分子化学第1章绪论

1、 第第1 1章章 分析化学概论分析化学概论 11.1 分析化学的任务与作用分析化学的任务与作用分析化学是发展和应用各种方法、仪分析化学是发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得有关物质在空间器和策略，以获得有关物质在空间和时间方面组成和性质的一门科学，和时间方面组成和性质的一门科学，是是表征和量测的科学表征和量测的科学。原子量的准确测定、工农业生产的发原子量的准确测定、工农业生产的发展、生态环境的保护、生命过程的展、生态环境的保护、生命过程的控制等都离不开分析化学。控制等都离不开分析化学。2正如正如19911991年年IUPACIUPAC国际分析科学会国际分析科学会议主席议主席E.NIKIE.N

2、IKI教授所说，教授所说，2121世纪世纪是光明还是黑暗取决于人类在是光明还是黑暗取决于人类在能能源与资源科学、信息科学、生命源与资源科学、信息科学、生命科学与环境科学四大领域科学与环境科学四大领域的进步，的进步，而而取得这些领域进步的关键问题取得这些领域进步的关键问题的解决主要依赖于分析科学。的解决主要依赖于分析科学。3 医学与分析化学医学与分析化学1) 1) 肉毒杆菌毒素肉毒杆菌毒素：迄今最毒的致死毒素：迄今最毒的致死毒素,据推算据推算,成人致死量仅成人致死量仅需一亿分之七克需一亿分之七克(70ng),有有7种不同免疫型体种不同免疫型体.2) 硒与白内障硒与白内障:营养需要范围为营养需要范

3、围为110-7 210-6;达到达到310-6 110-5将引起慢性中毒将引起慢性中毒;超过超过110-5会引起急性中毒会引起急性中毒,以致突然以致突然死亡死亡. 人视网膜含硒量人视网膜含硒量7 g正常。正常。 动物肝脏、海味、大蒜、蘑菇等含硒丰富。动物肝脏、海味、大蒜、蘑菇等含硒丰富。3) 碘盐碘盐:黑龙江省集贤村黑龙江省集贤村,1000多人多人.约约200个傻子个傻子,引用水、土壤严引用水、土壤严重缺碘所致。重缺碘所致。4)拿破仑死因拿破仑死因：头发分析：头发分析(中子活化、荧光中子活化、荧光)，As、Pb含量特高，含量特高，中毒而死。侍者所为。中毒而死。侍者所为。4现代分析化学学科发展趋

4、势及特点现代分析化学学科发展趋势及特点1 1）提高灵敏度提高灵敏度解决解决复杂体系复杂体系的分离问题及提高分析方法的的分离问题及提高分析方法的选择性选择性3 3）扩展时空）扩展时空多维信息多维信息4 4）微型化微型化及微环境的表征与测定及微环境的表征与测定5 5）形态、状态分析及表征）形态、状态分析及表征6 6）生物大分子及生物活性物质的表征与测定生物大分子及生物活性物质的表征与测定7 7）非破坏性检测及）非破坏性检测及遥控遥控8 8）自动化与智能化自动化与智能化56Analytical Chemistry Chemistry Biochemistry Inor.Chem. Organic C

5、hem. Physical Chem. PhysicsAstrophysics Astronomy BiophysicsEngineering Civil Chemical ElectricalMechanical Medicine Clin. Chem.Medicinal Chem. Pharmacy Toxicology Materials Science Metallurgy Polymers Solid State Social Sciences ArcheologyAnthropology ForensicsBiologyBotanyGeneticsMolecular Biology

6、 MicrobiologyZoologyGeologyGeophysicsGeochemistryPaleontologyPaleobiologyEnvironmentalSciencesEcologyMeteorologyOceanographyAgricultureAgronomyAnimal ScienceCrop ScienceFood ScienceHorticultureSoil Science分析化学分析化学与化学的与化学的其他分支其他分支及其他科及其他科学的关系学的关系引自美引自美Douglas A. Skoog等著等著 Analytical Chemistry 2000,7t

7、h ed.生命科学、医学研究的是生命体内的化学生命科学、医学研究的是生命体内的化学反应反应(基因工程、克隆技术、生物芯片基因工程、克隆技术、生物芯片-) 。需要学习基本理论、方法、实验技能；培需要学习基本理论、方法、实验技能；培养严谨的工作作风、科学态度；建立养严谨的工作作风、科学态度；建立准确的量的概念；训练科学研究素质。准确的量的概念；训练科学研究素质。7 1.2 定量分析过程定量分析过程取样取样 处理处理 消除干扰消除干扰 测定测定 计算计算均匀均匀 溶解溶解 掩蔽掩蔽 常量常量组分组分有代表性有代表性 熔融熔融 分离分离 (1%,化学化学法法) )符合实际符合实际 消解消解 微量微量组

8、分组分妥善保存妥善保存 灰化灰化 ( (仪器分仪器分析法析法) )8 1.3 定量分析方法定量分析方法仪器分析法仪器分析法：光化学：光化学：紫外紫外- -可见可见、红外、荧光、磷光、激、红外、荧光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子发射、原子吸收光拉曼、核磁共振、原子发射、原子吸收电化学：电化学：电位、电导、库仑、安培、极谱电位、电导、库仑、安培、极谱色谱法：色谱法：柱、纸、薄层、柱、纸、薄层、GC、HPLC其他：其他：MS、电子能谱、活化分析、免疫分析、电子能谱、活化分析、免疫分析9化学分析法化学分析法: 重量分析重量分析 滴定分析滴定分析: 酸碱、络合、氧化还原、沉淀酸碱、络合、氧化还原、沉淀

9、 按试样量大小分按试样量大小分方法方法 固体试样质量固体试样质量(mg) (mg) 液体试样体积液体试样体积(mL)(mL)常量常量 100 10100 10半微量半微量 1010100 1100 11010微量微量 10 110 1%)、微量组分微量组分(0.01-1%)、痕量组分痕量组分(99.9%; 3. 稳定稳定(Na2CO3、CaCO3、Na2C2O4等等） 13实验室常用试剂分类实验室常用试剂分类级别级别 1级级 2级级 3级级 生化试剂生化试剂14中文名中文名 优级纯优级纯 分析纯分析纯 化学纯化学纯英文标志英文标志 GR AR CP BR标签颜色标签颜色 绿绿 红红 蓝蓝 咖啡

10、色咖啡色实验讲义实验讲义p7-15 标准试剂、高纯试剂、专用试剂标准试剂、高纯试剂、专用试剂1.4.4 滴定分析中的体积测量滴定分析中的体积测量常用容量分析仪器常用容量分析仪器: : 容量瓶容量瓶(量入式量入式) )、 移液管移液管(量出式量出式) )、 滴定管滴定管(量出式量出式)校准方法校准方法: 1.绝对校准绝对校准 2.相对校准相对校准: 移液管与容量瓶移液管与容量瓶151.4.5 滴定分析计算滴定分析计算分析化学中常用的量和单位分析化学中常用的量和单位物质的量物质的量 n (mol、 mmol)摩尔质量摩尔质量M(gmol-1)物质的量浓度物质的量浓度c(molL-1)质量质量m(g

11、、mg)， 体积体积V(L、mL)质量分数质量分数w(%),质量浓度质量浓度 (gmL-1 、mgmL-1)相对分子量相对分子量Mr、相对原子量、相对原子量Ar16必须指明必须指明基本单元基本单元A. 标准溶液的配制标准溶液的配制1:稀释后标定稀释后标定(NaOH、HCl) n1=n2 c1V1= c2V22: 用基准物质直接配制用基准物质直接配制(K2Cr2O7) 准确称量并配成准确体积。准确称量并配成准确体积。17AAAmnM AAAncV 例例1.1 配配0.01000 molL-1 K2Cr2O7标准标准 溶液溶液250.0mL,求求m=?解解 m(K2Cr2O7)=nM=cVM =0

12、.010000.2500294.2=0.7354(g)通常仅需要溶液浓度为通常仅需要溶液浓度为0.01 molL-1左右左右, 做法是做法是:准确称量准确称量0.74g(10%) K2Cr2O7基准物质基准物质, 于于容量瓶中定容容量瓶中定容, 再计算出其准确浓度：再计算出其准确浓度：18227227227227(K CrO )(K CrO )(K CrO )(K CrO )mcMV B. 标定及滴定计算标定及滴定计算方法方法1 1：等物质的量规则等物质的量规则 1911AB(A)(B)nnZZAAAAMMZZ11()=( )AA1(A)(A)nZnZ AA1(A)(A)cZcZ ZA和和ZB

13、分别为分别为A物质和物质和B物质在反应中物质在反应中的得失质子数或得失电子数。的得失质子数或得失电子数。等物质的量规则举例等物质的量规则举例 H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O20H2SO4 的基本单元的基本单元: NaOH 的基本单元的基本单元: NaOH等物质的量规则等物质的量规则: 241()()2H SONaOHnnMnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O241H SO2MnO4-的基本单元的基本单元: Fe2+的基本单元的基本单元: Fe2+等物质的量规则等物质的量规则:241( MnO )(Fe)5nn 41MnO5

14、 例例1.4 以以K2Cr2O7为基准物质为基准物质,采用析出采用析出I2的方法的方法标定标定0.020molL-1Na2S2O3溶液的浓度溶液的浓度,需称多少需称多少克克K2Cr2O7?如何做才能使称量误差不大于如何做才能使称量误差不大于0.1%?解解: Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3+3I2+7H2O I2+2S2O32-=2I-+S4O62-+6eCr2O72- 2Cr3+16 n( K2Cr2O7)=n(Na2S2O3)161616m(K2Cr2O7 )= n( K2Cr2O7) M( K2Cr2O7)=c(Na2S2O3) V(Na2S2O3) M(K2Cr2O7)=0.

15、0200.025294.18/6=0.025(g)-2e2S2O32- S4O62-称大样称大样-减少称量误差减少称量误差 准确称取准确称取0.25g左右左右K2Cr2O7,于小烧杯中溶解于小烧杯中溶解后定量转移到后定量转移到250mL容量瓶中定容容量瓶中定容,用用25mL移移液管移取液管移取3份于锥形瓶中份于锥形瓶中,分别用分别用Na2S2O3滴定滴定. 22r0.00020.08% 0.1%0.25E 标定标定0.10molL-1NaOH: 若用若用H2C2O42H2O,约约0.15g, 应称大样应称大样; 若用若用KHC8H4O4,约约0.5g, 称小样称小样为好为好(?)计算方法二计算

16、方法二: 换算因数法换算因数法ABCDabcd23(A)(B)(A)(A)(B)(B)acVanncVbb ( (例例1.6)1.6)2+4444(Ca)(Ca)5 (KMnO )(KMnO )(Ca)(Ca )2115( KMnO )(KMnO )(Ca)0.0500 1.20 40.005522 2.00nMcVMVVcVMV Ca2+C2O42- CaC2O4(s) H2C2O42MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2+10CO2(g)+8H2O52n(Ca2+)=n(H2C2O4)= n(KMnO4)5H2C2O4 2KMnO41Ca2+ 1H2C2O4 A物质的质量分数计算物质的质量分数计算根据根据等物质的量规则等物质的量规则: :25BAS11(B)(B)(A)(A)100%cVMZ