分析化學(xué)-第一章

分析化學(xué)

AnalyticalChemistry

主講：陳效蘭Tel:130551553191教材武漢大學(xué)中國科技大學(xué)編中山大學(xué)吉林大學(xué)武漢大學(xué)主編第五版高等教育出版社2內(nèi)容與要求課時：48課時（周4課時）

要求：課前預(yù)習(xí)，做好課堂筆記，獨(dú)立完成作業(yè)

成績：平時20%（出勤、態(tài)度、紀(jì)律、作業(yè)等）考試80%3

第1章

分析化學(xué)概論4Pollution5ChemicalAssault

6松花江水污染事件松花江流域圖2005年11月24日從空中拍攝的覆蓋著冰的松花江哈爾濱段7污染元兇：硝基苯（nitrobenzene）淡黃色的油狀液體，有像杏仁油的特殊氣味。熔點(diǎn)5.7℃，沸點(diǎn)210.8℃，相對密度1.2037（20／4℃）。微溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯等。主要用于制取苯胺、聯(lián)苯胺、偶氮苯等。硝基苯毒性較強(qiáng)，吸入大量蒸氣或皮膚大量沾染，可引起急性中毒，使血紅蛋白氧化或絡(luò)合，血液變成深棕褐色，并引起頭痛、惡心、嘔吐等。8

EverydayApplicationsofChemistry9納米科技Nanometer

crystal

Agermaniumcrystalonlyonenanometer(nm)wideisseeninthiscomputergeneratedTheTiniestWiresAnimagefromascanningtunnelingmicroscope(STM)revealsmetallicwiresonlyeighttotenatomswide101.1

分析化學(xué)的任務(wù)與作用分析化學(xué)

—

是發(fā)展和應(yīng)用各種方法、儀器和策略，以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間和時間方面組成和性質(zhì)的信息科學(xué)。歐洲化學(xué)會(FederationofEuropeanChemicalSocieties)AnalyticalChemistry

isascientificdisciplinethatdevelopsandappliesmethods,instrumentsandstrategiestoobtaininformationonthecompositionandnatureofmatterinspaceandtime.AnalyticalChemistry——InformationScience111.1

分析化學(xué)的任務(wù)與作用任務(wù)

—鑒定物質(zhì)的化學(xué)成分:

定性分析—

測定各組分的含量

:

定量分析—表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、形態(tài)、能態(tài)：

結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)象分析、形態(tài)分析、能態(tài)分析—表征物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)的動力學(xué)特征：

動態(tài)分析12

作用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)等方面起著重要作用?，F(xiàn)代分析化學(xué)正在把化學(xué)與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)、精密儀器制造科學(xué)等學(xué)科結(jié)合起來。1.1

分析化學(xué)的任務(wù)與作用科學(xué)技術(shù)的眼睛,是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ)。13分析化學(xué)的分類—

根據(jù)任務(wù)分類：

定性分析Qualitativeanalysis

定量分析Quantitativeanalysis

結(jié)構(gòu)分析Structureanalysis

形態(tài)分析Speicesanalysis

能態(tài)分析Energy-stateanalysis

等等……1.2

分析化學(xué)的分類14—

根據(jù)分析對象分類：

無機(jī)分析

Inorganicanalysis

有機(jī)分析

Organicanalysis

生化分析

Biochemicalanalysis

等等……1.2

分析化學(xué)的分類15—

根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域分類：

藥物分析

Pharmacologicalanalysis

水質(zhì)分析

Wateranalysis

食品分析

Foodanalysis

工業(yè)分析

Industrialanalysis

刑偵分析

Forensicanalysis

臨床分析

Clinicalanalysis

環(huán)境分析

Environmentalanalysis

等等……1.2

分析化學(xué)的分類16—根據(jù)取樣量的多少分類：

常量分析

＞0.1＞10半微量分析

0.01-0.11-10微量分析

0.0001-0.010.01-1超微量分析

＜0.0001＜0.01

方法

試樣質(zhì)量（g）

試液體積（mL)1.2

分析化學(xué)的分類17—根據(jù)任務(wù)分類：

例行分析

Routineanalysis

仲裁分析

Refereeanalysis—根據(jù)測量原理分類：

化學(xué)分析

Chemicalanalysis(常量組分)

重量分析

滴定分析：酸堿、絡(luò)合、氧化還原、沉淀儀器分析

Instrumentalanalysis(微量組分)

光化學(xué)：紫外-可見、紅外、熒光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子發(fā)射、原子吸收電化學(xué)：電位、電導(dǎo)、庫侖、安培、極譜色譜法：柱、紙、薄層、GC、HPLC、CE其他：質(zhì)譜、電子能譜、活化分析、免疫分析181.3

分析化學(xué)發(fā)展簡史與發(fā)展趨勢Chemie（德文）、Chimie（法文）和Chemistry（英文）Alchemy19?Alchemy?

煉丹術(shù)、煉金術(shù)可視為分析化學(xué)的前驅(qū)?；鹪嚱鸱ㄊ且环N古老且迄今仍在使用的貴金屬分析方法。?18世紀(jì)分析化學(xué)的代表人J.J.Berzelius（貝采利烏斯），他創(chuàng)始了重量分析，也是第一位把原子量測得比較精確的化學(xué)家。?19世紀(jì)分析化學(xué)的杰出人物之一是C.R.Fresenius（費(fèi)雷澤紐斯），他于1862年創(chuàng)辦德文的

《分析化學(xué)》雜志。

Anleitungzur

qualitativen

chemischen

Analgse

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quantitativen

chemischen

Analgse東漢彩虹煉丹爐煉丹術(shù)20?容量分析應(yīng)歸功于法國化學(xué)家

J.GayLussac（蓋-呂薩克）。他使用滴定法

–用硫酸滴定草木灰；

–測定漂白粉中的有效氯；

–用氯化鈉滴定硝酸銀。?近代微量分析奠基人是奧地利化學(xué)家

F.Emich（埃米希），他設(shè)計和改進(jìn)微量化學(xué)天平，使其靈敏度達(dá)到微量化學(xué)分析的要求。?奧地利化學(xué)家F.Pregl（普雷格爾）因發(fā)明有機(jī)物的微量分析法而獲1923年諾貝爾化學(xué)獎。?酸堿滴定?氧化還原滴定?沉淀滴定21

公元前3世紀(jì)，阿基米德在解決金冕的純度問題時，即利用了金、銀密度之差。這是無損傷分析的先驅(qū)。

值得記住的幾位“分析化學(xué)家”只要給我一個支點(diǎn)，我就可以移動地球。Archimedes22

1673年波義耳發(fā)表題為《使火與焰穩(wěn)定并可稱重的新實(shí)驗(yàn)》的論文，他認(rèn)為金屬在煅燒后增重是因?yàn)榇嬖诨鹞⒘＃饘?火微?！?gt;金屬灰。RobertBoyle

值得記住的幾位“分析化學(xué)家”

該實(shí)驗(yàn)中，波義耳使用了天平，把定量的手段帶進(jìn)了化學(xué)研究之中。分析化學(xué)這一名稱是波義耳在1680年前后提出的！23拉瓦錫在實(shí)驗(yàn)分析中遵循“必須用天平進(jìn)行精確測定來確定真理”的信條！

值得記住的幾位“分析化學(xué)家”LavoisierFrenchchemistAntoineLavoisierisconsideredthefounderofmodernchemistry.24第一次變革：

20世紀(jì)20-30年代——溶液四大平衡理論的建立

分析化學(xué)由技術(shù)→獨(dú)立的科學(xué)第二次變革：

20世紀(jì)40-60年代——物理方法的發(fā)展

經(jīng)典分析化學(xué)（化學(xué)分析）→現(xiàn)代分析化學(xué)（儀器分析為主）第三次變革：

20世紀(jì)70年代末至今——計算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)代分析化學(xué)能提供組成、結(jié)構(gòu)、含量、分布、形態(tài)等全面信息，為當(dāng)代最富活力的學(xué)科之一！同時，它也正在把化學(xué)與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)、精密儀器制造科學(xué)等學(xué)科結(jié)合起來，發(fā)展成為一門多學(xué)科性的綜合性科學(xué)。?酸與堿?氧化劑與還原劑?中心離子與配體?形成沉淀的軟陰離子和軟陽離子1.3

分析化學(xué)發(fā)展簡史與發(fā)展趨勢25

2003年4月14日，美、英、日、法、德和中國科學(xué)家經(jīng)過13年努力共同完成了人類基因組序列圖。人類基因組計劃是美國科學(xué)家于1985年提出的，旨在闡明人類基因組30億個堿基對的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認(rèn)識自我。該計劃最初預(yù)計要在15年內(nèi)完成，之所以能夠提前完成，主要是由于毛細(xì)管電泳測序儀的發(fā)明。過去最先進(jìn)的凝膠電泳測序儀測定1000個樣品約需8個小時，而毛細(xì)管電泳測序儀只要15分鐘即可完成。

人類基因組計劃26分析化學(xué)已成為21世紀(jì)生命科學(xué)和納米科技發(fā)展的關(guān)鍵

基因組計劃、蛋白組計劃等的實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用人類在分子水平上認(rèn)識世界生態(tài)環(huán)境保護(hù)檢測和發(fā)現(xiàn)污染源早期診斷疾病保證人類健康興奮劑的檢測原子量的準(zhǔn)確測定生命過程的控制工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展27社會科學(xué)、考古學(xué)人類學(xué)和法醫(yī)學(xué)分析化學(xué)化學(xué)學(xué)科的所有分支物理、天體物理、天文和生物物理工程學(xué)、民事、化學(xué)、電以及機(jī)械醫(yī)學(xué)、臨床化學(xué)藥物化學(xué)、藥學(xué)毒物學(xué)生物學(xué)、植物學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)和動物學(xué)地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)和古生物學(xué)環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)和海洋科學(xué)農(nóng)業(yè)、動物科學(xué)農(nóng)作物科學(xué)、食品科學(xué)、園藝學(xué)和土壤科學(xué)材料科學(xué)、冶金學(xué)和高分子科學(xué)等學(xué)科引自美DouglasA.Skoog等著

AnalyticalChemistry2000,7thed.281.4分析化學(xué)參考文獻(xiàn)—叢書、大全和手冊[1]高小霞.分析化學(xué)叢書.北京:科學(xué)出版社.(全書六卷29冊)[2]杭州大學(xué)化學(xué)系分析化學(xué)教研室.分析化學(xué)手冊.第2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.…29[1]R．Kellner等編.李克安,金欽漢等譯.分析化學(xué).北京.北京大學(xué)出版社，2001.[2]彭崇慧,馮建章,張錫瑜等編.定量分析化學(xué)簡明教程.北京.北京大學(xué)出版社，1997.[3]張錫瑜等編著.化學(xué)分析原理，科學(xué)出版社，2000.[4]北京大學(xué)化學(xué)系分析化學(xué)教學(xué)組.基礎(chǔ)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第二版).北京.北京大學(xué)出版社,1998.—參考書30—

期刊雜志[1]分析化學(xué),中國化學(xué)會主辦.1973年創(chuàng)刊.[2]分析測試學(xué)報,中國分析測試學(xué)會主辦.1982年創(chuàng)刊.[3]TheAnalyst(英).1877年創(chuàng)刊.[4]AnalyticalChemistry(美).1929年創(chuàng)刊.…—Internet上的化學(xué)信息311.5

定量分析過程及分析結(jié)果表示123456數(shù)據(jù)分析DataAnalysis樣品制備SamplePreparation樣品采集Sampling

樣品測定SampleAnalysis問題提出FormulationQuestion結(jié)果報告WritingReports目的－獲取分析樣品。要求－所取樣品具有代表性目的－將樣品處理成可直接分析的試液。

要求－待測組分全部轉(zhuǎn)入試液中目的－測定樣品中待測組分的含量。

要求－根據(jù)實(shí)際條件選擇合適的分析方法考慮共存離子干擾及排除方法目的－根據(jù)要求計算并報出樣品中待測組分的相對量要求－所報結(jié)果符合誤差要求322、待測組分含量的表示方法

1、待測組分的化學(xué)表示形式。

表示方法符號適應(yīng)樣品質(zhì)量體積百分?jǐn)?shù)%(m/v)液體體積百分?jǐn)?shù)%(v/v)液體，氣體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%(m/m)固體，液體

如礦石中的鐵，可表示為：Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4等。1.5

定量分析過程及分析結(jié)果表示33

當(dāng)組分含量很低時，還可用mg·L-1、ug·L-1或ppm、ppb等表示。

常用單位及換算關(guān)系為：34一、方法與特點(diǎn)：方法：將滴定劑由滴定管逐滴滴加到被測溶液中，直至反應(yīng)完全，然后根據(jù)滴定劑的濃度和用量來計算被測物質(zhì)含量的方法。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：方法簡單、操作簡便、結(jié)果準(zhǔn)確、分析速度快。缺點(diǎn)：需要標(biāo)準(zhǔn)溶液，不宜測低含量（＜1%）的樣品。1.6

滴定分析法概述滴定管滴定劑被滴定溶液35二、常用名詞解釋：

標(biāo)準(zhǔn)溶液

—已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液。

(standardsolution)滴定劑

—從滴定管中滴下的溶液（多指

(titrant)

標(biāo)準(zhǔn)溶液）。

滴定

—將滴定劑由滴定管滴加到被測（titration）

溶液中的過程。36滴定終點(diǎn)

—利用指示劑或其它方法來指示反應(yīng)

(endpoint)

完全時溶液的狀態(tài)。用下標(biāo)ep表示。如pHep,Vep等。滴定誤差

—滴定終點(diǎn)與化學(xué)計量點(diǎn)不一致所引(titrationerror)

起的誤差。用TE或Et表示?；瘜W(xué)計量點(diǎn)

—理論計算化學(xué)反應(yīng)正好完全(stoichiometricpoint)

時的溶液狀態(tài)。用下標(biāo)SP表示。如pHsp,等。37三、滴定分析的主要方法根據(jù)滴定時所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)類型不同，滴定分析法可以分為以下4種方法：1、酸堿滴定法－以酸堿中和反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。2、絡(luò)合滴定法－以絡(luò)合反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法?？蓽y定具有酸、堿性的各種化合物?？蓽y多種金屬離子及其化合物。383、氧化還原滴定法－以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。

可測定Ag+,Cl-,Br-,I-,SCN-和CN-離子。4、沉淀滴定法－以沉淀反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。

可測定具有還原性或氧化性的物質(zhì)。39四、滴定分析法對化學(xué)反應(yīng)的要求：反應(yīng)要完全。即反應(yīng)能定量進(jìn)行，完成程度達(dá)

99.9%以上。

2.反應(yīng)要迅速。即反應(yīng)能在瞬間完成，對于慢反應(yīng)要有適當(dāng)方法（加熱、催化劑）加快反應(yīng)的進(jìn)行。

3.反應(yīng)要定量。即反應(yīng)按一定的反應(yīng)方程式進(jìn)行,有確定的化學(xué)計量關(guān)系。

4.有適當(dāng)可行的方法指示滴定終點(diǎn)。如指示劑等。

40直接滴定－用標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定被測物質(zhì)。

凡能滿足滴定分析對化學(xué)反應(yīng)的要求的反應(yīng)，可采用直接滴定。這是滴定分析中最常用的滴定方式。

五、滴定分析中常用的滴定方式：2.返滴定－先在試液中定量加入過量的Ａ標(biāo)準(zhǔn)溶液，待反應(yīng)完成后，再用另一種B標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的Ａ標(biāo)準(zhǔn)溶液。

返滴定又叫剩余滴定。它適用于某些反應(yīng)速度慢、有副反應(yīng)或直接滴定時沒有合適指示劑的反應(yīng)。41先加ＶmLHCl標(biāo)準(zhǔn)溶液:

CaCO3+2HCl(過量）=CaCl2+CO2↑+H2O

再用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余HCl:

NaOH+HCl（剩余）=NaCl+H2O例如CaCO3的測定：423.置換滴定－先用適當(dāng)試劑與待測物質(zhì)（x）反應(yīng)，使之定量地置換出另一種物質(zhì)（y），再用標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定這種y物質(zhì)的方法。例如用Na2S2O3

滴定K2Cr2O7：可先在K2Cr2O7的酸性溶液中加入過量KI，使之定量地置換出I2，再用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定置換出的I2，有關(guān)的反應(yīng)為：

K2Cr2O7+６I-+14H+＝2Cr3++3I2+7H2O2S2O32-+I2=S4O62-+2I-434.間接滴定－先將待測組分x與另一種可用A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定的物質(zhì)B作用、分離、溶解后,再用A標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定之。例如Ca2+的測定：

Ca2+(x)＋C2O42-(B)=CaC2O4↓CaC2O4+H2SO4=CaSO4+H2C2O4

2MnO4-(A)+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O44六、標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的表示：物質(zhì)的量濃度（Ｃ）—每升溶液中所含某溶質(zhì)的量。簡稱濃度，用符號Ｃ表示，其單位為mol·L-1。注意①物質(zhì)的量濃度過去稱為“體積摩爾濃度”或“摩爾濃度”，現(xiàn)已廢除。②

表示物質(zhì)的量濃度時，一般須指明基本單元，因?yàn)閷τ谕晃镔|(zhì)選擇的基本單元不同，其摩爾質(zhì)量不同，濃度亦不同。45例如：0.1mol·L-1的H2SO4溶液，可表示為：由此可得出它們之間的關(guān)系：其通式為：462.滴定度（Ｔ）—每毫升標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于被測

物質(zhì)的質(zhì)量（克或毫克）。以例如：

每消耗1毫升HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液，就有0.004010克NaOH參與了反應(yīng)。若消耗HCl

的體積為

V，則參與反應(yīng)的NaOH的質(zhì)量m為：m=T×V。則表示：

表示。其

中M1是被測物質(zhì)的分子式，M2是標(biāo)準(zhǔn)溶液中物質(zhì)的分子式473、C與T的換算關(guān)系：設(shè)滴定反應(yīng)為：aA+bB=cC+dD48七、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定

在化學(xué)試驗(yàn)或測定中所用到的并具有一定純度的化學(xué)藥品叫化學(xué)試劑，簡稱試劑。1、試劑與基準(zhǔn)試劑級別1級2級3級生化試劑中文名優(yōu)級純

分析純

化學(xué)純英文標(biāo)志GR

AR

CP

BR標(biāo)簽顏色綠

紅

藍(lán)

咖啡色49作為基準(zhǔn)試劑的條件性質(zhì)穩(wěn)定

干燥時不分解，稱重時不吸潮。

純度高要求其純度在99.9%以上。

組成與化學(xué)式相符若含結(jié)晶水也應(yīng)相符。反應(yīng)能定量進(jìn)行

即反應(yīng)不能有副反應(yīng)。

能夠直接用來配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的試劑叫基準(zhǔn)試劑，或叫基準(zhǔn)物質(zhì)。502、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法：①直接配制法方法：直接用基準(zhǔn)試劑配制并計算出準(zhǔn)確濃度。特點(diǎn)：

簡單、準(zhǔn)確、溶液一經(jīng)配好就可使用。②間接配制法方法：先配成近似所需濃度，然后標(biāo)定其準(zhǔn)確濃度。標(biāo)定方法用基準(zhǔn)試劑標(biāo)定。特點(diǎn)是準(zhǔn)確、可信。用比較法標(biāo)定。特點(diǎn)是簡單、方便。51常用滴定分析儀器容量瓶吸量管錐形瓶移液管酸式滴定管燒杯量筒容量儀器521、滴定劑與被滴物質(zhì)之間的計量關(guān)系。八、滴定分析中的有關(guān)計算設(shè)滴定反應(yīng)為：tT+bB=cC+dD

則滴定劑T的物質(zhì)的量nT與被滴物質(zhì)的物質(zhì)的量nB之