分析化学讲义（宋天佑）1.pdf

分析化学教学小组邹明珠 苏星光 赵丽巍绪绪绪绪论论论论一分析化学的任务和作用一分析化学的任务和作用分析化学是研究测定物质组成的分析方法及其相关理论的科学。任务：鉴定物质的化学成分定性分析测定各组分的含量定量分析确定物质的结构结构分析分析化学是研究测定物质组成的分析方法及其相关理论的科学。任务：鉴定物质的化学成分定性分析测定各组分的含量定量分析确定物质的结构结构分析H.A.Laitinen定义为：化学表征与测量的科学。定义为：化学表征与测量的科学。分析化学的发展历史分析化学的发展历史:人类有科学就有化学，化学从分析化学开始人类有科学就有化学，化学从分析化学开始。1661Boyle“The Sceptional Chemistry”Lavoisier发明天平1841 Fresenius“Anleitung zur qualitativenchemischen Analgse”定性分析导论Fresenius“Anleitung zur quantitativenchemischen Analgse”定量分析导论1885/1886 Mohr“Lehrbuch der chemisch-analytischenTitrimethode”化学分析滴定法专论1862Fresenius“Zeitschrift fr analytischeChemie”第一本分析化学杂志第一本分析化学杂志1874 英国英国“Analyst”1887 美国美国“J.Anal.Chem.”1887第一本物理化学杂志问世第一本物理化学杂志问世1894 Ostward“分析化学科学基础分析化学科学基础”奠定经典分析的科学基础奠定经典分析的科学基础三次重大变革三次重大变革经典分析化学：经典分析化学：19世纪末世纪末20世纪世纪30年代分析化学从一门技术发展成为一门独立的科学。近代分析化学：年代分析化学从一门技术发展成为一门独立的科学。近代分析化学：20世纪世纪30年代末年代末70年代开创了仪器分析的新时代年代开创了仪器分析的新时代物理方法大发展。现代分析化学：物理方法大发展。现代分析化学：20世纪世纪70年代末年代末现代以计算机应用为主要标志的信息时代的来临，促进了分析化学的发展，也提出了更多的课题和要求。现代以计算机应用为主要标志的信息时代的来临，促进了分析化学的发展，也提出了更多的课题和要求。在确定物质组成和含量的基础上，提供物质更全面的信息。因此，一些新方法和新技术也就应运而生。常量微量及微粒分析组成形态分析总体微区表面分布及逐层分析宏观组分微观结构分析静态快速反应追踪分析破坏试样无损分析离线（脱线）在线（过程）分析21世纪是生命和信息科学的世纪，科技的发展和社会生产发展的需要要求分析化学尽可能快速、全面和准确地提供丰富的信息和有用的数据。现代分析化学正在把化学与数学、物理学、计算机科学、生物学、精密仪器制造科学等学科结合起来，发展成为一门多学科性的综合性科学。在工农业生产、科学技术、国防建设等社会主义建设中起着重要作用。在各学科的科学研究中的作用世纪是生命和信息科学的世纪，科技的发展和社会生产发展的需要要求分析化学尽可能快速、全面和准确地提供丰富的信息和有用的数据。现代分析化学正在把化学与数学、物理学、计算机科学、生物学、精密仪器制造科学等学科结合起来，发展成为一门多学科性的综合性科学。在工农业生产、科学技术、国防建设等社会主义建设中起着重要作用。在各学科的科学研究中的作用科学技术的眼睛。科学技术的眼睛。社会社会社会需要社会需要研究与发展研究与发展其他科学技术领域其他科学技术领域分析问题分析问题分析化学分析化学2.按研究对象分：按研究对象分：无机分析、有机分析无机分析、有机分析3.按试样用量和操作方法分：按试样用量和操作方法分：常量分析常量分析 0.1 g半微量分析半微量分析0.01-0.1 g微量分析微量分析 0.1-10 mg 超微量分析超微量分析2时有大小、正负（偏高、偏低）正负（偏高、偏低）TxxE=TxxE=真值：真值：1.纯物质的理论值如纯纯物质的理论值如纯NaCl中中Cl的理论含量：的理论含量：2.标准参考物质证书上给出的数值标准参考物质证书上给出的数值3.有经验的人用可靠方法多次测定的平均值，确认消除系统误差有经验的人用可靠方法多次测定的平均值，确认消除系统误差%66.60%10044.5845.35r(NaCl)r(Cl)T=MAxExx=T建立误差概念的意义：为估计真值分析天平的称量误差为建立误差概念的意义：为估计真值分析天平的称量误差为0.0001g0.0001g则在要求较高的分析测定中常对测量值进行校正校正值则在要求较高的分析测定中常对测量值进行校正校正值CTxCx=+EC=g0001.0T=xx例例测定测定BaCl22H2O试剂中试剂中Ba含量，结果含量，结果(%)分别为分别为56.10,56.06,56.09,56.11,计算计算E和和RE。0.23%100%56.220.13%1000.13(%)56.2256.09-(%)22.56244.27137.3956.09(%)411.5609.5606.5610.56TTO)2Hr(BaClr(Ba)T22=+=xERExxEMAxnxxi例例称无水碳酸钠称无水碳酸钠1.3249g,溶解后稀释至溶解后稀释至250mL容量瓶中容量瓶中,称量后天平零点变至称量后天平零点变至-0.3mg,已知容量瓶的校正值为已知容量瓶的校正值为-0.10mL，计算质量和体积的真值。解：质量，计算质量和体积的真值。解：质量)g(3252.10003.03249.1,mg3.0T=+=ExxE体积体积)mL(249.900.10250.00mL01.0T=+=CxxCxxd=niixnx11x中位数当测量值的个数为中位数当测量值的个数为n时时n为奇数：正中间的测量值为奇数：正中间的测量值n为偶数：中间两测量值的平均值为偶数：中间两测量值的平均值算术平均值2.偏差偏差的表示：偏差的表示：（1）单次测定偏差）单次测定偏差xxxxxdii=xdxdxdnn=22110=id故故.（2）平均偏差）平均偏差=xxndndii11（3）相对平均偏差）相对平均偏差%100r=xdd（4）标准偏差）标准偏差()12=nxxSi（5）相对标准偏差）相对标准偏差%100r=xSS有两组数据，（1）2.9,2.9,3.0,3.1,3.1；（2）2.8,3.0,3.0,3.0,3.2,分别计算其，和有两组数据，（1）2.9,2.9,3.0,3.1,3.1；（2）2.8,3.0,3.0,3.0,3.2,分别计算其，和S S。xd解：解：14.0=S8.054=d0.3=x（2）0.3=x8.054=d10.0=S（1）（）（6）全距）全距S是表示偏差的最好方法，数学严格性高，可靠性大，能显示出较大的偏差是表示偏差的最好方法，数学严格性高，可靠性大，能显示出较大的偏差minmaxxxR=例用光度法测定某样品中微量铁的含量，四次测定结果例用光度法测定某样品中微量铁的含量，四次测定结果(%)分别为分别为0.21,0.23,0.24,0.25，试计算单次测定的平均偏差、相对平均偏差、标准偏差、相对标准偏差及全距。解：先求平均值，试计算单次测定的平均偏差、相对平均偏差、标准偏差、相对标准偏差及全距。解：先求平均值(%)23.0425.024.023.021.011=+=niixnx各次测定的偏差分别为各次测定的偏差分别为02.023.025.001.023.024.0023.023.002.023.021.04321=dddd平均偏差平均偏差012.0402.001.002.01=+=nddnii相对平均偏差相对平均偏差%2.5%10023.0012.0%100r=xdd标准偏差标准偏差()(%)017.01402.001.002.0122212=+=nxxSnii相对标准偏差相对标准偏差%4.7%10023.0017.0%100r=xSS全距全距(%)04.021.025.0minmax=xxR二.误差的分类二.误差的分类1系统误差：由某种固定原因造成的，使测定结果系统地偏高或偏低。可用校正的方法消除。性质：（系统误差：由某种固定原因造成的，使测定结果系统地偏高或偏低。可用校正的方法消除。性质：（1）方向性（）方向性（2）可测性系统误差的来源：（）可测性系统误差的来源：（1）仪器误差（）仪器误差（2）试剂误差（）试剂误差（3）方法误差（）方法误差（4）操作误差注意：过失或错误绝不能当误差对待）操作误差注意：过失或错误绝不能当误差对待2随机误差：由某些不固定的偶然因素造成的，使测定结果在一定范围内波动，大小、正负不定，难以找到原因，无法测量。性质：（随机误差：由某些不固定的偶然因素造成的，使测定结果在一定范围内波动，大小、正负不定，难以找到原因，无法测量。性质：（1）不确定性（）不确定性（2）不可避免性从每次测量结果看无规律，但多次测量则符合统计规律）不可避免性从每次测量结果看无规律，但多次测量则符合统计规律1.准确度：表示测定结果与真值的接近程度，用误差表示。准确度：表示测定结果与真值的接近程度，用误差表示。2.精密度：表示几次平行测定结果之间相互接近程度，用偏差表示。精密度：表示几次平行测定结果之间相互接近程度，用偏差表示。三.准确度与精密度三.准确度与精密度A B C二者关系：二者关系：精密度是保证准确度的前提（必要条件）精密度是保证准确度的前提（必要条件）?精密度好，准确度不一定好，可能有系统误差存在精密度好，准确度不一定好，可能有系统误差存在?精密度不好，衡量准确度无意义精密度不好，衡量准确度无意义?在确定消除了系统误差的前提下，精密度可表达准确度常量分析要求误差小于在确定消除了系统误差的前提下，精密度可表达准确度常量分析要求误差小于0.10.2%结论：结论：四.提高分析准确度的方法四.提高分析准确度的方法 1 选择合适的分析方法 化学分析法:准确度高,常量组分。仪器分析法:灵敏度高,微量组分。2减小测量误差 0.2g0.1%0.0002g=mL20%1.0mL02.0=3消除系统误差 仪器校准，试剂提纯 检查：空白试验：检查蒸馏水、试剂、器皿，不 加试样的测定。对照试验：判断方法是否有系统误差，标 准样品、其他方法（经典），不同人、实验室对照。回收试验：对试样组成不清时，在试样 中加入已知量的待测组分。五.误差的传递 测量值为 五.误差的传递 测量值为A、B、CA、B、C 绝对误差 绝对误差CBAddd、，相对误差CCBBAAddd、ySyyy标准偏差为相对误差为的绝对误差为结果,d,dy 1.系统误差的传递公式 (1)加减法 CBAy+=CBAydddd+=(2)乘除法 CABy=CCBBAAyydddd+=4.增加平行测定次数 2-4 次极值误差 CBAyEEEE+=CEBEAEyECBAy+=2.随机误差的传递公式 （1）加减法 CBAy+=2222CBAyssss+=（2）乘除法 CABy=22222222CSBSASySCBAy+=例用例用0.1250 mol/L(c2)HCl标准溶液标定标准溶液标定25.00 mL(V1)NaOH溶液的浓度，耗去溶液的浓度，耗去HCl20.00 mL(V2)，已知移液管量取溶液的标准偏差为，已知移液管量取溶液的标准偏差为S1=0.02 mL，滴定管每次读数的标准偏差为，滴定管每次读数的标准偏差为S2=0.01 mL，计算，计算NaOH溶液的浓度。解：计算溶液的浓度。解：计算NaOH浓度浓度(c1)的公式为的公式为)mol/L(1000.000.2500.201250.01221=VVcc移液管体积移液管体积V1的标准偏差的标准偏差02.011=SSV滴定管体积滴定管体积V2的标准偏差的标准偏差2222222201.0201.001.02=+=+=SSSV以上两项标准偏差传递至计算结果以上两项标准偏差传递至计算结果c1的标准偏差为：的标准偏差为：(mol/L)0001.01000.0101.11014.11014.11000.01014.11014.12001.022502.01486262126222222221221211211=+=+=cScSVSVScSCCVVC六.有效数字六.有效数字用来表示量的多少，同时反映测量准确程度的各数字称为有效数字。分析天平称用来表示量的多少，同时反映测量准确程度的各数字称为有效数字。分析天平称0.5684g样品样品,1确定有效数字的原则：确定有效数字的原则：最后结果只保留一位不确定的数字最后结果只保留一位不确定的数字 0-9都是有效数字，但都是有效数字，但0作为定小数点位置时则不是作为定小数点位置时则不是0.0053(二位二位)0.5300(四位四位)0.0503(三位三位)0.5030(四位四位)首位数字是首位数字是8、9时，可按多一位处理时，可按多一位处理量的大小。样品重准确程度。是不确定的,g5684.0,4 常数、系数等自然数的有效数字位数可认为没有限制常数、系数等自然数的有效数字位数可认为没有限制、e 对数的有效数字位数由尾数决定对数的有效数字位数由尾数决定pH=10.34(二位二位)pH=0.03(二位二位)pM=5.00(二位二位)M=1.0 10-5 不能因改变单位而改变有效数字的位数不能因改变单位而改变有效数字的位数2.3L=2.3 103mL,20.3L=2.03 104mL1.0mL=0.0010L2修约规则修约规则(1)四舍六入五成双凡四舍六入五成双凡5后还有数的一律进后还有数的一律进0.10574,0.10575,0.10576,0.10585,0.1058510.1057,0.1058,0.1058,0.1058,0.1059(2)一次修约一次修约13.4748保留四位有效数字应为保留四位有效数字应为13.47平均值的有效数字位数通常与测量值同，当平均值的有效数字位数通常与测量值同，当n大且精密度好，可多保留一位；当精密度不好时，应舍到平均值标准偏差能影响到的那一位。大且精密度好，可多保留一位；当精密度不好时，应舍到平均值标准偏差能影响到的那一位。56.09,56.33 x=56.21 S=0.17x=56.2 3.运算规则运算规则(1)加减法：以小数点后位数最少的数字为准加减法：以小数点后位数最少的数字为准(即绝对误差最大的为准即绝对误差最大的为准)(2)乘除法：以有效位数最少的数字为准乘除法：以有效位数最少的数字为准(即相对误差最大的为准即相对误差最大的为准)5 2 9 .7 85 .22 4 .5 3 75 5 9 .5 1 7?0.10567.36 159.70.2568 2 1000=0.2417=0.242利用计算器进行运算时，运算前也可不修约，运算后再修约。有效数字的要求：（1）计算结果w10%，保留四位有效数字1w10%，保留三位有效数字(2)标准溶液浓度：四位有效数字（3）各种误差、偏差保留12位有效数字 1-3 滴定分析概述一1-3 滴定分析概述一.滴定分析法的基本概念滴定分析法的基本概念X +T =P 被测组分 滴定剂 产物特点(1)准确度高(误差0.1%)(2)适于常量分析 (3)操作简便、快速、费用低滴定：滴定剂从滴定管加到待测溶液的过程。滴定剂：已知准确浓度的试剂。化学计量点：待测组分与滴定剂按滴定反应方程式的 化学计量关系反应完全时的那一点。滴定终点：指示剂发生颜色变化的转变点。终点误差：由终点与化学计量点不一致所引起的误差。二二.滴定分析的类型滴定分析的类型按化学反应类型分为四类:1.酸碱滴定法:测各类酸碱的酸碱度和酸碱的含量。2.络合滴定法:测金属离子的含量。3.氧化还原滴定法:测具有氧化还原性的物质。4沉淀滴定法:测卤素和银。三三.滴定分析对反应的要求滴定分析对反应的要求1.反应定量进行 反应进行的程度达 99.9%以上2.反应速度快3.有适当的指示剂四、标准溶液与基准物质四、标准溶液与基准物质 1.标准溶液:已知准确浓度的溶液。直接配制或用基准物质标定。浓度表示：物质的量浓度，用 c 表示，单位 mol/L。滴定度:1mL 滴定剂相当于被测物质的质量(克)。用 T 表示，单位 g/mL。对于滴定反应 xX +t T =pP T 与 c 的关系为 1000XTMctxT=2.基准物质:能直接配制或用来标定标准溶液的物质。要求(1)组成与化学式相符 (2)纯度高(3)稳定 (4)摩尔质量大 五、滴定方式五、滴定方式1.直接滴定法凡满足滴定反应三点要求的2H+Na2CO3=H2O+CO2+2Na+Zn 2+H2Y2-=ZnY+2H+Cr2O72-+6Fe2+14 H+=2Cr 3+6Fe3+7 H2OAg+Cl-=AgCl2.返滴定法反应速度慢或样品是固体，气体(g)2NH3+H2SO4(过量）=2NH4+SO4 2-H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O(l)Al 3+H2Y2-(过量）=AlY+2H+H2Y2-+Cu 2+=CuY+2H+(s)CaCO3+2HCl(过量)=CaCl2+CO2+H2OHCl+NaOH=NaCl+H2O3.置换滴定法有些氧化反应不是定量进行或没有合适指示剂Cr2O72-+6 I-+14 H+=2Cr 3+3 I2+7 H2OI 2+2S2O32-=2 I-+S4O62-4.间接滴定法不能与滴定剂发生反应的物质Ca2+C2O42-=CaC2O4 Ca2+C2O42-5C2O42-+2MnO4-+16H+=2Mn2+10CO2+8 H2OH+1-4 分析化学中的法定计量单位1-4 分析化学中的法定计量单位一 分析化学中常用物理量和单位一 分析化学中常用物理量和单位物理量单 位名称符号名称符号体积V立方米(升)m3 (L)质量m千克kg物质的量n摩尔mol摩尔质量M千克每摩尔kg/mol物质的量浓度c摩尔每立方米(摩尔每升)mol/m3(mol/L)质量分数w1 物质的量 物质 B 的物质的量 BB1NLn=NB：系统中单元 B 的数目，L：阿佛加德罗常数 单元(基本单元):可以是分子、原子、离子、电 子及其他粒子或是这些粒子的 特定组合。特定组合可以是已知客观存在的，也可以是根据需要拟定存在的独立单元或非整数粒子的组合。如 H，H2，42SOH21，4KMnO51，分别记为 n(H)，n(H2)，n(42SOH21)，n(4KMnO51)。)B(1)B(nbbn=2.摩尔质量 nmM=单位 g/mol 3.物质的量浓度 VncBB=单位 mol/L 若 mol/L1.0)SOH(42=c 则 mol/L2.0)SOH21(42=c 故 )B(1)B(cbbc=二 滴定分析的计算二 滴定分析的计算1 按化学计量关系 TTXXTXTXPTXVctxVcntxntnxnptx=+2.等物质的量反应规则xX+tT=pP+qQ选xX、tT、pP、qQ这些特定组合为基本单元则n(xX)=n(tT)=n(pP)=n(qQ)TTXXTTXXTX1111VctxVcVctVcxntnx=3 含量计算待测组分的含量用质量分数 w 表示%100%100sXTTXXTTXTXXXSXX=mMVctxwMVctxMntxMnmmmw例称无水 Na2CO3 1.2587 g 溶于 250 mL 容量瓶中，取 25 mL 用 HCl 滴定，消耗 23.63 mL。计算 HCl 浓度。解：2HCl+Na2CO3=2NaCl+CO2+H2O mol/L1005.063.230.1061000250252587.1225025210002HClHClHClCONaHCl32=cMmVcnn 例称 1.000 g 铁矿溶解后还原为 Fe2+，在 H2SO4介质中用0.02158 mol/L KMnO4滴定，消耗20.64 ml，求wFe，32OFew。解：5Fe2+MnO4-+8H+=5Fe3+Mn2+4H2O)MnO()5Fe(42+=nn%100(Fe)MnO(5(Fe)MnO()MnO()Fe(51SMnO4MnO44244=+mMVcwVcnn%44.12%1001000185.5564.2002158.05=-)n(MnO25n(Fe)21)On(Fe432=%100)OFe()MnO(25)OFe(s32MnO4324=mMVcw%78.17%1001000169.15964.2002158.025=