分析化學(xué)第五版第01章

1、1武漢大學(xué)主編武漢大學(xué)主編第五版第五版2 分析化學(xué)是人們用以解剖和認(rèn)識自然的重要手分析化學(xué)是人們用以解剖和認(rèn)識自然的重要手段，分析化學(xué)課不僅傳授有關(guān)的知識，還是一門培養(yǎng)段，分析化學(xué)課不僅傳授有關(guān)的知識，還是一門培養(yǎng)學(xué)生運用化學(xué)觀點來學(xué)生運用化學(xué)觀點來分析和處理問題分析和處理問題能力的課程。能力的課程。 分析化學(xué)工作者的能力應(yīng)包括：分析化學(xué)工作者的能力應(yīng)包括：實驗動手能力實驗動手能力、觀察能力、觀察能力、查閱文獻資料的能力、查閱文獻資料的能力、記憶能力記憶能力、思維能思維能力、力、想象能力和表達等七種能力想象能力和表達等七種能力。3分析化學(xué)的定義、任務(wù)和作用分析化學(xué)的定義、任務(wù)和作用分析化學(xué)的分

2、類分析化學(xué)的分類分析化學(xué)發(fā)展概述分析化學(xué)發(fā)展概述分析過程和分析結(jié)果的表示分析過程和分析結(jié)果的表示滴定分析概述滴定分析概述第一章第一章 概論概論 Analytical chemistry is a science of measurement and characterization. Extracted from:Laitinen HA, Anal. Chem. 1980,52:605A1 1 分析化學(xué)的定義分析化學(xué)的定義1.1 1.1 分析化學(xué)的定義、任務(wù)和作用分析化學(xué)的定義、任務(wù)和作用 Analytical chemistry is a science of instrumentation

3、 and measurements. Extracted from: Hieftje GM, Anal. Chem. 2000,72(9):309A Analytical chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instrumentation and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time.Extracted from:Kellner R, Merme

4、t JM, Otto M, et al. Analytical Chemistry, Weinheim, Wiley-Vch, 1998中譯本中譯本,分析化學(xué)分析化學(xué),李克安李克安,金欽漢譯金欽漢譯,北京北京:北大出版社北大出版社,20017定義：定義：分析化學(xué)（分析化學(xué)（analytical chemistryanalytical chemistry）是發(fā)展）是發(fā)展和應(yīng)用和應(yīng)用各種理論、方法、儀器和策略各種理論、方法、儀器和策略以獲取有關(guān)物以獲取有關(guān)物質(zhì)在質(zhì)在相對時空內(nèi)的組成和性質(zhì)相對時空內(nèi)的組成和性質(zhì)的信息的一門科學(xué)，的信息的一門科學(xué)，又被稱為分析科學(xué)。又被稱為分析科學(xué)。 “現(xiàn)代化學(xué)之母現(xiàn)

5、代化學(xué)之母”8分析化學(xué)是研究分析方法的科學(xué)，一個完整具體的分析化學(xué)是研究分析方法的科學(xué)，一個完整具體的分析方法包括分析方法包括測定方法測定方法和和測定對象測定對象兩部分兩部分分析化學(xué)三要素分析化學(xué)三要素理論、方法與對象理論、方法與對象反映了科學(xué)、技術(shù)和生產(chǎn)之間的關(guān)系反映了科學(xué)、技術(shù)和生產(chǎn)之間的關(guān)系高校和科研單位、儀器制造部門和生產(chǎn)單位的合作高校和科研單位、儀器制造部門和生產(chǎn)單位的合作反映了分析化學(xué)三要素之間的關(guān)系反映了分析化學(xué)三要素之間的關(guān)系9分析化學(xué)的任務(wù)分析化學(xué)的任務(wù)測定各組成測定各組成含量含量表征物質(zhì)的表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)確定物質(zhì)的確定物質(zhì)的化學(xué)組成化學(xué)組成結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析定量分析

6、定量分析定性分析定性分析2.任務(wù)：任務(wù)：10u分析化學(xué)在國民經(jīng)濟建設(shè)中的作用：分析化學(xué)在國民經(jīng)濟建設(shè)中的作用：在解決人類面臨的在解決人類面臨的“五大危機五大危機”,環(huán)境中的五大全球性問題環(huán)境中的五大全球性問題,工工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)等方面，無一不依賴分析化學(xué)的配合。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)等方面，無一不依賴分析化學(xué)的配合。3.作用：作用：u分析化學(xué)在科學(xué)研究中的作用：分析化學(xué)在科學(xué)研究中的作用：是研究是研究物質(zhì)及其變化物質(zhì)及其變化的重要方法之一；的重要方法之一；在在化學(xué)學(xué)科本身化學(xué)學(xué)科本身的發(fā)展上；的發(fā)展上；在在與化學(xué)有關(guān)的各科學(xué)領(lǐng)域與化學(xué)有關(guān)的各科學(xué)領(lǐng)域中，如材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、資源中，如材料科學(xué)

7、、環(huán)境科學(xué)、資源科學(xué)、生命科學(xué)、礦物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)及其他科學(xué)、生命科學(xué)、礦物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)及其他科學(xué)技術(shù)，凡涉及化學(xué)現(xiàn)象，在其研究過程中必用到分析化學(xué)科學(xué)技術(shù)，凡涉及化學(xué)現(xiàn)象，在其研究過程中必用到分析化學(xué)113.作用：作用： 著名的日本化學(xué)家、著名的日本化學(xué)家、19911991年年IUPACIUPAC會議主席會議主席NIKINIKI教授說過：教授說過：“未來的未來的2121世紀(jì)是光明或黑暗，取決于人類在世紀(jì)是光明或黑暗，取決于人類在能源與資源科學(xué)、能源與資源科學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)和生命科學(xué)材料科學(xué)、信息科學(xué)和生命科學(xué)四大領(lǐng)域的進步，而取得這些領(lǐng)四大領(lǐng)域的進步，

8、而取得這些領(lǐng)域進步的關(guān)鍵問題的解決，域進步的關(guān)鍵問題的解決，主要依賴分析科學(xué)。主要依賴分析科學(xué)?！狈治龌瘜W(xué)是研究分析方法的科學(xué)或?qū)W科分析化學(xué)是研究分析方法的科學(xué)或?qū)W科 是化學(xué)的一個分支是化學(xué)的一個分支 是一門人們賴以獲得物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和是一門人們賴以獲得物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和 形態(tài)的信息的科學(xué)形態(tài)的信息的科學(xué) 是科學(xué)技術(shù)的眼睛、尖兵、偵察員，是是科學(xué)技術(shù)的眼睛、尖兵、偵察員，是進行科學(xué)研究的基礎(chǔ)學(xué)科進行科學(xué)研究的基礎(chǔ)學(xué)科13劃分的依據(jù)不同，種類不同劃分的依據(jù)不同，種類不同1.2 1.2 分析化學(xué)的分類與選擇分析化學(xué)的分類與選擇分析任務(wù)分析任務(wù)定性分析定性分析 定量分析定量分析結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析鑒定物質(zhì)

9、的組成鑒定物質(zhì)的組成（元素、原子團、化合物）（元素、原子團、化合物）是什么是什么測定物質(zhì)中有關(guān)成份的含量測定物質(zhì)中有關(guān)成份的含量有多少有多少研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或晶研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或晶體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)結(jié)合方式結(jié)合方式 (qualitative analysis)(quantitative analysis) (structure analysis)14分析對象分析對象無機分析無機分析 有機分析有機分析生物分析生物分析對象是無機物對象是無機物鑒定物質(zhì)的組成，測定組分鑒定物質(zhì)的組成，測定組分的含量的含量 分析官能團，結(jié)構(gòu)分析官能團，結(jié)構(gòu)環(huán)境分析環(huán)境分析153.按測定原理分類按測定原理分類(1)化學(xué)分析

10、化學(xué)分析(Chemical Analysis) ：又稱經(jīng)典分析，以物質(zhì)的化又稱經(jīng)典分析，以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)及其計量關(guān)系為基礎(chǔ)的分析方法。借助于常規(guī)的玻璃儀學(xué)反應(yīng)及其計量關(guān)系為基礎(chǔ)的分析方法。借助于常規(guī)的玻璃儀器進行分析，包括器進行分析，包括重量分析法重量分析法和和滴定分析法滴定分析法，這是，這是本課程研究本課程研究的重點的重點(2)儀器分析儀器分析(Instrumental Analysis) ：以物質(zhì)的物理和物理化以物質(zhì)的物理和物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法。使用特殊的儀器設(shè)備，通常稱為儀學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法。使用特殊的儀器設(shè)備，通常稱為儀器分析法器分析法化學(xué)分析是儀器分析的基礎(chǔ)，二者互為補充

11、化學(xué)分析是儀器分析的基礎(chǔ)，二者互為補充測測定定原原理理化化學(xué)學(xué)分分析析儀儀器器分分析析酸堿滴定酸堿滴定配位滴定配位滴定氧化還原滴定氧化還原滴定沉淀滴定沉淀滴定電化學(xué)分析電化學(xué)分析光化學(xué)分析光化學(xué)分析色譜分析色譜分析其他其他重量分析重量分析滴定分析滴定分析電導(dǎo)、電位、電解、庫侖電導(dǎo)、電位、電解、庫侖極譜、伏安極譜、伏安發(fā)射、吸收，熒光、光度發(fā)射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨氣相、液相、離子、超臨界、薄層、界、薄層、核磁、質(zhì)譜、核磁、質(zhì)譜、毛細管電泳毛細管電泳174.4.按所需試樣量分類按所需試樣量分類 試樣質(zhì)量試樣質(zhì)量 試液體積試液體積 常量分析常量分析 0.1g 10mL 半微量分析

12、半微量分析 0.010.1g 110mL 微量分析微量分析 0.110mg 0.011mL超微量分析超微量分析 0.1mg 1%)1%)一般采用化學(xué)分析法一般采用化學(xué)分析法微量成分測定微量成分測定( (質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%0.01% 1%) 1%) 痕量成分測定痕量成分測定( (質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%)99.9）3）性質(zhì)穩(wěn)定）性質(zhì)穩(wěn)定4）摩爾質(zhì)量大）摩爾質(zhì)量大5）參加滴定反應(yīng)時按反應(yīng)式定量進行，沒有副反應(yīng)）參加滴定反應(yīng)時按反應(yīng)式定量進行，沒有副反應(yīng)1.7 基準(zhǔn)物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)溶液基準(zhǔn)物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)溶液463 3、常用基準(zhǔn)物質(zhì)、常用基準(zhǔn)物質(zhì) 純金屬和純化合物：純金屬和純化合物：Zn、Al、Fe、

13、Ni、Na2CO3、鄰苯二甲酸氫鉀（鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4）、）、CaCO3、K2Cr2O7、NaCl等等1.7 基準(zhǔn)物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)溶液基準(zhǔn)物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)溶液47 基準(zhǔn)物質(zhì)基準(zhǔn)物質(zhì)干燥條件干燥條件標(biāo)定對象標(biāo)定對象NaNa2 2COCO3 3270270300300酸，如酸，如HClHCl硼砂硼砂放在裝有放在裝有NaClNaCl和蔗糖飽和和蔗糖飽和溶液的密閉器皿中溶液的密閉器皿中酸，如酸，如HClHCl KHCKHC8 8H H4 4O O4 4110110120120堿，如堿，如NaOHNaOH H H2 2C C2 2O O4 42H2H2 2O O室溫空氣干燥室溫空氣干燥堿或堿或KMnO

14、KMnO4 4 ZnZn室溫干燥器中保存室溫干燥器中保存 EDTAEDTA CaCOCaCO3 3110110 EDTAEDTA K K2 2CrCr2 2O O7 7 140 140150150還原劑，如還原劑，如NaNa2 2S S2 2O O3 3 NaNa2 2C C2 2O O4 4 130 130氧化劑，如氧化劑，如KMnOKMnO4 4 AsAs2 2O O3 3室溫干燥器中保存室溫干燥器中保存氧化劑，如氧化劑，如I I2 2 NaClNaCl 500 500600600 AgNOAgNO3 3484 4、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定1 1）直接法）直接法 準(zhǔn)確稱取

15、一定量基準(zhǔn)物質(zhì)，溶解后配成一定體積準(zhǔn)確稱取一定量基準(zhǔn)物質(zhì)，溶解后配成一定體積的溶液，計算其準(zhǔn)確濃度的溶液，計算其準(zhǔn)確濃度重鉻酸鉀重鉻酸鉀例如：配例如：配K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)溶液已知已知M=294.2，稱取，稱取m=1.226 g，定容至，定容至250.0 mL，得到濃度為，得到濃度為0.01667mol/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)溶液K2Cr2O7 。cB=nB/V=mB/(MBV) 492 2）標(biāo)定法）標(biāo)定法 NaOH、HCl、EDTA、KMnO4、I3-A.A.粗配粗配 近似濃度的溶液近似濃度的溶液B.B.標(biāo)定標(biāo)定 基準(zhǔn)物質(zhì)或已知準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液基準(zhǔn)物質(zhì)或已知準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液例如：例如：

16、 0.1mol/LHCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：市售市售HCl：質(zhì)量分?jǐn)?shù)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%，密度，密度1.19gmL-1，濃度約為，濃度約為12 mol L-1量取濃鹽酸約量取濃鹽酸約9mL，用蒸餾水稀釋至，用蒸餾水稀釋至1升，得到濃度大約為升，得到濃度大約為0.1mol/LHCl稀溶液，然后稱取一定量的基準(zhǔn)物質(zhì)或用已知準(zhǔn)確稀溶液，然后稱取一定量的基準(zhǔn)物質(zhì)或用已知準(zhǔn)確濃度濃度NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的進行標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的進行標(biāo)定50例：為標(biāo)定例：為標(biāo)定HCl溶液，稱取硼砂（溶液，稱取硼砂（ Na2B4O7 10H2O ）0.4710 g，用，用HCl溶液滴定至化學(xué)計量點，消耗溶液滴定至化學(xué)計量點，

17、消耗24.20 mL，求，求HCl溶液的濃度溶液的濃度2 HCl + Na2B4O7 + 5H2O = 2NaCl + 4H3BO3(分子量分子量Na2B4O7 10H2O: 381.37)bBtT=aAcB=b/t cTVT/VB =bmT/tMT VB511 1、標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的表示方法、標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的表示方法1 1）物質(zhì)的量濃度）物質(zhì)的量濃度NaOHHCl4221SOH451KMnO72261OCrK)(BcbaBabc 單位：單位：mol/L； mmol/LnB的大小取決于物質(zhì)的的大小取決于物質(zhì)的基本單元的基本單元的選擇，常根據(jù)物選擇，常根據(jù)物質(zhì)在反應(yīng)中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移數(shù)，電子得失數(shù)和反應(yīng)的計

18、質(zhì)在反應(yīng)中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移數(shù)，電子得失數(shù)和反應(yīng)的計量關(guān)系確定基本單元。量關(guān)系確定基本單元。如如1.8 滴定分析中的計算滴定分析中的計算 52對同一溶液，選取不同基本單元時，其濃度不同。對同一溶液，選取不同基本單元時，其濃度不同。如每升溶液中含有如每升溶液中含有1mol H2SO4時，其濃度可以表示為：時，其濃度可以表示為：C(H2SO4)= 1mol/L，C (1/2H2SO4)= 2mol/L = 2 C(H2SO4)其通式為：其通式為： 表示滴定劑待測物/T2)滴定度（滴定度（T） 每毫升滴定劑相當(dāng)于被測物質(zhì)的質(zhì)量（克或毫克）每毫升滴定劑相當(dāng)于被測物質(zhì)的質(zhì)量（克或毫克）用用OHFeCrHFeOC

19、r2332277621462531/005000.0722mLgTOCrKFegmLmLgVTmOCrKFeFe1075.050.21005000.01/722若每毫升若每毫升K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溶液恰好能與溶液恰好能與0.005000g Fe2+反反應(yīng)，可表示為應(yīng)，可表示為若滴定中消耗若滴定中消耗K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)溶液溶液21.5021.50mLmL，則被滴定則被滴定的的 Fe2+的質(zhì)量為：的質(zhì)量為：gmLmLgVTmOCrKFeFe000.51000005000.01/722541/005000.0722mLgTOCrKFeFeFeFeMmn/滴定度與物質(zhì)的量濃度的換算滴定度與物質(zhì)的

20、量濃度的換算已知已知TFe/K2Cr2O70.00500g/mL,求求K2Cr2O7物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度6/722FeOCrKnn6110001/722722FeOCrKFeOCrKMLmlTc43327222361OFeOFeFeOCrK55計算計算0.02000mol/L K2Cr2O7溶液對溶液對Fe和和Fe2O3及及Fe3O4的滴定度的滴定度3/106722722FeOCrKOCrkFeMcT13006702. 010685.5502000. 0mLg43327222361OFeOFeFeOCrK3/1033272272232OFeOCrKOCrkOFeMcT3/102437227

21、2243OFeOCrKOCrkOFeMcTdDcCbBtT562、滴定劑與被滴物質(zhì)之間的計量關(guān)系、滴定劑與被滴物質(zhì)之間的計量關(guān)系1）根據(jù)滴定反應(yīng)中）根據(jù)滴定反應(yīng)中T T與與B B的化學(xué)計量數(shù)比求出的化學(xué)計量數(shù)比求出 TBntbnOHCOMnHOCMnO22224 2481021652b/t b/t 或或t/b t/b 稱為化學(xué)計量數(shù)比稱為化學(xué)計量數(shù)比422452OCHKMnOnn)21()51(4224OCHnKMnOn572）根據(jù)等物質(zhì)的量規(guī)則進行計算）根據(jù)等物質(zhì)的量規(guī)則進行計算 在滴定反應(yīng)中，到達化學(xué)計量點時，在滴定反應(yīng)中，到達化學(xué)計量點時，基本單元的基本單元的物質(zhì)的量相等物質(zhì)的量相等對上

22、述反應(yīng)，根據(jù)等物質(zhì)的量原則：對上述反應(yīng)，根據(jù)等物質(zhì)的量原則：)(52)()(2)(542244224OCHnKMnOnOCHnKMnOn)()( 6322722OSNanOCrKn422452OCHKMnOnn583）涉及多個反應(yīng)，先找出反應(yīng)的相關(guān)關(guān)系，再確定計）涉及多個反應(yīng)，先找出反應(yīng)的相關(guān)關(guān)系，再確定計量關(guān)系量關(guān)系 如如K2Cr2O7標(biāo)定標(biāo)定Na2S2O3溶液的濃度時，涉及兩個反溶液的濃度時，涉及兩個反應(yīng)，分別為：應(yīng)，分別為：264232222OSIOSIVncBB)(61)(322722OSNanOCrKn22 722 2 33I 6N aKC rOSO 22422HCOHO594要求在

23、滴定時消耗要求在滴定時消耗0.2 mol/L NaOH溶液溶液2530mL。問應(yīng)稱。問應(yīng)稱取基準(zhǔn)試劑鄰苯二甲酸氫鉀取基準(zhǔn)試劑鄰苯二甲酸氫鉀(KHC8H4O4)多少克？如果改用多少克？如果改用8 4 4:1 :1N a O H K H CHOnn作基準(zhǔn)物質(zhì)，又應(yīng)稱取多少克？作基準(zhǔn)物質(zhì)，又應(yīng)稱取多少克？1110.2/0.025204.22 /1.0mnM cVMmol LLg molg2220.2/0.030204.22 /1.2mn McV Mmol LLg molg22422:2:1NaOHH C OH Onn1111210.2/0.025126.07/0.32mn McV Mm olLLgm olg2221210.2/0.030126.07 /0.42mn McV Mmol LLg molg2242S S O HS O K O H應(yīng)稱取應(yīng)稱取1.01.2g應(yīng)稱取應(yīng)稱取0.30.4g解：解：606含含S有機試樣有機試樣0.471 g，在氧氣中燃燒，使，在氧氣中燃燒，使S氧化為氧化為SO2，用預(yù)中，用預(yù)中和過的和過的H2O2將將SO2吸收，全部轉(zhuǎn)化為吸收，全部轉(zhuǎn)化為H2SO4，以，以0.108 mol/L KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至化學(xué)計量點，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至化學(xué)計量點，消耗28.2 mL。求試樣中。求試樣中S的質(zhì)量分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。數(shù)。0100%10. 108/0. 0