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第二章誤差和分析數(shù)據(jù)解決-章節(jié)小結(jié)1.基本概念及術(shù)語
準(zhǔn)確度:分析結(jié)果與真實(shí)值接近的限度,其大小可用誤差表達(dá)。
精密度:平行測量的各測量值之間互相接近的限度,其大小可用偏差表達(dá)。
系統(tǒng)誤差:是由某種擬定的因素所引起的誤差,一般有固定的方向(正負(fù))和大小,反復(fù)測定期反復(fù)出現(xiàn)。涉及方法誤差、儀器或試劑誤差及操作誤差三種。
偶爾誤差:是由某些偶爾因素所引起的誤差,其大小和正負(fù)均不固定。?有效數(shù)字:是指在分析工作中事實(shí)上能測量到的數(shù)字。通常涉及所有準(zhǔn)確值和最末一位欠準(zhǔn)值(有±1個(gè)單位的誤差)。?t分布:指少量測量數(shù)據(jù)平均值的概率誤差分布??刹捎胻分布對有限測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄解決。?置信水平與顯著性水平:指在某一t值時(shí),測定值x落在μ±tS范圍內(nèi)的概率,稱為置信水平(也稱置信度或置信概率),用P表達(dá);測定值x落在μ±tS范圍之外的概率(1-P),稱為顯著性水平,用α表達(dá)。
置信區(qū)間與置信限:系指在一定的置信水平時(shí),以測定結(jié)果x為中心,涉及總體平均值μ在內(nèi)的可信范圍,即μ=x±uσ,式中uσ為置信限。分為雙側(cè)置信區(qū)間與單側(cè)置信區(qū)間。?顯著性檢查:用于判斷某一分析方法或操作過程中是否存在較大的系統(tǒng)誤差和偶爾誤差的檢查。涉及t檢查和F檢查。
2.重點(diǎn)和難點(diǎn)
(1)準(zhǔn)確度與精密度的概念及互相關(guān)系準(zhǔn)確度與精密度具有不同的概念,當(dāng)有真值(或標(biāo)準(zhǔn)值)作比較時(shí),它們從不同側(cè)面反映了分析結(jié)果的可靠性。準(zhǔn)確度表達(dá)測量結(jié)果的對的性,精密度表達(dá)測量結(jié)果的反復(fù)性或重現(xiàn)性。雖然精密度是保證準(zhǔn)確度的先決條件,但高的精密度不一定能保證高的準(zhǔn)確度,由于也許存在系統(tǒng)誤差。只有在消除或校正了系統(tǒng)誤差的前提下,精密度高的分析結(jié)果才是可取的,由于它最接近于真值(或標(biāo)準(zhǔn)值),在這種情況下,用于衡量精密度的偏差也反映了測量結(jié)果的準(zhǔn)確限度。?(2)系統(tǒng)誤差與偶爾誤差的性質(zhì)、來源、減免方法及互相關(guān)系系統(tǒng)誤差分為方法誤差、儀器或試劑誤差及操作誤差。系統(tǒng)誤差是由某些擬定因素導(dǎo)致的,有固定的方向和大小,反復(fù)測定期反復(fù)出現(xiàn),可通過與經(jīng)典方法進(jìn)行比較、校準(zhǔn)儀器、作對照實(shí)驗(yàn)、空白實(shí)驗(yàn)及回收實(shí)驗(yàn)等方法,檢查及減免系統(tǒng)誤差。偶爾誤差是由某些偶爾因素引起的,其方向和大小都不固定,因此,不能用加校正值的方法減免。但偶爾誤差的出現(xiàn)服從記錄規(guī)律,因此,適本地增長平行測定次數(shù),取平均值表達(dá)測定結(jié)果,可以減小偶爾誤差。兩者的關(guān)系是,在消除系統(tǒng)誤差的前提下,平行測定次數(shù)越多,偶爾誤差就越小,其平均值越接近于真值(或標(biāo)準(zhǔn)值)。
(3)有效數(shù)字保存、修約及運(yùn)算規(guī)則保存有效數(shù)字位數(shù)的原則是,只允許在末位保存一位可疑數(shù)。有效數(shù)字位數(shù)反映了測量的準(zhǔn)確限度,絕不能隨意增長或減少。在計(jì)算一組準(zhǔn)確度不等(有效數(shù)字位數(shù)不等)的數(shù)據(jù)前,應(yīng)采用“四舍六入五留雙”的規(guī)則將多余數(shù)字進(jìn)行修約,再根據(jù)誤差傳遞規(guī)律進(jìn)行有效數(shù)字的運(yùn)算。幾個(gè)數(shù)據(jù)相加減時(shí),和或差有效數(shù)字保存的位數(shù),應(yīng)以小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少(絕對誤差最大)的數(shù)據(jù)為依據(jù);幾個(gè)數(shù)據(jù)相乘除時(shí),積或商有效數(shù)字保存的位數(shù),應(yīng)以相對誤差最大(有效數(shù)字位數(shù)最少)的數(shù)據(jù)為準(zhǔn),即在運(yùn)算過程中不應(yīng)改變測量的準(zhǔn)確度。?(4)有限測量數(shù)據(jù)的記錄解決與t分布通常分析無法得到總體平均值μ和總體標(biāo)準(zhǔn)差σ,僅能由有限測量數(shù)據(jù)的樣本平均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)差S來估計(jì)測量數(shù)據(jù)的分散限度,即需要對有限測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄解決,再用記錄量去推斷總體。由于和S均為隨機(jī)變量,因此這種估計(jì)必然會引進(jìn)誤差。特別是當(dāng)測量次數(shù)較少時(shí),引入的誤差更大,為了補(bǔ)償這種誤差,可采用t分布(即少量數(shù)據(jù)平均值的概率誤差分布)對有限測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄解決。?(5)置信水平與置信區(qū)間的關(guān)系置信水平越低,置信區(qū)間就越窄,置信水平越高,置信區(qū)間就越寬,即提高置信水平需要擴(kuò)大置信區(qū)間。置信水平定得過高,判斷失誤的也許性雖然很小,卻往往因置信區(qū)間過寬而減少了估計(jì)精度,實(shí)用價(jià)值不大。在相同的置信水平下,適當(dāng)增長測定次數(shù)n,可使置信區(qū)間顯著縮小,從而提高分析測定的準(zhǔn)確度。
(6)顯著性檢查及注意問題t檢查用于判斷某一分析方法或操作過程中是否存在較大的系統(tǒng)誤差,為準(zhǔn)確度檢查,涉及樣本均值與真值(或標(biāo)準(zhǔn)值)間的t檢查和兩個(gè)樣本均值間的t檢查;F檢查是通過比較兩組數(shù)據(jù)的方差S2,用于判斷兩組數(shù)據(jù)間是否存在較大的偶爾誤差,為精密度檢查。兩組數(shù)據(jù)的顯著性檢查順序是,先由F檢查確認(rèn)兩組數(shù)據(jù)的精密度無顯著性差別后,再進(jìn)行兩組數(shù)據(jù)的均值是否存在系統(tǒng)誤差的t檢查,由于只有當(dāng)兩組數(shù)據(jù)的精密度或偶爾誤差接近時(shí),進(jìn)行準(zhǔn)確度或系統(tǒng)誤差的檢查才故意義,否則會得犯錯誤判斷。
需要注意的是:①檢查兩個(gè)分析結(jié)果間是否存在著顯著性差異時(shí),用雙側(cè)檢查;若檢查某分析結(jié)果是否明顯高于(或低于)某值,則用單側(cè)檢查;②由于t與F等的臨界值隨α的不同而不同,因此置信水平P或顯著性水平α的選擇必須適當(dāng),否則也許將存在顯著性差異的兩個(gè)分析結(jié)果判為無顯著性差異,或者相反。
(7)可疑數(shù)據(jù)取舍在一組平行測量值中經(jīng)常出現(xiàn)某一、兩個(gè)測量值比其余值明顯地偏高或偏低,即為可疑數(shù)據(jù)。一方面應(yīng)判斷此可疑數(shù)據(jù)是由過失誤差引起的,還是偶爾誤差波動性的極度表現(xiàn)?若為前者則應(yīng)當(dāng)舍棄,而后者需用Q檢查或G檢查等記錄檢查方法,擬定該可疑值與其它數(shù)據(jù)是否來源于同一總體,以決定取舍。
(8)數(shù)據(jù)記錄解決的基本環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄解決的基本環(huán)節(jié)是,一方面進(jìn)行可疑數(shù)據(jù)的取舍(Q檢查或G檢查),而后進(jìn)行精密度檢查(F檢查),最后進(jìn)行準(zhǔn)確度檢查(t檢查)。?(9)相關(guān)與回歸分析相關(guān)分析就是考察x與y兩個(gè)變量間的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)r越接近于±1,兩者的相關(guān)性越好,實(shí)驗(yàn)誤差越小,測量的準(zhǔn)確度越高。回歸分析就是要找出x與y兩個(gè)變量間的函數(shù)關(guān)系,若x與y之間呈線性函數(shù)關(guān)系,即可簡化為線性回歸。?3.基本計(jì)算?(1)絕對誤差:δ=x-μ
(2)相對誤差:相對誤差=(δ/μ)×100%或相對誤差=(δ/x)×100%?(3)絕對偏差:d=xi-?(4)平均偏差:?(5)相對平均偏差:
(6)標(biāo)準(zhǔn)偏差:或?(7)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差:?(8)樣本均值與標(biāo)準(zhǔn)值比較的t檢查:?(9)兩組數(shù)據(jù)均值比較的t檢查:?(10)兩組數(shù)據(jù)方差比較的F檢查:(S1>S2)?(11)可疑數(shù)據(jù)取舍的Q檢查:?(12)可疑數(shù)據(jù)取舍的G檢查:第三章滴定分析法概論-章節(jié)小結(jié)一、重要內(nèi)容
1.基本概念?化學(xué)計(jì)量點(diǎn):滴定劑的量與被測物質(zhì)的量正好符合化學(xué)反映式所表達(dá)的計(jì)量關(guān)系的一點(diǎn)。?滴定終點(diǎn):滴定終止(指示劑改變顏色)的一點(diǎn)。
滴定誤差:滴定終點(diǎn)與化學(xué)計(jì)量點(diǎn)不完全一致所導(dǎo)致的相對誤差??捎昧职钫`差公式計(jì)算。
滴定曲線:描述滴定過程中溶液濃度或其相關(guān)參數(shù)隨加入的滴定劑體積而變化的曲線。?滴定突躍和突躍范圍:在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前后±0.1%,溶液濃度及其相關(guān)參數(shù)發(fā)生的急劇變化為滴定突躍。突躍所在的范圍稱為突躍范圍。
指示劑:滴定分析中通過其顏色的變化來指示化學(xué)計(jì)量點(diǎn)到達(dá)的試劑。一般有兩種不同顏色的存在型體。?指示劑的理論變色點(diǎn):指示劑具有不同顏色的兩種型體濃度相等時(shí),即[In]=[XIn]時(shí),溶液呈兩型體的中間過渡顏色,這點(diǎn)為理論變色點(diǎn)。
指示劑的變色范圍:指示劑由一種型體顏色變?yōu)榱硪恍腕w顏色時(shí)溶液參數(shù)變化的范圍。?標(biāo)準(zhǔn)溶液:濃度準(zhǔn)確已知的試劑溶液。常用作滴定劑。
基準(zhǔn)物質(zhì):可用于直接配制或標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)。
2.基本理論
(1)溶液中各型體的分布:溶液中某型體的平衡濃度在溶質(zhì)總濃度中的分?jǐn)?shù)稱為分布系數(shù)δi。
弱酸HnA有n+1種也許的存在型體,即HnA(yù),Hn-1A-……HA(n-1)–和An–。各型體的分布系數(shù)的計(jì)算:分母為[H+]n+[H+]n-1Ka1+……+[H+]Ka1Ka2+……+Ka(n-1)+Ka1Ka2+……+Kan,而分子依次為其中相應(yīng)的各項(xiàng)。
能形成n級配合物MLn的金屬離子在配位平衡體系中也有n+1種也許的存在型體。各型體的分布系數(shù)計(jì)算:分母為1+β1[L]+β2[L]2+……+βn[L]n,分子依次為其中相應(yīng)的各項(xiàng)。?(2)化學(xué)平衡解決方法:
①質(zhì)量平衡:平衡狀態(tài)下某一組分的分析濃度等于該組分各種型體的平衡濃度之和。?注意:在質(zhì)量平衡式中,各種型體平衡濃度前的系數(shù)等于1摩爾該型體中具有該組分的摩爾數(shù)。
②電荷平衡:溶液中荷正電質(zhì)點(diǎn)所帶正電荷的總數(shù)等于荷負(fù)電質(zhì)點(diǎn)所帶負(fù)電荷的總數(shù)。?注意:在電荷平衡方程中,離子平衡濃度前的系數(shù)等于它所帶電荷數(shù)的絕對值;中性分子不涉及在電荷平衡方程中。
③質(zhì)子平衡:酸堿反映達(dá)平衡時(shí),酸失去的質(zhì)子數(shù)與堿得到的質(zhì)子數(shù)相等。?寫質(zhì)子條件式的要點(diǎn)是:?a.從酸堿平衡體系中選取質(zhì)子參考水準(zhǔn)(又稱零水準(zhǔn)),它們是溶液中大量存在并參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反映的物質(zhì)。?b.根據(jù)質(zhì)子參考水準(zhǔn)判斷得失質(zhì)子的產(chǎn)物及其得失的質(zhì)子數(shù),繪出得失質(zhì)子示意圖(涉及溶劑的質(zhì)子自遞反映)。
c.根據(jù)得、失質(zhì)子數(shù)相等的原則寫出質(zhì)子條件式。質(zhì)子條件式中應(yīng)不涉及質(zhì)子參考水準(zhǔn),也不具有與質(zhì)子轉(zhuǎn)移無關(guān)的組分。由于水溶液中的水也參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移,所以水是一個(gè)組分。?注意:在質(zhì)子條件式中,得失質(zhì)子產(chǎn)物平衡濃度前的系數(shù)等于其得、失質(zhì)子數(shù)。還可采用質(zhì)量平衡和電荷平衡導(dǎo)出質(zhì)子條件式。
3.基本計(jì)算?(1)滴定分析的化學(xué)計(jì)量關(guān)系:tT+bB=cC+dD,nT/nB=t/b
(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制:cT=mT/(VT×MT)
(3)標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定:
(兩種溶液)?(B為固體基準(zhǔn)物質(zhì))?(4)被測物質(zhì)質(zhì)量:
(5)有關(guān)滴定度計(jì)算:TT/B=mB/VT?(與物質(zhì)量濃度的關(guān)系)?(6)林邦誤差公式:?pX為滴定過程中發(fā)生變化的與濃度相關(guān)的參數(shù),如pH或pM;
ΔpX為終點(diǎn)pXep與計(jì)量點(diǎn)pXsp之差即ΔpX=pXep–pXsp;?Kt為滴定反映平衡常數(shù)即滴定常數(shù);
c與計(jì)量點(diǎn)時(shí)滴定產(chǎn)物的總濃度csp有關(guān)。?二、重點(diǎn)和難點(diǎn)?(一)滴定分析
本章介紹了各種滴定分析過程和概念、滴定曲線和指示劑的一般性質(zhì)。在學(xué)習(xí)滴定分析各論之前,本章能起到提綱挈領(lǐng)的作用;在學(xué)習(xí)各論之后,它又是各章的總結(jié)。有關(guān)問題有待在其后各章的學(xué)習(xí)中加深理解。?滴定曲線是以加入的滴定劑體積(或滴定百分?jǐn)?shù))為橫坐標(biāo),溶液中組分的濃度或其有關(guān)某種參數(shù)(如pH、電極電位等)為縱坐標(biāo)繪制的曲線。滴定曲線一般可以分為三段,其中在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前后±0.1%(滴定分析允許誤差)范圍內(nèi),溶液濃度或性質(zhì)參數(shù)(如酸堿滴定中的pH)的忽然改變稱為滴定突躍,突躍所在的范圍稱為突躍范圍。一般滴定反映的平衡常數(shù)越大,即反映越完全,滴定突躍就越大,滴定越準(zhǔn)確。
雖然大部分滴定(酸堿滴定、沉淀滴定、配位滴定)曲線的縱坐標(biāo)都是溶液中組分(被測組分或滴定劑)濃度的負(fù)對數(shù),但為了把氧化還原滴定(以溶液的電極電位為縱坐標(biāo))涉及在內(nèi),因而選用某種“參數(shù)”為縱坐標(biāo)。還應(yīng)當(dāng)指出,本章描述的只是滴定曲線的一種形式,即隨著標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入,“參數(shù)”(如pH)升高。實(shí)際尚有與此相反的滴定曲線,如以酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定堿時(shí),隨著酸的加入,溶液的pH值減少。
(二)滴定分析計(jì)算?滴定分析計(jì)算是本章的重點(diǎn),本章學(xué)習(xí)的計(jì)算公式,可用于各種滴定分析法。
1.滴定分析計(jì)算的一般環(huán)節(jié)
①對的寫出滴定反映及有關(guān)反映的反映方程式。②找出被滴定組分與滴定劑之間的化學(xué)計(jì)量關(guān)系(摩爾數(shù)比)。③根據(jù)計(jì)算關(guān)系和有關(guān)公式進(jìn)行對的計(jì)算。?2.滴定分析計(jì)算應(yīng)注意的問題?(1)找準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量關(guān)系:反映物之間的計(jì)量關(guān)系是滴定分析計(jì)算的基礎(chǔ)。對于比較簡樸的一步反映,由反映式即可看出計(jì)量關(guān)系。對于環(huán)節(jié)比較多的滴定分析,如返滴定、置換滴定和間接滴定,則需逐步分析各反映物間的計(jì)量關(guān)系,然后擬定待分析組分與標(biāo)準(zhǔn)溶液間的計(jì)量關(guān)系。?(2)各物理量的單位(量綱):一般,質(zhì)量m的單位為g,摩爾質(zhì)量M的單位為g/mol,n的單位為mol,體積V的單位為L,但在滴定分析中常以ml為單位,因此計(jì)算時(shí)需將ml轉(zhuǎn)換成以L為單位,或?qū)?/p>
g轉(zhuǎn)換成以mg為單位。
(3)摩爾數(shù)比和物質(zhì)的量相等兩種方法的比較:由于物質(zhì)的量濃度與物質(zhì)的基本單元密切相關(guān),因此進(jìn)行滴定分析計(jì)算時(shí)要特別注意物質(zhì)的基本單元。教材采用摩爾數(shù)比的計(jì)算方法,在此方法中,物質(zhì)的基本單元就是反映方程式中的分子式,其摩爾質(zhì)量就是通常的分子量,反映物之間的摩爾數(shù)比就是反映式中的系數(shù)之比。假如采用物質(zhì)的量相等(等物質(zhì)的量)的方法進(jìn)行計(jì)算,即計(jì)量點(diǎn)時(shí)兩反映物的物質(zhì)的量相等,則需要注意,這時(shí)物質(zhì)的基本單元要根據(jù)具體化學(xué)反映來決定,一般來說,在酸堿滴定中得失一個(gè)質(zhì)子的單元或氧化還原滴定中得失一個(gè)電子的單元為基本單元。?(三)分布系數(shù)和化學(xué)平衡
1.水溶液中溶質(zhì)各型體的分布和分布系數(shù)
在平衡體系中,一種溶質(zhì)往往以多種型體存在于溶液中。其分析濃度是溶液中該溶質(zhì)各種型體平衡濃度的總和,平衡濃度是某型體的濃度,以符號[]表達(dá)。分布系數(shù)是溶液中某型體的平衡濃度在該溶質(zhì)總濃度中所占的分?jǐn)?shù),又稱為分布分?jǐn)?shù),即:δi=[i]/C。?(1)弱酸(堿)分布系數(shù):決定于該酸(堿)的性質(zhì)(即Ka或Kb)和溶液的酸度,而與總濃度無關(guān)。
(2)配位平衡中各型體(各級配合物)的分布系數(shù)與配合物自身的性質(zhì)(累積穩(wěn)定常數(shù))及[L]的大小有關(guān)。對于某配合物,βi值是一定的,因此,δi值僅是[L]的函數(shù)。M離子各型體MLi的平衡濃度均可由下式求得:?[MLi]=δiCM?通過學(xué)習(xí)學(xué)生應(yīng)當(dāng)能自己推導(dǎo)出其他體系(如弱堿溶液)中的各型體分布。學(xué)習(xí)分布系數(shù)的目的是為后續(xù)幾章的副反映系數(shù)(如酸效應(yīng)系數(shù)、配位效應(yīng)系數(shù)等)奠定基礎(chǔ)。?2.化學(xué)平衡
涉及質(zhì)量平衡、電荷平衡和質(zhì)子平衡,其中質(zhì)子平衡是學(xué)習(xí)的重點(diǎn),這為酸堿滴定中溶液pH計(jì)算奠定基礎(chǔ)。?質(zhì)子平衡:當(dāng)酸堿反映達(dá)成平衡時(shí),酸失去的質(zhì)子數(shù)與堿得到的質(zhì)子數(shù)相等。?寫出質(zhì)子條件式的要點(diǎn)是:①選取溶液中大量存在并參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反映的物質(zhì)為質(zhì)子參考水準(zhǔn)(又稱零水準(zhǔn))。②找出得失質(zhì)子的產(chǎn)物及其得失質(zhì)子的物質(zhì)的量。③根據(jù)得失質(zhì)子的量相等的原則寫出質(zhì)子條件式。質(zhì)子條件式中不涉及質(zhì)子參考水準(zhǔn)自身,也不具有與質(zhì)子轉(zhuǎn)移無關(guān)的組分。第四章酸堿滴定法-章節(jié)小結(jié)1.基本概念?(1)混合指示劑:兩種或兩種以上指示劑相混合,或一種指示劑與另一種惰性染料相混合。運(yùn)用顏色互補(bǔ)原理,使終點(diǎn)顏色變化敏銳。
(2)滴定反映常數(shù)(Kt):是滴定反映平衡常數(shù)。強(qiáng)堿(酸)滴定強(qiáng)酸(堿):Kt=1/Kw=1014;強(qiáng)堿(酸)滴定弱酸(堿):Kt=Ka(b)/Kw。Kt值越大,該滴定反映越完全,滴定突躍越大。?(3)滴定曲線:以滴定過程中溶液pH值的變化對滴定體積(或滴定百分?jǐn)?shù))作圖而得的曲線。
(4)滴定突躍:化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近(±0.1%)pH的突變。
(5)滴定誤差:滴定終點(diǎn)與化學(xué)計(jì)量點(diǎn)不一致引起的誤差,與指示劑的選擇有關(guān)。?(6)質(zhì)子溶劑:能給出質(zhì)子或接受質(zhì)子的溶劑。涉及酸性溶劑、堿性溶劑和兩性溶劑。
(7)無質(zhì)子溶劑:分子中無轉(zhuǎn)移性質(zhì)子的溶劑。涉及偶極親質(zhì)子溶劑和惰性溶劑。
(8)均化效應(yīng)和均化性溶劑:均化效應(yīng)是指當(dāng)不同的酸或堿在同一溶劑中顯示相同的酸堿強(qiáng)度水平;具有這種作用的溶劑稱為均化性溶劑。
(9)區(qū)分效應(yīng)和區(qū)分性溶劑:區(qū)分效應(yīng)是指不同的酸或堿在同一溶劑中顯示不同的酸堿強(qiáng)度水平;具有這種作用的溶劑稱為區(qū)分性溶劑。
2.基本原理
(1)酸堿指示劑的變色原理:指示劑自身是一類有機(jī)弱酸(堿),當(dāng)溶液的pH改變時(shí),其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,引起顏色的變化而指示滴定終點(diǎn)。?酸堿指示劑的變色范圍:pH=pKHIn±1;理論變色點(diǎn):pH=pKHIn?(2)選擇指示劑的原則:指示劑變色的pH范圍所有或大部分落在滴定突躍范圍內(nèi),均可用來指示終點(diǎn)。
(3)影響滴定突躍范圍的因素:①酸(堿)的濃度,ca(b)越大,滴定突躍范圍越大。②強(qiáng)堿(酸)滴定弱酸(堿),還與Ka(b)的大小有關(guān)。Ka(b)越大,滴定突躍范圍越大。?(4)酸堿滴定的可行性:強(qiáng)堿(酸)滴定一元弱酸(堿):ca(b)Ka(b)≥10-8,此酸、堿可被準(zhǔn)確滴定。多元酸(堿):ca1(b1)Ka1(b1)≥10-8,ca2(b2)Ka2(b2)≥10-8,則兩級離解的H+均可被滴定。若Ka1(b1)/Ka2(b2)>105,則可分步滴定,形成二個(gè)突躍。若Ka1(b1)/Ka2(b2)<105,則兩級離解的H+(OH-)被同時(shí)滴定,只出現(xiàn)一個(gè)滴定終點(diǎn)。若ca1(b1)Ka1(b1)≥10-8,ca2(b2)Ka2(b2)<10-8,則只能滴定第一級離解的H+(OH-)。
(5)溶質(zhì)在溶劑SH中的表觀酸(堿)常數(shù):
3.基本計(jì)算
(1)[H+]的計(jì)算:一元強(qiáng)酸(堿):若ca(b)≥20[OH-],用最簡式:[H+]=ca;[OH-]=cb。
一元弱酸(堿):若cKa(b)≥20Kw,c/Ka(b)≥500,用最簡式,。?多元弱酸(堿):若只考慮第一級離解,按一元弱酸(堿)解決:caKa1(b1)≥20Kw,c/Ka1(b1)≥500,用最簡式:;。
酸式鹽:若cKa2≥20Kw,c≥20Ka1,用最簡式:。?弱酸弱堿鹽:若cKa'≥20Kw,c≥20Ka,用最簡式:。?緩沖溶液:若ca>20[OH-]、cb>20[H+],用最簡式:?(2)終點(diǎn)誤差:強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸的滴定誤差公式:
?強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿的滴定誤差公式:?一元弱酸的滴定誤差公式:
一元弱堿的滴定誤差公式:?第五章配位滴定法-章節(jié)小結(jié)1.基本概念
穩(wěn)定常數(shù):為一定溫度時(shí)金屬離子與EDTA配合物的形成常數(shù),以KMY表達(dá),此值越大,配合物越穩(wěn)定。?逐級穩(wěn)定常數(shù)和累積穩(wěn)定常數(shù):逐級穩(wěn)定常數(shù)是指金屬離子與其它配位劑L逐級形成MLn型配位化合物的各級形成常數(shù)。將逐級穩(wěn)定常數(shù)相乘,得到累積穩(wěn)定常數(shù)。
副反映系數(shù):表達(dá)各種型體的總濃度與能參與主反映的平衡濃度之比。它是分布系數(shù)的倒數(shù)。配位劑的副反映系數(shù)重要表現(xiàn)為酸效應(yīng)系數(shù)αY(H)和共存離子效應(yīng)αY(N)系數(shù)。金屬離子的副反映系數(shù)以αM表達(dá),重要是溶液中除EDTA外的其他配位劑和羥基的影響。?金屬指示劑:一種能與金屬離子生成有色配合物的有機(jī)染料顯色劑,來指示滴定過程中金屬離子濃度的變化。?金屬指示劑必須具有的條件:金屬指示劑與金屬離子生成的配合物顏色應(yīng)與指示劑自身的顏色有明顯區(qū)別。金屬指示劑與金屬配合物(MIn)的穩(wěn)定性應(yīng)比金屬-EDTA配合物(MY)的穩(wěn)定性低。一般規(guī)定KMY'>KMIn'>102。?最高酸度:在配位滴定的條件下,溶液酸度的最高限度。?最低酸度:金屬離子發(fā)生水解的酸度。?封閉現(xiàn)象:某些金屬離子與指示劑生成極穩(wěn)定的配合物,過量的EDTA不能將其從MIn中奪取出來,以致于在計(jì)量點(diǎn)附近指示劑也不變色或變色不敏銳的現(xiàn)象。?2.基本原理
(1)配位滴定法:EDTA與大多數(shù)金屬離子能形成穩(wěn)定配位化合物,此類配合物不僅穩(wěn)定性高,且反映速度快,一般情況下,其配位比為1:1,配合物多為無色。所以目前常用的配位滴定法就是EDTA滴定,常被用于金屬離子的定量分析。?(2)準(zhǔn)確滴定的條件:在配位滴定中,若化學(xué)計(jì)量點(diǎn)和指示劑的變色點(diǎn)ΔpM'=±0.2,將lgC×KMY'≥6或C×KMY'≥106作為能進(jìn)行準(zhǔn)確滴定的條件,此時(shí)的終點(diǎn)誤差在0.1%左右。?(3)酸度的控制:在配位滴定中,由于酸度對金屬離子、EDTA和指示劑都也許產(chǎn)生影響,所以必須控制溶液的酸度,需要考慮的有:滿足條件穩(wěn)定常數(shù)38時(shí)的最高酸度;金屬離子水解最低酸度;指示劑所處的最佳酸度等。
(4)選擇滴定的條件:當(dāng)有干擾離子N共存時(shí),應(yīng)滿足ΔlgCK'=lgCMKMY'-lgCNKMY'≥5(TE%=0.3,混合離子選擇滴定允許的誤差可稍大)。可采用控制酸度和使用掩蔽劑等手段來實(shí)現(xiàn)選擇性滴定的目的。?(5)配位滴定中常用的掩蔽方法:配位掩蔽法、沉淀掩蔽法和氧化還原掩蔽法。
(6)配位滴定法能直接或間接測定大多數(shù)的金屬離子,所采用的方式有直接滴定法、返滴定法、置換滴定法和間接滴定法。只要配位反映符合滴定分析的規(guī)定,應(yīng)盡量采用直接滴定法。若無法滿足直接滴定的規(guī)定或存在封閉現(xiàn)象等可靈活應(yīng)用返滴定法、置換滴定法和間接滴定法。?3.基本計(jì)算
(1)條件穩(wěn)定常數(shù):lgKMY'=lgKMY-lgαM-lgαY+lgαMY?(2)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的pM':pM'=0.5×(pCMSP+lgKMY')?(3)終點(diǎn)時(shí)的pM'(即指示劑的顏色轉(zhuǎn)變點(diǎn),以pMt表達(dá)):pMt=lgKMIn-lgαIn(H)?(4)Ringbom誤差公式:第六章氧化還原滴定法-章節(jié)小結(jié)1.基本概念條件電位φθ'、自動催化反映、自身指示劑、外指示劑。
2.基本理論?(1)影響條件電位的因素:鹽效應(yīng),生成沉淀,生成配合物,酸效應(yīng)。
(2)氧化還原反映進(jìn)行的限度:條件平衡常數(shù)K′越大,反映向右進(jìn)行得越完全。滿足lgK′≥3(n1+n2)或△φθ'≥0.059×3(n1+n2)/n1n2的氧化還原反映才可用于滴定分析。一般來說,只需△φθ'大于0.3V~0.4V,均可滿足滴定分析的規(guī)定。
(3)氧化還原滴定曲線計(jì)算及影響滴定突躍范圍的因素:化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前一般用被測物電對計(jì)算;化學(xué)計(jì)量點(diǎn)后運(yùn)用滴定液電對計(jì)算;化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)電位值計(jì)算公式:
滴定突躍范圍及影響因素:△φθ'越大,突躍范圍較大。氧化還原滴定電位突躍范圍由下式計(jì)算:
?(4)碘量法:?I2+2e=2I-φθ=0.5345V?直接碘量法以I2為標(biāo)準(zhǔn)溶液,在酸性、中性、弱堿性溶液中測定還原性物質(zhì),滴定前加入淀粉指示劑,以藍(lán)色出現(xiàn)為終點(diǎn)。?間接碘量法以Na2S2O3為標(biāo)準(zhǔn)溶液,在中性或弱酸性溶液中滴定I2,滴定反映為:I2+2S2O32-=2I-+S4O62-,其中I-是由氧化劑與I-反映定量置換而來,稱置換碘量法;若I2是還原性物質(zhì)與定量過量I2標(biāo)準(zhǔn)溶液反映后剩余的,則稱剩余碘量法或回滴法。間接碘量法應(yīng)在近終點(diǎn)時(shí)加入淀粉指示劑,以藍(lán)色褪去為終點(diǎn)。該法應(yīng)特別注意I2的揮發(fā)及I-的氧化。
掌握I2及Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、標(biāo)定及相關(guān)計(jì)算。?(5)高錳酸鉀法:?MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O
KMnO4為標(biāo)準(zhǔn)溶液,自身指示劑,宜在1mol/L~2mol/L的H2SO4酸性中測還原性物質(zhì)。掌握用草酸鈉作基準(zhǔn)物標(biāo)定KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的反映、條件和注意事項(xiàng)。
(6)重氮化法:
ArNH2+NaNO2+2HCl=[Ar-N+≡N]Cl-+NaCl+2H2O?NaNO2為標(biāo)準(zhǔn)溶液,在1mol/L的HCl酸性溶液中,用快速滴定法測芳伯胺類化合物,外指示劑(KI-淀粉)法或永停滴定法指示終點(diǎn)。?第七章沉淀滴定法和重量分析法-章節(jié)小結(jié)沉淀滴定法和重量分析法是以沉淀平衡為基礎(chǔ)的分析方法。沉淀的完全,沉淀的純凈及選擇合適的方法擬定滴定終點(diǎn)是沉淀滴定法和重量分析法準(zhǔn)擬定量測定的關(guān)鍵。
(一)沉淀滴定法?鉻酸鉀指示劑法是用K2Cr2O4作指示劑,在中性或弱堿性溶液中,用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定Cl-(或Br-)。根據(jù)分步沉淀的原理,一方面是生成AgCl沉淀,隨著AgNO3不斷加入,溶液中Cl-濃度越來越少,Ag+濃度則相應(yīng)地增大,磚紅色Ag2CrO4沉淀的出現(xiàn)指示滴定終點(diǎn)。?應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)必須控制K2Cr2O4的濃度。實(shí)驗(yàn)證明,K2Cr2O4濃度以5×10-3mol/L左右為宜。(2)適宜pH范圍是6.5~10.5。(3)具有能與CrO42-或Ag+發(fā)生反映離子均干擾滴定,應(yīng)預(yù)先分離。(4)只能測Cl-、Br-和CN-,不能測定I-和SCN-。?鐵銨釩指示劑法是以KSCN或NH4SCN為滴定劑,終點(diǎn)形成紅色FeSCN2+指示終點(diǎn)的方法。分為直接滴定法和返滴定法兩種:(1)直接滴定法是以NH4SCN(或KSCN)為滴定劑,在HNO3酸性條件下,直接測定Ag+。(2)返滴定法是在具有鹵素離子的HNO3溶液中,加入一定量過量的AgNO3,用NH4SCN標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴定過量的AgNO3。用返滴定法測定Cl-時(shí),為防止AgCl沉淀轉(zhuǎn)化,需在用NH4SCN標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定前,加入硝基苯等防止AgCl沉淀轉(zhuǎn)化。?吸附指示劑法是以吸附劑指示終點(diǎn)的銀量法。為了使終點(diǎn)顏色變化明顯,要注意以下幾點(diǎn):(1)沉淀需保持膠體狀態(tài)。(2)溶液的酸度必須有助于指示劑的呈色離子存在。(3)滴定中應(yīng)當(dāng)避免強(qiáng)光照射。(4)膠體顆粒對指示劑的吸附能力應(yīng)略小于對被測離子的吸附能力。?莫爾法、佛爾哈德法和法揚(yáng)司法的測定原理及應(yīng)用見下表7-1。常用的吸附指示劑及其合用范圍和條件列于表7-2。表7-1莫爾法、佛爾哈德法和法揚(yáng)司法的測定原理及應(yīng)用
莫爾法佛爾哈德法法揚(yáng)司法指示劑K2Cr2O4Fe3+吸附指示劑滴定劑AgNO3NH4SCN或KSCNCl-或AgNO3滴定反映2Ag++Cl-=AgClSCN-+Ag+=AgSCNCl-+Ag+=AgCl終點(diǎn)指示反映2Ag++CrO42-=Ag2Cr2O4(磚紅色)SCN-+Fe3+=FeSCN2+(紅色)AgCl·Ag++FIn-=AgCl·Ag+·FIn-(粉紅色)滴定條件(1)pH=6.5~10.5?(2)5%K2CrO41ml
(3)劇烈搖蕩
(4)除去干擾(1)0.1~1mol/LHNO3介質(zhì)
(2)測Cl-時(shí)加入硝基苯或高濃度的Fe3+
(3)測I-時(shí)要先加AgNO3后加Fe3+(1)pH與指示劑的Ka有關(guān),使其以FIn-型體存在?(2)加入糊精
(3)避光
(4)F指示劑<F離子測定對象Cl-、CN-、Br-直接滴定法測Ag+;返滴定法測Cl-、Br-、I-、SCN-、PO43-和AsO43-等Cl-、Br-、SCN-、SO42-和Ag+等表7-2常用的吸附指示劑指示劑名稱待測離子滴定劑合用的pH范圍熒光黃Cl-Ag+pH7~10(常用7~8)二氯熒光黃Cl-Ag+pH4~10(常用5~8)曙紅Br-、I-、SCN-Ag+pH2~10(常用3~8)甲基紫SO42-、Ag+Ba2+、Cl-pH1.5~3.5橙黃素ⅣCl-、I-混合液及生物堿鹽類Ag+微酸性氨基苯磺酸溴酚藍(lán)二甲基二碘熒光黃I-Ag+中性(二)沉淀重量分析法
1.對沉淀形式和稱量形式的規(guī)定
對沉淀形式的規(guī)定:①沉淀完全且溶解度小;②沉淀的純度高;③沉淀便于洗滌和過濾;④易于轉(zhuǎn)化為稱量形式。?對稱量形式的規(guī)定:①化學(xué)組成擬定;②化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定;③摩爾質(zhì)量大。
2.沉淀的形成?沉淀的形成一般通過晶核形成和晶核長大兩個(gè)過程。晶核的形成有兩種,一種是均相成核,一種是異相成核。晶核長大形成沉淀顆粒,沉淀顆粒大小由聚集速度和定向速度的相對大小決定。假如聚集速度大于定向速度,則生成的晶核數(shù)較多,來不及排列成晶格,就會得到無定形沉淀;假如定向速度大于聚集速度,則構(gòu)晶離
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