分析化學1定量分析概論

1、Analytical ChemistryAnalytical Chemistry 教師聯(lián)系方式教師聯(lián)系方式綜合樓綜合樓409-1學要求與安排教學要求與安排1. 1. 學時學時: : 講課講課30h + 2h 30h + 2h 期末考期末考2h2h2. 2. 成績評定成績評定: : 考勤考勤10% 10% 作業(yè)作業(yè)20% 20% 期末期末70% 70% 3. 3. 學習方法學習方法: : 預習、聽講、復習、做作業(yè)預習、聽講、復習、做作業(yè)；課堂討論；答疑（時間？）；課堂討論；答疑（時間？）教材和主要參考書教材和主要參考書 1. 1.彭崇慧,馮建章,張錫瑜,李克安,趙鳳林.

2、 定量化學分析簡明教程(第三版). 北京大學出版社, 20082. RKellner等編，李克安,金欽漢等譯. 分析化學，北京大學出版社，2001.3. 梁文平，莊乾坤主編. 分析化學的明天，科學出版社，2003.4. 4.華東理工大學分析化學教研組、成都科學技術大學分析化學教華東理工大學分析化學教研組、成都科學技術大學分析化學教研組編研組編. . 分析化學分析化學 第四版第四版 ，高等教育出版社。，高等教育出版社。5. 5. D. C. Harris. Quantitative Chemical Analysis（5th ed), New York : W.H. Freeman, 1999.

3、6. N. Li, J. J. Hefferren, and K. A. Li, Quantitative Chemical Analysis, Peking University Press. 2009.10定量化學分析簡明教程第一章第一章 定量分析概論定量分析概論2h2h第二章第二章 誤差與分析數(shù)據(jù)處理誤差與分析數(shù)據(jù)處理4h4h第三章第三章 酸堿平衡與酸堿滴定法酸堿平衡與酸堿滴定法8h8h第四章第四章 絡合滴定法絡合滴定法7h7h第五章第五章 氧化還原滴定法氧化還原滴定法5h5h第六章第六章 沉淀滴定法沉淀滴定法3h3h第七章第七章 重量分析法重量分析法3h3h1-1 定量分析概論定量分析

4、概論 一、分析化學的任務一、分析化學的任務分析化學是研究物質化學組成的分析分析化學是研究物質化學組成的分析方法及相關原理的科學。方法及相關原理的科學。鑒定物質的化學結構、化學成分及測鑒定物質的化學結構、化學成分及測量成分的含量。量成分的含量。Introduction of Quantitative Analysis原子量的準確測定、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境原子量的準確測定、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的保護、生命過程的控制等都離不開分析化學的保護、生命過程的控制等都離不開分析化學.例環(huán)境科學中大氣污染控制：美國洛杉磯市大氣監(jiān)測大氣成分 一氧化碳 硫氧化物 氮氧化物 臭氧含量（ppm） 100

5、3 3 0.5標準（ppm） 200 5 5 1.0 二級警報 300 10 10 1.5 三級警報北京PM2.5？ ！ 基因組計劃、蛋白組計劃等的實現(xiàn)基因組計劃、蛋白組計劃等的實現(xiàn) 納米技術的發(fā)展和應用納米技術的發(fā)展和應用 人類在分子水平上認識世界人類在分子水平上認識世界 生態(tài)環(huán)境保護檢測和發(fā)現(xiàn)污染源生態(tài)環(huán)境保護檢測和發(fā)現(xiàn)污染源 早期診斷疾病保證人類健康早期診斷疾病保證人類健康 興奮劑的檢測興奮劑的檢測 原子量的準確測定原子量的準確測定 生命過程的控制生命過程的控制 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展分析化學已成為分析化學已成為2121世紀生命科學和納米世紀生命科學和納米科技發(fā)展的關鍵科技發(fā)展

6、的關鍵 二、分析化學的作用二、分析化學的作用 1、在科學研究上 2、在國民經(jīng)濟上 工業(yè)上：資源的勘探，原料的選擇，工藝流 程的控制，成品的檢驗以及“三廢”的處理。 農(nóng)業(yè)上：土壤的普查，水質、化肥和農(nóng)產(chǎn)品 的質量檢驗。 國際貿(mào)易上：進出口原料、食品、血制品的 質檢。設置貿(mào)易壁壘 3、在高等教育上 科研素質培養(yǎng)科學研究方法訓練分析問題歸納整理訓練 現(xiàn)代分析化學已發(fā)展成為獲取形形色色現(xiàn)代分析化學已發(fā)展成為獲取形形色色物質盡可能多和盡可能全面的結構與成份信物質盡可能多和盡可能全面的結構與成份信息，進一步認識自然、改造自然的科學。息，進一步認識自然、改造自然的科學。 自然科學學科發(fā)展戰(zhàn)略調研報告，自然科

7、學學科發(fā)展戰(zhàn)略調研報告， 分析化學國家自然科學基金委員會分析化學國家自然科學基金委員會 綜合性科學體系綜合性科學體系 分析科學分析科學 分析學分析學 化學信息學化學信息學 起源起源：古代煉金術古代煉金術 手段：手段：人類的感官和雙手人類的感官和雙手1616世紀：世紀：天平的出現(xiàn)，向定量邁進了一大步天平的出現(xiàn)，向定量邁進了一大步1919世紀：世紀：化學方法，鑒定物質的組成和含量化學方法，鑒定物質的組成和含量的技術的技術分析化學的歷史分析化學的歷史2020世紀以來分析化學的主要變革世紀以來分析化學的主要變革時期時期19001940194019501970Present特點特點經(jīng)典分析經(jīng)典分析化學分

8、析為主化學分析為主近代分析近代分析儀器分析為主儀器分析為主現(xiàn)代分析現(xiàn)代分析化學計量學為主化學計量學為主理論理論熱力學熱力學溶液四大平衡溶液四大平衡熱力學熱力學化學動力學化學動力學熱力學熱力學化學動力學化學動力學物理動力學物理動力學儀器儀器分析天平分析天平光度光度 極譜極譜電位電位 色譜色譜自動化分析儀自動化分析儀 聯(lián)用技術聯(lián)用技術分析分析對象對象無機化合物無機化合物有機和無機樣品有機和無機樣品 有機、無機、生有機、無機、生物及藥物樣品物及藥物樣品提高提高靈敏度靈敏度 sensitivitysensitivity解決復雜體系的解決復雜體系的分離問題分離問題以及提高分析方法的以及提高分析方法的選擇

9、選擇性性 separation selectivityseparation selectivity擴展時空擴展時空多維多維信息信息 multidemensionalmultidemensional微型化微型化及及微環(huán)境微環(huán)境的表征與測定的表征與測定 micromationmicromation microenvironmental microenvironmental形態(tài)、狀態(tài)分析及表征形態(tài)、狀態(tài)分析及表征生物大分子及生物活性物質生物大分子及生物活性物質的表征與測定的表征與測定非破壞性非破壞性檢測及遙控檢測及遙控 noninvasionnoninvasion自動化自動化與與智能化智能化 aut

10、omatic intelligentautomatic intelligent現(xiàn)代分析化學學科發(fā)展趨勢及特點現(xiàn)代分析化學學科發(fā)展趨勢及特點環(huán)境保護與分析化學環(huán)境保護與分析化學1. 1. 碘鹽：黑龍江省集賢村,1000多人.約200個傻子,引用水、土壤嚴重缺碘所致。2. 置人于死地的骨骼痛鎘：1955年日本富山縣，痛痛病，骨骼嚴重變形，發(fā)脆易折，鎘中毒。村子上游是神崗鉛鋅礦區(qū)，廢水中含鎘，灌溉稻田，污染飲水。鎘使骨骼脫鈣，造成骨質疏松。痛苦終生。3. 莫名其妙的自燃硫： 經(jīng)地質學家考察，開采硫磺礦，硫磺粉塵與空氣接觸極易燃燒，形成“鬼火”。食品安全 三聚氰胺事件 農(nóng)藥殘留 轉基因食品512436

11、三、定量分析過程三、定量分析過程1、取樣：不同部位、不同深度。 大量的樣品：粉碎、過篩、混勻、縮分。2、干燥：烘干、風干。3、分解：定量分析一般采用濕法分析。 酸溶法：HCl、H2SO4、HClO4、H3PO4、HF、混酸 堿溶法：NaOH、KOH 熔融法：K2S2O7、KHSO4等酸性熔劑； Na2CO3、NaOH、Na2O2等堿性熔劑。4、消除干擾： 掩蔽方法。 分離方法：沉淀分離、萃取分離、離子交換、色 譜法。5、測定：根據(jù)分析要求選擇合適的分析方法。6、結果的計算四、定量分析方法分類四、定量分析方法分類 可從不同角度分類： 無機分析 有機分析 藥物分析 生化分析根據(jù)試樣的用量 固體樣

12、液體樣 常量分析 0.1g 10ml 半微量分析 0.010.1g 110ml 微量分析 0.01g 1ml根據(jù)物質的屬性根據(jù)測定原理 化學分析 儀器分析 重量分析法 滴定分析法 酸堿滴定法 絡合滴定法 氧化還原滴定法 沉淀滴定法 光學分析法 電分析法： 色譜法： 其它： 分子光譜 原子光譜 激光拉曼 光聲光譜 比色法 UV-Vis IR 分子熒光、磷光 原子吸收光譜法 原子發(fā)射光譜法庫侖、安培、極譜、電位、電導、電解及伏安分析法柱、紙、薄層、GC、HPLC、LC、CEMS、MS-GC、NMR、電子探針、電鏡其它分類方法: 例行分析、快速分析、仲裁分析n課程要求課程要求學習基本概念、基本原理、

13、學習基本概念、基本原理、n基本方法及應用特點基本方法及應用特點n注意綜合、歸納，總結出共性規(guī)律并注意綜合、歸納，總結出共性規(guī)律并引申到其他課程學習中引申到其他課程學習中n與實驗課密切配合與實驗課密切配合, ,加強能力訓練加強能力訓練 知識知識-能力能力-素質素質 滴定分析法概述滴定分析法概述方法介紹方法介紹 2HCl+Na2HCl+Na2 2COCO3 3=2NaCl+H=2NaCl+H2 2COCO3 3 化學計量點化學計量點(sp)滴定終點滴定終點(ep)指示劑（指示劑（In) indicator終點誤差終點誤差(Et )滴定管滴定管滴定劑滴定劑被滴定溶液被滴定溶液Titrand anal

14、yteErlenmeyer flask錐形瓶Buret titrant 移液管移液管 pipet 1-2 定量分析概論定量分析概論(Introduction to Quantitative Analysis)一、基本概念滴定標準溶液(滴定劑）化學計量點（等當點）滴定終點滴定誤差TitrationTitrant Standard solution被測溶液Titrand (analyte)sp: stoichiometric pointep: equivalence pointep: end pointTitration error二、滴定分析對反應的要求適合直接滴定分析的反應必須具備的條件:1、

15、反應必須按一定的反應式進行。2、反應必須定量進行且無副反應。3、反應速度要快。4、必須有合適的確定終點的方法。三、滴定方式1、直接滴定法、直接滴定法 Direct titration 凡是滿足直接滴定條件的反應均可以用標準溶液直接滴定被測組分。例K2Cr2O7標準溶液滴定Fe2+HCl標準溶液滴定NaOHStandard solution2、返滴定法、返滴定法 Back titration 適用于反應較慢、反應物是固體或沒有合適的指示劑的滴定反應。AxT1T2Ax：被測組分T1：標準溶液1T2：標準溶液2例CaCO3（S）+ 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2OHCl + NaOH

16、 = NaCl + H2O3、置換滴定法（中間物滴定法）、置換滴定法（中間物滴定法）Replacement titration 適用于被測組分不按確定的反應式進行或伴有副反應。Ax + R = P1 P1 + T = P2 P1：中間物例1Na2S2O3與K2Cr2O7反應，產(chǎn)物為S4O62-、SO42-無定量關系。Cr2O72-+6I-+14H+2Cr3+3I2+7H2O I2+2S2O32- 2I-+S4O62-titration先加入過量KI，再以Na2S2O3滴定I2例2Ag+ + EDTA 不穩(wěn)定絡合物Ag+ + Ni(CN)42- = Ni2+ + Ag(CN)43- Ni2+ +

17、 EDTA = Ni-EDTA4、間接滴定法、間接滴定法 Indirect titration 適用于不能直接與滴定劑反應，但可通過其它化學反應間接滴定的物質。例Ca2+即無氧化性也無還原性, 不能用氧化還原法滴定Ca2+C2O42-CaC2O4過濾洗滌溶于酸C2O42-用KMnO4標準溶液滴定出C2O42-的含量即可知Ca2+的含量 反應不完全， 不能以EDTA直接滴定Ag+1-3 滴定分析計算原理滴定分析計算原理一、常用物理量1 1、物質的量、物質的量n nA A定義表示物質的指定基本單元是多少的一個物理量；單位：mol、mmol基本單元分子、原子、離子、電子及其他粒子，或者是這些粒子的特

18、定組合?；締卧拇_定酸堿反應：以轉移質子數(shù)為1的物質作為基本單元。氧化還原反應：以得失電子數(shù)為1的物質作為基本單元。例 基本單元H2SO4 1/2 H2SO4KMnO4 1/5 KMnO4K2Cr2O7 1/6 K2Cr2O7結論：物質A在反應中轉移的質子數(shù)或電子數(shù)為 ZA，則其基本單元應為：AZA1顯然： AnZAZnAA 1即：722722661OCrKnOCrKn2 2、摩爾質量、摩爾質量M MA A定義每摩物質的質量，單位：gmol-1。必須指明基本單元。 AMZAZMAA11顯然：即：nA、MA、m之間的關系：14461.315151molgKMnOMKMnOMAAAMmn定義定義

19、物質A的物質的量nA除以溶液的體積VA，即：cA=nA/VA，單位： molL-1必須指明基本單元。3 3、物質的量濃度、物質的量濃度c cA A顯然： AcZAZcAA 1即：722722661OCrKcOCrKc每毫升標準溶液中含溶質的質量，單位：每毫升標準溶液中含溶質的質量，單位：gmL-1 滴定度是標準溶液濃度的一種表示方法，在工廠例行分析中常用，有兩種表示方法。4 4、滴定度、滴定度TB表達式BBBVmT例TNaOH=0.0040 gmL-1表示1ml NaOH標準溶液中含0.0040g NaOHTA/B每毫升標準溶液每毫升標準溶液B相當于被測組分相當于被測組分A的質量，的質量，單位

20、：單位：g/mL表達式例TFe/KMnO4=0.005682g/mL表示1ml KMnO4標準溶液能把0.005682gFe2+氧化為Fe3+。BABAVmT/這種表示方法對大批量樣品的測定很方便。5 5、質量分數(shù)、質量分數(shù)Aw表示待測組分在樣品中的含量。通常以百分數(shù)、mgg-1等表示。表達式：定義定義SAAmmw6 6、質量濃度、質量濃度 定義定義表示單位體積中某種物質的質量。單位：gL-1、 mgL-1 或mgmL-1表示 。分析化學中常用的量及單位分析化學中常用的量及單位物 理 量量的名稱量的符號單 位說 明物質的量摩爾質量物質的量濃度質量體積質量分數(shù)質量濃度nMcmVwmol、mmol

21、gmol-1mol L-1g、mgL、ml無量綱g L-1必須指明基本單元必須指明基本單元必須指明基本單元用 %， mgg-1表示二、滴定分析計算的理論依據(jù)a A + b B = c C + d D反應通式：BZnAZnBA11BAnban計算中常用的關系式：BBAABBAABBAAVcbaVcMmbaMmVcbaMm等物質的量規(guī)則：換算因數(shù)法：換算因數(shù)(a/b)的導出配平反應方程式示意式法例H2SO4SO42-2H+NaOHH2OH+1 H2SO4 2 NaOH21ba根據(jù)一系列計量關系 Pb2+ + CrO42- = PbCrO4 2PbCrO4 + 2 H+ = 2 Pb2+ + Cr2

22、O72- + H2O Cr2O72- + 6I- + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O I2 + 2S2O3 2- = S4O6 2- + 2I- 2 Pb2+ 2PbCrO4 Cr2O72- 3I2 6S2O3 2- 碘量法 測Pb3162ba例1稱取鐵礦試樣0.3143g, 溶于酸并將Fe3+ Fe2+用0.02000molL-1K2Cr2O7溶液滴定, 消耗了K2Cr2O7溶液21.30mL, 計算試樣中Fe2O3的質量分數(shù)?解:6 Fe2+Cr2O72-+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O3Fe2O3 6Fe2+ K2Cr2O7 n (Fe2O3) =3 n (K

23、2Cr2O7) m (Fe2O3) =3c (K2Cr2O7) V (K2Cr2O7) M (Fe2O3) 滴定反應為:%94.64%1003143. 07 .1591030.2102000. 03)OFe()OCrK()OCrK(3)OFe()OFe(3327227223232SSmMVcmmw例2將1.000g鋼樣中的鉻氧化成Cr2O72-, 加入25.00mL0.1000mol/LFeSO4標準溶液, 然后用0.0180mol/LKMnO4標準溶液7.00mL回滴過量的FeSO4, 計算鋼中鉻的質量分數(shù)? (MCr=52.00)解:滴定反應方程式:6Fe2+Cr2O72-+14H+=6F

24、e3+2Cr3+7H2O5Fe2+MnO4-+ 8H+= 5Fe3+Mn2+4H2O 2Cr K2Cr2O7 6Fe 5Fe KMnO4返滴定鐵的量:n(Fe)=5c(KMnO4)V(KMnO4) =50.0180 7.00=0.63mmol與K2Cr2O7反應的鐵的量: n(Fe)=25.000.1000-0.63=1.87mmol %24. 3%100000. 100.521087. 131)Cr()Fe(31)()Fe(31)Cr(3SmMnCrwnn三、標準溶液的配制及標定基準物質用以直接配制標準溶液或標定溶液濃度的物質基準物質必須符合以下要求基準物質必須符合以下要求: :1、物質的組

25、成與化學式相符。2、試劑的純度足夠高（99.9%以上)。3、試劑穩(wěn)定。不易吸收水分、CO2，不易被空氣氧化常用的基準物質有：KHC8H4O4、H2C2O42H2ONa2CO3、K2Cr2O7、NaCl、CaCO3、Zn等。一般試劑的分類，你知道嗎？一般試劑分類：一般試劑分類：級別 中文名稱 英文符號 標簽顏色一級二級三級生化試劑優(yōu)級純分析純化學純生化試劑生物染色體GRARCPBR分析化學中常用的量和單位分析化學中常用的量和單位 物質的量物質的量: : n n (mol(mol、 mmol)mmol) 摩爾質量摩爾質量: : M M (g(gmol-1)mol-1) 物質的量濃度物質的量濃度:

26、: c c (mol(molL-1)L-1) 質量質量: : m m (g(g、mg)mg) 體積體積: : V V (L (L、mL)mL) 質量分數(shù)質量分數(shù): : w w (%)(%) 質量濃度質量濃度: : (g(gmL-1 mL-1 、mgmgmL-1)mL-1) 相對分子量相對分子量: : M M r r 相對原子量相對原子量: : A A r r必須指明必須指明基本單元基本單元標準溶液的配制直接法準確稱取一定量的基準物質，溶解后定量地轉入容量瓶中，用去離子水稀釋至刻度。例欲配0.02000mol/L重鉻酸鉀標準溶液250.0ml ,問應稱取重鉻酸鉀多少克？解：m(K2Cr2O7)=

27、c(K2Cr2O7)VM (K2Cr2O7) =0.02000250.0 10-3 294.18 =1.4709g可稱取K2Cr2O7(1.50.1)g,溶解并定容,根據(jù)稱取物質的質量和容量瓶的體積,計算出溶液的濃度。標定法先按大致所需濃度配制溶液，再選擇合適基準物質標定出其準確濃度?；鶞饰镔|的稱量范圍：ABBAABBAMVcbamMVcbam2211在滴定分析中，為使滴定的體積誤差在為使滴定的體積誤差在0.1%以內(nèi)，消耗體積一般控制在以內(nèi)，消耗體積一般控制在2030ml所以：VB1=20ml， VB2=30ml計算其稱量范圍為：計算其稱量范圍為： mA1 mA2小份稱量當體積代入25mL，計

28、算出稱取的基準物質的質量大于0.2g時，由于天平的絕對誤差一般為0.2mg，則稱量的相對誤差為%1 . 0%1002 . 00002. 0rE滿足滴定分析的要求，則可分別稱取三份基準物質作平行滴定，標定出溶液的濃度。Absolute error and relative error例以K2Cr2O7為基準物質，采用析出I2的方式標定0.020mol/LNa2S2O3溶液的濃度。問應如何稱量及標定，才能使稱量誤差在0.1%以內(nèi)。大份稱量當計算出稱取的基準物質的質量小于0.2g時，則稱量的相對誤差大于0.1%，為了減小稱量誤差，可以稱取10倍量的基準物質溶解定容在250.0ml容量瓶中，然后用移液

29、管移取25.00ml 三份進行標定。解： Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3+3I2+7H2O I2+2S2O32-=2I-+S4O62-Cr2O72- 3I2 6S2O32-)OCrK()OSNa()OSNa(61)OCrK(722322322722MVcm 將V(Na2S2O3)=20ml、30ml 分別代入上式，得到其稱量范圍為：0.0200.029g, 為了減小稱量誤差，必須擴大10倍，0.20.3g之間稱一大份，溶解，定容250.0ml ，搖勻，取25.00ml 三份平行滴定可以求出Na2S2O3的準確濃度。294.18四、滴定分析中的體積測量滴定分析中溶液的體積的測量都是通過容量儀器得到的。最常使用的具有準確體積的容量儀器有三種：容量瓶、移液管、滴定管容量瓶、移液管、滴定管。常用容量分析儀器(