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  • 溶液模拟器

    千次阅读 2017-03-17 22:38:45
    溶液配置模拟器是这样的程序:模拟器在电脑中构造一种虚拟溶液,然后你可以虚拟地当前虚拟溶液中加入一定浓度一定质量的这种溶液,模拟器会快速地算出倒入后虚拟溶液的浓度和质量。当然,计算机最

    【题目描述】
    小Y太失败了,他虽然在化学实验课中偷来了很多溶液,但是还是没有办法配成想
    要的溶液,万一倒错了就没有办法挽回了,小Y迟迟不敢下手。
    好在天才就是天才。
    小Y到网上下载了一个溶液配置模拟器。溶液配置模拟器是这样的程序:模拟器在电脑中构造一种虚拟溶液,然后你可以虚拟地向当前虚拟溶液中加入一定浓度一定质量的这种溶液,模拟器会快速地算出倒入后虚拟溶液的浓度和质量。当然,计算机最可爱的地方就是当你倒错了可以撤销。
    模拟器的使用步骤是这样的:
    1.为模拟器设置一个初始质量和浓度V0,C0%(0≤C0≤100)。
    2.进行一系列操作,模拟器支持两种操作:
    P(v,c)操作:表示向当前的虚拟溶液中加入质量为v浓度为c的溶液;
    Z操作:撤销上一步P操作。
    但是……小Y不小心把模拟器弄丢了……眼看论文答辩迫在眉睫,小Y只能依靠你了。
    【输入格式】
    第一行,两个整数V0,C0。
    第二行,一个整数n,表示操作数(n≤10000)。
    接下来n行,每行一条操作,格式为:P_v_c或z。
    其中_代表一个空格,当只剩初始溶液的时候,再撤销就没有用了。
    任意时刻质量不会超过2^31-1。
    【输出格式】
    n行,每行两个数Vi,Ci,其中vi为整数,Ci为实数(保留5位小数),之间用一个空格隔 开。其中,第i行表示第i次操作以后的溶液 质量和浓度。
    【样例输入】
    100 100
    2
    P 100 0
    Z
    【样例输出】
    200 50.00000
    100 100.00000
    【分析】
    模拟题,坑比较多,不过思路还是比较清晰的,一个指针和一个数组模拟下栈就好。注意初始化的时候有坑。

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  • 相信很多高一小朋友学到光合作用的时候都会碰到这样的问题:密闭容器(带一个加了一滴红墨水的管子)放入一个装有NaHCO3溶液的烧杯,管子里红墨水左移动的距离就是消耗氧气的量为啥跟CO2没关系?这时候老师就会...

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    相信很多高一小朋友学到光合作用的时候都会碰到这样的问题:

    密闭容器(带一个加了一滴红墨水的管子)中放入一个装有NaHCO3溶液的烧杯,管子里红墨水向左移动的距离就是消耗氧气的量

    为啥跟CO2没关系?

    这时候老师就会跟你说是NaHCO3溶液是一份CO2缓冲液,可以维持体系中CO2浓度稳定

    为啥?

    作为一名化竞退堂鼓(划掉)退役选手,我发现这个问题其实完全可以用基本的几个化学平衡来解释,今天昂叔心情好,就来计算推导一下。


    NaHCO3溶液放置在空气中,应该有这么几个平衡

    1. CO2溶解
    2. 溶解态CO2转化为碳酸分子
    3. 碳酸分子微弱电离出氢离子和碳酸氢根

    1.CO2溶解

    这一步的

    我们称为
    亨利常数

    亨利常数,是指一定温度下溶于定量液体中的气体量与溶液处于平衡的该气体分压的比值[1]

    它描述的是气体在气液两相中的分配比 在一定温度下这个比值对于确定的溶液和气体是一定的

    也就是说 我加一个大气压的CO2就溶解一份CO2 加两个大气压就溶解两份

    2.溶解态CO2转化为碳酸分子

    可以把这一步就理解为一个简单的化学反应

    没什么说的 右边比左边 得到这一步的平衡常数

    3.碳酸分子微弱电离出氢离子和碳酸氢根

    这就是弱酸的一级电离 可以得到这一步的平衡常数

    我们把这三个平衡乘起来

    这个形式就相当奇妙了

    a.碳酸氢根浓度基本是个定值。1mol的碳酸氢根是由44gCO2转化而来的,相比于体系中微弱的CO2浓度变动,碳酸氢根浓度变化基本上可以忽略不计,而且我们可以通过控制NaHCO3浓度,去控制体系CO2的浓度。

    b.氢离子浓度基本是个定值。 这里不知道高一同学能不能理解“缓冲溶液”的概念,碳酸氢根稍微吃一点H+可以变成碳酸,吐一点H+可以变成碳酸根,不会引起体系中游离H+浓度的剧烈改变,从而对溶液的pH实现稳定[2][3]

    c.前面那一大坨常数,只要温度一定,也是个定值(废话)

    证明到这里,我们可以得出结论:

    通过控制碳酸氢钠浓度,我们可以控制体系中CO2浓度是一个我们想要的值,可以给生物营造一个最适合的CO2浓度!

    我是昂霸大渣飞,你说化学难学,那是因为你没有透过现象看到本质。

    致力于用大家听得懂的本质知识解释高中知识的本源。

    希望能帮到大家!

    看完了记得点个关注喔:)

    参考

    1. ^来自度娘百科 https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%A8%E5%88%A9%E5%B8%B8%E6%95%B0/9982221?fr=aladdin
    2. ^反正我也解释不清楚不如看看对高中学生更不友善的普通化学原理(笑)
    3. ^这里还有个好玩的事实:NaHCO3浓度只要不太稀,浓度不同基本不影响溶液的pH=8.34(大概是这个数),这个如果要证明还可以再开一期,可好玩儿了
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    pH计,是一种常用的仪器设备,主要用来精密测量液体介质的酸碱度值,pH计被广泛应用于环保、污水处理、科研、制药、发酵、化工、养殖、自来水等领域。该仪器也是食品厂、饮用水厂办SC、HACCP等认证中的必备检验设备。

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    1、什么是pH标准缓冲溶液?它有哪些特点?

    pH缓冲溶液是一种能使pH值保持稳定的溶液。如果向这种溶液中加入少量的酸或碱,或者在溶液中化学反应产生少量的酸或碱,以及将溶液适当稀释,这个溶液的pH值基本上稳定不变,这种能对抗少量酸碱加入而使pH值不变化的溶液就称为缓冲溶液。

    pH标准缓冲液有以下特点:

    (1)标准溶液的pH值是已知的,并达到规定的准确度。

    (2)标准溶液的pH值有良好的复现性和稳定性,具有较大的缓冲容量,较小的稀释值和较小的温度系数。

    (3)溶液的制备方法简单。

    2、如何配制pH标准缓冲溶液?

    对于一般pH测量,可使用成套的pH试剂(可配制250mL),配制溶液时,应使用去离子水,并预先煮沸15~30分钟,以除去溶解的二氧化碳。剪开塑料袋将试剂倒入烧杯中,用适量去离子水使之溶解,并冲洗包装袋,再倒入250mL容量瓶中,稀释至刻度,充分摇匀即可。

    3、如何正确保存和使用pH缓冲溶液?

    缓冲溶液配制后,应装在玻璃瓶或聚乙烯瓶中(碱性pH缓冲液,如,pH 9.18、pH 10.01、pH 12.46等,应装在聚乙烯瓶中)瓶盖严密盖紧,在冰箱中低温(5~10℃)保存,一般可使用六个月左右,如发现有混频器浊,发霉或沉淀现象,不能继续使用。使用时,应准备几个50mL的聚乙烯小瓶,将大瓶中的组冲溶液倒入小瓶中,并在环境温度下放置1~2个小时,等温度平衡后再使用。使用后不得再倒入大瓶中,以免污染,瓶中的缓冲溶液在大于10℃的环境条件下可以使用2~3天,一般pH 7.00、pH 6.86、pH 14.00三种溶液使用时间可以长一些,pH 9.18和pH 10.01溶液由于吸收空气中的二氧化碳,其pH值比较容易变化。

    4、pH缓冲溶液有何用途?

    (1)pH测量前标定校准pH计。

    (2)用以检定pH计的准确性,例如,用pH 6.86和pH 14.00,标定pH计后,将pH电极插入pH 9.18溶液中,检查仪器显示值和标准溶液的pH值是否一致。

    (3)在一般精度测量时检pH计是否需要重新标定。pH计标定并使用后也许会产生漂移或变化,因此在测试前将电极插入与被测溶液比较接近的标准缓冲液中,根据误差大小确定是否需要重新标定。

    (4)检测pH电极的性能。

    5、pH电极为何要浸泡?如何正确浸泡pH复合电极?

    pH电极使用前必须浸泡,因为pH球泡是一种特殊的玻璃膜,在玻璃膜表有一很薄的凝胶层,它只有在充分湿润的条件下才能与溶液中的氢离子有良好的影响。同时,玻璃电极经过浸泡,可以使不对称电势大大下降并趋向稳定。pH玻璃电极一般可以用蒸馏水或pH 4的缓冲溶液浸泡。通常用pH 4缓冲溶液浸泡更好上些,浸泡时间至24小时或更长,根据球泡玻璃膜厚度、电极老化程度而不同。同时,参比电极的液接界也需要浸泡。因为,如果液接界干涸会使液接界电势增大或不稳定,参比电极的浸泡液必须和参比电极的外参比溶液一致,即,3.3 mol/L的KCl溶液或饱和KCl溶液,浸泡时间一般几小时即可。

    因此,对pH复合电极而言,就必须浸泡在含KCl的pH 4缓冲液中,这样才能对玻璃球泡和液接界同时起作用。这里要特别提醒注意,因为过去人们使用单支的PH玻璃电极已习惯于用去离子水或pH 4组冲液浸泡,后来使用pH复合电极时依然采用这样的浸泡方法,甚至在一些不正确的pH复合电极的使用说明书中也会进行这种错误的指导。这种错误的浸泡方法引起的直接后果就是使一支性能良好的pH复合电极就成一支响应慢、精度差的电极,而且浸泡时间越长性能越差,因为经过长时间的浸泡,液接界内部(例如,砂芯内部)的KCl浓度已大大降低了,使液接界电势增大和不稳定。当然,只要在正确的浸泡溶液中重新浸泡数小时,电极还是会复原的。

    另外,pH电极也不能浸泡在中性或碱性缓冲溶液中,长期浸泡在此类溶液中会使PH玻璃膜响应迟钝。

    正确的pH电极浸泡液的配制:取pH 4.00缓冲剂(250 mL)一包,溶于250 mL纯水中,再加入56 g分析纯KCl,适当加热,搅拌至完全溶解即成。

    6、可充式和非可充式pH复合电极有何区别?

    pH复合电极外壳有塑料和玻璃的区分。可充式pH复合电极即在电极外壳上有一加液孔,当电极的外参比溶液流失后,可将加液孔打开,重新补充KCl溶液。而非可充式pH复合电极内装凝胶状KCl,不易流失也无加液孔。

    可充式pH复合电极的特点是参比溶液有较高的渗透速度率,液接界电位稳定重现,测量精度较高。而且当参比电极减少或受污染后可以补充或更换KCl溶液,但缺点是使用较麻烦。可充式pH复合电极使用时应将加液孔打开,以增加液体压力,加速电极响应,当电介液液面低于加液孔2厘米时,应及时补充新的电介液。

    非可充pH复合电极的特点是维护简单使用方便,因此,也得到广泛的应用。但作为实验室pH电极极使用时,在长期和边续的使用条件下,液接界处的KCl浓度会减少,影响测试精度。因此非可充式pH复合电极不用时,应浸在电极浸泡液中,这样下次测试时电极性能会很好,而部分实验室pH电极都不是长期和边续的测试,因此,这种结构对精度的影响是比较小的。而工业的pH复合电极由于对测试精度的要求比较低,所以使用方便就成为主要的选择。

    7、如何正确使用pH复合电极?

    (1)球泡前端不应有气泡,如有气泡应用力甩去。

    (2)电极从浸泡瓶中取出后,应在去离子水中晃动并甩干,不要用纸巾擦拭球泡,否则由于静电感应电荷转移到玻膜上,会延长电势稳定的时间,更好的方法是使用被测溶液冲洗电极。

    (3)pH复合电极插入被测溶液后,要搅拌晃动几下再静止放置,这样会加快电极的响应。尤其使用塑壳pH复合电极时,搅拌晃动要厉害一些,因为,球泡和塑壳之间会有一个小小的空腔,电极浸入溶液后有时空腔中的气体来不及排除会产生气泡,使球泡或液接界与溶液接角不良,因此必须用力搅拌晃动以排除气泡。

    (4)在粘稠性试样中测试之后,电极必须用去离子水反复冲洗多次,以除去粘附在玻璃膜上的试样。有时还需先用其它试剂洗去试样,再用水洗去溶剂,浸入浸泡液中活化。

    (5)避免接触强酸强碱或腐蚀性溶液,如果测试此类溶液,应尽量减少浸入时间,用后仔细清洗干净。

    (6)避免在无水乙醇、浓硫酸等脱水性介质中使用,它们会损坏球泡表面的水合凝胶层。

    (7)塑壳pH复合电极的外壳材料是聚碳酸酯塑料(PC)PC塑料在有些溶剂中会溶解,如四氯化碳、三氯乙烯、四氢呋喃等,如果测试中含有以上溶剂,就会电极外壳,此时应改用玻璃外壳的pH复合电极。

    8、pH电极如何清洗?

    球泡和液接界污染后先用以下溶剂清洗,再用去离子水洗去溶剂,将电极浸入浸泡液中活化。

    污染物清洗剂

    无机金属氧化物低于1mol/L稀酸;

    有机油脂类物质稀洗涤剂(弱酸性);

    树脂高分子物质稀酒精、丙酮、乙醚;

    蛋白质血球沉淀物酸性酶溶液(食母生片);

    颜料类物质稀漂白液、过氧化氢。

    9、如何修复pH电极?

    pH复合电极的“损坏”,其现象是敏感梯度降低、响应慢、读数重复性差,可能由以下三种因素引起,一般客户可以采用适当的方法予以修复:

    (1)电极球泡和液接界受污染:可以用细的毛刷、棉花或牙签等,仔细去除污物。有些塑壳电极头部的保护罩可以旋下,清洗就方便了,如污染严重,可按第8条的方法用清洁剂清洗。

    (2)外参比溶液受污染;有些电极的结构是可添加溶液的,此时,可用针筒将电极的外参比溶液抽净,配制新的3.3 mol/L或饱和KCl溶液,再加进去,注意第一、二次加进去时再要抽出来,以便将电极内腔清洗净。

    (3)玻璃敏感膜老化:将电极球泡用0.1 mol/L稀盐酸(9 mL盐酸用纯水稀释至100 mL)浸泡24小时用纯水洗净,再用电极浸泡溶液浸泡24小时。如果钝化比较严重,也可以将电极下端浸泡在45的氢氟酸溶液中3~5秒钟(溶液配制:4 mL氢氟酸用纯水稀释至100 mL),用纯水洗净,然后,在电极浸泡溶液中浸泡24小时,使其恢复性能。

    10、什么是pH计的一点校准?

    任何一种pH计都必须经过pH标准溶液的校准后才可测量样品的pH值,对于测量精度在0.1,pH以下的样品,可以采一点校准方法调整仪器,一般选用pH=6.86或pH=7.00标准缓冲溶液。有些仪器本身只0.2pH或0.1pH,因此仪器只设有一个定位调节旋扭,具体操作步聚如下:

    (1)测量标准缓冲液温度,查表确定该温度下的pH值,将温度补尝旋钮调节至该温度下;

    (2)用纯水冲洗电极并甩干;

    (3)将电极浸入缓冲溶液晃动后静止放置,待读数稳定后,调节定位旋钮使仪器显示该标准溶液的pH值;

    (4)取出电极冲洗并甩干;

    (5)测量样吕温度,并将pH计温度补偿旋钮调节至该温度值;

    (6)将电极浸入样品溶液,晃动后静止放置,显示稳定后读数。

    11、什么是pH计的二点校准?

    对于精密级的pH计,除了设有“定位”和“温度补偿”调节外,还设电极“斜率”调节,它就需要用二种标准缓冲液进行校准。一般先以pH=6.86或pH=7.00进行“定位”校准,然后根据测试溶液的酸碱情况,选用pH=4.00(酸性)或pH=9.18或pH=10.01(碱性)缓冲溶液进行“斜率校正,具体操作步聚为:

    (1)电极极洗净并甩干,浸入pH 6.86或pH 7.00标准溶液中,温度补偿旋钮置于溶液温度处。待示值稳定后,调节定位旋钮使仪器示值为标准溶液的pH值。

    (2)取出电极洗净并甩干,浸入第二种标准溶液。待示值稳定后,调节仪器斜率旋钮,使仪器的示值为第二种标准溶液的pH值。

    (3)电极极洗净并甩干,再浸入pH 6.86或pH 7.00标准溶液中,如果误差超过0.02 pH,则重复第(1),(2)步聚。直至在二种标准溶液中不需要调节旋钮都能显示正确的PH值。

    (4)取出电极洗净并甩干,将pH温度补偿旋钮调节至样品温度,将电极浸入样品溶液,晃动后静止放置,显示稳定后读数。

    12、温度对pH精度测量有多大影响?

    对pH电极,温度影响每一个pH为0.003 pH/℃,例如,一个0.2级的pH计,在30℃pH缓冲液中进行校准,然后测试60℃的溶液(假定溶液的pH范围在pH6~8之间与pH 7.00相差一个pH单位),则温度影响的最大误差就是30×0.003=0.09 pH。如果是3个pH单位(在pH4~10范围内),最大误差就是0.27pH,从中可以看出温度对pH的影响是很大的。当然,我们也可以从中得出结论,为了减少温度对pH测量的误差,我们该注意以下三点:

    (1)尽量选择接近被测溶液pH值的缓冲溶液校准pH计。

    (2)尽量使校准溶液的温度与被测溶液的温度一致或接近。

    (3)应该选择有温度补偿的pH计。

    精度高于0.1 pH的pH计都有温度补偿调节,而0.2级的pH计就不带有温度补偿。有些0.2级的pH计也号称有0.1级的精度,其实这是不可能的,有人是将分辨率0.1 pH和精度0.1pH这二个概念进行了混淆。即使以一个pH单位来说,相隔60℃的pH误差就是0.003×60=0.18 pH,因此,没有温度补偿的pH计,最高的精度也只有0.2 pH。

    13、温度补偿能消除所有温度引起的误差吗?

    必须特别指出的是,pH计上设置的温度补偿,只是补偿电极的斜率项(2.303RT/F)。受温度影响的还有玻璃电极的标准电势,液接界电势等,它们与温度并非成严格的线性关系。同时,pH电极也需要一定的时间才能达到新温度下的平衡。因此,不管是手动温度补偿还是自动温度补偿,都不是很充分的。

    根据pH测量的操作定义,要想得到精密的测量结果,样品溶液与标准溶液应在相同和恒定的温度下测量,这就是等温测量原理。

    对于一般精度要求的pH测量,样品溶液与标准溶液的温度不同时,可使用温度补偿。

    14、如何判断你的pH计是否准确?

    有不少用户在使用pH计时都心存疑惑,这个pH计到底准不准?有人以工作经验来判断,有人以pH试纸来判断,也有人以过去使用的pH计来判断,这些都是不可靠的。其实,唯一可靠和最简单的方法就是以pH标准缓冲溶液来来进行检定。这是唯一的检测标准。取三个标准缓冲溶液:pH 6.86、pH 4.00、pH 9.18(最好是新鲜配制并且温度相同),以pH 6.86进行定位校准,以pH 4.00进行斜率校准,然后测试pH 9.18,pH计是否准确,是否合格立见分晓。

    小结:注意事项

    仪器在使用前必须进行校准,即,以上4~8款操作。

    如果仪器不关机,可以连续测定,一旦关机就要校准。

    但12小时即使不关机也必须校准一次。

    (内容来源:化学先生 由小析姐整理编辑)

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    氨基改性球状SiO2的制备

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    取上述样品1.001 3 g,加入到100 mL干甲苯中,氮气保护作用下,边搅拌,边加入APTES(其中,APTES的加入量分别为0.2、0.5、1.0、1.5、2 mL) ,继续回流反应24 h。然后离心分离,固体产物经过洗涤,干燥,得到氨基改性球状SiO2,标记为SiO2-NH。

    循环吸附Pd+的实验过程

    配置Pd+的初始浓度为10.0 mg/L。在室温下,首先称取25 mg样品 SiO2-NH2放入 50 mL 上述Pd2+溶液中,持续搅拌0.5 h后过滤,取滤液测Pd2+的浓度;过滤后的固体样品再用酸、碱洗液洗涤后继续重复实验,以测得多次循环的吸附数据。

    XRD谱图和形貌结构分析

    图1A是球状介孔 SiO2的光学显微镜照片。从照片中可以清晰地看到样品呈现相对均一、透明的球状形貌,粒径约为800 um,是一种较好的载体。内部插图为球状SiO2的高分辨电镜照片(箭头所指),从图中可以看出样品为蠕虫状介孔结构,孔径约为5 nm。

    图1B是样品球状介孔 SiO2( a)和氨基改性球状介孔 SiO2 (SiO2-NHz)的X-射线衍射谱图。由图可知,氨基改性前后,衍射峰位基本一致,衍射强度均有所下降,说明氨基已经成功修饰到球状介孔SiO2上。所有样品的X-射线衍射谱在20=1.9°处出现较弱的宽峰,说明球状介孔SiO2和氨基改性球状介孔SiO2均属于有序性较低的介孔结构。同时,修饰氨基官能团后,介孔 SiO2的结构并没有受到破坏,进一步说明样品的结构稳定性较好。但是衍射强度下降的幅度不一样,表明APTES 的加入量不同,氨基的修饰量也不同。由图可知,当APTES的加入量为1.0 mL时,样品 SiO2.-NH2(1.0)衍射强度下降的幅度最大,说明此时氨基的修饰效果最好。

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    以上资料源于齐岳生物

    zl 04.25

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