分析化学实验须知.doc

分析化学实验须知分析化学目的就是准确测定物质含量，是定量实验，因此在实验中一切操作和计算都要围绕“量”的概念进行，这和无机化学中很多定性的反应不同，这一观念首先要转变过来。比如称重，在无机化学中用托盘天平，精度只有0.1 g，实际上是粗略的重量，在分析化学中称取准确质量采用的是分析天平，精度达到0.1 mg，相差1000倍；再比如在无机化学中，量取溶液用的量筒，精度只有0.1 mL，这在分析化学中是不行的。分析化学中准确量取体积的容器主要有三种，即滴定管、移液管和容量瓶，它们的精度都达到0.01 mL，比如移液管的读数，23.10 mL，不能记为23.1 mL，因为作为数据，它们的精度是不同的，前者表示数据在23.09524.104 mL之间，后者在23.0523.14 mL之间，差别很大。有了准确的质量和体积，溶液的浓度也就准确了，一般达到分析化学上要求的准确数据，是指至少具有四位有效数字的数据。分析化学对于结果准确度要求也是非常高的，一般要求误差小于0.10.2 %，也就是说如果准确的滴定结果是25.00 mL，那么在24.9525.05 mL之间才达到要求（以0.2 %计），也就是只允许比准确值多一滴或者少一滴（一滴以0.05 mL计），所以为什么要求在滴定时候一定要一滴一滴地进行，而不能急躁盲目加快滴定速度，这样一不小心误差就会是0.5 %、2 %甚至更高！有的同学觉得一滴一滴的进行滴定，这样速度可能比较慢。我们这里做一个简单计算，假设一分种能滴30滴，则20 mL溶液需要十五分钟左右才能滴定完成，但是数据精确度高，三个平行实验一个小时就能结束。如果滴定速度过快，待发现变色后可能已经过量很多滴，误差就大了，这样就一次又一次反复操作，欲速则不达。当然具体滴定过程中，有经验的同学往往会做到又快又好，首先是熟悉指示剂的变色规律，往往在接近终点时候，在溶液滴入的地方局部变色，摇晃后褪去，当褪去越来越慢时，也就是终点逼近的时候，这时候一定要一滴一滴进行，前面则可以适当加快；还有一种方法是试滴，第一次不要求得到数据，快速滴定以掌握大致的变色体积，后面再先快后慢。由于在实验中往往不知道准确值，可以用相对平均偏差来衡量数据的精密度，精密度是保证准确度的前提。一般滴定要求至少有3次数据（个别情况下只有两次数据的，则计算相对差值），由于是平行实验，所以理论上结果应该是完全一致的，但由于偶然误差，会造成数据有微小差别，这个差别越小，代表测量过程操作越精确，滴定结果越可信，一般要求相对平均偏差小于0.2 %（比如结果是19.94，20.00，20.06，相对平均偏差就为0.2 %）。第一次进行分析滴定操作，不大可能马上就能到达要求，通过不断的训练，偏差会越来越小，最后同学们都可以达到这一要求，这也是体现了分析化学实验对同学们的锻炼，就是培养认真细致的科学态度。滴定的主要器具是酸碱滴定管。酸式滴定管主要通过玻璃旋塞的位置控制滴定速度，为什么有的同学最后失败，不是不知道要一滴一滴，而是控制不好一滴一滴，前面滴快了，后面收不住，因此在前面不要一味求快，可以训练调控滴定速度，达到收放自如的程度！酸式滴定管容易漏水，取下旋塞，擦干，涂抹凡士林，切忌堵塞中孔！碱式滴定管，下端是乳胶管，中有玻璃珠，捏乳胶管产生缝隙。加溶液时，一定要从蝴蝶夹上取下滴定管，直接用试剂瓶加，不能借助其他工具。滴定开始的体积要在起点附近，保证每次起始或终点位置接近，避免滴定管刻度系统误差。读数时也要取下滴定管，用手持上端，滴定管下垂，视线与液面低处平齐，如是深色溶液，也可于上缘平齐。滴定时，将滴定管位置放正夹牢，靠近身体，左手控制滴定管，右手提起锥形瓶23公分，使得滴定管尖嘴伸入瓶口1公分，右手用腕力以滴定管为中心匀速圆周摇动。分析化学的实验报告，要求数据记录规范，有效数字不能随意增减，计算公式要列出，注意有效数字运算法则。平行实验一定要计算相对平均偏差（或相对差值），达不到要求必须重做！分析化学实验对操作的要求很高，可以说是处处要注意，时时要小心，还有很多的注意事项和基本操作在这里没有说到，需要在具体实验的过程中体会、掌握、熟悉、提高，具体内容请见第12页分析化学基本操作。附个人器具清单：实验中不得相互混用，破损及时向老师汇报！实验结束后清洗干净收入柜中（编号器具除外）1 L试剂瓶8个（给不同班级同学用，千万不能将有溶液的试剂瓶倒掉溶液自用）烧杯：400 mL 2个，250 mL 2个，100 mL 2个量筒：100 mL 1个，25 mL 1个锥形瓶：250 mL 3个，碘量瓶：250 mL 2个（有磨口玻璃塞，不得作为普通锥形瓶使用！）洗瓶1个，洗耳球1个，玻璃棒2根，滴管2支，表面皿2个，漏斗1个酸碱滴定管各1（编号，平时置于蝴蝶夹上）25.00 mL移液管1只（编号，集中放置于移液管架上）容量瓶：250 mL 2只（编号，放置于桌面上）实验1 盐酸标准溶液的配制和标定（第84页）准备器具：酸碱滴定管各一（编号），1L试剂瓶，250mL锥形瓶3只（编号），量筒准备药品：无水碳酸钠基准物质（经280干燥1h），甲基橙指示剂（0.1 % 水溶液），1:1盐酸（6 molL-1）一、 实验目的（1）了解配制标准溶液的方法：直接法和间接法。（2）学习滴定基本操作，熟悉甲基橙指示剂的使用和滴定终点的确定。（3）学习分析天平的减量法操作，掌握用基准物质标定标准溶液浓度的方法。二、 实验原理酸碱滴定利用的是酸碱反应的定量计量关系，来对未知酸或碱的浓度进行测定。参与反应的其中一方为浓度已知的标准溶液，另外一方则是待测溶液。为了达到滴定准确，首先要求反应完全，参与反应的酸（碱）至少有一种是强酸（强碱），这也是为什么常用盐酸或氢氧化钠溶液作为标准溶液的原因；其次还要选择合适的指示剂来指示滴定终点，在滴定中对指示剂的变色判断是滴定准确的关键点。标准溶液的获得有直接配制和间接配制两种方法，像盐酸和氢氧化钠溶液，只能先配置粗略的浓度，然后用基准物质进行标定后，才能得到准确的浓度成为标准溶液。标定氢氧化钠常用的基准物质是邻苯二甲酸氢钾或二水草酸，标定盐酸常用的基准物质是无水碳酸钠或硼砂。以无水碳酸钠标定盐酸为例，发生的酸碱中和反应是：Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl +H2CO3首先准确称取一定质量的无水碳酸钠，用待标定盐酸溶液进行滴定，反应终点溶液为弱酸性（pH约3.9），用甲基橙（变色范围3.34.4）作为指示剂指示终点误差较小，如果用酚酞作指示剂则误差可达50 %。根据盐酸的滴定体积、无水碳酸钠的称量质量就可以计算出盐酸的准确浓度。为了减少偶然误差，一般要求至少平行测定三次，所得数据越接近越好，可以用相对平均偏差（如果只有两个次数据，则可以用相对差值）来判断数据的精密度，一般小于0.2 %是比较理想的数据。如果没有达到要求，则应重复滴定，替换明显偏离均值的数据，直至达到所要求的标准为止。作为滴定分析的首次实验需熟悉相关基本操作，包括酸碱滴定管的使用（加液、铬酸洗液清洗、堵塞和漏液的处理、读数），滴定终点的判断，分析天平的使用与减量法。详细内容参见书本第12页滴定分析基本操作。三、实验内容（1）0.20 molL-1盐酸的配制。量筒取1：1盐酸（约6 molL-1 ）34 mL倒入已盛有500 mL蒸馏水1L试剂瓶，再加水稀释体积为1L，摇匀备用。此时盐酸浓度约为0.20 molL-1，将试剂瓶贴上标签，写上班级姓名学号，实验结束后在教师指定地点放置，下次实验再用，千万不要倒掉！（2）0.20 molL-1盐酸溶液的标定（无水碳酸钠作为基准物质）。准备3只250 mL锥形瓶，用蒸馏水洗净，带上记录本和笔去天平室。用减量法准确称取无水碳酸钠3份，每份在0.30 g（M=105.99，消耗0.20 molL-1盐酸约28 mL）左右，记录准确质量。每份碳酸钠加水50 mL溶解，加12滴甲基橙指示剂，用待标定盐酸滴定至溶液由黄色变为橙色。（3）数据测定要求平行测定至少三次，分别计算盐酸浓度。因为是第一次实验，精密度标准可以放宽一些，要求所得盐酸浓度相对平均偏差小于 0.4 %。如达不到要求，则需重新称量碳酸钠，直至滴定数据满足上述标准为止。最后根据达到要求的三组数据，计算盐酸溶液的平均浓度，即为所配盐酸标准溶液的浓度。注：方框文字是与书本内容相比有变化的地方，请特别注意！第1组第2组第3组mNa2CO3/ gVHCl / mLmNa2CO3/ gVHCl / mLmNa2CO3/ gVHCl / mL附记录表格：实验2 混合碱液中各组分含量的测定（95页）准备器具：酸式滴定管（编号），25 mL移液管，250 mL容量瓶（编号），250mL锥形瓶3只（编号）准备药品：四组混合碱试样（NaOH约1.5 molL-1，Na2CO3约0.3 molL-1），甲基橙指示剂（0.1 % 水溶液），酚酞指示剂（0.2 % 乙醇溶液）一、 实验目的（1）了解双指示剂法的原理。（2）掌握混合碱液中各组分含量测定的方法。（3）学习移液管和容量瓶的使用方法。二、 实验原理运用两种不同的指示剂在一次滴定过程中先后确定两个不同的化学计量点，这样的方法称为双指示剂法。混合碱液特指氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠三种组分中两种同时存在的碱性溶液，具体有两种可能的情况，即一为氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，二为碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液，而氢氧化钠和碳酸氢钠不能共存。用盐酸标准溶液滴定组分和浓度都未知的混合碱液，盐酸首先和碱性较强的氢氧化钠或者碳酸钠发生中和反应，选用酚酞（pH变色范围8.0 9.6）作为指示剂，则指示的第一化学计量点是：pH7 NaOH + HCl = NaCl + H2O ，或pH8 Na2CO3 + HCl = NaCl + NaHCO3 由于酚酞变色点前后形成了碳酸钠体系的缓冲溶液，滴定突跃范围小，滴定速度要慢。再继续用盐酸滴定，以甲基橙为指示剂（3.34.4），指示的第二化学计量点是：pH4 NaHCO3 + HCl = NaCl + H2CO3根据两次盐酸消耗的体积首先可以判断出溶液是属于氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液还是碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液，比如V112.5，采用钙黄绿素-百里酚酞混合指示剂，其中钙黄绿素络合态为绿色荧光，游离态为红色，而百里酚酞作为背景色提供蓝色，以绿色荧光消失，溶液呈现紫红色为滴定终点。指示剂的加量不宜过多，在能识别荧光的前提下，加量越少越好。三、 实验内容（1）配制0.015 molL-1 EDTA溶液称取5.6克乙二胺四乙酸二钠（Na2H2Y2H2O，M=372.24）于400 mL烧杯中，加蒸馏水200 mL，两小片氢氧化钠助溶，加热溶解，冷却后转移至1L试剂瓶，加水稀释至1 L，摇匀备用。该溶液配制可于上次实验末完成。该溶液标定后不要倒掉，在教师指定地点放置，下次实验用。（2）配制钙的标准溶液取洗净的100 mL烧杯2只，去天平室称取CaCO3（M=100.09）0.3克左右2份，记录准确重量。每份碳酸钙加水50 mL，盖上表面皿，从烧杯尖嘴处滴加1：1盐酸5 mL，加热至无微小气泡逸出，冷却后淋洗表面皿，将溶液定量转移入250 mL容量瓶中，稀释定容，摇匀备用。共制备两份钙标准溶液。（3）标定EDTA溶液移取25.00 mL钙标准溶液于400 mL烧杯中，加水150 mL，用玻璃杯搅拌，先加入10 mL 20 % KOH溶液，再加少量固体钙黄绿素-百里酚酞混合指示剂，用EDTA滴定至溶液绿色荧光完全消失（在背光背景固定角度观察），约需要20 mL，此时溶液呈现紫红色。（4）数据测定要求每份钙标准溶液按步骤（3）测定一次，要求两次滴定计算得到EDTA浓度的相对差值小于 0.4 %，否则必须重新称量碳酸钙重做。最后根据达到要求的两组数据，计算EDTA溶液的平均浓度，即为所配EDTA标准溶液的浓度。注：方框文字是与书本内容相比有变化的地方，请特别注意！附数据记录表格：第1组第2组mCaCO3/ gVEDTA / mLmCaCO3/ gVEDTA / mL实验4 铁铝混合液中Al3+、Fe3+离子的连续测定准备器具：酸碱滴定管各一（编号），25 mL移液管，250 mL容量瓶，400mL烧杯，量筒 准备药品：四组铁铝离子试样（Fe3+约4 gL-1，Al3+约1.5 gL-1），硫酸铜溶液（0.015 molL-1），醋酸-醋酸钠缓冲溶液（pH=4.3），PAN指示剂（0.2 %乙醇溶液），1:1氨水（7.5 molL-1），1:1盐酸（6 molL-1），磺基水杨酸指示剂（10 %水溶液） 一、实验目的（1） 学习用EDTA测定混合离子含量的方法。（2） 掌握返滴定法的应用。二、实验原理Fe3+、Al3+离子均能与EDTA形成1：1的络合物，其lgK分别为25.1和16.1，差值5，可以利用酸效应分别滴定，但由于Al3+与EDTA的反应较慢，不适宜直接滴定，可采用返滴定方法。首先在pH为1.61.8酸性介质中，以磺基水杨酸为指示剂，用EDTA标准溶液滴定Fe3+离子；然后在测定过Fe3+的溶液中，加入过量一定量的EDTA标准溶液，调节溶液pH为3.84.0，煮沸使得Al3+与EDTA完全反应，再以PAN为指示剂，用硫酸铜标准溶液滴定多余的Al3+，这种方法称为返滴定法。三、实验内容（1）EDTA标准溶液与硫酸铜溶液浓度的比较利用酸式滴定管将1015 mL范围内某一准确体积的EDTA标准溶液放至400 mL烧杯中，加水稀释至溶液体积约为200 mL，加15 mL pH为4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，此时溶液pH约为3.84.0，再加56滴PAN指示剂，以约0.015 molL-1硫酸铜溶液滴定至溶液由黄色变为亮紫色为终点。硫酸铜溶液也应置于酸式滴定管中，但为了节省酸式滴定管的使用数量，并能让同学们练习到碱式滴定管的操作，在本试验中将硫酸铜溶液装入碱式滴定管使用，特此说明。平行测定两次，计算k=V（EDTA）/V(CuSO4)，要求相对差值小于0.4 %（2）Fe3+的测定 洗净100 mL烧杯，交给教师分配未知试样。移取25.00 mL铁铝混合离子原液，定容至250 mL容量瓶。 移取25.00 mL稀释后的铁铝离子混合液于400 mL烧杯中，加水75 mL，1滴磺基水杨酸指示剂，用1：1氨水调节至溶液为橙色，立即用1：1盐酸再调节溶液为红色并过量10滴，将溶液加热至70，再加10滴磺基水杨酸指示剂，用EDTA滴定至溶液由红色变为亮黄色即为终点（滴定过程中需不时加热以保持溶液70左右）。（3）Al3+的测定在滴定铁后的溶液中，利用酸式滴定管加入15 mL左右某一准确体积的EDTA标准溶液，将溶液加热至6070，再加30 mL pH为4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，此时溶液体积在200 mL左右，pH为4左右。煮沸12分钟，再加56滴PAN指示剂，以硫酸铜标准溶液滴定至溶液由黄色变为亮紫色为终点（由于溶液中存在铁离子的颜色，此终点与（1）中的亮紫色可能略有不同）。保证终点颜色紫色明显的关键是，加入的EDTA与返滴定的所用硫酸铜溶液的体积比约在3：1左右，可根据不同铝离子的含量调整加入过量EDTA的体积数。（4）数据测定要求平行测定两次，只要求测铁的滴定体积相对差值小于0.4 %。最后根据达到要求的两组数据，计算原液中铁和铝的含量（gL-1）。注：本实验书上没有，但可以参考118页水泥熟料中铁铝测定的相关内容。附数据记录表格：C(EDTA)= molL-1EDTA与CuSO4互滴k=V（EDTA）/V(CuSO4)滴定铁滴定铝VEDTA / mLVCuSO4 / mLkVEDTA / mLVEDTA / mLVCuSO4 / mL第1组第2组实验5 高锰酸钾法测定硫酸亚铁铵中Fe(II)的含量准备器具：酸式滴定管（编号），25 mL移液管，250 mL容量瓶，1L塑料试剂瓶，250mL锥形瓶3只（编号）准备药品：四组硫酸亚铁铵试样（Fe2+约50 gL-1），高锰酸钾溶液（0.1 molL-1），草酸钠基准物质（经130干燥1h）硫酸锰溶液（1 gL-1），硫酸（1 molL-1） 高锰酸钾颜色重且不易洗去，使用要当心！一、实验目的（1）掌握高锰酸钾溶液的配制及其浓度标定的方法。（2）掌握高锰酸钾测定亚铁离子的方法。二、实验原理高锰酸钾在酸性介质中具有强氧化性，因此常用来测定具有还原性物质的含量，高锰酸钾具有紫红色，所以不用外加指示剂，称为自身指示剂。高锰酸钾不稳定，其标准溶液不能直接配制，需用草酸钠作为基准物质标定，反应方程式为：硫酸亚铁铵中亚铁离子具有还原性，在酸性介质中被高锰酸钾所氧化：常用的酸性介质是硫酸。该反应一开始速度较慢，随着滴定的进行，生成锰离子后，反应速度明显加快，所以往往在滴定开始前加入一定量的硫酸锰起催化剂作用（也可加热至7585）。一开始滴定速度不能快，否则高锰酸钾来不及与草酸作用，会在酸溶液中分解。酸度不够，在滴定过程中会生成棕色二氧化锰水合物浑浊。三、实验内容（1）高锰酸钾溶液的配制与标定量取0.1 molL-1高锰酸钾溶液100 mL，加入1 L试剂瓶，加水稀释至500 mL，得到约0.02 molL-1高锰酸钾溶液。准备2只250 mL锥形瓶，用减量法准确称草酸钠两份，每份在0.2 g（M=134.00）左右。加水20 mL溶解，再加30 mL 1 molL-1硫酸，10 mL硫酸锰溶液（1 gL-1）或加热至7585，用高锰酸钾溶液滴定至溶液呈现微红色，且30秒不褪去为滴定终点（大约需用30 mL）。计算高锰酸钾浓度，要求两组数据相对差值小于0.4 %，否则再称取草酸钠重做。根据达到要求的两组数据，计算高锰酸钾溶液的平均浓度，即为所配高锰酸钾标准溶液的浓度。（2）测定亚铁离子含量洗净100 mL烧杯，交给教师分配未知试样。移取25.00 mL硫酸亚铁铵溶液试样于250 mL容量瓶中定容。移取25.00 mL稀释后的硫酸亚铁铵试样于锥形瓶中，加30 mL 1 molL-1硫酸，10 mL硫酸锰溶液（1gL-1）或加热至7585, 用高锰酸钾标准溶液溶液滴定至溶液呈现微红色，且30秒不褪去为滴定终点。（3）数据测定要求平行测定至少三次，要求滴定体积数相对平均偏差小于0.2 %。最后根据达到要求的三组数据，计算原液中亚铁的含量（gL-1）。注：本实验书上没有，但可以参考88页实验5-5高锰酸钾标准溶液的配制与标定。附数据记录表格：C(KMnO4)= molL-1标定第1组标定第2组测定时消耗KMnO4mNa2C2O4 / gVKMnO4 / mLmNa2C2O4 / gVKMnO4 / mLV1 / mLV2 / mLV3/ mL实验6 溴酸盐间接碘量法测定溶液中苯酚的含量（第111页）准备器具：酸式滴定管（编号），25 mL移液管，250 mL容量瓶，1L塑料试剂瓶，250mL碘量瓶3只，量筒准备药品：四组苯酚试样（约含苯酚5 gL-1），五水硫代硫酸钠，碳酸钠，溴酸钾基准物质（经130干燥1h），溴化钾，碘化钾溶液（10 %），1:1盐酸（6 molL-1），淀粉指示剂（0.2 %溶液） 一、 实验目的（1）掌握硫代硫酸钠溶液的配制及其浓度标定的方法。（2）掌握间接碘量法测定原理和方法。二、 实验原理酸性条件下一定量溴酸钾与过量溴化钾作用生成定量溴单质，再与苯酚发生溴代反应，生成三溴苯酚的白色沉淀，剩余的溴用过量碘化钾还原，析出的碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定，以淀粉为指示剂。根据硫代硫酸钠的用量，可以算出溶液中过剩的溴单质，再将一定量溴酸钾生成的溴单质总量中扣去这部分过剩的溴量，得到与苯酚发生溴代反应的溴量，求得苯酚的含量。硫代硫酸钠的标准溶液不能直接配制，需用碘作为基准物质。为了减少系统误差，在酸性条件下用一定量溴酸钾与过量溴化钾作用生成定量溴单质，再用过量碘