第二章-定量分析概论课件

1、化学与材料科学学院Analytical Chemistry 第2章 定量分析法概论 訾言勤化学与材料科学学院知识就是力量吗 ？是是化学与材料科学学院“量”是分析化学核心之一， 要牢固树立“量”的概念，保证在分析过程每一步获得的数据都是准确的、可靠的，最终的分析结果才是可信的。教学内容2.1 定量分析程序 2.2 滴定分析法概述 2.3 滴定分析法计算 习题 2.1 定量分析程序 2.1.1.定量分析程序（步骤或者过程）：取样、预处理、消除干扰、测定、计算、评价1.取样(Sampling) 采样又称取样，是分析化学成败的关键之一，其最基本的原则是使分析试样具有代表性；否则，后续的分析测试不但是毫

2、无意义的，而且导致错误结论。可以说采样比分析更重要。1.取样(Sampling)一、按采样对象可分为：1、固体样品的取样2、液体样品的取样3、气体样品的取样二、按采样方式可分为：1、系统采样2、随机采样 采样要求 要求设计科学合理的采样方法，通过粉碎、过筛、混匀、缩分(四分法，对角线)、使样品均匀，能代表分析对象的全体，准确称量一定量的样品进行分析测定。2. 试样的处理： 处理试样与分解应根据试样的形态、分析项目和分析方法等要求，进行科学的处理，选择适当的分解方法。 试样处理目的：将样品转变为溶液状态，呈测定态 （离子或者分子）。或者转变为适用于分析方法的状态。分析试样量的称量质量计算例如用氢

3、氧化钠测定草酸需要称量草酸的样品量 处理方法(1).湿法分解：(常用溶剂) A)酸溶:HCl ，HNO3 ，H3PO4-H2SO4 ，HClO4-HNO3 适用碱性氧化物 B)碱溶:NaOH ， KOH，-适用酸性氧化物(2).干法分解：灰化，固体熔融 A)碱性溶剂：Na2CO3，K2CO3 1:1混合 分解酸性矿物及氧化物，硅酸盐等 B)酸性溶剂：K2S2O7，KHSO4 分解时能产生SO3与碱性氧化物反应 3. 消除干扰 (Eliminate Interfere or separate) ： 当试样中有多种组分存在，对欲测组分测定时，可能共存组分有干扰，应予以消除。消除干扰的方法应根据共存

4、组分的性质和现有条件等灵活进行，若待测组分含量很低，也可以采用分离与富集同步进行。4. 测定(Measurement Determination) ： 根据组分含量、性质，任务和要求、选择灵敏度适当，准确度满足要求的分析方法。每一种组分可能有多种测定方法，例如，铁的测定方法有氧化还原滴定法、络合滴定法、重量分析法以及仪器分析法(如吸光光度法、电位滴定法、库仑滴定法等)等。而仅在氧化还原滴定中又有高锰酸钾法、重铬酸钾法及铈量法等。鉴于试样的种类繁多，测定要求又不尽相同，必然面临测定方法的选择问题。现将选择测定方法的一般原则分述如下。 选择测定方法的一般原则 (1) 应与测定的具体要求相适应； (

5、2) 应与被测组分的含量相适应； (3) 应考虑被测组分的性质；(4) 应考虑共存组分的影响；(5) 应考虑现有的实验条件。 5. 计算，报告分析结果(Calculation of Analytical Results)：根据试样质量、测量所得数据和分析过程中有关反应的化学计量关系，计算试样中有关组分的含量或浓度。分析结果常以待测组分实际存在形式的含量表示。计算分析结果(1)算术平均值：以算术平均值为分析结果。以平均相对偏差衡量精密度，其值愈小精密度高。(2)绝对偏差(d)：计算分析结果3、平均偏差4、平均相对偏差6、分析结果的评价 对于测量与分析结果的计算应根据误差和数据的统计处理规则进行，

6、去伪存真，符合质量保证与质量控制的要求。评价方法 1、以平均相对偏差衡量精密度，其值愈小精密度高（在化学分析中应用）。或者用标准偏差S衡量，其值愈小精密度高（在仪器分析中应用）： 评价方法2、以相对误差衡量准确度，其值愈小准确度高：（1）绝对误差 = 个别测得值 - 真实值 Ea = xxT（2）相对误差计算 （Er %）反映了误差在真实值中所占的比例，用来比较在各种情况下测定结果的准确度比较合理。 2.1.2.分析结果的表示:(一)待测组分的化学表示形式：1.实际存在形式：N%：NH3 N2O NO2 N2O3 N2O5 NO2- 2.稳定的氧化物：CaO MgO Na2O Fe2O3 Fe

7、O Fe3O4 3.元素及化合物：Fe%Na+ Cl- 等(二)待测组分含量的表示方式1. 固体试样：质量百分数 m(g) X%= 100 ms(g) 2. 液体试样： 质量百分数(m/ms)%: 表示100克试液中含被测组分的克数 体积百分数(V/Vs)%: 表示100毫升试液中被测组分体积质量体积百分数(m/v)%: 表示100毫升试液中被测组分所占的克数例113.2%的NaCl溶液：表示100克NaCl溶液含13.2克NaCl（质量百分数） 50%的乙醇溶液：表示100毫升乙醇溶液含50毫升乙醇（体积百分数）30%H2O2 溶液：表示100毫升双氧水溶液含30克双氧水（质量体积百分数）3

8、. 气体试样： 常用体积百分数表示(V/Vs)%:g/m3；mg/m3 4. 微量组分常用的表示方式：为了表示方便而用较小的单位例 1g=103 mg=106g 1毫升稀溶液ppm=mg/mS(g)106=m(g)/mS(g)；ppb=1ng/g例 测得土壤中含铅为350ppm，意为350g/g 废水中含铅为0.05ppm，意为1mL废水含铅0.05g，即0.05g/mL2.2 滴定分析法概述2.2.1 基本概念1.滴定分析(Titrimetric Analysis)：将标准溶液用滴定管加到待测溶液中，直接认为所加的滴定剂与被测物质反应以达化学计量点。根据指示剂变化停止滴定，由标液的浓度和体积

9、求被测物的量的分析方法2.标准溶液(Standard Solutions)：已知准确浓度的溶液3.化学计量点(Stoichiometric point)：定量反应时的理论平衡点4.滴定终点(End point): 被滴定溶液颜色发生突变的转变点，停止滴定的点.5.终点误差(Titration error):滴定终点与化学计量点不一致造成的相对误差.6.滴定反应(Titration Reaction):能用于滴定分析的化学反应2.2.2.滴定分析对化学反应的 要求和滴定方式：(一)能用于滴定分析的化学反应要求:1.必须具有确定的化学计量关系；2.必须定量进行,反应完全度达99.9%以上3.反应速

10、度快；4.必须有适当简便的方法确定终点；(二)滴定方式：1.直接滴定法：凡能满足滴定反应要求的都可用标准溶液直接滴定2.间接滴定法：不能与滴定剂直接起反应的物质，通过另一反应间接滴定3.返滴定：反应慢，无合适指示剂，有副反应发生，通常用两种标液完成4.置换滴定：当反应无计量关系，不按确定反应式进行 K2Cr2O7+6KI+H+3I2； I2+2Na2S2O32I-+S4O62 -2.2.3.基准物质：能用于直接配制标准溶液或标定标准溶液的物质(一)基准物应满足的条件：1.试剂组成与化学式完全相符2.试剂纯度达99.9%以上3.性质稳定4.最好有较大的摩尔质量5.试剂应按反应方程式进行，无副反应

11、 (二)常用的基准物质： (Primary Standards) Standardization KC8H5O4 H2C2O42H2O 碱标液 Na2CO3 Na2B4O710H2O 酸标液 CaCO3 Zn Cu Pb(99.9%) EDTA标液 As2O3 Fe H2C2O42H2O KMnO4 I2标液 K2Cr2O7 KIO3 Na2S2O3 标液 NaCl KCl AgNO3 标液我国化学试剂等级和标志一级 优级纯 G.R 绿颜色 科研精密分析 二级 分析纯 A.R 红颜色 多数分析 三级 化学纯 C.P 蓝颜色 常规分析 四级 实验试剂 L.R 棕颜色 辅助分析 2.2.4.标准溶

12、液的配制与标定 1.直接法：用基准物质配制 步骤：基准物分析天平容量瓶例如配0.02000mol/LK2Cr2 O7 250mL，分析天平称1.4709g溶解后转入250mL容量瓶 注： 容量分析仪器容量瓶 量入式的测量方式 移液管 量出式的测量方式滴定管 量出式的测量方式2.标定法：用非基准物配 NaOH , HCl , KMnO4溶液等，用基准物质或者标准溶液滴定。因为这些物质不稳定，是非基准物。步骤：（1）粗配成大致浓度(托盘天平量筒取水试剂瓶)；（2）标定(Standardigation)例如配0.1mol/LNaOH溶液1000mL，台秤取大约4.0gNaOH，加大约1L的 H2O，

13、溶解、摇匀。 用基准酸物质或者用标准HCl标定；分析化学常用的量及单位 物理量量的名称 量的符号 单位（符号） 说明 物质的量 n 摩尔(mol) 必须指明基本单位 毫摩尔(mmol)摩尔质量 M 克每摩尔(g.mol-1) 必须指明基本单位物质得量浓度 C 摩尔每升(mol.L-1) 必须指明基本单位 摩尔立方米(mol.m-3) 质量 m 克(g)，毫克(mg)体积 V 升(L)，毫升(mL) 质量分数 无量纲 可用%，mg/g表示质量浓度 克每升(g.L-1)2.3 滴定分析法计算 2.3.1.滴定剂T与被测物质B之间的关系：“等物质的量”规则，对反应系数不同的两物质的量，利用化学计量关

14、系进行计算（1）滴定反应： tT + bB = cC + dD b（2）当 t=b：nB=nT 当tb时 （3）nB= nT t注：此b/t即是将滴定剂T物质的量换算成被测物B物质的量的换算因数(Stoichiometric factor)，或者称为反应计量数比。“等物质的量”规则书写计算式的步骤：1、正确书写化学反应方程式；2、正确书写反应计量比；3、按 “等物质的量”规则书写计算式；例 （1）2MnO4-+ 5C2O42- + 16H+ = 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O （2）以 n(KMnO4- )表示，计量数比 2 / 5 2 (3) n(KMnO4 ) = n(Na2C2

15、O4 ) 或 5 1 1 n ( KMnO4) = n(H2C2O4) 5 2基本单元2.3.2.溶液浓度的表示 nB1.物质的量浓度： cB = (mol/L) V m(g) 其中： nB(mol)= M(g/mol)若tb的滴定反应，或标定法求物质的量浓度则乘相应计量数 b mT b VT b mT c B = / VB= c T = t MT t VB t MT VB2.滴定度T：指1mL标准溶液(滴定剂)相当于被测物质的质量g(Titer) m(g)T被测/标液 = V(mL)注：(1)当V=1mL时，T标液=m被测 g/mL (2)写T下标时，被测在前，滴定剂在后，斜线表示“相当于”

16、 ，（或写成T测/标）。3. c与T之间的换算：将物质的量浓度除以1000，得1mL标准溶液中所含滴定剂物质的量 b MB TB/T= cT (g/mL) t 1000例如： TFe/KMnO4 ； TFe/K2Cr2O7 TFe2O3/K2Cr2O72.3.3.待测组分含量的计算：用小于1的分数表示，质量分数，相对量，无量纲 b MB c TVT mB t 1000 B%= 100= 100 ms ms TT/BVT B%=100 mS2.3.4.滴定分析计算示例：例1欲配制0.02000mol/L的K2Cr2O7500mL 应称mK2Cr2O7=？解 mB=m(K2Cr2O7 )=cCrV

17、CrMCr 500 =0.02000 294.2 = 2.942(g) 1000 例2欲配制0.1mol/L的H2SO4溶液500mL应取VH2SO4(浓) =？(已知密度=1.84g/mL，含96%)解 c1V1=c2V2或n1=n2 500即0.1 = V2 X%/M 1000 0.1 mol/L 0.5L 98.07 g/mol所以：V2= =2.8mL 1.84g/mL 96%例3用基准硼砂(Na2B4O710H2O)来标定HCl浓度，已知基准硼砂m硼=0.6021g，终点消耗VHCl=31.47mL，求cHCl=？ 解 (1)Na2B4O7+2HCl+5H2O=4H3BO3+2NaC

18、l 2m硼(3) cHClVHCl = (2) 计量比 2/1 M硼 1000 2m硼 cHCl= 所以 cHCl=0.1003mol/L M硼 VHCl 1000例4用基准H2C2O42H2O标定0.1mol/L的 NaOH溶液应称草酸的范围.滴定体积20-30mL解 H2C2O4+2NaOH=Na2C2O4+2H2O 称量范围为 例5求(1+3)HCl溶液物质的量浓度=？(已知浓盐酸12mol/L) 解 c1V1=c2V2 即1.0mL12mol/L=c2(3+1) 121 故：c2= =3mol/L 3+1 例6称含Fe样0.3143g，溶解还原Fe2+后用0.02000mol/L的K2

19、 Cr2 O7滴定消耗21.30mL (1)Fe2O3%=?(M=159.69g/mol) (2)求T Fe / K2Cr2O；T Fe2O3/K2Cr2O7 解：Cr2O72-+6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O 可知：nFe2O3=6/2 nFe=3nk2Cr2O7 故： (1) Fe2O3%= 100 = MFe(2)TFe/K2Cr2O7=6 cK2Cr2O7 =0.006702 g/mL 1000 6 MFe2O3TFe2O3 /K2Cr2O7= cK2Cr2O7=0.00958 g/mL 2 1000 例7称铝样0.2018g，溶解后加入30.00mL 0.02018

20、mol/LEDTA标液，pH=4.2，加热使完全生成AlY后，用0.02035mol/LZn2+标液返滴定，多余EDTA，VZn=6.50mL，求Al2O3%=?解 Al3+H2Y2-=AlY+2H+ 1 1 nAl2O3= nAl= nEDTA nAl=nZn=nEDTA 2 2 1 MAl2O3 (nEDTA-nZn) 2 1000 Al2O3% = 100 mS = 11.95例8标定结果的讨论：若硼砂风化，标定时消耗VHCl多，结果cHCl低若硼砂吸潮，标定时消耗VHCl少，结果cHCl高滴管内壁挂水珠，标定时消耗VHCl多，结果cHCl小例9称含氰样0.6913g，在强碱中采用KMn

21、O4滴至终点，耗VKMnO4=46.27mL现已知：TKCN/K2Cr2O7=6.44mg/mL；求KCN%=？解2MnO4-+CN-+2OH-=2MnO42-+CNO-+H2O 1 TKCN/K2Cr2O7 = cKMnO4MKCN 2 故 cKMnO4=0.1987mol/L 1 ( cV)KMnO4 KCN 2 KCN%= 100=43.10 mS1000例10取25.00mLKH2C2O4 H2C2O4 2H2O溶液两份, 一份用0.1000mLL-1NaOH标夜滴定消耗VNaOH=20.00mL；另一份用KMnO4溶夜滴定VKMnO4=25.00mL，求 cKMnO4 =？解 1 nNaOH= nKMnO4 15 4酸碱：5KHC2O4H2C2O42H2O=15H+ 15NaOH氧化还原：KHC2O4H2C2O4=4MnO4- 5故： cNaOHVNaOH=(3) cKM