本章学习重点：
了解化学试剂的定义、分类、纯化和精制方法及安全知识；
掌握有效数字的确定、运算规则和数据处理方法及实验结果的表示方法；
掌握浓度的定义、分类、计算公式和溶液的一般配制方法。
2.1化学试剂
早期的化学试剂单纯是指“化学分析和化学试验中为测定物质的组分或组成而使用的纯粹化学药品”，后来被扩展为“为实现化学反应而使用的化学药品”，现在“化学试剂”所指的化学药品已超出了这一范畴，“在科学实验中使用的化学药品”都可称为“化学试剂”。对化学试剂更全面的定义可以是：在化学试验、化学分析、化学研究及其他试验中使用的各种纯度等级的化合物或单质。
化学试剂的门类基本上按照用途或学科性划分，如德国伊默克（E.Merck）公司分为20大类，88小类。美国贝克（J.T.Baker）公司则有75个大类，124个小类。随着科学技术的发展，化学试剂的品种日益繁多，门类划分越来越细，品种系列化、配套化。
（1）按“用途-化学组成”分类。我国的试剂经营目录，以及国外许多试剂公司，如德国伊默克（E.Merck）公司、瑞士佛鲁卡（Fluka）公司，日本关东化学公司等，都采用这种分类方法。我国1981年编制的化学试剂经营目录，将8500多种试剂分为无机分析试剂、有机分析试剂、特效试剂、基准试剂、标准物质、指示剂和试纸、仪器分析试剂、生化试剂、高纯物质和液晶10大类，每类下面又分为若干亚类。
（2）按“用途-学科”分类。1981年，中国化学试剂学会提出按试剂用途和学科分类，将试剂分为通用试剂、高纯试剂、分析试剂、仪器分析专用试剂、有机合成研究用试剂、临床诊断试剂、生化试剂、新型基础材料和精细化学品八大类和若干亚类。
此外，化学试剂还可按纯度分为高纯试剂、优级试剂、分析纯试剂和化学纯试剂；按试剂储存要求分为容易变质试剂、化学危险性试剂和一般保管试剂；按来源分为进口试剂、天然物提取、浸膏、干粉、提取物等。
2.1.1试剂规格与纯度
化学试剂质量级别繁杂、品种众多。一般常规品种（一类试剂）即必需品种，有225种。二类试剂有1800～2000个品种，需求量大、应用领域广。三类试剂有3000～6000个品种。
按照中华人民共和国国家标准和原化工部部颁标准，采用优级纯、分析纯、化学纯三个级别表示的化学试剂共计225种。这225种化学试剂以标准的形式，规定了我国的化学试剂含量的基础。其他化学品的含量测定都以此为基准，通过测定来确定其含量。因此，这些化学试剂的质量就显得十分重要。这225种化学试剂由于用途极为广泛而成为基本品种。
常见质量级别有：
（1）优级纯（GR，绿标签）：主成分含量很高、纯度很高，适用于精确分析和研究工作，有的可作为基准物质。
（2）分析纯（AR，红标签）：主成分含量很高、纯度较高，干扰杂质很低，适用于工业分析及化学实验。相当于国外的ACS级（美国化学协会标准）。
（3）化学纯（CP，蓝标签）：主成分含量高、纯度较高，存在干扰杂质，适用于化学实验和合成制备。
（4）实验纯（LR，黄标签）：主成分含量高，纯度较差，杂质含量不做选择，只适用于一般化学实验和合成制备。
（5）指示剂和染色剂（ID或SR，紫标签）：要求有特有的灵敏度。
（6）指定级（ZD）：按照用户要求的质量控制指标，为特定用户订做的化学试剂。
（7）电子纯（MOS）：适用于电子产品生产中，电性杂质含量极低。
（8）当量试剂（3N、4N、5N）：主成分含量分别为99.9%、99.99%、99.999%以上。
（9）光谱纯：主要成分纯度为99.99%。
在食品分析中使用的化学试剂有：
（1）无机分析试剂（Inorganic Analytical Reagent）是用于化学分析的常用的无机化学物品。其纯度比工业品高，杂质少。
（2）有机分析试剂（Organic Reagents for Inorganic Analysis）是在无机物分析中供元素测定、分离、富集用的沉淀剂、萃取剂、螯合剂以及指示剂等专用的有机化合物，而不是指一般的溶剂、有机酸和有机碱等。这些有机试剂具有较好的灵敏度和选择性。
（3）基准试剂（Primary Standards）是纯度高、杂质少、稳定性好、化学组分恒定的化合物。在基准试剂中有容量分析、pH测定、热值测定等分类。每一分类中均有第一基准和工作基准之分。凡第一基准都必须由国家计量科学院检定，生产单位则利用第一基准作为工作基准产品的测定标准。目前，商业经营的基准试剂主要是指容量分析类中的容量分析工作基准［含量范围为99.95%~100.05%(重量滴定)］。一般用于标定滴定液。
（4）标准物质（Standard Substance）是用于化学分析、仪器分析中做对比的化学物品，或是用于校准仪器的化学品。其化学组分、含量、理化性质及所含杂质必须已知，并符合规定或得到公认。
（5）农药分析标准品（Pesticide Analytical Standards）适用于气相色谱法分析农药或测定农药残留量时做对比物品。其含量要求精确。有由微量单一农药配制的溶液，也有多种农药配制的混合溶液。
（6）指示剂（Indicator）是能由某些物质存在的影响而改变自己颜色的物质。主要用于容量分析中指示滴定的终点。一般可分为酸碱指示剂、氧化还原指示剂、吸附指示剂等。指示剂除分析外，也可用来检验气体或溶液中某些有害有毒物质的存在。
（7）试纸（Test Paper）是浸过指示剂或试剂溶液的小干纸片，用以检验溶液中某种化合物、元素或离子的存在，也有用于医疗诊断。
（8）仪器分析试剂（Instrumental Analytical Reagents）是利用根据物理、化学或物理化学原理设计的特殊仪器进行试样分析的过程中所用的试剂。
（9）生化试剂（Biochemical Reagent）是指有关生命科学研究的生物材料或有机化合物，以及临床诊断、医学研究用的试剂。
2.1.2浓度
两种或多种组分所组成的均匀体系称之为溶液。所有溶液都是由溶质和溶剂组成的，溶剂是一种介质，在其中均匀地分布着溶质的分子或者离子。溶剂和溶质的量十分准确的溶液叫标准溶液，而把溶质在溶液中所占的比例称作溶液的浓度。
广义的浓度概念是指一定量溶液或溶剂中溶质的量；这一笼统的浓度概念正像“量”的概念一样没有明确的含义；习惯上，浓度涉及溶液的体积，溶质的物质的量、质量或体积等。
溶液浓度有多种表示方法，如质量百分浓度、体积百分浓度、体积摩尔浓度、质量摩尔浓度等。
（1）质量百分浓度（质量分数，m/m）指每100 g溶液中溶质的质量（以g计），即溶质的质量占全部溶液质量的百分率。质量百分比浓度最常用，无量纲，用符号%表示。例如，20 g氯化钠溶于80 g水配成100 g溶液，其质量百分浓度为20%，质量分数为0.2。
（2）体积百分浓度（体积分数，v/v）指每100 mL溶液中所含溶质的体积（以mL计）。
（3）体积摩尔浓度为1 L溶液中所含溶质的摩尔数（mol/L），以单位体积所含溶质的量（摩尔数）表示。
（4）质量摩尔浓度为1 kg溶剂中所含溶质的量（以mol计），单位为mol/kg。例如，m(NaCl)=0.1 mol/kg，即每1 kg溶液中含有NaCl 0.1 mol。
溶液的体积随温度的变化，物质的量浓度也随温度变化，在严格的热力学计算中，为了避免温度的影响，常不使用物质的量浓度而使用质量摩尔浓度。不随温度的变化而改变的浓度表示法除质量摩尔浓度外还有质量分数（质量百分浓度）。忽略温度影响时，可用物质的量浓度代替质量摩尔浓度，做近似处理。
溶液的浓度是与溶液的取量无关的量，从一瓶浓度为0.1 mol/L的NaCl溶液里取出一滴，这一滴的浓度仍为0.1 mol/L。因为有两类物理量，第一类物理量具有加和性，如质量、物质的量、体积、长度等，这类物理量称为广度量；另一类物理量则不具有加和性，这类物理量称为强度量。浓度是强度量。压力（压强）、温度、密度等也是强度量。
2.1.3溶液的配制
化学上将化学试剂和溶剂（一般是水）配制成实验需要浓度的溶液的过程就叫作配制溶液。配制溶液时，计算出所需溶质的质量及溶剂的质量，即根据溶剂的密度换算成溶剂的体积，然后精密称取固体溶质，置于烧杯中，再用量筒量取溶剂，倒入同一烧杯中，用玻璃棒轻轻搅拌，至溶质全部溶解或混匀为止，倒入一定体积的容量瓶中定容至刻度，将配制好的溶液沿玻璃棒转移至试剂瓶中，盖紧瓶塞，贴好标签，注明溶液的名称、浓度、配制日期等信息。
2.1.3.1溶液配制的一般步骤
根据所用试剂形态的不同，采取不同的配制方法(图2-1)。一般步骤包括：称量或量取→溶解→冷却→转移→洗涤→初混→定容→摇匀→标记。
（1）称量或量取：固体试剂用分析天平或电子天平准确称量，液体试剂用量筒或移液管量取。
（2）溶解：将称好的固体放入烧杯，用适量（20~30 mL）蒸馏水溶解。
（3）冷却：在移入容量瓶前，配制溶液需冷却至室温。
（4）转移（移液）：由于容量瓶的瓶颈较细，为了避免液体洒在外面，用玻璃棒引流，玻璃棒不能紧贴容量瓶瓶口，棒底应靠在容量瓶瓶壁刻度线下。
（5）洗涤：用少量蒸馏水洗涤烧杯内壁2~3次，洗涤液全部转入到容量瓶中。
（6）初混：轻轻摇动容量瓶，使溶液混合均匀。
（7）定容：向容量瓶中加入蒸馏水，液面离容量瓶颈刻度线下1~2 cm时，改用胶头滴管滴加蒸馏水至液面与刻度线相切。
（8）摇匀：盖好瓶塞反复上下颠倒，摇匀，即使液面下降也不可再加水定容。
（9）标记：由于容量瓶不能长时间盛装溶液，故将配好的溶液转移至试剂瓶中，贴好标签。
2.1.3.2溶液配制的计算公式
（1）液体试剂配制溶液。
①根据稀释前后溶质质量相等原理得公式：
ω1ρ1V1=ω2ρ2V2
式中：ω1——所稀释的浓度；
ρ1——稀溶液的密度；
V1——欲配制溶液的体积；
ω2——浓溶液的浓度；
ρ2——浓溶液的密度；
V2——需耗浓溶液的体积。
［例2-1］要配制20%的硫酸溶液500 mL，需要96%的浓硫酸多少毫升？
20%硫酸溶液的ρ1=1.139 g/mL；96%硫酸溶液的ρ2=1.836 g/mL。代入公式：
20%×1.139×500=96%×1.836×V2
V2=0.2×1.139×5000.96×1.836=64.5（mL）
②根据稀释前后溶质的物质的量相等的原则得到以下公式：
C1V1=C2V2
式中：C1——稀释前的浓度；
V1——稀释前的体积；
C2——稀释后的浓度；
V2——稀释后的体积。
［例2-2］用18 mol/L的浓硫酸配制1000 mL，3 mol/L的稀硫酸，需要浓硫酸多少毫升？
代入公式：C1V1=C2V2
即，18 mol/L×V1=3 mol/L×1000 mL
V1=3 mol/L×1000 mL18 mol/L=166.7 mL
即：需要取166.7 mL，18 mol/L的硫酸，在不断搅拌下倒入适量水中，冷却后稀释至1000 mL。
（2）用固体试剂配制溶液。计算公式为：
m=C×V×M1000
式中：m——需称取的质量；
C——欲配溶液的浓度；
V——欲配溶液的体积；
M——化合物的摩尔质量。
［例2-3］欲配制1.0 mol/L的氢氧化钠溶液500 mL，该称取NaOH多少克？
MNaOH=40 g/mol，代入公式：
m=1.0 mol/L×500 mL×40 g/mol1000=20.0 g
即需称取20.0 g氢氧化钠溶于水中稀释至500 mL。
2.2化学试剂的安全使用
2.2.1易燃易爆化学试剂
一般将闪点在28℃以下的化学试剂列入易燃化学试剂，它们多是极易挥发的液体，遇明火即可燃烧。闪点越低，越易燃烧。常见闪点在-25℃以下的有石油醚、氯丁烷、乙醚、汽油、二硫化碳、正戊烷、苯、乙酸乙酯、乙酸甲酯。
使用易燃化学试剂时绝对不能使用明火，也不能直接用加热器加热，一般用水浴加热。这类化学试剂应存放在阴凉通风处，放在冰箱中时，一定要使用防爆冰箱。曾经发生过将乙醚存放在普通冰箱而引起火灾，烧毁整个实验室的事故。在大量使用这类化学试剂的地方，一定要保持良好的通风，所用电器一定要采用防爆电器，现场绝对不能有明火。
