法定计量单位在电厂化学中的应用|上海而立环保科技有限公司-开云体育买球app下载

 

法定计量单位是由国家以法令的形式规定允许使用的计量单位。1984年2月27日，国务院发布了《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》，规定了我国的计量单位一律采用《中华人民共和国法定计量单位》，并从公布之日起生效。同时颁布了《中华人民共和国法定计量单位》。至此，我国有了一套既以国际单位制为基础，又结合我国实际情况的、科学的、实用的法定计量单位。

1.1 法定计量单位的有关知识

（1）      量

量是物体和现象可以定性区别并能定量测量的一种属性，一般称作物理量。例如长度、质量、时间、速度、压力、浓度等等。

量（物理量）可分为基本量和导出量。

基本量——是彼此独立的，可以单独定义其单位的量。1971年第14届国际计量大会通过决议，选定7个基本量。分别是长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度。

导出量——由基本量派生出来的量称为导出量。如速度就是由长度和时间两个基本量派生出来的。

（2）      量制

由基本量和导出量构成的体系称为量制。

（3）      计量单位

计量单位是用以度量（或比较）同类量大小的一个标准量（或参考量）。由此可见，量具有如下特征：

1)      量存在于某个量制之中；

2)      量是可测的。因为量可定量表达，故必然可测。也就是可与特定的单位的若干倍或若干分之一。例如，长度这个量的大下（量值）就是与单位（1m）相比较而得。无量纲量的单位是1，它来源于两个相同单位之比，虽然表达为纯数，但不能理解为纯数，如相对密度0.65；

3)      量是不可数的。作为一个量来说，可测不可数，一切可以计数得出的都不能称为物理量，只能称计数量，只能用计数单位，如“件”、“个”、“次”等等。因为计数量不能用一个标准量去测量或者说去比较一个计数量；

4)      量独立于单位。意思是量的大小与单位选择无关。例如一个铜标准溶液的质量浓度ρ（cu）= 1mg/l =1000μg/l，这说明质量浓度不随单位变化而变化。

由于计量单位可以任意选定，同一个量可有不同的计量单位，如长度单位可以是米，也可以是英尺、市尺等；单位的倍数和分数有不同的进位制（10进位、16进位、12进位）；很少考虑到量之间的联系而涉及到的单位间的联系。诸如此类的问题，由于历史和地域上的原因，使构成全部单位的总体变成为缺乏逻辑联系的混杂体。这对经济贸易、科学交流极为不利。为此，有必要建立一套有主次有联系的完整、统一、**、科学、简明、实用的计量单位体系，称为计量单位制。至1971 第14届国际计量大会通过决议，规定了国际单位制的7个基本单位。这7个基本单位都有严格的定义。其导出单位通过选定的方程式用基本单位来定义，从而使量的单位之间有直接内在的物理联系，使科学技术、工业生产、国际经贸以及日常生活各方面使用的计量单位都能统一。

1.2 我国的法定计量单位

1984年2月27日我国颁布了《中华人民共和国法定计量单位》，具体内容包括：

                                国际单位制（si）基本单位，7个

 

         国际单位制（si）单位   国际单位制（si）辅助单位，2个

 

法定计量单位 国家选定的非国际单位制单位

 

由以上单位构成的组合形式的单位

 

由词头和以上单位所构成的十进倍数和分数单位

法定计量单位分别列于表6-3 ～表6-7    

表6-3  国际单位制基本单位

表6-4  国际单位制辅助单位

表6-5 国际单位制具有专门名称的导出单位

表6-6 国家选定的非国际单位制单位

表6-7 用于构成十进倍数和分数单位的词头

注：① 周、月、年（年的符号为a）为一般常用时间单位。

② [ ]内的字，是在不致混淆的情况下，可以省略的字。

③ （）内的字为前者的同义语。

④ 平面角单位度、分、秒的符号不处于数字后时，用括号。

⑤ 升的符号中，小写字母l为备用符号。

⑥ r为转的符号。

⑦ 人民生活和贸易中，质量习惯称为重量。

⑧ 公里为千米的俗称，符号为km。

⑨ 10⁴称为万，10⁸称为亿，10¹²称为万亿，这类数字的使用不受词头名称的影响，但不应与词头混淆。

量和单位有其相应的名称和符号，即量有量的名称和量的符号；单位有单位名称和单位符号。量的符号用字母表示时（如长度用l表示），应使用斜体；单位符号也应使用字母（如在论文中，“……静止5min，”不应写成“……静止5分钟，”），只有在小学、初中的教科书和普通书刊中才使用中文符号。有关的使用规则请读者参阅有关法定计量单位的文件和书籍。

2.1 常用的量和单位

化学分析中常用的量及其单位列于表6-8 中

表6-8  化学分析中常用的一些量和单位

 

2.2 几个重要的量和单位表达式

（1）      物质的量（n）

物质的量是七个基本量之一，“物质的量”这四个字是一个整体，泛指物质b时，可写成n_b。其单位是摩尔（mol）。对物质的量的概念理解为物质的量是反映某系统中物质基本单元多少的物理量。

物质由确定性质的微粒组成（分子）。对这样的物质用一定数目的基本单元（微粒）为单位进行度量，就有利于化学计量，因为物质都有固定的组成，就是说组成某物质的元素的原子以一定比例关系组成该物质的分子，显然，在众多的化学反应中，要进行化学计量必须要对参加反应的各物质的基本微粒（分子、原子、离子、电子）的数目上做文章。

（2）      摩尔（mol）

摩尔是物质的量的单位。定义为：

摩尔是一系统物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012千克碳—12的原子数目相等。在使用摩[尔]时应指明基本单元，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。

对于物质的量及其单位的理解和使用上注意：

1)  物质的量（n）与质量（m）是彼此完全独立的两个基本量。n是与基本单元数成正比的一个物理量，与基本单元的形式有关。m是物质惯性或引力场成正比的量，与基本单元的形式无关。

对于一个物质（b）而言，n_b正比于m_b，但对于一系统中不同物质之间的物质的量之比，不等于它们的质量比，即n（h₂）/ n（o₂）≠m（h₂）/ m（o₂）。因此，1mol（h₂so₄）=98g这种写法是错误的，1mol（h₂so₄）的质量是98g的写法是正确的。

2)  使用物质的量（n）及其单位（mol）时，必须指明基本单元，基本单元可以是原子、分子、离子、原子团、电子、光子及其他粒子或这些粒子的特定组合。

3)  既然摩尔是物质的量的单位，则一系统中物质的量就定量地表达为其单位（mol）的若干倍或若干分之一。在使用中要注意不能把物质的量称为摩尔数，如“氧原子的摩尔数是2”的说法是错误的，应说成“氧原子的物质的量是2摩尔”。

4)  历来，在化学中一直把摩尔作为克分子，克原子来使用，现在把摩尔作为七个基本单位之一，其含义与克分子、克原子是不同的，它是具有十分明确和严格定义的物质的量的单位。。只要严格按照定义指明基本单元，那末以前用的克分子、克原子、克离子、克当量等都可用摩尔代替。因此1 molh₂so₄不能称作1克分子h₂so₄。表6-9是摩尔与旧概念（摩尔、克分子、克原子等）的比较。

5)  不要在以前应用克分子、克原子等概念的一些场合简单地直接套用摩尔，如以前说“1克原子的碳等于12g”，而应说成“1摩尔碳原子的质量是12g”或者说“碳原子的摩尔质量是12g/mol”。

 

表6-9  摩尔与旧概念“摩尔”、克分子、克原子等的比较

（3）      摩尔质量（m）

摩尔质量定义为“质量m除以物质的量n，即m =m/n。单位是kg/mol、g/mol或g/mmol。

摩尔质量可理解为每单位物质的量的质量。由定义可知，摩尔质量是包含了物质的量（n）的导出量，故具体应用摩尔质量时，必须指明基本单元。对同一物质，如规定的基本单元不同，其摩尔质量也不同。如硫酸，若以1/2h₂so₄作基本单元，则m（1/2h₂so₄）= 49.04g/mol，若以h₂so₄作基本单元，则m（h₂so₄）= 98.07g/mol。

摩尔质量以g/mol为单位时，它的数值就等于物质（规定的基本单元）的相对分子量或相对原子量，所以一般情况下，只要确定基本单元，就可知其摩尔质量，如m（ hcl）= 36.5g/mol，m（kmno₄）=158.03g/mol，m（1/5kmno₄）=31.61 g/mol。

应注意的是，不能把g/mol为单位表示的摩尔质量看作就是克分子量、克原子量、克当量，按过去的概念可以说naoh的克分子量是40g，现在应说成naoh的摩尔质量是40g/mol。摩尔质量是在化学分析中经常用到的一个重要的量，在分析化学中常常需要先求得摩尔质量，而求摩尔质量的关键是根据反应式确定待测组分的基本单元。一旦确定了基本单元，就等于得出了摩尔质量。

常用的量有摩尔质量、物质的量、质量、物质的量浓度和质量分数等。它们之间的换算关系可用公式来表示。

                                   n_b =  =c_bv                             (6-18)

                                  m = n_bm_b =c_bm_bv                             (6-19)

式中 m——表示组分（或基本单元）b的质量；

m_s——代表混合物的质量；

w_b——表示组分b的质量分数。

这些关系式非常重要，不仅要理解，而且应能熟练使用。

例6-1某一重铬酸钾溶液，已知c（1/6k₂c_r2o₇） =0.0170mol/l，体积为5000ml，求

①        所含的1/6k₂c_r2o₇的物质的量n（1/6k₂c_r2o₇）。

②如果将此溶液取出500ml后，再加500ml水混匀，求*后溶液的浓度c（k₂c_r2o₇）。

解①：v=5000ml=5.000l，c（1/6k₂c_r2o₇） = 0.0170mol/l

n（1/6k₂c_r2o₇）=c（1/6k₂c_r2o₇）v =0.0170×5.000 = 0.0850 mol

②：取出500ml溶液 v = 500 ml= 0.500l

n（1/6k₂c_r2o₇）= 0.0850mol-0.0170 mol/l×0.500l = 0.0765 mol

又加进去500 ml水，总体积仍保持5.000l，则

c（1/6k₂c_r2o₇）=0.0765/5.000 = 0.0153 mol/l

因题意要求c（k₂c_r2o₇），所以应转换基本单元，即

c（k₂c_r2o₇）=c（1/6k₂c_r2o₇）/6 = 0.0153/6= 0.00255 mol/l。

例6-2欲配制c（so₄^-2）= 0.01000mol/l的溶液500ml，应取alnh₄（so₄）₂·12h₂o多少克？

解：配制c（so₄^-2）= 0.01000mol/l的溶液500ml需要so₄^-2的质量为

0.01000 mol/l×0.500l×96g/mol = 0.48 g

alnh₄（so₄）₂·12h₂o的摩尔质量为453.32g/mol，其中含有so₄^-2192 g，今欲获得0.48 gso₄^-2，应称取

m[alnh₄（so₄）₂·12h₂o] = 0.48 g×453.32 g/mol÷192 g = 1.133 g

例6-3 一瓶硫酸溶液，如果以1/2h₂so₄为基本单元，则浓度c（1/2h₂so₄）（过去我们所说的“当量浓度“）应该是以h₂so₄为单元的浓度c（h₂so₄）（相当于过去我们所说的”摩尔浓度“）的2倍，即c（1/2h₂so₄）= 2c（h₂so₄），假如一瓶硫酸，c（h₂so₄）=0.1000mol/l。那末c（1/2 h₂so₄）=2×0.1000 mol/l = 0.2000 mol/l。

同理                   c（1/6k₂c_r2o₇）= 6c（k₂c_r2o₇）

                       c（1/5kmno₄）= 5c（kmno₄）

                       c（1/2na₂co₃）= 2c（na₂co₃）

                       c（1/2ca²⁺）= 2c（ca²⁺）。

等物质的量规则可表达为：在化学反应中，消耗了的两反应物的物质的量相等。或者说在滴定分析中，达到化学计量点（理论终点）时，标准物的物质的量等于被测物的物质的量。

化学计量点就是指被废除的“等当点“，也可称为等物质的量点，即n₁ =n₂。因为n=cv，所以

c₁v₁=c₂v₂                                (6-23)

（这与当量定律的n₁v₁=n₂v₂的形式相同）。在应用当量定律时，必须知道某物质的当量值，进而求得当量浓度。同样，现在使用等物质的量规则时，首先知道某物质的摩尔质量（确定摩尔质量的关键是正确选定基本单元），进而可求得物质的量浓度。

《关于基本单元的选择方法》

在化学反应中，反应物之间是有严格的计量关系，按等物质的量规则，选择基本单元的原则是使两反应物具有相等的基本单元数，或者说使两反应物的基本单元数之比为1：1，只要基本单元数相等就可满足等物质的量规则，根据这一原则，在选择基本单元时，可先确定某一反应物的基本单元，例如酸碱反应中，习惯以一价的酸或碱的相对分子量数值作为它们的摩尔质量，naoh的摩尔质量为40g/mol，hcl的摩尔质量为36.5 g/mol，然后可确定与它们反应的酸或碱的摩尔质量。

2naoh + h₂so₄ =na₂so₄ + 2h₂o

显然，在这个反应中，反应物naoh用2mol，则与之反应的h₂so₄也应是2mol（符合等物质的量规则），于是h₂so₄的基本单元应该是1/2h₂so₄，其摩尔质量是98/2 = 49 g/mol。

2 mno₄^-+5c₂o₄^2-+ 16h⁺ =2mn²⁺+10co₂ + 8h₂o

在这个反应中，选择1/5mno₄作基本单元，由反应式可看出，2mno₄^-就包含10个基本单元，故5c₂o₄^2-也包含10个基本单元，即草酸的基本单元为1/2h₂c₂o₄。这样符合等物质的量规则，同时也可看出，要确定基本单元，首先要把反应方程式配平。

例6-4 取浓度为c（1/2h₂c₂o₄）= 0.1024 mol/l的草酸溶液50.00ml，用待标定的kmno₄溶液滴定，滴定至终点时耗去kmno₄溶液26.38 ml，计算高锰酸钾溶液的准确浓度c（kmno₄）。

解：反应方程式为

根据反应方程式，分别选择1/5 kmno₄和1/2h₂c₂o₄为基本单元，则有

即         c（1/5kmno₄）v（1/5kmno₄） = c（1/2h₂c₂o₄）v（1/2h₂c₂o₄）

换算成                 c（kmno₄）= 1/5×c（1/5kmno₄）

= 1/5×0.1941 mol/l

=0.0388 mol/l

在络合滴定中，若ca²⁺和mg²⁺的基本单元选定为1/2ca²⁺和1/2mg²⁺（即摩尔质量分别为20 g/mol和12g/mol，数值上和以前的当量值一样），则络合剂edta的基本单元必定是1/2edta。

因此，我们可以利用经过配平的化学反应方程式，确定物质的基本单元，便确定了摩尔质量，从而熟练地应用等物质的量规则。例如

6fe²⁺+cr₂o₇^2-+14h⁺= 6fe³⁺+2cr³⁺+7h₂o

以fe²⁺作基本单元，则重铬酸钾的基本单元为1/6cr₂o₇^2-；

以6fe²⁺作基本单元，则重铬酸钾的基本单元为cr₂o₇^2-；

以3fe²⁺作基本单元，则重铬酸钾的基本单元为1/2cr₂o₇^2-；

以2fe²⁺作基本单元，则重铬酸钾的基本单元为1/3cr₂o₇^2-。