分析化学13章教案

分析化学13章教案 分析化学教案第一章绪论1-1分析化学的任务和作用 一、分析化学的定义研究获得物质化学组成、结构信息、分析方法及相关理论的科学；是化学中的信息科学，以降低系统的不确定度为主要目的。 二、分析化学的任务分析化学的任务是确定物质的化学组成、测量各组成的含量以及表征物质的化学结构。 即分析化学解决“是什么”、“有多少”、“怎么样”等问题，它们分别隶属于定性分析、定量分析和结构分析研究的范畴。 三、分析化学的作用分析化学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，以及与化学有关的各科学领域中，分析化学都起着一定的作用，如材料科学、环境科学、能源科学、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，故有科学技术的“眼睛”之美誉。 分析化学在国民经济建设中，在生活实践中具有实用价值。 如解决人类面临的“五大危机”（资源、能源、粮食、人口、环境）问题；当代科学领域的四大理论（天体、地球、生命、人类起源和演化）；环境中的五大全球性问题（温室效应、酸雨、臭氧层破坏、水质污染、森林减少）；在工农业生产、国防建设等方面，无一不依赖分析化学的配合。 四、分析化学学习目的?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。 1-2分析方法的分类划分依据不同，种类不同定性分析分析任务定量分析结构分析无机分析分析对象有机分析化学分析方法原理仪器分析常量分析组分的质量百分数1%微量分析组分的质量百分数（0.01%，1%）试样用量痕量分析组分的质量百分数.实验前校正器皿和仪器消除仪器误差。 2.做空白实验检验和消除试剂误差。 空白试验就是在不加试样的情况下，按照试样分析同样的操作条件和手续进行试验。 试验所得结果称为空白值。 试样分析结果应为试样测定值减去空白值。 3.对照试验检验和消除方法误差。 一种新的分析方法建立后，是否可靠？应作对照实验以判断系统误差是否消除，通常有两种做法。 4分析化学教案 （1）用研究的新方法对已知准确含量的标准试样或纯物质进行分析，将测定结果（x）与标准值（?）对照； （2）用标准方法和新方法对同一试样进行分析，将两组测定结果加以对照。 对照试验的数据通过显著性检验，即可得出分析方法是否可靠的结论。 对照试验是检验系统误差的最有效的办法。 NOTICE进行对照试验时，尽量选择与试样组成相近的标准试样进行对照分析。 3、偶然误差（随机误差）它是由不确定的原因或某些难以控制原因造成的。 随机变化因素如环境温度、湿度和气压的微小波动以及污染情况等等）。 （1）特点双向性（偶然误差时大时小，时正时负）；不可测性。 （2）减小方法多次测量，取平均值。 （3）分布规律（偶然误差不可能完全消除，但多次测量的结果任然具有一定的规律性，符合高斯分布的正态概率密度函数）y概率密度；?总体平均值；?总体标准偏差。 定义u=(x-)u的涵义是偏差值（x-?）以标准偏差为单位来表示。 误差出现的概率密度大小变换后的函数式为表2-1误差在某区间出现的概率x-?概率-1,+168.3%-?,+?95%-1.96?,+1.96?-1.96,+1.96-2,+295.5%-2?,+2?-3,+399.7%-3?,+3?正太分布曲线 （6）置信度某一定范围内测定值或误差出现的概率，也称置信水平。 分析化学中一般取95%，有时也取90%或99%. （7）置信区间一定的概率下以平均值为中心，真实值出现的范围。 （8）偶然误差的性质A、对称性绝对值相等的正负误差出现的概率相等。 B、单峰性绝对值小的误差出现的概率大，绝对值大的误差出现的概率小。 C、有界性绝对值很大的误差出现的概率极小。 D、抵偿性偶然误差的算术平均值的极限为0。 五、有限数据随机误差的t分布对于有限次测定（一般取35次），平均值与总体平均值?关系为s?X?t?n s有限次测定的标准偏差；n测定次数；自由度f=n-1；t某一置信度下的几率系数表2-2t值表5分析化学教案讨论 （1）置信度不变时n增加，t变小，置信区间变小； （2）n不变时置信度增加，t变大，置信区间变大；2-2分析结果的数据处理 一、可疑值的取舍 1、G（格布鲁斯）检验法（测定次数为320次时，可用格布鲁斯检验法）具体步骤 （1）将测定数据从小到大排序x1，x2，x n-1，x n，其中x1或x n为可疑数据。 （2）计算该组数据的平均值及标准偏差s； （3）若x1可疑，则x?x1G?计s若x n可疑，则x n?xG?计s （4）根据事先确定的置信度和测定次数查表。 若G计G表，则舍弃可疑值，反之则保留。 6分析化学教案评价该法准确度较好，但要计算x和s比较麻烦。 2、Q检验法（该法适用于测定次数为310次时的检验）具体步骤 （1）将测定数据从小到大排序x1，x2，x n-1，x n，其中可疑值为x1或x n。 （2）求出可疑值与其最邻近值之差x n-x n-1或x2-x1，然后计算出Q x n?x n?1x2?x1Q?Q?x n?x1xn?x1 （3）根据测定次数n和所要求的置信度查Q P,n若QQ P,n，则弃去可疑值，反之则保留。 分析化学中通常取0.90的置信度。 二、平均值（x）与标准值（?）之间的比较（显著性检验）检查方法的准确度为了检验一个新的分析方法是否可靠，是否有足够的准确度，常用已知含量的标准试样进行检验，用t检验法将测定结果的平均值与已知值（标样值）比较。 x?t?n计s如果t计t表，则存在显著性差异，表明检验方法存在系统误差，否则不存在显著性差异。 三、两组平均值的比较前言实验工作中经常遇到x1与x2，x甲与x乙，x A与x B等不同情况的两组平均值，它们之间的差异可以采用F检验和t检验。 1、F检验法设两组测定结果分别为n 1、x1和s1（小）以及n 2、x2和s2（大）首先用F检验法判断s1和s2之间是否存在显著性差异。 两组数据将计算所得F计值与表所列表中F表值进行比较。 在一定的置信度及自由度时，若F值大于表值，则认为它们之间存在显著性差异。 如果F计 2、t检验法t检验法用于继续检验两组平均值x1和x2之间有无显著性差异。 式中s合合并标准偏差。 2-4有效数字及其运算规则7分析化学教案 一、有效数字实际上能测量得到的数字。 1有效数字位数包括所有准确数字和最后一位不准确数字。 例滴定读数23.43mL，最多可以读准三位。 最后一位无刻度，估计的，不是很准确，但不是臆造的，称可疑数字（或估读数字）。 NOTICE 1、记录测定结果时，只能保留一位可疑数字。 2、有效数字位数的多少反映了测量的准确度。 2在09中，只有0既是有效数字，又是无效数字（例如定位作用），它具有两种意义。 例0.06050四位有效数字定位，有效位数无小数点定位时，例3600模糊计法，应用科学计数法表示3.6103两位36003.60103三位3单位变换不影响有效数字位数。 例10.00mL0.001000L均为四位4pH，pM，pK，lgC，lgK等对数值，其有效数字的位数取决于小数部分（尾数）数字的位数，整数部分只代表该数的方次。 例pH=11.20H+=6.310-12mol/L两位5测定结果的首位为8和9时，有效数字可以多计一位。 例90.0%，可示为四位有效数字。 NOTICE （1）容量器皿；滴定管；移液管；容量瓶；4位有效数字； （2）分析天平（万分之一）取小数点后4位； （3）标准溶液的浓度，用4位有效数字表示:0.1000mol/L； （4）各种误差计算，保留一或两位有效数字； （5）化学平衡计算，保留二或三位有效数字； （6）分析结果报告含量10%，4位；1-10，3位；1%，2位； （8）采用计算器进行计算时，一般不对中间每一步骤的计算结果进行修约，仅对最后的结果进行修约。 二、有效数字的修约规则1四舍六入五成双（5后面有不等0的数字时一律进一位）例0.3745，0.3755，0.37456均修约至三位有效数字分别为0.374，0.376，0.375；2只能对数字进行一次性修约，不能连续多次修约。 例6.549，2.451一次修约至两位有效数字，分别为6.5，2.5； 三、有效数字的运算法则1加减法以小数点后位数最少的数为准（即以绝对误差最大的数为准）例50.1+1.45+0.5812=52.1E0.10.010.0001保留三位有效数字2乘除法以有效数字位数最少的数为准（即以相对误差最大的数为准）例0.012125.641.05782=0.328E0.00010.010.00001保留三位有效数字E r0.8%0.4%0.009%NOTICE分数；比例系数；实验次数等不记位数；2-5标准曲线的回归分析8分析化学教案习题1误差的正确定义是（选择一个正确答案）C a某一测量值与其算数平均值之差；b含有误差之值与真值之差；c测量值与其真值之差d错误值与其真值之差。 2.常量滴定管（50mL）读数时可估读到0.01mL，若要求滴定的相对误差小于0.1%，在滴定时，耗用体积应控制为多少？解2?0.010.1%，V20mL。 答耗用体积应控制为2025mL范围。 V3分析天平可称准至0.0001g，要使称量误差不大于0.1%，至少应称取多少试样？2?0.0001解0.1%，m S0.2g。 答至少应称取0.2g试样。 m S4下列数值各有几位有效数字？0.072，36.080，4.410-3，6.0231023，100，1000.00，1.0103，pH=5.20时的H+。 答有效数字的位数分别是2，5，2，4，不确定，6，2，2。 5下列情况各引起什么误差？如果是系统误差，应如何消除？a.砝码腐蚀；会引起仪器误差，属系统误差，应校正砝码或更换。 b.称量时，试样吸收了空气的水分；9分析化学教案会引起操作误差，属系统误差，应重新测定，注意防止试样吸湿。 c.天平零点稍有变动；可引起随机误差，适当增加测定次数以减小误差。 d.读取滴定管读数时，最后一位数字估测不准；可引起随机误差，适当增加测定次数以减小误差。 第三章滴定分析3-1滴定分析概述 1、滴定分析法将一种已知准确浓度的试剂溶液滴加到待测物质的溶液中（或将被测物质溶液滴加到已知溶液中），直到所滴加的试剂与待测物质按化学计量关系定量反应为止，然后根据试液的浓度和体积，通过定量关系计算待测物质含量的方法。 2、标准溶液已知准确浓度的试剂溶液。 3、滴定把滴定剂从滴定管加到被测溶液中的过程。 4、化学计量点（sp）滴定剂与被测物定量反应完全的那一点（理论）。 5、滴定终点（ep）滴定分析中指示剂发生颜色改变的那一点（实际）。 6、终点误差（E t）由滴定终点与化学计量点不吻合造成的分析误差。 3-2滴定分析法的分类及滴定反应的条件 一、滴定分析法的分类（一）根据反应类型分1.酸碱滴定法(又称中和滴定)是以质子传递反应为基础的一种滴定分析方法。 用来测定酸和碱。 其反应实质可表示为H+B-=HB2.配位滴定法是以配位反应为基础的一种滴定分析方法。 可用于对金属离子进行测定。 M2+Y4-=MY2-3.沉淀滴定法是以沉淀反应为基础的一种滴定分析方法。 可用于对Ag+、-、S-及卤素等离子进行测定。 如银量法Ag+Cl-=AgCl4.氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的一种滴定分析方法，可用于测定具有氧化还原性质的物质及某些不具有氧化还原性质的物质。 如高锰酸钾法MnO4-+5Fe2+8H+=Mn2+5Fe3+4H2O（二）按滴定方式分类1.直接滴定即用标准溶液直接滴定被测物质。 例强酸滴定强碱（一种标准溶液）。 2.间接滴定例氧化还原法测定钙不与滴定剂反应（Ca2+C2O42-MnO4-）。 3.返滴定法二种标准溶液一种过量加入，一种用于应用于滴定反应速度慢或无合适的指示剂的滴定反应。 如Al3+测定EDTA与Al3+反应慢，先加入过量的EDTA与Al3+反应，再用Zn2+标准溶液滴定。 4.置换滴定法一种标准溶液，一种反应剂适用于不能定量进行（伴有副反应发生）的滴定反应。 如S2O32-+Cr2O72-S4O62-/SO42-（有副反应）先置换Cr2O72-+3I2+14H+?2Cr3+6I-+7H2O再滴定2S2O32-+I2?S4O62-+2I- 二、适合滴定分析法的反应应具备条件（直接滴定法滴定条件）1.反应必须定量地完成（99.9%)。 即反应按一定的反应方程式进行，反应完全，无副反应。 这是定量计算的基础。 2.反应速率要快。 对于慢反应能采用适当措施提高其速率。 如、加催化剂等。 10分析化学教案3.能用简便的方法确定终点。 3-3标准溶液 一、标准溶液配制标准溶液的配制一般有两种方法。 、直接法准确称取一定量的基准物质，溶解后，配成一定体积的溶液，根据物质质量和溶液体积，可计算出该标准溶液的准确浓度(如Na2B4O710H2O、K2Cr2O7etc.）。 简言之准称、溶解、稀释、计算。 如配制K2Cr2O7标准溶液(0.01667mol/L),准确称量在120干燥恒重的K2Cr2O74.903克加适量水溶解后，转移至1000ml的容量瓶中，并稀释到刻度线，摇匀即得。 能直接配制标准溶液的物质必须具备（）物质具有足够纯度，即含量99.9%。 其杂质含量少到滴定误差以内。 一般用基准试剂（99.99%）或优级纯试剂（99.9%）。 （）物质的组成与化学式应完全符合。 若含结晶水，也应符合化学式。 （为了不让CuSO4?5H2O,Na2B4O7?10H2O结晶水失去，应保存在湿度为60%的空气中。 ）（）稳定。 不稳定的物质不能用直接法，如KMnO4,NaOH,HCl,Na2S2O3基准物质的条件 （1）物质具有足够纯度，即含量99.9%。 （2）物质的组成与化学式完全符合。 若含结晶水，也应符合化学式。 如H2C2O42HO。 （3）稳定。 （4）试剂最好有较大的分子量。 (这样相对误差小) 2、间接法 （1）标定法（或比较法）用台秤粗略地称取一定量或用量筒粗略地量取一定量体积物质，用量筒加水将试剂配成近似于所需浓度的溶液，然后用基准物质或另一种滴定液，通过滴定的方法来确定溶液的准确浓度，称为标定法。 如盐酸易挥发，氢氧化钠易吸收空气中的水和二氧化碳，通过称量，都无法取得它们的真实质量，只能先将它们配成近似浓度的溶液再用基准物质邻苯二甲酸氢钾来标定氢氧化钠溶液，用碳酸钠来标定盐酸，从而得到它们的准确浓度。 3- 4、标准溶液浓度的表示方法 一、物质的量浓度（简称浓度）是指单位体积溶液内所含溶质B的物质的量n B。 m nM C?V?V在浓度表示中一定要注明基本单元。 基本单元可以是原子、分子、离子、电子等。 例题1（P33） 二、滴定度BB BBm 1、定义是指与每mL标准溶液相当的待测组分的质量(g)。 T AB?AV B 2、表示法T待测物/滴定剂单位g/mL例用0.02718mol/L的KMnO4标准溶液测定铁含量，其浓度用滴定度表示为T Fe/KMnO4=0.007590g/mL即:表示1mLKMnO4标准溶液相当于0.007590克铁。 注、中间过程应包括Fe3+还原成Fe2+,但不论怎样我们在计算滴定度时只能用Fe2+,因为高锰酸钾溶液和Fe2+发生氧化还原反应。 、测定时，根据滴定所消耗的标准溶液体积可方便快速确定试样中铁的含量m Fe=T Fe/KMnO4?V KMnO4每ml标准溶液所含溶质的克数（这种表示方法没有上一种应用范围广泛）11分析化学教案表示为T溶质，单位（g/ml）?如T HCl=0.003646g/ml表示1mL标准HCl溶液含有0.003646g HCl 3、由物质的量浓度C计算滴定度T A/B对于一个化学反应aA+bB=cC+dD ab（A为被测物质，B为标准溶液，V B为反应完成时标准溶液消耗的体积）mA当达到化学计量点时c BV B1000b amAacBM A移项得?MA1000b由滴定度定义T A/B=mAV B得到?