分析化学基础知识

分析化学基础知识序言PREFACE分析化学是化学学科的一个重要分支，是研究物质化学组成的表征和测量的科学。它所要解决的主要问题是物质中含有哪些组分，这些组分在物质中是如何存在的，以及各个组分的含量是多少，是人们认识物质、了解自然不可缺少的一种科学技术学习重点、难点课程重点：分析化学的分类及应用，定量分析、滴定及标准溶液的配置课程难点：定量分析、滴定及标准溶液PART01绪论PART02定量分析概述目录CONTENTSPART03滴定及标准溶液PART04习题绪论1PART01分析化学的任务分析化学——(AnalyticalChemistry)地位：化学学科的重要分支，四大基础化学之一。内容：分析化学是研究物质的化学组成的分析方法及有关理论的一门学科任务：物质的化学组成，a:是什么？（定性分析）、b:是多少？（定量分析）范围：分析化学包括的范围很广泛。从分析对象来说，包括各种气态、固态或液态的无机物和有机物；从分析要求说，包括各种元素、化合物，原子团和有机官能团等的定性和定量分析以及它们存在形式和化学结构等方面的分析。从分析方法来说：化学法、物理法、物理化学（仪器分析）研究的范围越来越大：分析化学的应用(一)、农业：土壤农药化肥(二)、工业：质检（产品、原材料）(三)、生命科学：(四)、环境保护：环境监测测定空气中污染物(五)、军事生化武器(六)、天体科学(七)、医药卫生血的化验兴奋剂检测分析方法的分类一、按分析任务分类：定性分析（qualitative）的任务是鉴定物质是由哪些元素、原子团、官能团或化合物而组成的。定量分析(quantitative是测定物质中有关组分的含量。结构分析(constructional)是研究物质的分子结构或晶体结构。分析方法的分类二、按分析对象分类：无机分析（inorganic）有机分析（organic）、冶金分析（metallurgical）药物分析(pharmaceutical)、食品分析(food)、环境分析(environmental)、土壤分析等。分析方法的分类三、按测定原理分类化学分析法仪器分析法化学分析法——以物质的化学反应为基础的分析方法，又称经典分析法，主要是重量分析法和滴定分析法（容量分析法）仪器分析法——以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法称为物理和物理化学分析法。光谱分析法色谱分析法电化学分析法定量分析概述2PART02取样定量分析的任务是测定物质中某种或某些组分的含量，一般包括以下几个步骤:一、取样分析试样应具有代表性，固、液、气体的取样方法是不一样的。•如研究某一物质在地球上的分布情况，•粮库中测量粮食中蛋白的平均含量；•病人饭前饭后的血液检查等。式样的分解二、试样的分解通常的定量分析化学是湿法，需将试样转入到溶液中，进行测定，不同的物质需用不同的试剂溶解，如软锰矿(MnO2)用HCl，硅酸盐用HF，铝合金用20～30％NaOH溶液，重晶石(BaSO4)用Na2CO3，不能分解的试样(如文物)，可用仪器方法测定测定酸碱用酸碱滴定法，测定H2O2用KMnO4法，测定Cl-用沉淀滴定法等。测定三、测定根据被测组分的性质、含量和对分析结果的要求，采用不同的分析方法，分析方法很多，可分为化学分析和仪器分析，•不同的对象，采用不同的方法，同一对象，每种测定法都有一定的适用范围，选择性、灵敏度、精密度和准确度，应该熟悉每种方法。测定时应注意干扰的排除，几乎没有无干扰的测定方法，可以说研究分析测定方法，就是研究排除干扰法。•方法有二：一是分离，二是掩蔽。•分离法有：沉淀分离，萃取分离，色谱分离等，•掩蔽法有：沉淀掩蔽，络合掩蔽，氧化还原掩蔽等。计算分析结果四、计算分析结果根据试样重量，测量所得数据和分析结果中有关反应的计量关系，计算试样中被测组分的含量。定量分析中的误差准确度与误差准确度指测定值与真实值相符合的程度。用误差来表示。绝对误差=测定值-真实值相对误差=绝对误差/真实值对于多次测量的数值：E=x-xTEr=E/xT=（x-xT）/xT×100％定量分析中的误差精密度与偏差指在相同条件下n次重复测定结果彼此相符合的程度。用偏差来表示。绝对偏差:测量值与平均值的差值，用d表示d=x-x平均偏差：各单个偏差绝对值的平均值nxxdnii1定量分析中的误差在平行次数不多时，常用平均偏差表示分析结果的精密度。相对平均偏差：平均偏差与测量平均值的比值定量分析中的误差相对标准偏差：RSD，也叫变异系数%100xsRSD定量分析中的误差准确度与精密度的关系精密度高，准确度不一定高；准确度高，一定要求精密度高，精密度是保证准确度的前提。准确度是指分析和来测量结果与“真值”之间的接近程度。精密度是指多次测定结果互相接近的程度实验室常用器皿图1.4(a)图1.4(b)图1.4(c)图1.4(d)塑料洗瓶锥形瓶碘量瓶高形称量瓶实验室常用器皿图1.4(e)图1.4(f)图1.6(g)扁形称量瓶普通干燥器真空干燥器实验室常用器皿图1.4(h)图1.4(i)图1.4(j)图1.4(k)图1.4(l)坩埚钳酸式滴定管碱式滴定管移液管吸量管实验室常用器皿图1.4(m)图1.4(n)图1.4(o)图1.4(p)图1.4(q)图1.4(r)容量瓶长颈漏斗玻璃砂芯坩埚瓷坩埚玛瑙研体离子交换柱滴定及标准溶液3PART03滴定方法相关概念将已知准确浓度的试剂溶液称为滴定剂，加入的标准溶液与被测物质定量反应完全时，叫化学计量点。依据指示剂的变色来确定化学计量点，在滴定中指示剂改变颜色的那一点称为滴定终点。滴定终点与化学计量点不一定完全吻合，之间的误差叫终点误差。滴定分析方法的分类按反应原理分类酸碱滴定法络合滴定法氧化还原滴定法沉淀滴定法按滴定顺序分类直接滴定法返滴定法置换滴定法间接滴定法滴定分析方法的分类直接滴定法满足了滴定的条件，用标准溶液直接滴定待测物质。返滴定法先准确加入过量的标准溶液，使与试液中的待测物质或固体试样进行反应，待反应完成后，再用另一种标准溶液滴定剩余的标准溶液。滴定分析方法的分类置换滴定法当待测组分所参与的反应不按一定反应式进行或有副反应，不能直接滴定。可先用适当试剂与待测组分反应，使其定量地置换为另一种物质，再用标准溶液滴定这种物质。滴定分析方法的分类如Al3+的滴定，先加入过量的EDTA标准溶液后，剩余的EDTA可用标准Zn2+溶液返滴定。如K2Cr2O7标定Na2S2O3标准溶液的浓度。在K2Cr2O7中加入过量的KI，使还原并产生一定量的I2，即可用Na2S2O3进行滴定。滴定分析方法的分类间接滴定法不能与滴定剂直接起反应的物质，先变成新的物质，再进行滴定。如：Ca2+沉淀为CaC2O4，用酸溶解，再用KMnO4标准溶液滴定C2O42-，间接滴定Ca2+标准溶液的配制与标定一.标准溶液及基准物质定义标准溶液是指已知准确浓度的溶液，它是滴定分析中进行定量计算的依据之一。能用于直接配制标准溶液的物质，称为基准物质或基准试剂，它是用来确定某一溶液准确浓度的标准物质。标准溶液的配制与标定作为基准物质必须符合下列要求：（1）试剂必须具有足够高的纯度，一般要求其纯度在99.9%以上，所含的杂质应不影响滴定反应的准确度。（2）物质的实际组成与它的化学式完全相符，若含有结晶水（如硼砂Na2B4O7.10H2O），其结晶水的数目也应与化学式完全相符。（3）试剂应该稳定。例如，不易吸收空气中的水分和二氧化碳，不易被空气氧化，加热干燥时不易分解等。（4）试剂最好有较大的摩尔质量，这样可以减少称量误差。常用的基准物质有纯金属和某些纯化合物，如Cu,Zn,Al,Fe和K2Cr2O7，Na2CO3,MgO,KBrO3等，它们的含量一般在99.9%以上，甚至可达99.99%。标准溶液的配制与标定注意：有些高纯试剂和光谱纯试剂虽然纯度很高，但只能说明其中杂质含量很低。由于可能含有组成不定的水分和气体杂质，使其组成与化学式不一定准确相符，致使主要成分的含量可能达不到99.9%，这时就不能用作基准物质。标准溶液的配制与标定标准溶液的配制与标定的一般规定：1．配制及分析中所用的水及稀释液，在没有注明其它要求时，系指其纯度能满足分析要求的蒸馏水或离子交换水。2．工作中使用的分析天平、滴定管、容量瓶及移液管等均需较正。3．标准溶液规定为20℃时，标定的浓度为准（否则应进行换算）。4．在标准溶液的配制中规定用“标定”和“比较”两种方法测定时，不要略去其中任何一种，而且两种方法测得的浓度值之相对误差不得大于0.2％，以标定所得数字为准。标准溶液的配制与标定5．标定时所用基准试剂应符合要求，含量为99.95-100.05%，换批号时，应做对照后再使用。基准试剂需定期的进行期间核查。6．配制标准溶液所用药品应符合化学试剂分析纯级。7．配制0.02（M）或更稀的标准溶液时，应于临用前将浓度较高的标准溶液，用煮沸并冷却水稀释。8．碘量法的反应温度在15－20℃之间。标准溶液的配制与标定二、配制标准溶液的方法1.直接配制法用分析天平准确地称取一定量的物质，溶于适量水后定量转入容量瓶中，稀释至标线，定容并摇匀。根据溶质的质量和容量瓶的体积计算该溶液的准确浓度。例如：氯化钠、葡萄糖、K2Cr2O7（重铬酸钾）、KBrO3（溴酸钾）等。很多仪器分析中用到的标准物质配制的标准溶液，如三聚氰胺、苯甲酸、维生素类，这些都是通过直接配制法进行制备相应的标准溶液。标准溶液的配制与标定配制步骤：溶解--转移--洗涤--定容--摇匀标准溶液的配制与标定2.间接配制法（标定法）需要用来配制标准溶液的许多试剂不能完全符合上述基准物质必备的条件。例如：NaOH极易吸收空气中的二氧化碳和水分，纯度不高；市售盐酸中HCl的准确含量难以确定，且易挥发；KMnO4和Na2S2O3等均不易提纯，且见光分解，在空气中不稳定等。因此，这类试剂不能用直接法配制标准溶液，只能用间接法配制，即先配制成接近于所需浓度的溶液，然后用基准物质（或另一种物质的标准溶液）来测定其准确浓度。这种确定其准确浓度的操作称为标定。标准溶液的配制与标定在常量组分的测定中，标准溶液的浓度大致范围为0.01mol/L至1mol/L，通常根据待测组分含量的高低来选择标准溶液浓度的大小。例如：配制0.1mol/LHCl标准溶液，先用一定量的浓HCl加水稀释，配制成浓度约为0.1mol/L的稀溶液，然后用该溶液滴定经准确称量的无水Na2CO3基准物质，直至两者定量反应完全，再根据滴定中消耗HCl溶液的体积和无水Na2CO3的质量，计算出HCl溶液的准确浓度。大多数无法通过直接配制的标准溶液的准确浓度是通过标定的方法确定的。标准溶液的配制与标定间接法配制的标准溶液标定过程标准溶液的配制与标定基准物质干燥后的组成干燥条件℃标定对象举例名称化学式碳酸钠Na2CO3Na2CO3270─300盐酸、硫酸邻苯二甲酸氢钾KHC8H4O4KHC8H4O4105─110氢氧化钠氢氧化钾重铬酸钾K2Cr2O7K2Cr2O7140─150硫代硫酸钠溴酸钾KBrO3KBrO3130还原剂草酸钠Na2C2O4Na2C2O4105-110KMnO4氧化锌ZnOZnO775-825EDTA氯化钠NaClNaCl500─600AgNO3标准溶液的配制与标定为了提高标定的准确度，标定时应注意以下几点：⑴标定单人应平行测定，至少重复4次，并要求测定结果的相对偏差不大于0.2%，双人8平行测定。⑵为了减少测量误差，称取基准物质的量不应太少，最少应称取0.15ｇ以上；同样滴定到终点时消耗标准溶液的体积也不能太小，最好在30-40ｍL之间。⑶配制和标定溶液时使用的量器，如滴定管，容量瓶和移液管等，在必要时应校正其体积，并考虑温度的影响。标准溶液的配制与标定⑷标定好的标准溶液应该妥善保存，避免因水分蒸发而使溶液浓度发生变化。(5)有些不够稳定，如见光易分解的AgNO3和KMnO4等标准溶液应贮存于棕色瓶中，并置于暗处保存。(6)能吸收空气