分析化学武汉大学第五版上册第分析化学武汉大学第五版上册第01章课件.ppt

1 分析化学AnalyticalChemistry 武汉大学主编第五版 2 分析化学是人们用以解剖和认识自然的重要手段 分析化学课不仅传授有关的知识 还是一门培养学生运用化学观点来分析和处理问题能力的课程 分析化学工作者的能力应包括 实验动手能力 观察能力 查阅文献资料的能力 记忆能力 思维能力 想象能力和表达等七种能力 3 分析化学的任务和作用分析化学的分类分析化学发展概述分析过程和分析结果的表示滴定分析概述 第一章概论 4 1 定义 分析化学 analyticalchemistry 是发展和应用各种理论 方法 仪器和策略以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学 又被称为分析科学 现代化学之母 1 1分析化学的定义 任务和作用 我国近代化学的启蒙者徐寿先生 考质求数之学 乃格物之大端 乃为化学之极致也 5 分析化学是研究分析方法的科学 一个完整具体的分析方法包括测定方法和测定对象两部分分析化学三要素 理论 方法与对象反映了科学 技术和生产之间的关系高校和科研单位 仪器制造部门和生产单位的合作反映了分析化学三要素之间的关系 6 分析化学的任务 测定各组成含量 表征物质的化学结构 确定物质的化学组成 结构分析 定量分析 定性分析 2 任务 7 分析化学在国民经济建设中的作用 在解决人类面临的 五大危机 环境中的五大全球性问题 工农业生产 国防建设等方面 无一不依赖分析化学的配合 3 作用 分析化学在科学研究中的作用 是研究物质及其变化的重要方法之一 在化学学科本身的发展上 在与化学有关的各科学领域中 如材料科学 环境科学 资源科学 生命科学 矿物学 地质学 生理学 医学 农业及其他科学技术 凡涉及化学现象 在其研究过程中必用到分析化学 8 3 作用 著名的日本化学家 1991年IUPAC会议主席NIKI教授说过 未来的21世纪是光明或黑暗 取决于人类在能源与资源科学 材料科学 信息科学和生命科学四大领域的进步 而取得这些领域进步的关键问题的解决 主要依赖分析科学 9 分析化学是研究分析方法的科学或学科是化学的一个分支是一门人们赖以获得物质组成 结构和形态的信息的科学是科学技术的眼睛 尖兵 侦察员 是进行科学研究的基础学科 10 划分的依据不同 种类不同 1 2分析化学的分类与选择 分析任务 定性分析 定量分析 结构分析 鉴定物质的组成 元素 原子团 化合物 是什么 测定物质中有关成份的含量有多少 研究物质的分子结构或晶体结构结合方式 qualitativeanalysis quantitativeanalysis structureanalysis 11 分析对象 无机分析 有机分析 生物分析 对象是无机物鉴定物质的组成 测定组分的含量 对象是有机物分析官能团 结构 环境分析 12 3 按测定原理分类 1 化学分析 ChemicalAnalysis 又称经典分析 以物质的化学反应及其计量关系为基础的分析方法 借助于常规的玻璃仪器进行分析 包括重量分析法和滴定分析法 这是本课程研究的重点 2 仪器分析 InstrumentalAnalysis 以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法 使用特殊的仪器设备 通常称为仪器分析法化学分析是仪器分析的基础 二者互为补充 测定原理 化学分析 仪器分析 酸碱滴定 配位滴定 氧化还原滴定 沉淀滴定 电化学分析 光化学分析 色谱分析 其他 重量分析 滴定分析 电导 电位 电解 库仑极谱 伏安 发射 吸收 荧光 光度 气相 液相 离子 超临界 薄层 核磁 质谱 毛细管电泳 14 4 按所需试样量分类 试样质量试液体积常量分析 0 1g 10mL半微量分析0 01 0 1g1 10mL微量分析0 1 10mg0 01 1mL超微量分析 0 1mg 0 01mL 15 5 按待测成分含量分类 常量成分测定 质量分数 1 一般采用化学分析法微量成分测定 质量分数0 01 1 痕量成分测定 质量分数 0 01 一般采用仪器分析法 6 按分析的目的分类 例行分析 日常生产分析仲裁分析 裁判分析 16 7 分析方法的选择 a 测定的具体要求 待测组分及其含量的范围 欲测组分的性质b 获取共存组分的信息 并考虑其对测定的影响 拟定合适的分离富集方法 以提高分析方法的选择性c 对测定准确度 灵敏度的要求与对策d 现有条件 测定成本及完成测定的时间要求等 17 三次巨大变革 1 二十世纪初 由一种技术发展为一门科学 化学分析为主用物理化学中的溶液平衡理论 动力学等研究分析化学中的基本理论问题 沉淀的形成和共沉淀 指示剂变色原理 滴定曲线和终点误差 缓冲原理及催化和诱导反应等 建立了溶液中四大平衡理论 1 3分析化学发展简史 18 2 二十世纪中叶 物理学和电子学的发展 仪器分析迅猛发展 分析化学与物理学及电子学结合的时代 原子能和半导体技术兴起 如要求超纯材料 99 99999 砷化镓 要测定其杂质 化学分析法无法解决 促进了仪器分析和各种分离方法的发展 1 3分析化学发展简史 19 3 二十世纪七十年代 计算机发展 分析化学分析化学发展到分析科学阶段现代分析化学把化学与数学 物理学 计算机科学 精密仪器制造 生命科学 材料科学等学科结合起来 成为一门多学科性的综合科学 1 3分析化学发展简史 20 分析化学发展趋向 高灵敏度 单分子 原子 检测高选择性 复杂体系 如生命体系 中药 原位 活体 实时 无损分析自动化 智能化 微型化 图像化高通量 高分析速度 21 1 丛书 大全和手册2 参考书3 杂志4 网络 1 4分析化学参考文献 22 1 分析化学过程1 试样的采取 处理与分解 第2章 分析试样具有代表性2 分离与富集 第11章 掩蔽 分离3 分析测定4 分析结果的计算及评价 1 5分析化学过程及分析结果的表示 23 1 待测组分的化学表示形式 1 以待测组分的实际存在形式表示 2 以元素或氧化物表示 待测组分的实际存在形式不清楚 矿石和金属材料 3 以离子形式表示 电解质溶液 含K 2mg L2 待测组分含量的表示方法 1 固体试样以质量分数表示例 实际工作中也用百分比表示例 2 定量分析结果的表示 当含量非常低时 可采用 g g ppm ng g ppb pg g ppt 表示ppm part s permillion 24 2 液体试样 物质的量浓度 mol L 质量摩尔浓度 mol kg 单位质量溶液中含有待测组分的物质的量 量值不随温度而变 物理化学中常用 质量浓度 表示单位体积试样含某种物质的质量 以mg L 1 ppm g L 1 ppb 或 g mL 1 ppm ng mL 1 ppb 等 质量分数 体积分数 摩尔分数等 3 气体试样 以体积分数Xi或质量浓度表示 25 实验室常用试剂分类 级别1级2级3级生化试剂中文名优级纯分析纯化学纯英文标志GRARCPBR标签颜色绿红蓝咖啡色 英文标志GRguaranteereagentARanalyticalreagentCPchemicallypurereagentBRbiochemicalreagent 26 一 滴定分析法的特点和主要方法1 方法 酸碱滴定 络合滴定 氧化还原滴定 沉淀滴定2 概念滴定分析法 又称容量分析法 将已知准确浓度的试剂溶液 标准溶液 standardsolution 滴加到被测物质溶液中 或被测物质溶液滴加到标准溶液中 直到被测物与所加试剂按化学计量关系定量反应 然后根据试剂的浓度和用量计算被测物含量 1 6滴定分析法概述 27 标准溶液 标准溶液 待测溶液 被测物质 指示剂 化学计量关系 滴定终点 28 滴定剂 已知准确浓度的试剂溶液化学计量点 stoichiometricpoint sp 加入的滴定剂与被测物之间按化学计量关系定量反应完全时的点滴定终点 endpoint ep 在滴定中指示剂颜色改变的那一点 称为滴定终点 终点误差 Et 由于滴定终点与化学计量点不一致 而造成的分析误差称为终点误差 29 二 滴定分析法对化学反应的要求和滴定方式1 要求1 反应必须要有确定的化学计量关系 按一定的反应方程式进行2 反应定量进行3 反应速度快 或用简便方法能加速反应 如加热 加催化剂等 4 有适当简便的方法指示终点 30 2 间接滴定 indirecttitration 不能与滴定剂直接反应的物质可以通过另外的化学反应 以滴定的方式间接测定 2 滴定方式1 直接滴定 directtitration 标准溶液直接滴定被测物 31 2 滴定方式3 返滴定 backtitration 先准确加入过量的已知浓度的滴定剂与试液反应 反应完全后 再用另一种标准溶液滴定剩余的滴定剂 也称回滴 适用情况 A反应速度慢如Al3 与EDTA的反应B反应物是固体如用HCl溶液测定固体CaCO3多余HCl用NaOH标准溶液返滴定C无合适的指示剂如在酸性溶液中用AgNO3滴定Cl 32 4 置换滴定 replacementtitration 先用适当的试剂与待测组分反应 使其定量的置换为另一种物质 再用标准溶液滴定这种物质主要用于反应不按一定反应式进行或者伴有副反应如用K2Cr2O7标定Na2S2O3溶液的浓度 I2 33 1 基准物质 可以直接配制标准溶液或标定溶液浓度的物质2 基准物质的要求 1 试剂的组成与化学式完全相符 硼砂Na2B4O7 10H2O2 试剂的纯度足够高 99 9 3 性质稳定4 摩尔质量大5 参加滴定反应时按反应式定量进行 没有副反应 1 7基准物质和标准溶液 34 3 常用基准物质纯金属和纯化合物 Zn Al Fe Ni Na2CO3 邻苯二甲酸氢钾 KHC8H4O4 CaCO3 K2Cr2O7 NaCl等注意 应将基准物质与高纯试剂 光谱纯试剂区分 1 7基准物质和标准溶液 35 36 4 标准溶液的配制和标定1 直接法准确称取一定量基准物质 溶解后配成一定体积的溶液 计算其准确浓度 重铬酸钾例如 配K2Cr2O7标准溶液已知M 294 2 称取m 1 226g 定容至250 0mL 得到浓度为0 01667mol L的标准溶液K2Cr2O7 37 2 标定法NaOH HCl EDTA KMnO4 I3 A 粗配近似浓度的溶液B 标定基准物质或已知准确浓度的标准溶液例如 0 1mol LHCl标准溶液的配制 市售HCl 质量分数36 密度1 19g mL 1 浓度约为12mol L 1量取浓盐酸约9mL 用蒸馏水稀释至1升 得到浓度大约为0 1mol LHCl稀溶液 然后称取一定量的基准物质或用已知准确浓度NaOH标准溶液的进行标定 38 例 为标定HCl溶液 称取硼砂 Na2B4O7 10H2O 0 4710g 用HCl溶液滴定至化学计量点 消耗25 20mL 求HCl溶液的浓度 2HCl Na2B4O7 5H2O 2NaCl 4H3BO3 分子量Na2B4O7 10H2O 381 37 39 1 标准溶液浓度的表示方法1 物质的量浓度 单位 mol L mmol LnB的大小取决于物质的基本单元的选择 常根据物质在反应中的质子转移数 电子得失数和反应的计量关系确定基本单元 如 1 8滴定分析中的计算 40 对同一溶液 选取不同基本单元时 其浓度不同 如每升溶液中含有1molH2SO4时 其浓度可以表示为 C H2SO4 1mol L C 1 2H2SO4 2mol L 2C H2SO4 其通式为 2 滴定度 T 每毫升滴定剂相当于被测物质的质量 克或毫克 用 41 若每毫升K2Cr2O7标准溶液恰好能与0 005000gFe2 反应 可表示为 若滴定中消耗K2Cr2O7标准溶液21 50ml 则被滴定的Fe2 的质量为 42 滴定度与物质的量浓度的换算已知TFe K2Cr2O7 0 00500g mL 求K2Cr2O7物质的量浓度 43 计算0 02000mol LK2Cr2O7溶液对Fe和Fe2O3及Fe3O4的滴定度 44 2 滴定剂与被滴物质之间的计量关系 1 根据滴定反应中T与B的化学计量数比求出 b t或t b称为化学计量数比 45 2 根据等物质的量规则进行计算 在滴定反应中 到达化学计量点时 基本单元的物质的量相等对上述反应 根据等物质的量原则 46 3 涉及多个反应 先找出反应的相关关系 再确定计量关系如K2Cr2O7标定Na2S2O3溶液的浓度时 涉及两个反应 分别为 47 1 在滴定分析中 一般利用指示剂颜色的突变来判断化学计量点的到达 在指示剂变色时停止滴定 这一点称为 A 化学计量点B 滴定终点C 滴定分析D 滴定误差答案 B2