化學反應(yīng):

a A+b B+…=e E+f F+g G+…

數(shù)學表達式:

式中:a、b、e、f、g為簡化的化學計量數(shù);A、B、E、F、G為物質(zhì)。

以典型氧化還原反應(yīng)舉例如下:

1)按初、中級基礎(chǔ)教學配平的化學反應(yīng):

①解釋“或”

各反應(yīng)物分別為KMnO4、H2C2O4、H2SO4;對應(yīng)基本單元分別為2KMnO4、5H2C2O4、3H2SO4;消耗的物質(zhì)的量分別為Δn(2KMnO4)、Δn(5H2C2O4)、Δn (3H2SO4)。那么推出:Δn(2KMnO4)=Δn (5H2C2O4)=Δn(3H2SO4)。各生成物分別為Mn-SO4、CO2、K2SO4、H2O;對應(yīng)基本單元分別為2MnSO4、10CO2、K2SO4、8H2O;生成的物質(zhì)的量分別為Δn(2MnSO4)、Δn(10CO2)、Δn(K2SO4)、

Δn(8H2O)。那么，Δn(2MnSO4)=Δn(10CO2)= Δn(K2SO4)=Δn(8H2O)。

②解釋“和”

Δn(2KMnO4)=Δn(5H2C2O4)=Δn(3H2SO4) =Δn(2MnSO4)=Δn(10CO2)=Δn(K2SO4)= Δn(8H2O)

2)按化學檢測的反應(yīng)

對于有1個及以上“非1”的化學計量數(shù)的化學反應(yīng)，按物質(zhì)之間實際參加反應(yīng)的性質(zhì)及關(guān)系，并遵守基本單元的合理、簡單選擇原則，同時又兼顧運用慣例，則有:

①解釋“或”

3 等物質(zhì)的量規(guī)則使用注意事項

1)化學反應(yīng)按化學計量關(guān)系進行，即化學反應(yīng)方程式要配平或平衡。

2)“消耗”針對參與反應(yīng)的各反應(yīng)物的各自的總加入量與各自的余量之差。

3)“產(chǎn)生”針對化學反應(yīng)后，各生成物各自的生成量。

4)“或”，要么是指各反應(yīng)物，要么是指各生成物。

5)“和”是指反應(yīng)物與生成物之間關(guān)系。

7)“基本單元”，要求正確選擇。

8)“相等”針對物質(zhì)的量，且指任何反應(yīng)時刻，不特指達到化學計量點時。

9)a A+b B+…=e E+f F+g G+…為通用化學反應(yīng)方程式，既包含一種及多種反應(yīng)物，同時也包含生成一種及多種生成物。

10)Δn(a A)=Δn(b B)=Δn(e E)=Δn(f F)=Δn(g G)=Δn(…)中，可根據(jù)需要選擇兩者或多者進行計算。

11)式中的a、b、e、f、g為簡化的化學計量數(shù)，可以是整數(shù)，也可以是簡分數(shù)，以方便計算;國家標準規(guī)定的化學計量數(shù)符號為。

對于上述的探討，希望對國內(nèi)同行能起到借鑒作用。同時，建議將準確描述的“等物質(zhì)的量規(guī)則”，作為以后有關(guān)化學分析方法標準或術(shù)語標準的起草內(nèi)容之一納入其中。

［1］劉珍.化驗員讀本［M］.4版.北京:化學工業(yè)出版社，2004.

［2］趙夢月.SI在分析化學中的應(yīng)用——當量的廢除與等物質(zhì)的量反應(yīng)規(guī)則［J］.化學通報，1986(5):58－61.

［3］王令今，王桂花.分析化學計算基礎(chǔ)［M］.2版.北京:化學工業(yè)出版社，2002.

［4］陳必友，李啟華.工廠分析化驗手冊［M］.2版.北京:化學工業(yè)出版社，2009.

［5］張鐵垣，楊彤.化驗工作實用手冊［M］.2版.北京:化學工業(yè)出版社，2008.

［6］GB/T 601-2002化學試劑標準滴定溶液的制備［S］.

［7］GB/T 20001.4-2015標準編寫規(guī)則第4部分:試驗方法標準［S］.

［8］GB/T 17433-2014冶金產(chǎn)品化學分析基礎(chǔ)術(shù)語［S］.

［9］GB/T 14666-2003分析化學術(shù)語［S］.

［10］人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.化學(必修1)［M］.北京:人民教育出版社，2007.

［11］吳婉娥，張淑娟，張劍，等.分析化學導(dǎo)教·導(dǎo)學·導(dǎo)考［M］.5版.西安:西北工業(yè)大學出版社，2014.

［12］GB 3102.8-1993物理化學和分子物理學的量和單位［S］.

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1001-4020(2017)05-0552-03

10.11973/lhjy-hx201705012

2016-06-15