仪器分析课后习题答案1

文档鉴赏 课后习题答案 第 1 章 绪论 1 解释下列名词 1 仪器分析和化学分析 2 标准曲线与线性范围 3 灵敏度 精密度 准确度和检出限 答 1 仪器分析和化学分析 以物质的物理性质和物理化学性质 光 电 热 磁等 为基础的分析 方法 这类方法一般需要特殊的仪器 又称为仪器分析法 化学分析是以物质化学反应为基础的分析方法 2 标准曲线与线性范围 标准曲线是被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线 标准曲线的 直线部分所对应的被测物质浓度 或含量 的范围称为该方法的线性范围 3 灵敏度 精密度 准确度和检出限 物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度 称为方法的灵敏度 精密度是指使用同一方法 对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度 试样 含量的测定值与试样含量的真实值 或标准值 相符合的程度称为准确度 某一方法在给定的置信水平上 可以检出被测物质的最小浓度或最小质量 称为这种方法对该物质的检出限 第三章光学分析法导论 1 解释下列名词 1 原子光谱和分子光谱 2 原子发射光谱和原子吸收光谱 3 统计权重和简并度 4 分子振动光谱和分子转动光谱 5 禁戒跃迁和亚稳态 6 光谱项和光谱支项 7 分子荧光 磷光和化学发光 8 拉曼光谱 答 1 由原子的外层电子能级跃迁产生的光谱称为原子光谱 由分子的各能级跃迁产生的光谱称为分 子光谱 2 当原子受到外界能量 如热能 电能等 的作用时 激发到较高能级上处于激发态 但激发态的原 子很不稳定 一般约在 10 8 s 内返回到基态或较低能态而发射出的特征谱线形成的光谱称为原子发射光谱 当基态原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射后跃迁到较高能态 这种选择性地吸收产生的原子特征的 光谱称为原子吸收光谱 3 由能级简并引起的概率权重称为统计权重 在磁场作用下 同一光谱支项会分裂成 2J 1 个不同的 支能级 2J 1 称为能级的简并度 4 由分子在振动能级间跃迁产生的光谱称为分子振动光谱 由分子在不同的转动能级间跃迁产生的光 谱称为分子转动光谱 5 不符合光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁 若两光谱项之间为禁戒跃迁 处于较高能级的原子具有较 长的寿命 原子的这种状态称为亚稳态 6 用 n L S J 四个量子数来表示的能量状态称为光谱项 符号为 n 2S 1 L 把 J 值不同的光谱项称 为光谱支项 表示为 n 2 S 1 LJ 7 荧光和磷光都是光致发光 是物质的基态分子吸收一定波长范围的光辐射激发至单重激发态 再由 激发态回到基态而产生的二次辐射 荧光是由单重激发态向基态跃迁产生的光辐射 而磷光是单重激发态 先过渡到三重激发态 再由三重激发态向基态跃迁而产生的光辐射 化学发光是化学反应物或反应产物受 反应释放的化学能激发而产生的光辐射 8 入射光子与溶液中试样分子间的非弹性碰撞引起能量交换而产生的与入射光频率不同的散射光形成 的光谱称为拉曼光谱 4 解 光谱项分别为 基态 31S 第一电子激发态 31P 和 33P 文档鉴赏 原子价电子组态nLS光谱项J光谱之项多重性简并度 3s2 基态 30031S031S0单1 233P25 133P13133P 033P0 三 1 Mg 3s13P1 激发态 31 031P131P1单3 第 4 章 原子发射光谱 1 何谓共振线 灵敏线 最后线和分析线 它们之间有什么联系 答 以基态为跃迁低能级的光谱线称为共振线 灵敏线是指元素特征光谱中强度较大的谱线 通常是具有 较低激发电位和较大跃迁概率的共振线 最后线是指试样中被测元素含量或浓度逐渐减小时而最后消失的 谱线 最后线往往就是最灵敏线 分析线是分析过程中所使用的谱线 是元素的灵敏线 5 分析下列试样应选用何种光源 1 矿石中元素的定性和半定量分析 2 铜合金中的锡 0 x Sn 3 钢中的猛 4 污水中的 Cr Cu Fe Pb V 的定量分析 0 0 0 xx Mn 5 人发中 Cu Mn Zn Cd Pb 的定量分析 答 1 直流电弧光源 2 低压交流电弧光源 3 低压交流电弧光源 4 电感耦合等离子体 ICP 光源 5 电感耦合等离子体 ICP 光源 12 已知光栅刻痕密度为 1200 mm 1 暗箱物镜的焦距为 1 m 求使用一级和二级衍射光谱时 光栅光谱 仪的倒线色散率 解 已知 代入公式可得 KfbKf d dl d D 1 mf1 1 1200 mmb 1 K 1 833 0 mmnmD2 K 1 417 0 mmnmD 13 某光栅光谱仪的光栅刻痕密度为 2400 mm 1 光栅宽度为 50 mm 求此光谱仪对一级光谱的理论分辨率 该光谱仪能否将 Nb 309 418 nm 与 Al 309 271 nm 两谱线分开 为什么 解 51 102 1240050 mmmmklbR nm nm R 3 5 106 2 102 1 271 309418 309 2 1 nmnm147 0 271 309418 309 该光谱仪不能将这两条谱线分开 14 某光栅光谱仪的光栅刻痕密度为 2000 mm 1 光栅宽度为 50 mm f 0 65 m 试求 1 当 cos 1 时 该光谱仪二级光谱的倒线色散率为多少 2 若只有 30 mm 宽的光栅被照明 二级光谱的分辨率是多少 文档鉴赏 3 在波长 560 nm 时 该光谱仪理论上能完全分开两条谱线的最小波长差是多少 解 1 cos 1 时 1 1 385 0 200065 0 2 11 mmnm mmmKfb D 2 51 102 12000302 mmmmKlbR 3 51 100 22000502 mmmmKlbR nm nm R 3 5 108 2 100 2 560 15 用标准加入法测定 SiO2中微量铁的质量分数时 以 Fe 302 06 nm 为分析线 Si 302 00 nm 为内标线 标准系列中 Fe 加入量和分析线对测得值列于下表中 试绘制工作曲线 求试样中 SiO2中 Fe 得质量分数 wFe 00 0010 0020 003 R0 240 370 510 63 解 标准加入法的定量关系式为 以对作图如下 sx ccAR R s c 0 00000 00050 00100 00150 0020 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 R cs 当工作曲线与横坐标相交时 此时 从图上可得出 0 R sx cc 0018 0 x c 第五章 原子吸收与原子荧光光谱法 11 计算火焰温度 2000 K 时 Ba 553 56 nm 谱线的激发态与基态原子数的比值 已知 gi g0 3 解 eV nm scmeVhc Ei24 2 56 553 100 310136 4 11015 文档鉴赏 200010618 8 24 2 exp3 exp 15 0 0 KKeV eV T E g g N N iii 6 1081 6 13 某原子吸收分光光度计的单色器的倒线色散率为 2 0 nm mm 1 狭缝宽度分别为 0 04 mm 0 08 mm 0 12 mm 0 16 mm 和 0 2 mm 求相应的光谱通带宽度是多少 解 已知 分别代入和值可求得光谱通带宽度分别为 SDW DSWnm08 0 nm16 0 nm24 0 nm32 0 nm40 0 14 为检查原子吸收光谱仪的灵敏度 以 2 g mL 1的 Be 标准溶液 用 Be 234 86 nm 的吸收线测得透射比 为 35 计算其灵敏度为多少 解 灵敏度用特征浓度表示为 12 1 1093 1 35 1 lg 0044 0 20044 0 mLg mLg A c s c 15 用原子吸收光谱分析法测定铅含量时 以 0 1 g mL 1质量浓度的铅标准溶液测得吸光度为 0 24 连续 11 次测得空白值的标准偏差为 0 012 试计算其检出限 解 11 1 15015 0 24 0 012 0 31 03 mLngmLg mLg A D s 16 用标准加入法测定血浆中锂的含量时 取 4 份 0 50 mL 血浆试样 分别加入浓度为 0 0500 mol L 1的 LiCl 标准溶液 0 0 L 10 0 L 20 0 L 30 0 L 然后用水稀释至 5 00 mL 并摇匀 用 Li 670 8 nm 分 析线测得吸光度依次为 0 201 0 414 0 622 0 835 计算血浆中锂的含量 以 g mL 1表示 10123 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 A cs mg mL 1 文档鉴赏 解 已知 以对作图如下 横坐标为锂离子的含量 sx ccKA A s c 当 A 0 时 直线与 X 轴的交点 1 659 0 mLgcc sx 血浆中锂的含量为 1 1 59 6 5 0 0 5659 0 mLg mL mLmLg c 17 用火焰原子吸收法以 Ca 422 7 nm 吸收线测定血清中的钙 配制钙标准系列溶液的浓度 单位为 mmol L 1 分别为 0 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 测得吸光度分别为 0 0 43 0 58 0 72 0 85 1 00 取 0 5 mL 血清加入 9 5 mL 4 三氯乙酸沉淀蛋白质后 清液喷入火焰测得吸光度为 0 68 求血清中钙含量为 多少 如果血清中含有 PO43 所得结果是偏高还是偏低 为什么 解 已知 测定钙的标准曲线图如下KcA 024 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 A c mmol L 从图上可得吸光度值为 0 68 的血清中钙的含量为 如果血清中含有 PO43 由于与 1 4 2 Lmmol Ca2 生成难挥发的 Ca2P2O7 将会使测定结果偏低 18 用原子吸收法测定矿石中钼含量 制备的试样溶液每 100 mL 含矿石 1 23 g 而制备的钼标准溶液每 100 mL 含钼 2 00 10 3 g 取 10 00 mL 试样溶液于 100 mL 容量瓶中 另一个 100 mL 容量瓶中加入 10 00 mL 试样溶液和 10 00 mL 钼标准溶液 定容摇匀 分别测得吸光度为 0 421 和 0 863 求矿石中钼的含量 解 mLgmLgc AA A c S xS x x 100 109 1100 1000 2 421 0 863 0 421 0 33 矿石中钼的含量为 155 0 100 100 23 1 100 109 1 3 mLg mLg 第 11 章电分析化学导论 7 解 文档鉴赏 左 2e 2 Zn Zn 左 2 ZnZn 0 0592 2 lg 2 Zn 0 764 0 0592 2 lg0 1 0 793V 右 AgeAg 0 0592lg AgAg Ag 右 0 7990 0592lg0 01 0 681V E 右左 0 6810 793 1 474V 所以是原电池 0E 8 解 左边 2 222HAeHA A 2 0 0592lg HH H 左 2 0 0592lg HH H 左 0 0592lg H E 右左 0 4130 2440 0592lg H 0 0592lg0 169H 3 1 4 10 Hmol l HAHA HA K HA 3 1 4 100 116 0 215 文档鉴赏 4 7 6 10 9 解 E 右左 0 9210 2443 左 0 6767V 左 左边 2 4 24CdXeCdX A 2 2 0 0592 lg 2 CdCd Cd 左 22 4 4CdXCdX A 2 4 4 2 CdX K CdX 稳 2 4 2 4 CdX Cd KX 稳 2 2 4 4 0 0592 lg 2 CdCd CdX KX 左 稳 4 0 05920 2 0 67670 403lg 2 0 150K 稳 11 7 0 10K 稳 10 解 E 右左 0 8930 2443 左 0 6487V 左 2 2 0 0592 lg 2 CdCd Cd 左 2 2CdXCdX A 2 2 sp KCdX 文档鉴赏 2 2 sp K Cd X 2 2 0 0592 lg 2 sp CdCd K X 左 2 0 0592 0 64870 403lg 2 0 02 sp K 12 2 0 10 sp K 第 12 章 电位分析法 10 1 E E右 E左 E RT ZFln Fe3 Fe2 ESCE 0 771 0 059lg0 025 0 015 0 2443 0 784 0 2443 0 540 2 E E右 E左 E RT ZFln Zn2 ESCE 0 764 0 059 2lg0 00228 0 2443 0 842 0 2443 1 085 3 I3 2e 3I E E右 E左 E RT ZFln I3 I EAg AgCl 0 545 0 059 2lg0 00667 0 004333 0 194 0 690 0 194 0 496 12 解 E E右 E左 E Ag2CrO4 Ag 0 059 2lgCrO42 ESCE E Ag2CrO4 Ag 0 059 2P CrO4 ESCE 代入数字得 0 386 0 446 0 059 2P CrO4 0 2443 解得 P CrO4 6 25 文档鉴赏 13 解 AgClpHAg EEE 0 0592KpH 0 0592 0 0592 s x Es KpH EKpHx 0 0592 x EsEx pHpHs 0 20940 2806 4 006 0 0592 5 21 14 解 2 SCE Cu EEE 2 0 0592 lg 2 SCE Cu KaE 0 0592 2 KpMg 2 0 0592 sx xs EE pMpM 3 20 1240 086 lg 3 25 10 0 0592 3 77 17 解 依题意有 1 当 aNa 0 1000mol L 时 E1 67mv 0 067V 当 aK 0 1000mol L 时 E2 113mv 0 113V E K 0 059lg ak Kk Na an aNa 又因为 n 1 a 1 所以 E1 K 0 059lg Kk Na aNa 0 067V E2 K 0 059lg ak 0 113V 得 E E1 E2 0 059lg Kk Na aNa ak 0 067 0 113 0 046V 解得 Kk Na 0 166 2 误差 1 1 100 KNaNa K Ka a 16 6 第十三章电解与库伦分析法 7 解 0 0592lg AgAg AgAg Ag 文档鉴赏 0 7990 0592lg0 01 0 0 681V 2 2 0 0592 lg 2 CuAg CuCu Cu 0 0592 0 337lg2 2 0 346V AgCu Ag 先析出 2 Ag 析出完全时电位为 5 0 0592lg10 AgAg AgAg Ag 5 0 7990 0592lg 0 01 100 0 385V AgCu AgCu 可完全分离 阴极控制电位在 0 385V 或 0 385 0 346V 之间 2 AgCu 和 8 解 2 2 Cu 0 0592 lg 2 Cu CuCu Cu 0 0592 0 337lg0 1 0 2 0 307V 2 Sn 0 0592 lg0 1 2 Sn SnSn 0 0592 0 136lg0 1 0 2 0 166V CuSn 阴极上先析出 Cu 析出完全时 阴极电位为 Cu 2 5 0 0592 lg 0 1 10 2 CuCu CuCu 0 337 0 0 0592 6 2 0 159V Cu 和 Sn 可完全分离 CuSn 文档鉴赏 阴极电位控制在 0 159V 或 0 1660 159V 之间 即可完全分离 Cu 和 Sn 9 解 10 kt tt ii A 600 0 232 50 10 k 3 1 727 10K 1 s 0 10 Kt t CC A 3 0 11 lglg0 01 231638 6min 1 727 10 t C ts kC A 10 解 20 15 6018000Qitc 18000 63 5465 93 2 96485 Cu Q mMg zF A 2 2 1800035 453 2 6 61 2 96485 cl cl cl Q mMg zFM A 第十四章 极谱法与伏安法 1 极谱分析与普通电解分析有哪些相同和不同之处 答 相同点 都是电解过程 需要外加电压才能进行 极谱分析是控制电极电位的电解分析过程 不同点 1 所用电极不同 极谱分析使用一个通常是面积很小的滴汞电极 另一个通常是面积很大的饱和甘汞电极 而一般电解 分析都使用二个面积大的电极 2 电解条件的特殊性 极谱分析的溶液是静止的 以利产生浓差极化 且加入了大量的支持电解质 而电解分析是在搅拌的 溶液中进行 3 极谱分析是利用被测物质所产生的氧化还原电流的强度来进行定量 而电解分析是将被测离子还 原为金属或氧化为金属氧化物 最后称重进行定量 4 极谱分析是一种微量成份的分析方法 而电解分析是一种常量成份的分析方法 2 极限扩散电流主要受哪些因素的影响 在进行定量分析时 怎样消除这些影响 解 影响极限扩散电流的主要因素有下面几项 1 滴汞电极毛细管特性的影响 汞的流速和汞滴滴下的时间都会影响扩散电流 即汞柱高度影响扩 散电流 一般来说 汞柱高度每增加 1cm 扩散电流大约增加 2 因此实验中应保持汞柱的高度不变 2 溶液组分的影响 扩散电流随扩散系数的增加而增加 而溶液的组份不同 其粘度也不同 并 且粘度小 被测物质的扩散系数就越大 在分析中 试液和标准溶液组份力求一致 3 温度的影响 从扩散电流方程式可知 扩散电流与扩散系数 D 有关 而 D 受温度的影响较大 在 严格的条件下 一般使用恒温装置 在实际分析中 试液和标准溶液的温度相近 故可以不考虑温度的影 响 6 说明极谱法中使用滴汞电极的优缺点 答 极谱法中使用滴汞电极的优点 汞滴的不断下滴 电极表面吸附杂质少 表面经常保持新鲜 测定的数据重现性好 氢在汞上的超电位比较大 滴汞电极的电位负到 1 3 V vs SCE 还不会有氢气析出 这样在酸性 溶液中也可进行极谱分析 许多金属可以和汞形成汞齐 降低了这些金属离子在滴汞电极上的还原电位 使之更易电解析出 汞易提纯 能够得到高纯度的汞 是保证极谱法具有很好的重现性和准确度的重要条件之一 极谱法中使用滴汞电极的缺点 汞易挥发且有毒 文档鉴赏 汞能被氧化 滴汞电极不能用于比甘汞电极正的电位 滴汞电极上的残余电流较大 限制了测定的灵敏度 10 解 已知 n 2 c 0 000200mol L 1 0 200mmol L 1 0 12 i A 60 1 6 13 2 m cmnDi 6 13 22 1 605 于是 422 6 13 2 1060 9 200 0 60 12605 0 12 605 nm i D cm2 s 1 12 解 1 将所给数据列表 已知 Aid 24 3 编 号 项 目 123456 Ede vs SCE 0 395 0 406 0 415 0 422 0 431 0 445 平均扩散电流 i A 0 480 971 461 942 432 92 i iid lg 0 7600 3690 0861 0 174 0 477 0 960 因为i ii In nF RT EE d de 2 1 或i ii E d de lg 其中 2 1 2 1 0 2 1 sa as Df Df In nF RT EE 采用最小二乘法 得到 9992 0 lg0291 0417 0 R i ii E d de 或 9992 0 3 3431 14lg RE i ii de d 则 0 059 n 0 029 n 2 03 2 即电极反应的电子数为 2 2 从作图看到 Ede与i iid lg 具有良好的线性关系 是典型可逆极谱波的对数分析图 因此该电极 反应是可逆的 3 对数项为 0 时的电位即为半波电位 即 E1 2 0 417V vs SCE