第一课-分析化学基础知识

主要内容滴定分析条件和方法4分析化学任务和方法1误差和分析数据处理2溶液的配制3滴定分析计算51第一节分析化学任务和方法分析化学的任务

1．确定物质的化学组分——定性分析（由那些元素、离子、官能团或化合物组成）2．测定有关成分的含量——定量分析3．确定物质中原子间结合方式——结构分析（化学结构、晶体结构、空间分布等）成分分析分析化学是获取物质化学组成和结构信息的科学。一、分析化学的任务与作用2分析化学的作用一、分析化学的任务与作用在各行各业中都起着重要的作用。分析检验是人们认识物质世界和指导生产实践的“眼睛”。3定量分析的过程采样与制样对于固体试样一般经过粉碎、过筛、混匀、缩分，得到少量试样，烘干保存于干燥器中备用。试液的制备无机固体有机固体分离和测定分离方法沉淀分离萃取分离离子交换层析分离要求分离过程中被测组分不丢失。计算和评价计算试样中待测组分含量；对分析结果可靠性进行评价。无机固体溶解熔融一、分析化学的任务与作用有机固体干式灰化法：试样置于马弗炉或氧瓶中进行高温分解或燃烧，有机物燃烧后留下的无机残渣以酸提取后制备成分析试液。其优点是试样分解完全、操作简便、快速。

有机固体湿式消化法：硝酸和硫酸混合物等作为溶剂与试样一同加热煮解。其优点是简便、快速。4分析方法的分类分析化学的任务分析的对象试样用量的多少定性、定量、结构分析无机分析与有机分析常量试样分析、半微量试样分析微量试样分析、超微量试样分析分析化学的任务试样用量的多少分析的对象化工生产过程测定原理和操作方法分析化学化工生产过程测定原理和操作方法原材料分析、中间产物控制分析、产品分析化学分析与仪器分析5分析方法的分类测定原理和操作方法2.仪器分析：以物质的物理或物理化学性质为基础的分析方法（光化学、电化学、色谱、热、磁、声等）

①电化学分析法：电位法、电导法、库仑法、伏安法等；

②光学分析法：紫外及可见分光光度法、原子吸收分光光度法、分子荧光法、红外分光光度法等；

③色谱分析法：液相色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法等；

④电感耦合等离子体原子发射光谱法；

⑤质谱法；1.化学分析：以物质的化学反应为基础的分析方法①滴定分析法：又称容量分析法。通过滴定操作，根据所需滴定剂的体积和浓度确定试样中待测组分含量的一种方法。滴定分析法分为酸碱、沉淀、配位和氧化还原滴定法。②重量分析法：又称称量分析法。通过称量操作测定试样中待测组分的质量，以确定其含量的一种分析方法。重量分析法分为沉淀重量法、电解重量法和气化（挥发）法。6第二节误差和分析数据处理误差——分析结果与真实值之间的差值(>真实值为正，<真实值为负)定量分析的任务：准确测定试样中的组分的含量。实际测定中，由于受分析方法、仪器、试剂、操作技术等限制，测定结果不可能与真实值完全一致。同一分析人员用同一方法对同一试样在相同条件下进行多次测定，测定结果也总不能完全一致，分析结果在一定范围内波动。由此说明：客观上误差是经常存在的，在实验过程中，必须检查误差产生的原因，采取措施，提高分析结果的准确度。同时，对分析结果准确度进行正确表达和评价。7一、误差的分类

1.系统误差——可定误差

方法误差：由于方法本身的缺陷所造成；

仪器误差：由于仪器、量器不准引起的误差；

试剂误差：由于使用的试剂纯度不够所引起的；操作误差：由于操作者操作不当造成的误差。①具单向性（大小、正负一定）②可消除（原因固定）③重复测定重复出现系统误差特点8一、误差的分类

2.随机误差——不可定误差产生原因与系统误差不同，它是由于某些偶然的因素所引起的。如：测定时环境的温度、湿度和气压的微小波动，以其性能的微小变化等。①不具单向性（大小、正负不定）②不可消除（原因不定）但可减小（测定次数↑）③分布服从统计学规律（正态分布）随机误差特点①大小相等的正负误差出现的几率相等。②大误差出现的几率大，小误差出现的几率小。随机误差规律9二、准确度与精密度1.准确度与误差（accuracyanderror）①准确度：测量值与被测量的真值或约定真值之间的符合程度。它说明测定值的正确性，用误差来表示。②真值：某一物质具有的客观存在的真实数值，即为该量的真值。一般说来，真值是未知的但下列情况的真值可以认为是知道的：a理论真值：如某化合物的理论组成等。b计量学约定真值：如国际计量大会上确定的长度、质量、物质的量单位等。c相对真值：认定精度高一个数量级的测量值作为低一级的测量值的真值。这种真值是相对比较而言的。如厂矿实验室中标准试样及管理试样中组分的含量等可视为真值。10二、准确度与精密度③绝对误差（Ea）=x-xT

但绝对误差不能完全地说明测定的准确度，即它没有与被测物质的质量联系起来。如果被称量物质的质量分别为1g和0.1g，称量的绝对误差同样是0.0001g，则其含义就不同了，故分析结果的准确度常用相对误差（Er）表示：④相对误差11二、准确度与精密度

例1两个分析人员对两份氯化钠样品进行分析，这两份样品中氯化钠的真实含量分别为0.15g和0.10g，这两个分析人员的测定值分别为0.14g和0.09g，计算他们测量值的绝对误差和相对误差。解：绝对误差为：E1=x1−μ1=0.14−0.15=−0.01gE2=x2−μ2=0.09−0.10=−0.01g

相对误差为：E1,r=E1/μ1×100%=−0.01/0.15×100%=−6.7%E2,r=E2/μ2×100%=−0.01/0.10×100%=−10%12二、准确度与精密度2.精密度与偏差（precisionanddeviation）①精密度在一定测量条件下，对某一量的多次测量中各观测值间的离散程度。

②偏差

a绝对偏差简称偏差它等于单次测定值与n次测定值的算术平均值之差。（单次测量值与平均值之差）13二、准确度与精密度b相对偏差：绝对偏差占平均值的百分比。c平均偏差平均偏差等于绝对偏差绝对值的平均值,用下式表示:d相对平均偏差指平均偏差在算术平均值中所占的百分率,用下式表示:相对平均偏差=14二、准确度与精密度例25次测得水中铁含量(以ug/mL表示)为：0.48，0.37，0.47，0.40，0.43。试求其平均偏差和相对平均偏差。甲组：10.3，9.8、9.6、10.2、10.1、10.4、10.0、9.7、10.2、9.7。乙组：10.0、10.1、9.3、10.2、9.9、9.8、10.5、9.8、10.3、9.9。15二、准确度与精密度③样本标准偏差在实际测定中，测定次数有限，一般n<30，此时，统计学中，用样本的标准偏差S

来衡量分析数据的分散程度：④极差

⑤相对极差=16二、准确度与精密度

例3标定某溶液浓度的四次结果是：0.2041，0.2049，0.2039和0.2043mol/L。计算其测定结果的平均值，平均偏差，相对平均偏差，样本偏差和相对标准偏差。解：17①测定的精密度好,准确度也好,这是测定工作中要求的最好结果,它说明系统误差和随机误差都小。②测定的精密度好,但准确度不好,这是由于系统误差大，随机误差小造成的；③测定的精密度不好,但准确度好,这种情况少见,是偶然碰上的。④测定的精密度不好,准确度也不好,这是由于系统误差和随机误差都大引起的。准确度与精密度的关系二、准确度与精密度在确定消除了系统误差的前提下，精密度可表达准确度。通常要求常量分析结果的相对误差小于0.1～0.2％。18对照试验

空白试验

增加平行测定份数

选择合适的分析方法

提高分析结果准确度的方法校准仪器

二、准确度与精密度19定量分析结果的表示液体样品:

用物质的量浓度:

c：mol/L,mmol/L,

mol/L

物质的质量浓度：

:g/L,mg/L,

g/L固体样品：用组分的质量分数(

)表示，计算公式为三、分析结果的表示气体样品:

用质量浓度mg/m3,体积分数(

)ml/m320三、分析结果的表示★分析结果的报告(1)两个平行试样测定结果两次分析结果之差不超过允许差（是指某一项指标的平行测定结果之间的绝对偏差不得大于某一数值，这个数值就是“允许差”）的2倍,则取平均值报告分析结果；如果超过“允许差”的2倍,则须再做一份分析。例1-2某产品中微量水的允许差为0.05%,样品平行测定结果分别为0.56%、0.64%,应如何报告分析结果解：因0.64%-0.56%=0.08%＜2×0.05%故应取0.64%与0.56%的平均值0.60%报告分析结果。21三、分析结果的表示★分析结果的报告(2)多个平行试样测定结果对于同一试样进行多次测定结果的报告。应以多次测定的算术平均值或中位值xm报告结果,并报告样本偏差。（一般我们用相对极差或相对平均偏差表示）例1-3分析某矿石中铁量时,测得下列数据:34.45%,34.30%,34.20%,34.50%，34.25%。计算这组数据的算术平均值、中位值和样本偏差。22三、分析结果的表示★有效数字和运算规则（1）有效数字定义所有准确数字和一位可疑数字（实际能测到的数字）（2）有效位数及数据中的“0”当用来表示与测量精度有关的数字时，是有效数字。只起定位作用与测量精度无关时，不是有效数字。（3）有效数字修约规则①记录一个测定值时，只保留一位可疑数据。②整理数据和运算中弃取多余数字时，采用“数字修约规则”：四舍六入五考虑；五后非零则进一；五后皆零视奇偶；五前为奇则进一；五前为偶则舍弃；不许连续修约。③当对标准偏差修约时，修约后会使标准偏差结果变差，从而提高可信度。23三、分析结果的表示★有效数字和运算规则（4）有效数字运算规则①加减法：以小数点后位数最少的数据的位数为准，即取决于绝对误差最大的数据位数，先修约、后计算；0.015+34.37+4.3235=0.02+34.37+4.32=38.71②乘除法几个数据相乘或相除时，它们的积或商的有效数字位数的保留，应以各数据中有效数字位数最少（相对误差最大）的数据为准。0.1034×2.34=0.103×2.34=0.241③乘方和开方对数据进行乘方或开方时，所得结果的有效数字位数保留应与原数据相同。例如：=3.10644保留三位有效数字则为3.116.722=45.1584保留三位有效数字则为45.224三、分析结果的表示★有效数字和运算规则（4）有效数字运算规则④对数计算所取对数的小数点后的位数（不包括整数部分）应与原数据的有效数字的位数相等。即有效数字位数与真数位数一致；例如：

lg102=2.00860017保留三位有效数字则为2.009⑤分数、倍数、常数：可视为多位有效数；⑥在乘除运算过程中，首位数为“8”或“9”的数据，有效数字位数可以多取一位；⑦在混合计算中，有效数字的保留以最后一步计算的规则执行；⑧在计算过程中，可暂时多保留一位有效数字；⑨表示分析方法的精密度和准确度时，大多数取1—2位有效数字。25第三节溶液的配制一、辅助试剂溶液的配置1.比例浓度溶液的配制比例浓度分为体积比浓度和质量比浓度两种。

（1）体积比浓度主要用于溶质B和溶剂A都是液体时的场合,用(VB+VA)表示,VB

为溶质B的体积,VA

为溶剂A的体积。例如(1+2)的H2SO4

指的是1个体积的浓硫酸和2个体积水的混合溶液。

（2）质量比浓度主要用于溶质B和溶剂A都是固体的场合,用(mB+mA)表示,mB为溶质B的质量,mA为溶剂A的质量。例如配制(1+100)的钙试剂-NaCl指示剂,即称取1g钙试剂和100gNaCl于研钵中研细、混匀即可。26一、辅助试剂溶液的配置2.质量分数溶液的配制（1）质量分数混合物中B物质的质量mB(g)与混合物的质量m(g)之比称为物质B的质量分数,常用%表示，符号为。在溶液中是溶质B质量mB

与溶液质量m之比，即100g溶液中含有溶质的质量。27一、辅助试剂溶液的配置例1-7配制质量分数为20%的KI溶液100g,应称取KI多少克加水多少克如何配制？解：已知m=lOOg,w(Kl)=20% 则m(Kl)=100×20%=20(g) 溶剂水的质量=100-20=80(g)答:在托盘天平上称取KI20g于烧杯中,用量筒加入80mL蒸馏水,搅拌至溶解,即得质量分数为20%的KI溶液。将溶液转移到试剂棕色瓶(KI见光易分解)中,贴上标签。溶剂水的密度近似为1g/mL,可直接量取80mL。如果溶剂的密度不是1g/mL,需进行换算。28一、辅助试剂溶液的配置例1-8欲配制质量分数为20%的硝酸(=1.115g/mL)溶液500mL,需质量分数为67%的浓硝酸(=1.40g/mL)多少毫升加水多少毫升如何配制解：根据题意需加入水的体积为V2-V1=500-119=381mL答：用量筒量取381mL蒸馏水置于烧杯中，再用量筒量取67%的硝酸119mL，在搅拌下，将硝酸缓缓倒入烧杯中与水混合均匀，转入棕色试剂瓶中，贴上标签。29一、辅助试剂溶液的配置（2）体积分数指溶质B体积VB

与溶液体积V之比。可以用百分数(%)、千分数(‰)、10-6等表示，也可以用小数表示。体积分数多用在液体有机试剂或气体分析中。气体用其体积表示比用其质量表示方便得多。例1-9用无水乙醇配制500mL体积分数为70%的乙醇液,应如何配制 解：所需乙醇体积为 500×70%=350(mL)答:用量筒量取350mL无水乙醇于500mL试剂瓶中，用蒸馏水稀释至500mL,贴上标签。30一、辅助试剂溶液的配置3.质量浓度溶液的配制质量浓度或是组分B的质量与混合物的体积之比。在溶液中是指单位体积溶液中所含溶质的质量,常用单位是g/L、mg/mL和µg/mL。例1-10配制质量浓度为O.1g/L的Cu2+溶液1L应取CuSO4·5H2O多少克如何配制CuSO4·5H2O和Cu的摩尔质量M分别为249.68g/mol和63.54g/mol。解：设称取CuSO4·5H20的质量为m,则答:称取0.4gCuSO4·5H2O置于烧杯中，用少量水溶解，转移至1000mL试剂瓶中，用水稀释至1000mL，摇匀，贴上标签。31二、标准溶液的配置1、直接法直接法配制标准溶液：准确称取一定量的基准物质，经溶解后，定量转移入一定体积容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，根据溶质的质量和容量瓶的体积直接计算溶液的准确浓度。

能用直接法配制标准溶液的物质称为基准物质。基准物质必须符合下列要求:(1)具有足够的纯度，一般要求纯度在99.9％以上；而杂质含量应少于滴定分析所允许的误差限度以下。(2)物质的组成与化学式完全符合。(3)性质稳定。(4)具有较大的摩尔质量，以减少称量时的相对误差。(5)参加滴定反应时，按反应式定量进行，没有副反应。(6)使用条件下易溶于水（或稀酸、稀碱）。32二、标准溶液的配置2、标定法(又称间接法)将试剂先配制成近似浓度的溶液，然后用基准物质或另一种标准溶液来测定它的准确浓度。这种利用基准物质(或已知准确浓度的溶液)来确定标准溶液准确浓度的操作过程称为标定。例如，欲配制浓度为0.lmol/L的盐酸标准滴定溶液，可先量取适量浓盐酸，先配成大约为这个浓度的溶液，然后准确称取一定量的基准物质如碳酸钠，溶解后用配制的盐酸溶液滴定。根据化学计量点时盐酸溶液的用量和碳酸钠的质量，计算出所配制HCl溶液的准确浓度。或者用已知准确浓度的NaOH标准溶液进行标定。这样也可以求出HCl溶液的准确浓度。33第四节滴定分成条件和方法一、滴定分析基本术语

1.滴定分析法滴定分析(Titrationanalysis)又称容量分析。将已知准确浓度的试剂溶液（标准滴定溶液）滴加到待测物质的溶液中，直至所加试剂与待测组分反应达化学计量点时，根据所加试剂的体积和浓度计算出待测组分含量的分析方法。

2．滴定将滴定剂通过滴定管滴加到试样溶液中，与待测组分进行化学反应。达到化学计量点时，根据所需滴定剂的体积和浓度计算待测组分含量的操作。3．滴定剂用于滴定而配制的具有一定浓度的溶液。4．标准（滴定）溶液用标准物质标定或直接配制的已知准确浓度的溶液。34一、滴定分析基本术语

5．化学计量点滴定过程中，待测组分的物质的量和滴定剂的物质的量达到相等的点。

6．指示剂在滴定分析中加入的某种试剂，利用该试剂的颜色突变来判断化学计量点。这种能改变颜色或其他性质的试剂称为指示剂。

7.（滴定）终点滴定时，指示剂改变颜色的那一点称为滴定终点，简称终点。

8．终点误差因滴定终点与化学计量点不完全符合而引起的误差。是滴定分析误差的主要来源之一，其大小决定于化学反应的完全程度和指示剂的选择。还可以用仪器分析法来确定滴定终点。35(1)反应按一定的化学反应式进行，即具有确定的化学计量关系，不发生副反应，这是定量计算的基础。(2)反应必须定量进行，通常要求反应完全程度≥99.9%。(3)反应速率要快。对于速率较慢的反应，可通过加热、增加反应物浓度、加入催化剂等加快反应速率。(4)有适当的方法确定滴定终点。这样的反应可采用直接滴定法。

滴定分析的基本条件二、滴定分析的基本条件和滴定方式36滴定方式

直接滴定法

返滴定法

置换滴定法

间接滴定法

一种标准溶液凡是能满足滴定分析要求的反应都可以用标准（滴定）溶液直接滴定被测物质。

两种标准溶液应用于滴定反应速度慢或无合适的指示剂的滴定反应。

一种试剂，一种标准溶液用于因无定量关系或伴有副反应而无法直接滴定的情况。

一种试剂，一种标准溶液某些待测组分不能直接与滴定剂反应。

二、滴定分析的基本条件和滴定方式37三、滴定分析方法

1．酸碱滴定法此法是以酸碱间的质子传递反应为基础，测定碱和碱性物质或测定酸和酸性物质。其反应实质可表示为：反应实质：H3O++OH-⇌2H2O

（质子传递）H3O+

+A-⇌HA+H2O

2．配位滴定法此法是以生成配位化合物的反应为基础，测定的是金属离子。滴定剂常用乙二胺四乙酸二钠盐（缩写为EDTA）溶液。如：Mg2++Y4-⇌MgY2-(产物为配合物

Ag++2CN-⇌[Ag(CN)2]-

或配合离子)38三、滴定分析方法3．氧化还原滴定法此法以氧化还原反应为基础，测定各种还原性和氧化性物质含量，以及一些能与氧化剂或还原剂起定量反应的物质含量。如用高锰酸钾标准滴定溶液滴定二价铁离子，其反应如下：

Cr2O72-+6Fe2++14H+⇌2Cr3++6Fe3++7H2OI2+2S2O32-⇌2I-+S4O62-

4．沉淀滴定法此法是以生成难溶物质的反应为基础，测定卤化物的含量。滴定剂为硝酸银溶液。

Ag++Cl-⇌AgCl

（白色）39第五节滴定分析计算一、等物质的量反应规则在滴定反应中，参加反应的两种物质之间其物质的量相等。即组分A物质的量nA和组分B物质的量nB相等。此规则称为等物质的量反应规则，这是滴定分析定量计算的基础。滴定度是指每毫升标准滴定溶液相当于待测组分的质量，用T表示，单位g/mL。

例如用K2Cr2O7标准滴定溶液测定铁含量时，TFe2+/K2Cr2O7=0.005238g/mL。表示1mLK2Cr2O7标准滴定溶液可将0.005238gFe2+氧化成Fe3+。如果计算水中铁的含量，只要用滴定度乘以滴定用去的标准滴定溶液体积就可以得到(m＝TV)，计算十分方便。40一、等物质的量反应规则在滴定分析中，为了便于计算分析结果，规定了标准滴定溶液和待测物质选取基本单元的原则：酸碱反应以给出或接受一个H＋的特定组合作为基本单元；氧化还原反应以给出或接受一个电子的特定组合作为基本单元，EDTA配位反应和卤化银沉淀反应通常以参与反应物质的分子或离子作为基本单元。

，表示每升溶液中含有氢氧化钠4.0g，基本单元是氢氧化钠分子。，表示每升溶液中含有硫酸49.04g，基本单元是硫酸分子的二分之一。，表示在酸性介质中，每升溶液含有重铬酸钾4.903g，基本单元是重铬酸钾分子的六分之一。41二、计算实例

例4-1滴定30.00mL氢氧化钠溶液，用去0.1000mol/LHCl标准溶液31.50mL。求该氢氧化钠溶液物质的量浓度和质量浓度？

解：