分析化学电子教案

1面向21世纪课程教材分析化学上册第三版华中师范大学东北师范大学陕西师范大学北京师范大学高等教育出版社2分析化学AnalyticChemistry第一章绪论第一节分析化学的任务和作用分析化学是研究物质化学组成的表征和测量的科学，主要任务是鉴定物质的化学组成、结构和测量有关组分的含量。第二节分析方法的分类一、定性分析、定量分析和结构分析（按分析任务分）定性分析：其任务是鉴定物质所含的化学组成，即鉴定物质由哪些元素、原子团、官能团或化合物所组成；定量分析：测定各组分的相对含量；结构分析：研究所含组分的分子结构、晶体结构或形态。3二、无机分析和有机分析（按分析对象分）三、化学分析和仪器分析（按测定原理分）以物质的化学反应为基础的分析方法称为化学分析法。以被测物质的物理性质和物理化学性质为基础的分析方法称为仪器分析法。四、常量分析、半微量分析和微量分析（按试样用量和被测组分的含量分）第三节分析化学的发展趋势一、分析化学发展所经历的三次变革第一次变革：19世纪末20世纪初，分析化学由一门技术发展为一门独立的学科。经典分析化学。第二次变革：20世纪40年代以后，分析化学从经典分析化学发展成了现代分析4化学。第三次变革：20世纪70年代末开始至现在，分析化学发展到了分析科学阶段。二、分析化学的发展趋势——分析仪器已成为分析化学研究的重要内容——分析化学的主要应用领域正在向生命科学领域转移······主要参考书：1.武汉大学主编:分析化学2.彭崇慧等编:定量化学分析简明教程3.何先莉等编:分析化学4.林树昌等编:分析化学5第三章误差和分析数据的处理误差—分析结果与真实值之间的差值。第一节误差及其产生的原因一、系统误差(又称可测误差)—误差的主要来源系统误差—指由分析过程中某些确定的、经常性的因素而引起的误差。系统误差的特点：重现性、单向性、可测性产生系统误差的主要原因：（一）方法误差（二）仪器和试剂误差（三）操作误差二、随机误差（又称偶然误差或不可测误差）6随机误差—指由于一些难于控制的随机因素引起的误差。随机误差的特点：不确定性、不可测性第二节测定值的准确度与精密度一、准确度与误差准确度—测定值x与真值T相接近的程度。单次测定多次平行测定绝对误差Ea=x-TEa=X-T相对误差Er=TEa×100%Er=TEa×100%=TTX×100%=TTX×100%二、精密度与偏差精密度—一组平行测定结果相互接近的程度。（一）绝对偏差、平均偏差和相对平均偏差绝对偏差di：各单次测定值xi与平均值X7之差。di=xi-X平均偏差d：单次测量偏差的绝对值的平均值。d=ndndd21=din1相对平均偏差dr：平均偏差在平均值中所占的百分率。dr=xd100%注意：平均偏差有时不能反映数据的分散程度例：测定铜合金中铜的质量分数（%），数据如下：10.3,9.8,9.6,10.2,10.1,10.4,10.0,9.7,10.2,9.710.0,10.1,9.3,10.2,9.9,9.8,10.5,9.8,10.3,9.9x1=10.0%d1=0.24%8x2=9.98%d2=0.24%（二）标准偏差和相对标准偏差总体—一定条件下无限多次测定数据的全体。样本—从总体中抽出的一组测定值。样本大小（样本容量）—样本中所含测定值的数目。若样本容量为n,平行测定数据为x1,x2,···,xn，则此样本平均值为：x=xn1i当测定次数无限多时，所得的平均值即为总体平均值µ：nlimx=μ无限次测定时，总体的分散程度用总体标准偏差来衡量：9=nxi2)(有限次测定（n20）时，采用样本标准偏差S来衡量测定数据的分散程度，并将样本标准偏差简称为标准偏差。S=1)(2nxxi=12ndi式中n为测定次数，f=n-1称为自由度。nlimS=标准偏差比平均偏差能更正确、更灵敏地反映测定值的精密度，能更好地说明数据的分散程度。上例：S1=0.28%S2=0.33%可见S1S2，表明第一组数据的精密度比第二组的高。即第一组数据的分散程度较小，因而较好。样本的相对标准偏差（变异系数），简称相对标准偏差：10Sr=%100xS三、准确度与精密度的关系准确度高一定要精密度高，精密度高不一定准确度高。第五节有效数字及其运算规则一、有效数字的意义和位数有效数字——实际上能测量得到的数字。它由全部准确数字和最后一位不确定数字组成。计算有效数字位数时，必须注意“0”的位置。3.0042,67.325五位0.3000,32.18%四位0.308,2.37×105三位0.030,pH=7.20二位0.03,2×105一位3600,100不确定11二、数字修约规则“四舍六入五留双”。即：当尾数≤4时舍去；当尾数≥6时进位；当尾数为5而后面的数为0时，则偶舍奇入；当尾数为5而后有不是零的数时进位。注意：进行数字修约时只能一次修约完成，不能分步修约。三、有效数字的运算规则—先修约，后计算（一）加减法计算结果的小数点后的位数应以参加运算各数据中小数点后位数最少（即绝对误差最大）的那个数为依据。（二）乘除法计算结果的有效数字位数应以参加运算各数据中有效数字位数最少（即相对误差最大）的那个数为依据。*（1）运算中，若有效数字位数最少的因数的首数为“8”或“9”，则积或商的有12效数字位数可比这个因数多取一位。（2）采用计算器进行计算时，一般不对中间每一步骤的计算结果进行修约，仅对最后的结果进行修约。四、有效数字运算规则在分析化学中的应用正确记录测定值，只保留一位不确定数字；分析结果的表示：高含量组分（10%），以四位有效数字表示；中等含量组分（1%-10%），以三位有效数字表示；微量组分（1%），以两位有效数字表示。各种误差，一般取一至两位有效数字。第六节提高分析结果准确度的方法一、选择适当的分析方法二、减少测量的相对误差三、检验和消除系统误差（一）对照试验——检验和消除方法误差（二）空白试验——检验和消除由试剂、溶13剂、分析器皿中某些杂质引起的系统误差（三）校准仪器和量器（四）改进分析方法或采用辅助方法校正测定结果四、适当增加平行测定次数，减少随机误差一般定量分析中，平行测定3-4次；对测定结果的准确度要求较高时，测定次数为10次左右。正确表示分析结果分析结果的表示方法：样本平均值x，样本标准偏差S，测定次数n。14第四章滴定分析法概论TitrimetricAnalysis滴定分析法分为酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法、沉淀滴定法四类。第一节滴定分析法简介一、滴定分析法的过程和方法特点标准溶液（滴定剂）：已知准确浓度的试剂溶液。滴定：把滴定剂从滴定管加到被测物质溶液中的操作。滴定分析法：用滴定剂滴定被测组分溶液，直到滴定剂与被测组分定量反应完全为止，然后根据滴定剂的浓度和所消耗的体15积，求得被测组分含量的分析方法。化学计量点（sp）：当滴加的滴定剂与被测组分定量反应完全时，称为滴定达到了化学计量点，简称计量点，以sp表示。滴定终点（ep）：指示剂的变色点。用ep表示。终点误差（Et）：滴定终点与化学计量点不同而引起的误差。又称滴定误差。二、滴定分析法对滴定反应的要求（1）定量完全（2）反应快速（3）有简便可行的确定终点的方法三、几种滴定方式（一）直接滴定法用滴定剂直接滴定被测组分的滴定方式。（二）返滴定法（剩余量滴定法）（三）置换滴定法先用适当试剂与待测组分反应，使待测组分定量地置换为另一种能被直接滴定的物质，然后再用标准溶液滴定这种物质，这16种滴定方法称为置换滴定法。（四）间接滴定法当有些被测物质不能与滴定剂直接起反应时，可通过另外的化学反应，以滴定法间接进行滴定。第二节标准溶液浓度的表示方法一、物质的量浓度二、滴定度（T）1.当分析对象固定时：滴定度TB/A—每毫升标准溶液B相当于被测物质A的质量。单位g•mL-1。2.当分析对象、试样的质量固定时：滴定度TB/A%—每毫升标准溶液B相当于被测物质A的质量分数。单位%•mL-1。三、质量浓度（ρ）质量浓度—单位体积溶液中所含溶质的质量。单位g•L-1，g•mL-1，mg•mL-1。17第三节标准溶液的配制和浓度的标定一、直接配制法准确称取一定量基准物质→溶解→定容→准确浓度的标准溶液基准物质（基准试剂）—能用于直接配制标准溶液的化学试剂。基准物质的条件：（1）物质的实际组成应与其化学式完全相符。（2）纯度足够高。（3）稳定。（4）摩尔质量较大。二、间接配制法（标定法）18先将试剂配制成近似于所需浓度的溶液，然后用基准物质或另一种标准溶液通过滴定来确定该溶液的准确浓度。这种通过滴定来确定溶液浓度的过程称为标定。第四节滴定分析中的计算一、滴定分析计算的依据和常用公式滴定反应aA+bB=cC+dD被测组分滴定剂滴定反应达计量点时nB:nA=b:anA=(a/b)nB(1)CAVA=(a/b)CBVB(2)mA/MA=(a/b)CBVB(3)二、滴定分析法的有关计算（一）标准溶液的配制（直接法）、稀释与增浓基本公式：mB=CBVBMBCAVA=CA´VA´19(二)标定溶液浓度的有关计算基本公式：mA/MA=(a/b)CBVB(三）物质的量浓度与滴定度之间的换算TB/A=(a/b)CBMA×10-3(四)被测物质的质量和质量分数的计算基本公式mA=(a/b)CBVBMA若试样的质量为mS(g)，则待测组分A在试样中的质量分数为：A=SAmm=SABBmMVCba)/(20第五章酸碱滴定法Acid-baseTitration酸碱滴定法—以酸碱反应为基础的定量分析方法第一节酸碱质子理论一、基本概念1.酸碱的定义和共轭酸碱对酸是能给出质子的物质，碱是能接受质子的物质。HA（酸）=H+（碱）+A-—酸碱半反应21HAA-（共轭碱）A-HA（共轭酸）因一个质子的得失而互相转变的每一对酸和碱，称为共轭酸碱对。2.酸碱反应HAc在水中的离解半反应1HAc=H++Ac-酸1碱1半反应2H2O+H+=H3O+碱2酸2酸碱反应HAc+H2O=H3O++Ac-简化为HAc=H++Ac-HCl与NH3的反应：HCl+NH3=NH4++Cl-酸1碱2酸2碱1水的质子自递反应：22H2O+H2O=H3O++OH-酸1碱2酸2碱1二、酸碱反应的平衡常数1.活度和活度系数离子在化学反应中起作用的有效浓度称为离子的活度，用α表示。稀溶液中α=γCγ—离子的活度系数2.活度常数与浓度常数弱酸HA在水溶液中的解离反应：HA+H2O=H3O++A-活度常数aK=HAAH浓度常数CaK=][]][[HAAH弱碱A-在水溶液中的解离反应：A-+H2O=HA+OH-活度常数Kb=AOHHA23活度常数与浓度常数的关系：CaK=][]][[HAAH=HAAH·AHHA=AHaK对于水的质子自递反应：H2O+H2O=H3O++OH-水的质子自递或水的活度积：KW=αH+·αOH-=1.0×10-14(25oC)三、酸碱的强度、共轭酸碱对Ka与Kb的关系共轭酸碱对HA-A-的Ka、Kb的关系为：Ka·Kb=HAAH·AOHHA=OHH=KWpKa+pKb=pKw=14.00即在共轭酸碱对中，酸、碱解离常数的乘积等于溶剂的质子自递常数。如：（1）H3PO4能形成三个共轭酸碱对：24每一共轭酸碱对的Ka与Kb的关系为：Ka1·Kb3=Ka2·Kb2=Ka3·Kb1=KW（2）二元酸H2C2O4能形成二个共轭酸碱对：例：试求HPO42-的pKb2第二节水溶液中弱酸（碱）各型体的分布一、处理水溶液中酸碱平衡的方法（一）分析浓度与平衡浓度分析浓度：溶液中溶质的总浓度。C,mol•L-1平衡浓度：平衡状态时，溶质或溶质各型体的浓度。[]，mol•L-1（二）物料平衡（质量平衡）——在平衡状态时，与某溶质有关的各种型体平衡浓度之和必等于它的分析浓度。物料平衡方程式MBE（三）电荷平衡（电中性规则）25——平衡状态时，电解质溶液中各种阳离子所带正电荷的总浓