分析化学 Analytical Chemistry

Presentation on theme: "分析化学 Analytical Chemistry"— Presentation transcript:

1 分析化学 Analytical Chemistry
07/16/96 分析化学 Analytical Chemistry 武汉大学主编 第五版

2 􀂃 分析化学是人们用以解剖和认识自然的重要手段，分析化学课不仅传授有关的知识，还是一门培养学生运用化学观点来分析和处理问题能力的课程。
􀂃 分析化学工作者的能力应包括：实验动手能力、观察能力、查阅文献资料的能力、记忆能力、思维能力、想象能力和表达等七种能力。

3 第一章 概论 1.1 分析化学的任务和作用 1.2 分析化学的分类 1.3 分析化学发展概述 1.4 分析过程和分析结果的表示
07/16/96 第一章 概论 1.1 分析化学的任务和作用 1.2 分析化学的分类 1.3 分析化学发展概述 1.4 分析过程和分析结果的表示 1.5 滴定分析概述

4 07/16/96 1.1 分析化学的定义、任务和作用 1.定义：分析化学（analytical chemistry）是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学，又被称为分析科学。 我国近代化学的启蒙者徐寿先生“考质求数之学，乃格物之大端，乃为化学之极致也。”

5 高校和科研单位、仪器制造部门和生产单位的合作反映了分析化学三要素之间的关系
07/16/96 分析化学是研究分析方法的科学 分析化学三要素――理论、方法与对象 反映了科学、技术和生产之间的关系 高校和科研单位、仪器制造部门和生产单位的合作反映了分析化学三要素之间的关系

6 07/16/96 2.任务： 分析化学的任务 定性分析 定量分析 结构分析 表征物质的化学结构 确定物质的化学组成 测定各组成含量

7 07/16/96 3.作用： 分析化学在国民经济建设中的作用： 在解决人类面临的“五大危机”,环境中的五大全球性问题,工农业生产、国防建设等方面，无一不依赖分析化学的配合。 分析化学在科学研究中的作用： 是研究物质及其变化的重要方法之一； 在化学学科本身的发展上； 在与化学有关的各科学领域中，如材料科学、环境科学、资源科学、生命科学、矿物学、地质学、生理学、医学、农业及其他科学技术，凡涉及化学现象，在其研究过程中必用到分析化学

8 是一门人们赖以获得物质组成、结构和 形态的信息的科学
07/16/96 分析化学是研究分析方法的科学或学科 是化学的一个分支 是一门人们赖以获得物质组成、结构和 形态的信息的科学 是科学技术的“眼睛、尖兵、侦察员”，是进行科学研究的基础学科

9 (qualitative analysis) (quantitative analysis)
07/16/96 1.2 分析化学的分类与选择 依据不同，分的种类不同 鉴定物质的组成 （元素、原子团、化合物） 解决“物质是什么”的问题 定性分析 1、分析任务 (qualitative analysis) 测定物质中有关成份的含量 解决“各成分的含量有多少”的问题 定量分析 (quantitative analysis) 研究物质的分子结构或晶体结构 结合方式 结构分析 (structure analysis)

10 07/16/96 2、分析对象 对象是无机物 鉴定物质的组成，测定组分的含量 无机分析 对象是有机物 分析官能团，结构 有机分析

11 07/16/96 3.按测定原理分类 (1)化学分析(Chemical Analysis) ：又称经典分析，以物质的化学反应及其计量关系为基础的分析方法。借助于常规的玻璃仪器进行分析，包括重量分析法和滴定分析法，这是本课程研究的重点 (2)仪器分析(Instrumental Analysis) ：以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法。使用特殊的仪器设备，通常称为仪器分析法

12 测 定 原 理 酸碱滴定 滴定分析 化 配位滴定 学 分 析 氧化还原滴定 重量分析 沉淀滴定 电导、电位、电解、库仑极谱、伏安 电化学分析
光化学分析 发射、吸收，荧光、光度 仪 器 分 析 色谱分析 气相、液相、离子、超临界、薄层、 其他 核磁、质谱、毛细管电泳

13 4.按所需试样量分类 试样质量 试液体积 常量分析 ＞0.1g ＞10mL 半微量分析 0.01～0.1g 1～10mL
试样质量 试液体积 常量分析 ＞0.1g ＞10mL 半微量分析 ～0.1g ～10mL 微量分析 ～10mg ～1mL 超微量分析 <0.1mg < 0.01mL

14 5.按待测成分含量分类 常量成分测定(质量分数>1%)一般采用化学分析法 微量成分测定(质量分数0.01%～ 1%) 痕量成分测定(质量分数<0.01%)一般采用仪器分析法 6.按分析的目的分类 例行分析：日常生产分析 仲裁分析：裁判分析

15 7.分析方法的选择 a.测定的具体要求，待测组分及其含量的范围，欲测组分的性质 b.获取共存组分的信息，并考虑其对测定的影响，拟定合适的分离富集方法，以提高分析方法的选择性 c.对测定准确度、灵敏度的要求与对策 d.现有条件、测定成本及完成测定的时间要求等

16 1.3 分析化学发展简史 三次巨大变革： 1、二十世纪初，由一种技术发展为一门科学，化学分析为主
用物理化学中的溶液平衡理论、动力学等研究分析化学中的基本理论问题：沉淀的形成和共沉淀；指示剂变色原理；滴定曲线和终点误差；缓冲原理及催化和诱导反应等；建立了溶液中四大平衡理论

17 1.3 分析化学发展简史 2、二十世纪中叶，物理学和电子学的发展，带动了仪器分析迅猛发展。 分析化学与物理学及电子学结合的时代。
原子能和半导体技术兴起，如要求超纯材料， ％砷化镓，要测定其杂质，化学分析法无法解决，促进了仪器分析和各种分离方法的发展。

18 1.3 分析化学发展简史 3、二十世纪七十年代，计算机发展，分析化学分析化学发展到分析科学阶段
现代分析化学把化学与数学、物理学、计算机科学、精密仪器制造、生命科学、材料科学等学科结合起来，成为一门多学科性的综合科学。

19 07/16/96 分析化学发展趋向 朝着“四度”方向发展 准确度 灵敏度 分析速度 自动化程度 19

20 1、丛书、大全和手册 2、参考书 3、杂志（《分析化学》《分析测试学报》《分析实验室》《分析科学学报》等） 4、网络
1.4 分析化学参考文献 1、丛书、大全和手册 2、参考书 3、杂志（《分析化学》《分析测试学报》《分析实验室》《分析科学学报》等） 4、网络

21 1.5 分析化学过程及分析结果的表示 1. 分析化学过程 1）试样的采取、处理与分解（详解见第2章） －分析试样具有代表性
1.5 分析化学过程及分析结果的表示 1. 分析化学过程 1）试样的采取、处理与分解（详解见第2章） －分析试样具有代表性 2）分离与富集（详解见第11章） —掩蔽，分离 3）分析测定 4）分析结果的计算及评价

22 2、定量分析结果的表示 1）待测组分的化学表示形式 2）待测组分含量的表示方法 (1)以待测组分的实际存在形式表示
(2)以元素或氧化物表示（待测组分的实际存在形式不清楚－矿石和金属材料） (3)以离子形式表示（电解质溶液）， 含 K+ 2 mg/L 2）待测组分含量的表示方法 (1)固体试样 以质量分数表示 例： 实际工作中也用百分比表示 例： 当含量非常低时，可采用μg/g(ppm)，ng/g(ppb)，pg/g(ppt) 表示 ppm：part（s） per million

23 （3）气体试样：以体积分数Xi或质量浓度表示
（2）液体试样 ①物质的量浓度，mol/L ②质量摩尔浓度，mol/kg,单位质量溶液中含有待测组分的物质的量。量值不随温度而变，物理化学中常用 ③质量浓度,表示单位体积试样含某种物质的质量,以mg·L-1 (ppm), μg·L-1 (ppb) 或μg·mL-1(ppm) ,ng·mL-1(ppb) 等 ④质量分数，体积分数，摩尔分数等 （3）气体试样：以体积分数Xi或质量浓度表示

24 实验室常用试剂分类 级别 1级 2级 3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
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 英文标志 GR guarantee reagent AR analytical reagent CP chemically pure reagent BR biochemical reagent

25 1.6 滴定分析法概述 一、滴定分析法的特点及滴定方法 1、特点：滴定分析方法简便快速，适用性广，准确度高，常作为标准方法使用
2、滴定方法：酸碱滴定法，络合滴定法，氧化还原滴定法，沉淀滴定法

26 3、滴定分析法的概念： 滴定分析法又称容量分析法，将已知准确浓度的试剂溶液（标准溶液，standard solution），滴加到被测物质溶液中（或被测物质溶液滴加到标准溶液中）直到被测物与所加试剂按化学计量关系定量反应，然后根据试剂的浓度和用量计算被测物含量。

27 07/16/96 滴定装置 标准溶液 标准溶液 指示剂 被测物质 化学计量关系 滴定终点 待测溶液 27

28 滴定剂：已知其准确浓度的溶液 化学计量点（stoichiometric point;sp）：滴定剂与待测 物之间按化学计量关系定量反应完全时的点 滴定终点（end point;ep）：在滴定中指示剂颜色改变 的那一点，称为滴定终点。 终点误差（Et）：由于滴定终点与化学计量点不一致 ，而造成的分析误差称为终点误差。

29 二、滴定分析法对化学反应的要求和滴定方式 1、要求有四点
1）反应必须要有确定的化学计量关系 2）反应定量进行，无副反应 3）反应速度快，（慢反应可以通过加热，加催化剂等方式加快反应速度） 4）有适当简便的方法确定终点

30 2、滴定方式 1）直接滴定法（direct titration）： 标准溶液直接滴定被测物（满足滴定分析法对化学反应的四点要求）
2）间接滴定法（indirect titration） ：不能与滴定剂直接反应的物质可以通过另外的化学反应，以滴定的方式间接测定

31 2、滴定方式 3）返滴定法（back titration） ：先准确加入过量的已知浓度的滴定剂与试液反应，反应完全后，再用另一种标准溶液滴定剩余的滴定剂，也称回滴。 适用情况： A 反应速度慢 如Al3+与EDTA的反应 B 反应物是固体 如用HCl溶液测定固体CaCO3 多余HCl用NaOH标准溶液返滴定 C 无合适的指示剂 如在酸性溶液中用AgNO3滴定Cl-

32 4）置换滴定法（replacement titration） ：
先用适当的试剂与待测组分反应，使其定量的置换为另一种物质，再用标准溶液滴定这种物质 主要用于反应不按一定反应式进行或者伴有副反应 如用K2Cr2O7标定Na2S2O3溶液的浓度（I2）

33 1.7 基准物质和标准溶液 1、基准物质：可以直接配制标准溶液或标定溶液浓度的物质 2、作为基准物质必须满足以下条件：
1）试剂的组成与化学式完全相符－硼砂 Na2B4O7.10H2O 2）试剂的纯度足够高（>99.9％） 3）性质稳定 4）参加滴定反应时按反应式定量进行，没有副反应

34 注意：应将基准物质与高纯试剂、光谱纯试剂区分
1.7 基准物质和标准溶液 3、常用基准物质 纯金属有： Zn、Al、Fe、Ni等 纯化合物有： Na2CO3、邻苯二甲酸氢钾（KHC8H4O4）、CaCO3、K2Cr2O7、NaCl等 注意：应将基准物质与高纯试剂、光谱纯试剂区分

35 放在装有NaCl和蔗糖饱和溶液的密闭器皿中
常见基准物质的干燥条件及应用 基准物质 干燥条件 标定对象 Na2CO3 270～300℃ 酸，如HCl 硼砂 放在装有NaCl和蔗糖饱和溶液的密闭器皿中 KHC8H4O4 110～120℃ 碱，如NaOH H2C2O4·2H2O 室温空气干燥 碱或KMnO4 Zn 室温干燥器中保存 EDTA CaCO3 110℃ K2Cr2O7 140～150℃ 还原剂，如Na2S2O3 Na2C2O4 130℃ 氧化剂，如KMnO4 As2O3 氧化剂，如I2 NaCl 500～600℃ AgNO3

36 4、标准溶液的配制和标定 1）直接法 准确称取一定量基准物质，溶解后配成一定体积的溶液，计算其准确浓度－重铬酸钾 例如：
配制K2Cr2O7标准溶液 已知M=294.2，称取m=1.226 g，定容至250.0 mL，得到浓度为 mol/L的标准溶液K2Cr2O7 。

37 NaOH、HCl、EDTA、KMnO4、I3-
2）标定法 NaOH、HCl、EDTA、KMnO4、I3- A.粗略配制 先配制成近似浓度的溶液 B.标定 用基准物质或者已知准确浓度的标准溶液进行标定 例如： 0.1mol/LHCl标准溶液的配制： 市售HCl：质量分数36%，密度1.19g·mL-1，浓度约为12 mol· L-1，量取浓盐酸约9mL，用蒸馏水稀释至1升，得到浓度大约为0.1mol/LHCl稀溶液，然后称取一定量的基准物质或用已知准确浓度NaOH标准溶液的进行标定。

38 1.8 滴定分析中的计算 1、标准溶液浓度的表示方法 1）物质的量浓度 单位：mol/L； mmol/L
1.8 滴定分析中的计算 1、标准溶液浓度的表示方法 1）物质的量浓度 单位：mol/L； mmol/L nB、cB的大小取决于物质的基本单元的选择，常根据物质在反应中的质子转移数，电子得失数和反应的计量关系确定基本单元。

39 氧化还原滴定以“转移一个电子”为基本单元
酸碱滴定以“得失一个质子”为基本单元 氧化还原滴定以“转移一个电子”为基本单元 如 如

40 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

41 定义：每毫升滴定剂相当于被测物质的质量（克）
2)滴定度（T） 定义：每毫升滴定剂相当于被测物质的质量（克） 用 ,单位是g·mL-1 例如 若每毫升K2Cr2O7标准溶液恰好能与 g Fe2+反应，可表示为 若滴定中消耗K2Cr2O7标准溶液21.50ml，则被滴定的 Fe2+的质量为：

42 滴定度与物质的量浓度的换算 已知 ＝ g/mL,求K2Cr2O7物质的量浓度

43 例：计算0.02000mol/L K2Cr2O7溶液对Fe和Fe2O3及Fe3O4的滴定度

44 2、滴定剂与被滴物质之间的计量关系 1）根据滴定反应中T与B的化学计量数比求出 b/t 称为化学计量数比

45 2）根据等物质的量规则进行计算 在滴定反应中，到达化学计量点时，基本单元的物质的量相等 对上述反应，根据等物质的量原则：

46 3）若涉及两个以上的反应，先找出反应的相关关系，再确定计量关系
如K2Cr2O7标定Na2S2O3溶液的浓度时，涉及两个反应，分别为：

47 练习题 1、在滴定分析中，一般利用指示剂颜色的突变来判断化学计量点的到达，在指示剂变色时停止滴定，这一点称为（ ）
1、在滴定分析中，一般利用指示剂颜色的突变来判断化学计量点的到达，在指示剂变色时停止滴定，这一点称为（ ） A.化学计量点 B.滴定终点 C.滴定分析 D.滴定误差 2、滴定分析通常用于滴定 ，即被测组分的含量一般在 以上 。 3、若在酸性溶液中用AgNO3滴定Cl-，应采用 滴定方式进行滴定

48 练习题 4、用硼砂（Na2B4O7⋅10H2O）标定HCl溶液时，若硼砂部分脱水为Na2B4O7⋅9H2O，标定得到结果会（ ）
A.偏高 B.偏低 C.无影响 D.不能确定 5、标定Na2S2O3溶液浓度时所用的重铬酸钾中含有少量的SiO2，会使标定出的Na2S2O3浓度较实际浓度（ ） A.偏高 B.偏低 C.无影响 D.不能确定 6、若用0.1004mol/L的HCl溶液测定KOH，其滴定度为？ MKOH=56.11g/mol