分析化学实验教程

实验1容量分析基本操作【实验目的】1 .学习容量分析常用仪器的清洗和使用方法，了解常用玻璃量器的基本知识2 .学习滴定分析的基本操作，掌握正确判断目标的能力3 .初步掌握酸碱指示剂的选择方法，熟悉苯酚酞、甲基橙指示剂的使用和终点颜色变化。【预习要点】预习“常用玻璃器具及其清洗和干燥”、“试剂采集方法和溶液的制备”、“基本测量器具的使用”、“误差和分析数据的处理”等内容，明确其操作要点。【知识介绍】容量分析又称滴定分析。 容量分析法是将已知的正确浓度的试剂溶液(标准溶液)滴加到测定的试样溶液中，根据标准溶液的浓度、体积以及化学反应的计量关系求出试样中的测定物质的含量，直到添加的试剂和测定物质的定量反应完全为止的方法。用容量分析法进行定量分析时，通常将测定物质的溶液放入玉米瓶，通过滴定管将标准溶液滴入玉米瓶的操作称为滴定法。 滴加的标准溶液和被测物质以两者的化学反应的计量关系进行定量反应时，反应到达化学计量点(简称计量点)。 很多反应到达计量点后外观也没有变化(NaOH和HCl的反应等)，计量点一般由指示剂的变色决定，滴定一直进行到实际加入的指示剂正好变色。 终点和测量点不一定正确一致，由此产生的分析误差称为终点误差。选择合适的指示剂，准确判断滴定终点，准确测定滴定过程中消耗的标准溶液体积，直接影响滴定分析结果的准确性。根据标准溶液与被测物质的反应(滴定反应)的种类，滴定分析法可分为酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法。 酸碱滴定中使用的指示剂大多是可逆的，有助于判断滴定终点的练习。一定浓度的NaOH和HCl溶液相互滴定时，滴定反应NaOH HCl=NaCl H2O当反应到达测量点时：cNaOHVNaOH=cHClVHCl因此，当NaOH和HCl溶液的浓度一定时，所消耗的溶液体积比(VHCl/VNaOH )或(VNaOH /VHCl )应该一定。 指示剂不变化的情况下，使滴定的溶液的体积变化，滴定到终点时的体积之比也应该几乎不变化。 由此，可以验证滴定操作技术和判断终点的能力。酸碱指示剂一般为弱有机酸或有机碱，其共轭酸碱具有不同的结构和颜色。 当溶液的pH值在一定范围内变化时，共轭酸碱相互变化，引起溶液颜色的变化。 例如，苯酚酞指示剂为二元弱酸，溶液的pH在8.0-10.0的范围内增大时，苯酚酞从其酸性结构变为碱性结构，与此相伴，颜色从其酸性颜色(无色)变为碱性颜色(红色)。 因此，苯酚酞是弱碱性范围内变色的指示剂。 另外，甲基橙是弱酸性范围变色的指示剂，变色的pH范围(简称变色范围)为3.1-4.4，酸性色为红色，碱性色为黄色。HCl和NaOH溶液的相互滴定是强酸强碱的滴定，达到计量点时溶液的pH=7.00。 用0.1 mol/L NaOH溶液滴定相同浓度的HCl溶液时，测定点前后的0.1%相对误差范围内的溶液pH的变化范围(称为滴定飞跃范围)为4.30-9.70。 为了使终点误差小于0.1%，以指示剂变色范围的全部或一部分在滴定飞跃范围内为酸碱指示剂的选择依据。 换句话说，应选择滴定飞跃范围内可变色的酸碱指示剂，如苯酚酞、甲基橙、甲基红(变色范围pH=4.4-6.2)等。 以甲基橙为指示剂，用NaOH溶液滴定HCl溶液时，终点颜色的变化是用橙色(pH=4.0)变为黄色的HCl溶液滴定NaOH溶液时，以从黄色变为橙色时为终点，滴定为红色(pH=3.1)时，产生0.2%以上的误差。 苯酚酞作为指示剂使用的话，经常使用NaOH滴定HCl，在这样的终点，苯酚酞由无色变为微红色，观察容易判断滴定终点。为了严格训练学生滴定分析的基本操作，本实验选择甲基橙和苯酚酞的指示剂，通过测定HCl和NaOH溶液相互滴定时的体积比，学习了酸碱溶液的制备方法和判断滴定终点的方法。【实验器具和试剂】仪器：酸性滴定管(50 ml )、碱性滴定管(50 ml )、移液管(25 ml )、锥形瓶(250 ml )、烧杯(100 ml )、量筒(10 ml、100 ml )、台秤、试剂瓶(500 ml )。试剂： NaOH (AR )、浓盐酸(相对密度1.19 )、甲基橙指示剂(0.2%水溶液)、苯酚酞指示剂(0.2%乙醇溶液)。【实验内容】1 .酸碱溶液制备(1) 0.1 mol/L HCl溶液的制备：用洗涤剂筒将浓盐酸2.5 ml放入试剂瓶，用水稀释至300 ml，盖上玻璃塞，摇匀。(2) 0.1 mol/L NaOH溶液的制备：取1.2 g NaOH到烧杯中，加入50 ml水使其溶解，转移到试剂瓶中，加入250 ml水，用橡胶封住瓶口，充分摇动。2 .酸碱溶液的相互滴定(1)清洗酸性、碱滴定管及移液管； 在酸性滴定管上涂抹凡士林油，检查有无漏水。 碱滴定管胶乳管老化后，更换新的，检查玻璃珠大小是否合适，有没有漏水。(2)用NaOH溶液洗涤碱滴定管23次，每次5-10 ml，将NaOH溶液直接放入碱滴定管中，调整零刻度。(3)用HCl溶液润湿酸性滴定管23次，每次5-10 ml，将HCl溶液直接放入酸性滴定管中，调整零刻度。(4)用NaOH溶液滴定HCl溶液：用25 ml移液管测定HCl溶液，放入玉米瓶中，加入苯酚酞指示剂2-3滴，用NaOH溶液滴定时，刚刚变红，30 s以内不褪色为终点，记录读取值。 这样平行测定4次的话，消耗的NaOH溶液的体积的最大值和最小值的差(极差r )要求不足0.04 ml。 求出NaOH溶液体积的平均值，计算(VHCl/VNaOH )。用NaOH溶液滴定HCl溶液指示剂1234VHCl/ml25.0025.0025.0025.00VONaOH/mlVHCl/VNaOH极差R/mlvdna平均值(x )(5)用HCl溶液滴定NaOH溶液：从碱滴定管以每秒3-4滴的流速，将约20 ml (读取到0.01 ml ) NaOH溶液放入玉米瓶中，加入1-2滴甲基橙指示剂，用HCl滴定溶液直到溶液正好从黄色变成橙色，记录消耗的HCl溶液的体积从碱滴定管放出约2ml的NaOH溶液，用HCl溶液继续滴定，直到溶液从黄色变成橙色，记录终点的读取值。 这样反复滴定练习几次，得到的体积读数就成为累积体积。 计算每次滴定的体积比(VHCl/VNaOH )，其相对极差不足0.2%即合格。用HCl溶液滴定NaOH溶液的指示剂1234VONaOH/mlVHCl/mlVHCl/VNaOH (xi )VHCl/VNaOH (x )相对极差(%)=(xmax-xmin)/x*100%(6)参照上表格式记录和整理实验数据。【说明】本实验中配置的NaOH溶液不是标准溶液，仅在滴定操作练习中使用。【思考问题】1 .滴定管和吸液管应该怎么洗？使用前应该怎么处理？ 锥形瓶在使用前会干燥吗？吸液管排气后，流液口残留的少量溶液应该喷出吗3 .为什么每次滴定时，滴定管的读取值的起点为0.00刻度实验二有机酸含量的测定【实验目的】1 .掌握有机酸含量的测定原理和方法，学习标准法制备标准溶液的方法2 .学习容积测量瓶的正确使用方法，进一步熟练计量和滴定操作技术。【预习要点】复习滴定分析仪的使用方法和滴定操作要点，了解酸碱滴定法实际测定样品的基本原理和步骤。【知识介绍】滴定分析法是定量分析中的一种重要方法，通常用于测定常量成分。 即，被测定成分的含量一般为1%以上，有时也能够测定微量成分(含量0.01-1% ) . 该方法精度高，一般测量相对误差为0.2%左右。用滴定分析法测定的被测定物质的含量通常包括标准溶液和制备测定样品的两个工序。1 .标准溶液制备根据试剂的性质，采用直接法或间接法(也称标定法)制备标准溶液。(一)直接法；正确取一定质量的试剂，溶解后用容量瓶决定容量。 根据试剂质量和溶液体积计算该标准溶液的正确浓度。(a )在空气中稳定，(b )纯度足够高(99% )，但杂质含量少到可以忽略的程度，(c )实际组成(包括结晶水的含量)优选具有与化学式一致的(d )高摩尔质量。(2)标定法许多化学试剂不具备上述标准物质的条件，不能直接法制备标准溶液。 此时，首先调制接近必要浓度的溶液，可以用基准物质(或其他物质的标准溶液)测定其正确的浓度。 标定利用这种基准物质或已知的基准溶液决定溶液基准浓度的操作过程。本实验需要制备NaOH标准溶液。 NaOH具有强吸湿性，易吸收CO2和水分，生成少量的Na2CO3，含有少量的硅酸盐、硫酸盐和氯化物等，NaOH不是标准物质。 因此，不是直接法制备，而是首先制备接近浓度的溶液，然后用邻苯二甲酸氢钾HCC8h4o4(简称khp )进行标定。 邻苯二甲酸氢钾是有机弱酸，与NaOH反应如下根据反应1:1计量关系，NaOH标准溶液的浓度可以用下式求出式中，mKHP是被称为邻苯二甲酸氢钾的质量(g) MKHP是邻苯二甲酸氢钾的摩尔质量(204.22 g/mol) VNaOH是将邻苯二甲酸氢钾溶液滴定至终点时所消耗的NaOH溶液的体积(ml )，cNaOH是NaOH标准溶液的浓度(mol/L ) .反应产物苯二甲酸钾钠是弱酸强碱盐，在水溶液中显示弱碱性，因此可以选择苯酚酞作为指示剂。酸碱标准溶液通常配合成0.1 mol/L。 浓度过高，误差过大，浓度过薄，滴定的飞跃范围减少，指示剂的变色变得不明显，引起误差。2 .样品的测定在用滴定分析法测定样品之前，先判断能否直接正确滴定。 各种滴定分析方法，各有不同的判断标准。 例如，用cKa 10-8作为强碱直接正确滴定弱酸的判断的依据。 其中，c是弱酸物质的量浓度，Ka是弱酸的解离常数。 此时，分析结果的相对误差小于0.2%。有机酸多为固体弱酸，易溶于水且满足上述滴定条件，可在水溶液中用标准碱溶液直接准确滴定，测定其含量。 例如，草酸是二元弱酸，在水溶液中二阶段解离，其Ka1=5.9 10 -2、Ka2=6.4 10 -5 . 如果草酸的浓度c为0.1 mol/L，则由于cka 1、10-8、cka 2、10-8，因此可以正确滴定两阶段解离的h。 但是，因为其Ka1和Ka2的差不够，所以不满足阶段滴定的条件 (Ka1/Ka2) 105，只能进一步滴定到草酸盐。 酒石酸、柠檬酸等有机酸与草酸类似。本实验利用酸碱滴定原理，用NaOH标准溶液滴定有机酸试样溶液。 滴定反应生成物是弱酸强碱盐，终点溶液显示弱碱性，因此选择苯酚酞作为指示剂。 溶液的颜色从无色变为微红是终点。 根据NaOH标准溶液的浓度和滴定所消耗的体积和滴定反应的计量关系，可以计算试料中有机酸的含量。【实验器具和试剂】仪器：台秤、光电分析天平、玉米瓶(250 ml )、量筒(100 ml )、碱性滴定管(50 ml )、烧杯(100 ml )、容量瓶(250 ml )、移液管(25 ml )、试剂瓶(500 ml )。试剂： NaOH (AR )、苯酚酞(0.2%乙醇溶液)、有机酸试样(草酸、酒石酸、柠檬酸等)、邻苯二甲酸氢钾标准物(用100-125 oC干燥1小时，稍冷却后放入干燥器冷却至室温，备用)。【实验内容】1. 0.1 mol/L NaOH标准溶液的制备与标定(1)调制在台秤中称量约1.2g NaOH，放入烧杯中，加入新鲜蒸馏水50 ml溶解后，转移到带橡胶塞的试剂瓶中，加水稀释至300 ml，充分摇动。(2)标定用差减法准确地测量邻苯二甲酸氢钾0.4-0.6 g，分别放入250 ml的玉米瓶中，加入水25 ml溶解后，加入苯酚酞指示剂1-2滴，用NaOH溶液滴定直到溶液变红，终点是在30 s以内不褪色。 记录消耗的NaOH溶液的体积，计算NaOH溶液的浓度(保留4位的有效数字)。2 .有机酸含量的测定(1)准确量取1份有机酸试样(例如草酸H2C2O42H2O约1.5 g )，放入小烧杯中，加入适量的水溶解后，定量转移到250 ml的容量瓶中，用水稀释至刻度，均匀。(用25 ml移液管将试样溶液转移到瓶中，加入苯酚酞指示剂12滴，用NaOH标准溶液滴定直到溶液带红色，以30 s以内不退色为终点，记录体积。 平行测量23次，体积极端差应小于0.04 ml。(3)用下式计算有机酸HnA的含量，用其平均值报告结果。式中，cNaOH为NaOH标准溶液的浓度(mol/L )的VNaOH为滴定所消耗的NaOH标准溶液的体积(ml )的MHnA或HnA的摩尔质量(g/mol) mHnA被称为采集到的有机酸