分 析 化 学 Analytical Chemistry

Presentation on theme: "分 析 化 学 Analytical Chemistry"— Presentation transcript:

1 分 析 化 学 Analytical Chemistry
欢迎你

2 教师联系方式 刘 锋 liufeng@pku. edu. cn 李 娜 lina@pku. edu. cn 赵凤林 zfljsy@pku
教师联系方式 刘 锋 李 娜 赵凤林 教学组办公室：化学楼南区S406（内） Tel：

3 教学要求与安排 1. 学时: 讲课30h 期中考2h 期末考2h 2. 成绩评定: 期中30% 期末60% 作业10%
期中30% 期末60% 作业10% 3. 学习方法: 预习、听讲、复习、做作业；课堂讨论；答疑（时间？）

4 教材 1. 彭崇慧,冯建章,张锡瑜,李克安,赵凤林. 定量化学分析简明教程(第二版). 北京大学出版社, 1997.
2.北京大学化学系. 仪器分析教程. 北京大学出版社, 1997. 3. D.A.Skoog. Analytical Chemistry (8th ed), Fort worth:Saunders College Pub., (双语教学班必备)

5 主要参考书 存放地点：图书馆E315室 1. R．Kellner等编，李克安,金钦汉等译. 分析化学， 北京大学出版社，2001.
2. 梁文平，庄乾坤主编. 分析化学的明天，科学出版社，2003. 3. 张锡瑜等编著. 化学分析原理，科学出版社，2000. 4. D. C. Harris. Quantitative Chemical Analysis（5th ed), New York : W.H. Freeman, 5. 北京大学化学系分析化学教学组. 基础分析化学实验(第二版), 北京大学出版社, 1998.

6 1.1 分析化学的任务和作用 1.2 定量分析过程 1.3 定量分析方法 1.4 滴定分析法概述
第1章 分析化学概论 1.1 分析化学的任务和作用 1.2 定量分析过程 1.3 定量分析方法 1.4 滴定分析法概述

7 1.1 分析化学的任务与作用 分析化学是发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得有关物质在空间和时间方面组成和性质的信息科学。
原子量的准确测定、工农业生产的发展、生态环境的保护、生命过程的控制等都离不开分析化学.

8 分析化学已成为21世纪生命科学和纳米 科技发展的关键
基因组计划、蛋白组计划等的实现 纳米技术的发展和应用 人类在分子水平上认识世界 生态环境保护检测和发现污染源 早期诊断疾病保证人类健康 兴奋剂的检测 原子量的准确测定 生命过程的控制 工农业生产的发展

9 分析化学 化学学科的 所有分支 生物学、植物学、 物理、天体物理、 遗传学、微生物学、 天文和生物物理 分子生物学和动物学
工程学、民事、化学 、电以及机械 医学、临床化学 药物化学、药学 毒物学 生物学、植物学、 遗传学、微生物学、 分子生物学和动物学 地质学、地球物理学、 地球化学和古生物学 环境科学、 生态学和海洋科学 农业、动物科学 农作物科学、食品科学、 园艺学和土壤科学 材料科学、 冶金学 和高分子科学等学科 社会科学、考古学 人类学和法医学

10 分析化学的历史 起源：古代炼金术 手段：人类的感官和双手 16世纪：天平的出现，向定量迈进了一大步
19世纪：化学方法，鉴定物质的组成和含量的技术

11 20世纪以来分析化学的主要变革 时期 1900～1940 1940～1950 1970～Present 特点 经典分析－ 化学分析为主
近代分析－ 仪器分析为主 现代分析－ 化学计量学为主 理论 热力学 溶液四大平衡 化学动力学 物理动力学 仪器 分析天平 光度 极谱 电位 色谱 自动化分析仪 联用技术 分析对象 无机化合物 有机和无机样品 有机、无机、生物及药物样品

12 现代分析化学学科发展趋势及特点 提高灵敏度 解决复杂体系的分离问题以及提高分析方法的选择性 扩展时空多维信息 微型化及微环境的表征与测定
形态、状态分析及表征 生物大分子及生物活性物质的表征与测定 非破坏性检测及遥控 自动化与智能化

13 环境保护与分析化学 1. 碘盐：黑龙江省集贤村,1000多人.约200个傻子,引用水、土壤严重缺碘所致。
1. 碘盐：黑龙江省集贤村,1000多人.约200个傻子,引用水、土壤严重缺碘所致。 2. 绿地毯的秘密—钼：新西兰某牧场，钼矿场矿工往返的路上三叶草碧绿繁茂，生机勃勃。钼参与两种酶的反应：将硝酸根离子还原为铵离子，利于植物合成氨基酸；参与合成“钼铁蛋白”，与氮分子结合生成氨。 3. 置人于死地的骨骼痛—镉：1955年日本富山县，痛痛病，骨骼严重变形，发脆易折，镉中毒。村子上游是神岗铅锌矿区，废水中含镉，灌溉稻田，污染饮水。镉使骨骼脱钙，造成骨质疏松。痛苦终生。 4. 莫名其妙的自燃—硫： 经地质学家考察，开采硫磺矿，硫磺粉尘与空气接触极易燃烧，形成“鬼火”。

14 1 6 2 5 3 4 1.2定量分析过程 问题提出 结果报告 样品采集 数据分析 样品制备 样品测定 Formulation
Writing Reports 问题提出 Formulation Question 1 6 样品采集 Sampling 2 1.2定量分析过程 数据分析 Data Analysis 样品制备 Sample Preparation 5 3 样品测定 Sample Analysis Steps 3 – 5 are the focus of this course 4

15 1.3 定量分析方法 化学分析法 (常量组分) 仪器分析法 (微量组分) 光化学：紫外-可见、红外、荧光、磷光、
1.3 定量分析方法 化学分析法 (常量组分) 重量分析 滴定分析：酸碱、络合、氧化还原、沉淀 仪器分析法 (微量组分) 光化学：紫外-可见、红外、荧光、磷光、 激光拉曼、核磁共振、原子发射、原子吸收 电化学：电位、电导、库仑、安培、极谱 色谱法：柱、纸、薄层、GC、HPLC、CE 其他： 质谱、电子能谱、活化分析、免疫分析

16 按试样量大小分 按待测组分含量分 方法 固体试样质量(mg) 液体试样体积(mL) 常量 >100 >10
常量 > >10 半微量 ～ ～10 微量 < <1 按待测组分含量分 常量组分 (>1%) 微量组分 (0.01-1%) 痕量组分 (<0.01%) 

17 1.4 滴定分析法概述 1.4.1 方法介绍 2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2CO3 滴定管 化学计量点(sp) 滴定终点(ep)
滴定剂 被滴定溶液 化学计量点(sp) 滴定终点(ep) 指示剂（In) 终点误差(Et )

18 1.4.2 滴定分析对反应的要求和滴定方式 1. 按一定的反应式定量进行(99.9%以上) 2. 快(或可加热、催化剂)
3. 有适当的方法确定终点(指示剂) 直接滴定 置换滴定：用K2Cr2O7标定Na2S2O3(KI) Zn2+ NaOH 返滴定: Al+EDTA(过量)、 CaCO3+HCl(过量) KMnO4 间接滴定：Ca CaC2O4(s) H2C2O4

19 1.4.3 基准物质和标准溶液 标准溶液: 具有准确浓度的溶液 基准物质：用以直接配制标准溶液 或标定溶液浓度的物质
1. 直接配制：K2Cr2O7、KBrO3 2. 标定法配制：NaOH、HCl、EDTA、KMnO4、I3- 基准物质：用以直接配制标准溶液 或标定溶液浓度的物质 1. 组成与化学式相符( H2C2O4·2H2O、NaCl ); 2. 试剂纯度 > 99.9% ; 3. 稳定( Na2CO3、CaCO3、Na2C2O4等）

20 实验室常用试剂分类 级别 1级 2级 3级 生化试剂 英文标志 GR AR CP BR 标签颜色 绿 红 蓝 咖啡色
级别 级 级 级 生化试剂 中文名 优级纯 分析纯 化学纯 英文标志 GR AR CP BR 标签颜色 绿 红 蓝 咖啡色 注意标准试剂、高纯试剂、专用试剂的区别

21 1.4.4 滴定分析中的体积测量 常用容量分析仪器: 校准方法: 容量瓶(量入式) 移液管(量出式) 滴定管(量出式)
1. 绝对校准 2. 相对校准: 移液管与容量瓶

22 常用滴定分析仪器 容量瓶 吸量管 锥形瓶 移液管 酸式滴定管 烧杯 量筒 容 量 仪 器

23 讨论问题： 如何准确量取100.0 mL溶液？ 是否可以用别人的滴定管放溶液到自己的 滴定管中，以求校正自己的滴定管?
移液管尖处的液体是否可吹出?

24 1.4.5 滴定分析计算 国际单位制（SI）的基本单位（7个）： 长度(l) －米( m) 质量(m) －千克（kg）
时间(t) － 秒(s) 电流强度(i) － 安培(A) 热力学温度单位(T) － 开尔文(K) 物质的量(n) － 摩尔(mol) 光强度单位 (I)－ 坎德拉(cd) 物理量符号为斜体, 单位符号为正体

25 分析化学中常用的量和单位 物质的量: n (mol、 mmol) 摩尔质量: M (g·mol-1) 物质的量浓度: c (mol·L-1)
质量: m (g、mg) 体积: V (L、mL) 质量分数: w (%) 质量浓度:  (g·mL-1 、mg·mL-1) 相对分子量: Mr 相对原子量: Ar 必须指明 基本单元

26 A. 标准溶液的配制 标定法： 稀释后标定(NaOH、HCl) n1=n2 c1·V1= c2·V2
直接法： 用基准物质直接配制(K2Cr2O7) 准确称量并配成准确体积。

27 例1.1 配制0.02000 mol·L-1 K2Cr2O7标 准溶液250.0mL,求m = ?
解 m(K2Cr2O7) = n·M = c·V·M = ×0.2500×294.2 = (g) 通常仅需要溶液浓度为0.02 mol·L-1左右, 做法是: 准确称量1.47g(±10%) K2Cr2O7基准物质, 于容量瓶中定容, 再计算出其准确浓度：

28 B. 标定及滴定计算 方法一: 等物质的量规则 ZA和ZB分别为A物质和B物质在反应中的得失质子数或得失电子数。

29 例如 H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O H2SO4 的基本单元: NaOH 的基本单元: NaOH
等物质的量规则:

30 MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
Fe2+的基本单元: Fe2+ 等物质的量规则:

31 解: Cr2O72-+6I-+14H+ = 2Cr3++3I2+7H2O I2+2S2O32- = 2I-+S4O62-
例1.4 以K2Cr2O7为基准物质,采用析出I2的方法标定0.020mol·L-1Na2S2O3溶液的浓度,需称多少克K2Cr2O7?如何做才能使称量误差不大于0.1%? 解: Cr2O72-+6I-+14H+ = 2Cr3++3I2+7H2O I2+2S2O32- = 2I-+S4O62- +6e -2e Cr2O72- 　　　2Cr3+ 　　　2S2O32-　　　　 S4O62- n( K2Cr2O7) = n(Na2S2O3)

32 m( K2Cr2O7 ) = n( K2Cr2O7)· M( K2Cr2O7)
= c(Na2S2O3) ·V(Na2S2O3)· M(K2Cr2O7) = 0.020×0.025×294.18/6 = 0.025(g) （？） 如何配制才能使称量误差 ≤ 0.1%?

33 称大样 —— 减少称量误差 准确称取0.25g左右K2Cr2O7于小烧杯中，溶解后定量转移到250mL容量瓶中定容, 用25mL移液管移取3份溶液于锥形瓶中, 分别用Na2S2O3滴定。

34 欲标定0.10 mol·L-1 NaOH: 若用H2C2O4·2H2O 约0.15g 应称大样 若用KHC8H4O4 约0.5g 称小样为好(?) 比较“称大样”、“称小样”两种方法的优劣

35 方法二: 换算因数法

36 病人血钙的检验：取2.00mL血液，稀释后用(NH4)2C2O4 处理，使Ca2+生成CaC2O4 沉淀，沉淀过滤后溶解于强酸中，然后用
例1.6 病人血钙的检验：取2.00mL血液，稀释后用(NH4)2C2O4 处理，使Ca2+生成CaC2O4 沉淀，沉淀过滤后溶解于强酸中，然后用 的KMnO4溶液滴定，用去1.20 mL， 试计算此血液中钙的质量浓度 (g·L-1).

37 解: Ca2++C2O42- CaC2O4(s) H2C2O4 2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2(g)+8H2O
1Ca H2C2O H2C2O KMnO4 n(Ca2+)=n(H2C2O4)= n(KMnO4)

38

39 A物质的质量分数 (w) 的计算 根据等物质的量规则: 根据换算因数法:

40 第一章小结 1.基本概念: 滴定分析对反应的要求、滴定方式、基准物质、标准溶液 2.滴定分析计算:
M(Mr)、 m、n、c、V、w、之间的关系 标准溶液的配制与标定: 直接法、标定法 滴定剂(nA)与被测物(nB)的关系: 等物质的量规则、因数换算

41 习 题