第1章-绪论-分析化学

火星探测器,好奇号,机遇号探测器首次传回火星日落的图片,凤凰号在火星表面取样,第一章绪论,1、分析化学的定义、任务与作用，分析方法的分类,教学重点,2、滴定分析法、滴定剂、滴定、化学计量点、滴定终点、终点误差等常用术语，滴定分析对化学反应的要求、滴定方式，基准物质、标准溶液的配制与标定，计量关系的确定及计算,第一节分析化学的任务和作用,一、分析化学的定义二、分析化学的任务三、分析化学的作用,一、分析化学的定义,研究物质的化学组成、含量、结构等多种信息的测定技术和有关理论的一门学科。,广义讲，是一门获取物质的组成及结构等的信息科学,研究并应用确定物质的化学组成、测量各组成的含量、表征物质的化学结构、形态、能态并在时空范畴跟踪其变化的各种分析方法及其相关理论的一门科学。,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。,二、分析化学的任务,结构分析（分子结构、晶体结构、空间分布存在形态：氧化态、还原态、配位态、结晶态等）,确定物质的化学组成,定性分析（组分种类：元素、离子）,测量各组成的含量,定量分析,表征物质的结构(构象、形态、能态),三、分析化学的作用,在化学学科发展中的作用：分子科学、遗传密码在研究工作中的作用：新物质鉴定结构与性能航天、通讯等新材料研究在现代工业中的作用：质量控制与自动检测分析化学与社会：环境、体育、破案空间科学,第二节分析化学的分类与选择,一、按分析任务分类二、按分析对象分类三、按分析方法分类四、按试样用量分类五、按组分含量分类六、其他,一、按分析任务分类,5,(1)定性分析含何种元素，何种官能团(2)定量分析含量(3)结构分析形态分析,立体结构,结构与活性,分析化学,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,波谱分析,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、毛细管电泳,红外、核磁、质谱,二.按分析原理分类,三.按分析对象分类,5,(1)无机分析(2)有机分析(3)生物分析(4)药物分析（5）食品分析（6）矿物分析,四、按试样用量分类,S（mg）L（mL）常量分析10010半微量分析10100110微量分析0.1100.011超微量分析0.10.01,五、按组分含量分类,常量组分分析（1%）微量组分分析（0.011%）痕量组分分析（0.01%）超痕量组分分析（约0.0001%）,注意：微量组分分析不一定是微量分析,克毫克微克纳克皮克飞克10-310-610-910-1210-15ppmpptppb,六、例行分析和仲裁分析,例行分析(常规分析):一般分析实验室对日常生产流程中的产品质量指标进行检查控制的分析,仲裁分析（裁判分析）:请权威的分析测试部门进行裁判的分析,1、测定的具体要求准确度、灵敏度、速度、成本（包括环境成本）2、分析样品及待测组分的性质3、待测组分的含量4、共存组分的影响5、现有条件,七、分析方法的选择,方法的评价：准确度灵敏度精密度速度检出限成本（包括环境成本）,第三节分析化学发展简史与发展趋势,一、经历的三个阶段二、发展趋势,一、三个阶段,1、20世纪初分析化学由一种技术发展为一门科学；,2、第二次世界大战前后促进了各种仪器分析方法的发展；,3、20世纪70年代以来分析的内容拓宽,二、发展趋势,1、提高灵敏度2、提高选择性3、扩展时空多维信息4、状态分析5、微型化与微环境分析6、生物分析技术与活体分析7、联用,1.由分析对象来看,有机物分析,无机物分析,生物活性物质,2.由分析对象的数量级来看,3.由分析自动化程度来看,常量,微量,痕量,分子水平,手工操作,仪器,自动,全自动,智能化仪器,分析化学的特点,1.分析化学中突出“量”的概念如：测定的数据不可随意取舍；数据准确度、偏差大小与采用的分析方法有关。,2.实验性强强调动手能力、培养实验操作技能，提高分析解决实际问题的能力。3.综合性强涉及化学、生物、电学、光学、计算机等,体现能力与素质。,分析化学工作者应具有很强的责任心。,社会,其它科学技术领域,社会需要,研究与发展,分析问题,分析化学,分析化学与社会和其它科学技术领域的关系,分析化学六面体,课前先预习认真听课、记笔记勤思多练讨论课后及时总结重视实验课,分析化学的学习方法,第四节分析化学参考文献,一、丛书、大全和手册二、参考书三、杂志四、因特网上化学信息简介,本课程主要参考书:（1）湖南大学化学化工学院，分析化学，科学出版社（2）华中师大、东北师大等.分析化学，第三版，高等教育出版社（3）武汉大学化学系分析化学教研室.分析化学例题与习题，高等教育出版社（4）华东理工大学分析化学教研组等.分析化学，第五版，高等教育出版社（5）彭珊珊，夏湘.分析化学，中国计量出版社,国家精品课程资源库,第五节分析化学过程及分析结果的表示,一、分析化学过程二、分析结果的表示,一、分析化学过程,计算、评价,定量分析过程：,采样、制样,分解(溶、熔),分离、富集,测定,1）通常以待测组分实际存在形式表示2）若实际存在形式不清楚，以氧化物或元素形式表示3）用所需要的组分表示（工业分析）4）以所存在的离子形式表示（电解质溶液）,二、分析结果的表示,1、待测组分的化学表示形式,多以质量分数表示质量百分数待测组分含量非常低时，可用gg-1(10-6)、ngg-1(10-9)、pgg-1(10-12)表示。,2、待测组分含量的表示方法,A.固体试样,物质的量浓度（molL-1）质量摩尔浓度（molkg-1）质量分数体积分数摩尔分数质量浓度(mgL-1、gL-1、gmL-1、ngmL-1、pgmL-1),B.液体试样,体积分数质量浓度,C.气体试样,第六节滴定分析法概述,一、滴定分析法的特点二、滴定分析对化学反应的要求与滴定方式,（一）概念,将一种已知其准确浓度的试剂溶液（标准溶液)滴加到被测物质的溶液中（或将被测物质的溶液滴加到标准溶液中），直到两者按化学计量关系定量反应为止，然后根据所用试剂溶液的浓度和体积，求算被测组分含量的一类分析方法。,1、滴定分析法(titrimetry),习惯上又称容量分析,一、滴定分析法的特点,2、滴定剂装在滴定管中的标准溶液或被测物质的溶液,3、滴定(titrate)将滴定剂通过滴定管逐滴加入到被测物质溶液（或标准溶液）中去的操作过程,4、化学计量点(stoichiometricpoint)，简称计量点（sp）标准溶液与被测物质按化学计量关系完全反应的一点,5、滴定终点(endpoint)，简称终点（ep）指示剂(indicator)发生颜色变化而终止滴定的那一点,6、终点误差（endpointerror），滴定误差(titrationerror)由于化学计量点与滴定终点不一定相符而造成的误差,操作简便、迅速；测量的准确度高，相对误差一般在0.1%0.3%仪器设备简单；用途广泛，常用于常量组分分析,（二）滴定分析法特点,标准溶液与被测物反应类型,酸碱滴定法,以质子转移反应为基础主要用于测定酸碱性物质的含量,络合滴定法,氧化还原滴定法,沉淀滴定法,以配位反应为基础主要用于测定金属离子的含量,以氧化还原反应为基础主要用于测定氧化、还原性物质的含量,以沉淀反应为基础,（三）滴定分析法分类,1、有确定的化学计量关系2、反应迅速3、反应定量进行完全99.9%4、有简便可靠的确定滴定终点的方法,二、滴定分析对化学反应的要求和滴定方式,（一）滴定分析对化学反应的要求,滴定方式,直接滴定法（directtitration）,返滴定法(backtitration)（剩余量滴定法或回滴法）,置换滴定法(displacementtitration),间接滴定法(indirecttitration),1、直接滴定法（directtitration）,例：用HCl滴定NaOH用K2Cr2O7滴定Fe2+,凡是能够完全满足上述要求的化学反应，都可以利用标准溶液（或被测物质溶液）直接滴定被测物质溶液（或标准溶液）来计算被测物质的含量，即直接滴定法,2、返滴定法(backtitration)（剩余量滴定法或回滴法）,当滴定反应速度较慢或者缺乏合适的指示剂时，可以在被测物中加入已知量并且过量的标准溶液，使其充分与被测物作用后，再用另一标准溶液滴定剩余的第一种标准溶液，根据反应消耗第一种标准溶液的净量就可以算出被测物质的含量。,例：EDTA滴定法测定Al3+；沉淀滴定法测定饲料中Cl含量；,当反应不能按一定的化学方程式进行或伴随有副反应时，可以先用适当的试剂与被测物质反应，使其定量地置换出另一生成物，再用标准溶液滴定此生成物，这种滴定方式称为置换滴定法。,3、置换滴定法(displacementtitration),例：碘量法测定强氧化剂如K2Cr2O7,当被测物质不能与标准溶液直接反应时，可以通过另外的化学反应间接地进行测定。,4、间接滴定法(indirecttitration),例如，饲料分析中高锰酸钾法测定Ca2+含量,第七节基准物质和标准溶液,一、基准物质二、标准溶液的配制,能用以直接配制标准溶液或标定溶液准确浓度的物质,一、基准物质(primarymatter),(1)必须具有足够的纯度（主成分3个9以上）；(2)组成与化学式完全相同；(3)性质必须稳定，在配制和贮存中不易发生变化；(4)参加滴定反应时，应按反应式定量进行，没有副反应。(5)具有较大的摩尔质量;为什么？（可降低称量的相对误差）,基准物应具备的条件：,常用的基准物质有纯金属和纯化合物,注意：超纯试剂、光谱纯试剂、色谱纯试剂不一定是基准物质,常用的基准物质,二、标准溶液的配制,准确称取一定量的基准物质，溶解后定量地转移至容量瓶中，稀释定容至刻度，摇匀。根据物质的质量和配制溶液的体积，计算出该溶液的准确浓度。,（一）直接法,（二）间接法（标定法）,步骤,配制成近似浓度的溶液,标定,用基准物质标定,与标准溶液进行比较标定,在实际分析工作中，为了消除试样中共存物质的干扰，有时也用“标准试样”来标定标准溶液。,为了提高标准溶液浓度的准确度，标定一般至少要做23次平行滴定，各次滴定的相对偏差应在0.2%以内。标准溶液配制好后，必须存放在密闭的试剂瓶(或塑料瓶)中，防止水分蒸发和灰尘落入。有时标准溶液还要防止空气中CO2的溶入，见光氧化或分解等，否则标准溶液浓度会发生变化。每次使用前应将标准溶液摇匀，以防止由于部分水分蒸发而凝结在瓶内壁上部使浓度改变。对于性质不太稳定的标准溶液，久置后，在使用前应当重新标定其浓度。,注意：,思考题：用什么方法将下列物质配制成标准溶液？若需标定，应选用什么基准物质？,间接法,直接法,间接法,直接法,间接法,间接法,直接法,间接法,第八节滴定分析中的计算,一、标准溶液浓度的表示方法二、滴定剂与被滴物质之间的计量关系三、标准溶液浓度的计算四、待测组分含量的计算,一、标准溶液浓度的表示方法,（一）物质的量浓度(concentrationofamountofsubstances),注意：1)单位2）常要求浓度的有效数字为4位3）基本单元的选择不同，物质的量浓度不同，因此，必须指明基本单元。,滴定度是指每毫升标准溶液相当于被测物质的质量(g或mg)或者是质量分数，用符号TX/S表示X-被测物质的化学式S-标准溶液中溶质的化学式,（二）滴定度(titre),TNaOH/HCl=0.04000gmL-1,mNaOH=0.04000gmL-123.18mL=0.9272g,VHCl=23.18mL,如果测定试样时固定了被测试样的质量，滴定度还可以用每毫升标准溶液相当于被测组分的质量分数来表示，则计算更为简便。,如果滴定到达终点时用去K2Cr2O7标准溶液21.00mL，则试样中Fe的质量分数为：,例如，,w(Fe)0.01060(w)mL-121.00mL0.2226,滴定度与物质的量浓度可以互换（注意单位换算）,二、标准溶液浓度的计算,1、直接配制法,基准物质B,由浓溶液稀释配制溶液,一般溶液的配制与此类似,例欲配制250mL0.02000molL-1的K2Cr2O7溶液。问应称取K2Cr2O7多少克？,解,例欲配制1000mL0.10molL-1的NaOH溶液，应如何配制？,解,配制：先将一合适烧杯放在托盘天平的左边，加砝码使天平平衡，再在天平右边加4克砝码，迅速往烧杯中敲入NaOH，使天平再次处于平衡状态；然后取下烧杯，迅速用量筒量取1000mL（也可事先在试剂瓶上作一标记）蒸馏水，分次倒入适量蒸馏水于烧杯中，边加入边搅拌，使NaOH完全溶解，待溶液稍冷却后，倒入一个干净的玻璃试剂瓶中，用剩余蒸馏水冲洗烧杯2-3次，橡皮塞塞住瓶口，充分摇匀。,标定,2、标定法,cT-待标定溶液中溶质T的浓度mB-基准物质B的质量MB-基准物质B摩尔质量t/b-化学计量比,也可用来估算基准物质的称量范围以及达滴定终点时滴定剂的用量等,例用硼砂（Na2B4O710H2O）标定浓度为0.10molL1HCl时，如果使滴定体积控制在25mL左右，应称取基准物质硼砂多少克？,2HCl+Na2B4O7+5H2O=4H3BO3+2NaCl,解,注意：,在滴定分析中标准溶液浓度一般应与被测物浓度相近，两溶液浓度必需控制在一定范围。若浓度过小，将使突跃范围小，终点不明显，终点误差大；若浓度过大，则造成浪费，终点误差也大。酸碱滴定中，标准溶液浓度通常为0.1mol/L左右，滴定剂消耗体积在2030mL之间，由此数据可计算称取试样量的上限和下限。,例0.2050gNa2C2O4溶解后，在酸