滴定分析2011年9月26日rev.ppt

1 分析化学AnalyticalChemistry 郑旭明电话 86843699 o 手机 mail zxm 2 教学要求与安排 1 学时 讲课27学时 课堂讨论 习题课5学时 2 教材 化学分析 华东理工 第六版 3 成绩评定 期末考占70 每周交一次 准备2个本 平时占30 4 学习方法 预习 听讲 复习 做作业 课堂讨论 答疑 具体时间再定 3 教学参考书 1 分析化学 第三 四版 武汉大学等 高等教育出版社 2000 2 21世纪的分析化学 汪尔康主编 科学出版社 1999 3 其它 本教材P430 432列出 4 第一章分析化学概论 5 1 1分析化学的任务与作用 发展和应用各种原理和方法 技术和手段 仪器和设备 以获得物质在空间和时间上组成 含量和性质的一门科学 表征和量测的科学 定义 6 物质的量和成分的准确测定 新物质的结构鉴定 包括工业 农业 贸易 医学 军事 食品 生态 环境 科学研究 技术开放 航天航空等 都有分析化学的任务 任务 7 21世纪人类进步取决于能源与资源科学 信息科学 生命科学与环境科学四大领域的进步 这些领域进步中关键问题的解决极大地依赖于分析科学 作用 8 分析化学前沿领域 一 分析化学的发展现状二 分析化学的发展趋势三 当今分析科学的前沿领域 9 一 分析化学的发展现状 分析化学经历了三次重大变革 19世纪末 20世纪30年代溶液化学分析 20世纪30年代 70年代仪器分析 物理方法 20世纪70年代末 现代 10 近代分析化学 物质的定性和定量 一 分析化学的发展现状 现代分析化学 创立和应用各种方法 仪器和策略以获得在时间和空间内有关物质的组成 结构 形态等全面信息 11 现代分析化学融合许多学科的新成果 形成了许多当代非常活跃的研究应用领域 无机分析 有机分析 生化分析 细胞分析临床分析 环境分析 药物分析 食品分析材料分析 过程分析 质量控制波谱分析 化学信息学 生物信息学纳米分析化学 芯片分析化学分析仪器研制 分析化学的研究应用范围 一 分析化学的发展现状 12 二 分析化学的发展趋势 分析仪器的研制与开发已经成为分析化学研究的重要内容 13 二 分析化学的发展趋势 绿色分析化学技术正成为热点 不用或少用有害化学试剂 将环境污染减少到最低限度 直接检测技术 无需样品预处理 如电化学方法 光谱方法 光达 Lidar 等 14 二 分析化学的发展趋势 分析化学的主要应用领域正在向生命科学 材料科学和环境科学等领域转移 15 三 当今分析科学的前沿领域 21世纪化学的4大难题 合成化学难题 化学反应理论材料化学难题 结构和性能的定量关系生命化学难题 生命现象的化学机制纳米尺度难题 16 三 当今分析科学的前沿领域 化学既是传统自然科学中承上启下的中心科学 也是与信息 生命 材料 环境 能源 地球 空间和核科学等8大朝阳科学都有紧密联系 交叉 渗透的中心科学 21世纪的四大科学领域 生命科学 信息科学 材料科学和环境科学 特别是生命科学与环境科学的发展 向分析化学提出了更高 更严峻的挑战 17 1 生命科学中的分析化学 分析科学与解决生命科学的核心科学问题相结合 建立各种分析化学平台 信息的加工与整合系统 生命体系自身的各种复杂过程过程迫切需要超高灵敏度 选择性 在线动态跟踪 单细胞实时分析 单分子检测技术等有效的分析方法 提供高通量的生物信息和数据 18 2008年诺贝尔化学奖 RogerY Tsien OsamuShimomura MartinChalfie 1 生命科学中的分析化学 19 对分析化学提出的要求 1 灵敏 选择 无损探测 2 活体 实时 动态跟踪 单细胞 单分子分析 3 新的生物活性分子的发现 分离 提纯和表征技术 4 微量和超微量生物活性物质的原位 实时 在体和在线分析 1 生命科学中的分析化学 20 1 后基因组学 基因诊断基因治疗基因药物开发等 1 生命科学中的分析化学 需要解决的分析化学问题 21 1 生命科学中的分析化学 人类基因组计划 1990 2003 基因测序 The 1 000Genomein24hours 微流控芯片 22 需要解决的分析化学问题 2 蛋白组学 小分子与蛋白质 核酸等大分子作用引起其构象的变化并影响其功能 糖一蛋白化合物结构多样性如何决定其功能的多样性 真核细胞周期调控中的蛋白质磷酸化作用等 1 生命科学中的分析化学 23 需要解决的分析化学问题 3 单分子 单细胞分析以及实时活体分析4 生命体系复杂过程中的分析化学研究5 重大疾病的预警与快速检测 SARS 甲型H1N1流感 1 生命科学中的分析化学 24 需要解决的分析化学问题 6 化学生物学及其相关问题 药物作用靶点的识别 组合化学药物合成的筛选 高通量的药物分析化学7 中草药有效成分分析 指纹图谱8 滥用药物的监控及分析 1 生命科学中的分析化学 25 生命科学的发展 提出的问题和挑战 为分析化学的发展提供了前所未有的机遇基因检测研究带动了世纪整个生命科学的迅速发展 可以预计 在21世纪相当长的时期内 基因研究仍将继续推动生命科学研究向纵深发展 基因检测不仅对生物学研究至关重要 而且对临床医学 环境监控 法学鉴定等领域具有极其重要的意义 1 生命科学中的分析化学 26 2 环境科学中的分析化学 可持续发展是世界各国都极为关注的问题 针对环境保护 绿色化学应运而生 分析化学介入环境化学与绿色化学的核心问题 特别要关注以下各项 环境分析化学环境过程化学与分析化学环境生化分析绿色化学中分析测试问题环境分析测试仪器等 27 2 环境科学中的分析化学 28 3 材料与信息科学中的分析化学 材料科学 纳米材料的结构分析纳米材料的可控组装及表征纳米材料的谱学分析 界面表征纳米材料及其成像技术在分析检测中的应用纳米材料在生命科学研究中的应用 29 3 材料与信息科学中的分析化学 STM 1981 Binnig Rohrer NobelPrize 1986 30 多传感器信息融合技术由信息科学与分析科学交叉而产生 它源自军事科学中的电子对抗 可以从复杂的体系中识别和检测特定的微弱信号 目前在许多领域已得到应用 如果能在生命科学中生物信息流 细胞内信号的传导 的整合 检测研究中成功应用 必将能获得高通量的生物信息 3 材料与信息科学中的分析化学 31 4 过程化学中的分析化学 化学学科应是由化学和化学工程两大部分构成 化学工程中分析化学问题的研究是今后必须得到加强的领域 尤其是石油化工工程的质控及在线分析以及酶生产工程中的分析问题 32 5 发展分析化学的新原理 新技术和新方法 发展基于新原理的分析方法和相应的仪器 分子自组装及其分子器件 仿生催化与纳米分子电子器件 极端条件下的分析测试 分析仪器的小型化 微型化和智能化 联机技术智能化 各种传感器和超微电极的研究 新分离和富集方法的研究 数据融合 在分析化学中的应用 微流控芯片 生物芯片 防生化武器的高效 小型测试仪器 化工生产和过程化学中的在线分析等等 33 微流控芯片 5 发展分析化学的新原理 新技术和新方法 34 5 发展分析化学的新原理 新技术和新方法 量子点 35 5 发展分析化学的新原理 新技术和新方法 纳米孔Nanopore 36 分析化学学科 趋势 特点 任务 1 提高灵敏度2 解决复杂体系的分离问题及提高分析方法的选择性3 扩展时空多维信息4 微型化及微环境的表征与测定5 形态 状态分析及表征6 生物大分子及生物活性物质的表征与测定7 非破坏性检测及遥控8 自动化与智能化 37 分析化学与化学的其他分支及其他科学的关系 DouglasA Skoog等著 AnalyticalChemistry 2000 7thed 38 基本理论与方法 实验技能 理论联系实际 紧紧围绕 准确的量 的概念 培养严谨的工作作风 科学态度 训练科学研究素养 学习要求 39 1 2定量分析过程 取样处理消除干扰测定计算均匀溶解掩蔽常量组分有代表性熔融分离 1 化学法 符合实际消解微量组分妥善保存灰化 仪器分析法 40 1 3分析方法的分类 仪器分析法 谱学 紫外 可见 红外 拉曼 荧光 磷光 核磁共振 原子发射 原子吸收 电化学 电位 电导 库仑 安培 极谱 色谱法 柱 纸 薄层 GC HPLC 其他 MS 电子能谱 活化分析 免疫分析 化学分析法滴定分析 酸碱 络合 氧化还原 沉淀重量分析 41 按试样量大小分类 方法固体试样质量 mg 液体试样体积 mL 常量 100 10半微量10 1001 10微量 10 1 常量组分 1 微量组分0 01 1 痕量组分 0 01 按待测组分含量分类 42 第三章滴定分析 难点 重点 物质的量定量分析结果计算 量 与 量器 操作 43 3 1滴定分析法概述 方法介绍 P31 2HCl Na2CO3 2NaCl H2CO3滴定管化学计量点 sp 滴定剂Stoichiometricpoint滴定终点 ep Endpoint被滴定溶液终点误差 Et 有那些误差的来源 反应程度 条件控制标准溶液样品量器质量滴定管操作与读数移液管操作与读数称量误差 大样 小样指示剂误差滴定终点误差 sp与ep不一致 45 3 2滴定分析法的分类和滴定反应的条件 直接滴定 1 按一定的反应式定量进行 99 9 以上 2 快 间或可以加热 催化剂 3 有适当的方法确定终点 指示剂 46 置换滴定 用K2Cr2O7标定Na2S2O3 KI 间接滴定 47 基准物质和标准溶液 标准溶液 具有准确浓度的溶液1 直接配制 K2Cr2O7 KBrO32 标定法配制 NaOH HCl EDTA KMnO4 I3 基准物质 1 组成与化学式相符 H2C2O4 2H2O NaCl 2 纯度 99 9 3 稳定 Na2CO3 CaCO3 Na2C2O4等 48 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 标准试剂 高纯试剂 专用试剂 49 滴定分析中的体积测量 常用容量分析仪器 容量瓶 量入式 移液管 量出式 滴定管 量出式 校准方法 1 绝对校准2 相对校准 移液管与容量瓶 50 3 3滴定分析计算 分析化学中常用的量和单位物质的量n mol mmol 摩尔质量M g mol 1 物质的量浓度c mol L 1 质量m g mg 体积V L mL 质量分数w 质量浓度 g mL 1 mg mL 1 相对分子量Mr 相对原子量Ar 51 一 标准溶液的配制 1 稀释后标定 NaOH HCl n1 n2c1 V1 c2 V22 用基准物质直接配制 K2Cr2O7 准确称量并配成准确体积 52 例1 1配0 01000mol L 1K2Cr2O7标准溶液250 0mL 求m 解m K2Cr2O7 n M c V M 0 01000 0 2500 294 2 0 7354 g 氧化还原滴定法中 溶液浓度控制在0 01mol L 1左右 具体做法是 准确称量0 74XXgK2Cr2O7基准物质 于容量瓶中定容 再计算出其准确浓度 计算公式 53 二 标定及滴定计算 ZA和ZB分别为A物质和B物质在反应中的得失质子数或得失电子数 方法一 等物质的量规则 等物质的量规则举例 H2SO4 2NaOH Na2SO4 2H2O1 2H2SO4 NaOH 1 2Na2SO4 H2O 1 2摩尔H2SO4所含H 物质的量 1摩尔NaOH所含OH 物质的量 它们发生等物质的量反应 在氧化还原反应中 1 5摩尔MnO4 所得到的电子物质的量 1摩尔Fe2 所失去的电子物质的量 它们发生等物质的量反应 注 A物质的物质的量n的基本形势是n A 例如 1mol的任何分子 离子 原子 电子 质子等粒子 其数目0 012kg12C的原子数目相等 均为阿佛加得罗常数N0 6 022 1023个 但不同反应中分子内的质子 电子使用量不同 H2SO4 2NaOH Na2SO4 2H2O 1 98 07g2 39 997g1 2H2SO4 NaOH 1 2Na2SO4 H2O 该反应以得失一个质子为基准 M 1 2H2SO4 0 5 98 07gn 1 2H2SO4 m M 1 2H2SO4 98 07g 0 5 98 07g 2上述例子中 1 2摩尔H2SO4中有1摩尔质子 或1摩尔H2SO4中有2摩尔质子 H2SO4 NaOH NaHSO4 H2O 2 98 07g39 997gn H2SO4 98 07g 98 07g 1 以98 07gH2SO4与NaOH反应为例 n H2SO4 1 2n 1 2H2SO4 所以 酸碱反应 以H 或OH 作为选择基本单元的基准 H2SO4 NaOH NaHSO4 H2O 1 H2SO4 2NaOH Na2SO4 2H2O 2 氧化还原反应 以电子得失作为选择基本单元的基准 MnO4 e MnO42 2H2O 3 MnO4 2H2O 3e MnO2 4OH 4 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 5 反应6和7指出 草酸在反应 6 中的基本单元H2C2O4 有6 022 1023个分子 当1摩尔分子草酸用于反应 7 时 可提供2摩尔电子 所以n H2C2O4 分子为基准 1 2n 1 2H2C2O4 电子为基准 即以分子为基本单元时草酸的摩尔数等于以1 2分子为基本单元时草酸的摩尔数的1 2 H2C2O4 Ca2 CaC2O4 2H 5H2C2O4 2MnO4 6H 10CO2 2Mn2 8H2O 同一物种同时参与不同类型反应 59 例1 2以K2Cr2O7为基准物质 采用析出I2的方法标定0 020mol L 1Na2S2O3溶液的浓度 需称多少克K2Cr2O7 如何做才能使称量误差不大于0 1 解 Cr2O72 6I 14H 2Cr3 3I2 7H2OI2 2S2O32 2I S4O62 n K2Cr2O7 n N