第01章分析化学概论

1、1分析化学分析化学Analytical Chemistry2教学要求与安排教学要求与安排(1)1.学时与内容：学时与内容：48学时课，期中、期学时课，期中、期末末2次考试。实验次考试。实验64学时，安排在本学时，安排在本学期同时进行。学期同时进行。2.教材：教材：分析化学分析化学（武大第五版）（武大第五版）、分析化学实验分析化学实验（武大）（武大）。3教学要求与安排教学要求与安排(2)3.成绩评定：期中考占成绩评定：期中考占20%，期末考，期末考占占70%，平时，平时10%（作业、纪律、（作业、纪律、学习态度等）。学习态度等）。4.学习方法：预习、听讲、复习、做作学习方法：预习、听讲、复习、做

2、作业；课堂讨论；答疑（时间？）业；课堂讨论；答疑（时间？） 作业每周四交，随机抽查，批改作业每周四交，随机抽查，批改1/3 1/2，准备，准备2个本。个本。4教学参考书(1)1. 分析化学，分析化学，RKellner等编，李克安等编，李克安 金钦汉等译，北京大学出版社，金钦汉等译，北京大学出版社，2001，8 2. 分析化学（第五版），武汉大学等，分析化学（第五版），武汉大学等，高等教育出版社，高等教育出版社，2006，7 3. 21世纪的分析化学，汪尔康主编，科世纪的分析化学，汪尔康主编，科学出版社，学出版社，1999 4.分析化学前沿，高鸿主编，科学出版社，分析化学前沿，高鸿主编，科学出版

3、社，19915教学参考书(2)5. 化学分析原理，张锡瑜等编著，科学出化学分析原理，张锡瑜等编著，科学出版社，版社，19916. Chemical equilibrium and analysis，Ramette, Richard W.,Addison-Wesley Pub. Co., 19817. 仪器分析教程，北京大学化学系仪器分仪器分析教程，北京大学化学系仪器分析教学组，北京大学出版社，析教学组，北京大学出版社， 1997 6教学参考书(3)8. Quantitative chemical analysis （5th ed），），Daniel C. Harris，New York : W

4、.H. Freeman, c1999.9. 定量化学分析，科尔索夫定量化学分析，科尔索夫 著；南京化工著；南京化工学院分析化学教研组学院分析化学教研组 译，人民教育出版译，人民教育出版社，社， 198110.仪器分析，周性尧等编著，高等教育出仪器分析，周性尧等编著，高等教育出版社，版社，19907分析化学分析化学 第第1章章 分析化学概论分析化学概论 1.1分析化学的定义、任务和作用分析化学的定义、任务和作用1.2分析方法的分类与选择分析方法的分类与选择1.3分析化学发展简史与发展趋势分析化学发展简史与发展趋势1.4分析化学参考文献分析化学参考文献81.5分析化学过程及分析结果的表示分析化学过

5、程及分析结果的表示1.6滴定分析法概述滴定分析法概述1.6.11.6.1方法介绍方法介绍1.6.21.6.2滴定分析法对反应的要求和滴定方式滴定分析法对反应的要求和滴定方式1.7基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液1.8滴定分析中的计算滴定分析中的计算9分析化学分析化学化学分析、仪器分析（化学分析、仪器分析（1）1.分析化学分析化学是研究物质的组成、状态和结是研究物质的组成、状态和结构的科学，它包括化学分析和仪器分析构的科学，它包括化学分析和仪器分析两大部分。两大部分。2.化学分析化学分析是指利用化学反应和它的计量是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一关系来确定被测物质的

6、组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学试剂、类分析方法。测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿天平和一些玻璃器皿。10分析化学分析化学化学分析、仪器分析（化学分析、仪器分析（2）3.仪器分析仪器分析是以物质的物理和物理化学性是以物质的物理和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法，测质为基础建立起来的一种分析方法，测定时，常常需要使用比较复杂的仪器。定时，常常需要使用比较复杂的仪器。n仪器分析的产生为分析化学带来革命性仪器分析的产生为分析化学带来革命性的变化，仪器分析是分析化学的发展方的变化，仪器分析是分析化学的发展方向。向。111.1 分析化学的定义、任务和作用分析化学的定义、任务和作

7、用分析化学是发展和应用各种理论、方法、分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略，以获得有关物质在相对仪器和策略，以获得有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科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。是学，又被称为分析科学。是表征表征和和量量测测的科学。的科学。12分析化学的作用分析化学的作用n工业原料选择、工艺流程控制及产品质量检测 土壤成分，化肥、农药到农作物生长过程的研究 从资源勘探、矿山开发到三废的处理和综合利用 武器装备的生产研究到刑事犯罪活动的侦破科研的基础、科技的眼睛科研的基础、科技的眼睛13医学与分析化学医学与分析化学1) 肉毒杆菌毒素肉毒杆菌毒素：迄今

8、最毒的致死毒素：迄今最毒的致死毒素,据推算据推算,成人致成人致死量仅需一亿分之七克死量仅需一亿分之七克(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会引起会引起急性中毒急性中毒,以致突然死亡以致突然死亡. 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、引用水、土壤

9、严重缺碘所致。土壤严重缺碘所致。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含量含量特高，中毒而死。侍者所为。特高，中毒而死。侍者所为。2022-3-17分析化学的作用分析化学的作用在化学学科发展中的作用：分子科学、遗传密码在化学学科发展中的作用：分子科学、遗传密码在化学研究工作中的作用：新物质鉴定在化学研究工作中的作用：新物质鉴定 结构与性能结构与性能在现代化学工业中的作用：质量控制与自动检测在现代化学工业中的作用：质量控制与自动检测分析化学与社会：环境、体育、破案分析化学与社会：环境、体育、破案152001年中国基础研究十大进展年中国基础研究十大

10、进展 科技部1月15日在京公布1. 完成完成水稻基因组水稻基因组“工作框架图工作框架图”;2.研究出将光盘容量扩大研究出将光盘容量扩大100万倍的技术万倍的技术;3.科技大学科技大学C60纳米材料结构纳米材料结构研究获重要进展研究获重要进展;4.中美在我国发现最古老的大洋地壳残片中美在我国发现最古老的大洋地壳残片;5.研究确定全球二叠系研究确定全球二叠系-三叠系界线层型三叠系界线层型;6.将将巨颅兽哺乳动物的历史巨颅兽哺乳动物的历史向前推进向前推进4500万年万年;7.肝胆管结石及其并发症的外科治疗与研究肝胆管结石及其并发症的外科治疗与研究取得创新性成果取得创新性成果;8.粲夸克偶素物理实验研

11、究获重大进展粲夸克偶素物理实验研究获重大进展;9.新核素合成研究获两项突破新核素合成研究获两项突破;10.揭开导致揭开导致A-1型短指型短指(趾趾)症症之谜之谜.162012年中国科学十大进展年中国科学十大进展 科技部3月11日在京公布1. 神舟九号和天宫一号成功实现载人交会对接；神舟九号和天宫一号成功实现载人交会对接；2. 可扩展量子信息处理取得系列重要进展；可扩展量子信息处理取得系列重要进展；3. 阐明阐明二叠二叠三叠纪之交生物大灭绝及其复苏模式三叠纪之交生物大灭绝及其复苏模式和原因；和原因；4. 大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡模式；大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡模式；5. 揭示揭

12、示两种天然产物靶向特异蛋白治疗白血病的机制两种天然产物靶向特异蛋白治疗白血病的机制；6. 证实单倍体孤雄干细胞具有可替代精子和快速传递基因修饰的能力；证实单倍体孤雄干细胞具有可替代精子和快速传递基因修饰的能力；7. 生态学试验证实生态学试验证实Bt转基因棉花种植可促进对害虫的生物控制；转基因棉花种植可促进对害虫的生物控制；8. 解析出解析出TAL效应蛋白特异性识别效应蛋白特异性识别DNA的结构基础的结构基础；9. 揭示营养匮乏引发细胞自噬的揭示营养匮乏引发细胞自噬的分子机制分子机制；10. 发现利用倒置结构可提高发现利用倒置结构可提高聚合物太阳能电池聚合物太阳能电池的能量转换效率。的能量转换效

13、率。 17分析化学老前辈Kolthoff(科尔索夫):具有高超技术，能作出令人满具有高超技术，能作出令人满意的精确分析的任何人都能意的精确分析的任何人都能使自己适应于不大精确的操使自己适应于不大精确的操作，但反过来不行。作，但反过来不行。18分析化学的任务分析化学的任务 学习基本理论、方法、实验技能；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；培养严谨的工作作风、科学态度； 建立建立准确的量准确的量的概念；的概念； 训练科学研究素质。训练科学研究素质。191.2分析方法的分类与选择按任务分：定性分析、按任务分：定性分析、定量分析定量分析、结构分析、结构分析分析对象：分析对象：

14、无机分析无机分析、有机分析、有机分析测定原理：测定原理：化学分析、化学分析、仪器分析仪器分析试样用量：试样用量：常量、半微量、常量、半微量、微量、超微量微量、超微量成分含量：成分含量：主成分、主成分、微量成分、痕量成分微量成分、痕量成分具体要求：例行分析、仲裁分析、在线分析、具体要求：例行分析、仲裁分析、在线分析、 炉前分析等炉前分析等2022-3-17分分析析化化学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重量分析滴定分析滴定分析电导、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、

15、质谱21定量分析方法定量分析方法按试样量大小分：按试样量大小分：方法 固体试样质量(mg) 液体试样体积(mL)常量常量 100 10半微量半微量 10100 110微量微量 0.110 0.011按待测组分含量分按待测组分含量分：常量组分常量组分(1%)、微量组分微量组分(0.01-1%)、痕量组痕量组分分(1%,化学法化学法)微量组分微量组分(仪器分析法仪器分析法)1.5.1分析化学过程分析化学过程281.5分析化学过程及结果的表示分析化学过程及结果的表示(2)1.5.2分析结果的表示分析结果的表示：1.化学表示形式：实际存在形式、氧化物或元素、化学表示形式：实际存在形式、氧化物或元素、

16、所需组分所需组分2.含量的表示方法：含量的表示方法： 固体：固体：（质量分数）、（质量分数）、g / g 、 ng / g 、 pg / g 液体：液体：mol/L 、 mol/kg 、 m/m (%) 、 v/v (%) m/v (100mL) 、 mol / mol 、 mg / L 、g / L 、 ng / L 气体：气体：m / v 、 m / m 、 mg / m3 、 g / m3291.6 滴定分析法概述滴定分析法概述1.6.1 方法介绍方法介绍 2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2CO3 滴定管滴定管 化学计量点化学计量点(sp) 滴定剂滴定剂 Stoichiometri

17、c point 滴定终点滴定终点(ep) End point 被滴定溶液被滴定溶液 终点误差终点误差(Et ) 30特点：特点： 利用某一化学反应利用某一化学反应, , 据体积计算分析结果。据体积计算分析结果。 简便、快速，适于常量分析简便、快速，适于常量分析 准确度高准确度高, ,应用广泛应用广泛方法：方法： 1 1）酸碱滴定，络合滴定，）酸碱滴定，络合滴定， 氧化氧化- -还原滴定还原滴定 沉淀滴定沉淀滴定 2 2）非水滴定法：水以外的有机溶剂中进行）非水滴定法：水以外的有机溶剂中进行311.6.2 滴定分析对反应的要求滴定分析对反应的要求 和滴定方式和滴定方式置换滴定：置换滴定：用K2C

18、r2O7标定Na2S2O3(+KI) 直接直接滴定滴定1. 按一定的反应式定量进行按一定的反应式定量进行(99.9%以上以上); 2. 快快(或可加热、催化剂或可加热、催化剂); 3. 有适当的方法确定终点有适当的方法确定终点(指示剂指示剂)。Zn2+NaOHKMnO4返滴定返滴定: Al+EDTA(过量)、CaCO3+HCl(过量)间接滴定：间接滴定：Ca2+ CaC2O4(s) H2C2O432返滴定法（剩余滴定法）返滴定法（剩余滴定法）先准确加入过量标准溶液，使与试液中的待测物质或固体试样进行反应，待反应完成以后，再用另一种标准溶液滴定剩余的标准溶液的方法适用：反应较慢或难溶于水的固体试

19、样适用：反应较慢或难溶于水的固体试样3334例2：固体CaCO3 + 定过量HCl标液 剩余HCl标液 NaOHNaOH标液标液 返滴定35先用适当试剂与待测物质反应，定量置换先用适当试剂与待测物质反应，定量置换出另一种物质出另一种物质 ，再用标准溶液去滴定该，再用标准溶液去滴定该物质的方法物质的方法适用：无明确定量关系的反应适用：无明确定量关系的反应3637 间接法间接法通过另外的化学反应，以滴定法定量进行通过另外的化学反应，以滴定法定量进行适用：不能与滴定剂起化学反应的物质适用：不能与滴定剂起化学反应的物质381.7 基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液标准溶液标准溶液：具有准确浓度的溶液

20、：具有准确浓度的溶液 1. 直接配制直接配制：K2Cr2O7、KBrO3 2. 标定法配制标定法配制：NaOH、HCl、EDTA、KMnO4、I3-基准物质基准物质： 1. 组成与化学式相符组成与化学式相符(H2C2O42H2O、NaCl ); 2. 纯度纯度99.9%; 3. 稳定稳定(Na2CO3、CaCO3、Na2C2O4等等） 4.摩尔质量较大摩尔质量较大 5.滴定时按反应式定量进行，无副反应滴定时按反应式定量进行，无副反应 39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

21、GR AR CP BR标签颜色标签颜色 绿绿 红红 蓝蓝 咖啡色咖啡色 标准试剂、高纯试剂、专用试剂标准试剂、高纯试剂、专用试剂40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)、 移液管移液管(量出式)、 滴定管滴定管(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41滴定分析常用仪器滴定分析常用仪器容量瓶容量瓶碘瓶碘瓶移液管移液管吸量管吸量管锥形瓶锥形瓶42滴定管滴定管酸式酸式碱式碱式量量筒筒431.8 滴定分析中的计算滴定分析中的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

22、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、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)相对分子质量相对分子质量Mr、相对原子质量、相对原子质量Ar必须指明必须指明基本单元基本单元44A. 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。AAAmnMAAAncV45例例1.1 配配0.010

23、00 molL-1 K2Cr2O7标准标准 溶液溶液250.0mL,求求m=?解解 m(K2Cr2O7)=nM=cVM =0.010000.2500294.2=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：227227227227(K Cr O )(K Cr O )(K Cr O )(K Cr O )mcMV46B. 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 A

24、B11(A)(B)nnZZAA11(A)(A)MMZZAA1(A)(A)nZnZAA1(A)(A)cZ cZZA和和ZB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。47等物质的量规则举例等物质的量规则举例 H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O241(H SO )(NaOH)2nn241H SO241MnO5H2SO4 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:MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2OMnO4-的基本单元的基

25、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)5nn48例例1.2 以以K2Cr2O7为基准物质为基准物质,采用析出采用析出I2的方法标的方法标定定0.020molL-1Na2S2O3溶液的浓度溶液的浓度,需称多少克需称多少克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: Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3+3I2+7H2O I2+2S2O32-=2I-+S4O62-16+6e-2e16161616Cr2O72-2Cr3+2S2O32-S4O62- n( K2Cr2O7)=n(Na2S2O3)

26、mm( K2Cr2O7 )=n( K2Cr2O7) M( K2Cr2O7)=c(Na2S2O3) V(Na2S2O3) M(K2Cr2O7)=0.0200.025294.18/6=0.025(g)49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. r0.00020.08% 0.1%0.25E 标定标定0.10molL-1NaOH: 若用H2C2O42H2O,约0.15g

27、, 应称大样称大样; 若用KHC8H4O4,约0.5g, 称小样称小样为好(?)50计算方法二计算方法二: 换算因数法换算因数法ABCDabcd(A)(B)(A)(A)(B)(B)annbacVcVb51(例例1.3) 准确移取20.00mL含Ca2+的试样溶液，加入过量的Na2C2O4溶液，使Ca2+定量沉淀后过滤、洗涤沉淀，用H2SO4溶解沉淀后用C(1/5KMnO4)=0.05000mol/LKMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液24.00ml， 求：试样中Ca2+的质量浓度(mg/mL)。52(例例1.3) Ca2+C2O42- CaC2O4(s) H2C2O42MnO4-+5H

28、2C2O4+6H+=2Mn2+10CO2(g)+8H2O1Ca2+ 1H2C2O4 5H2C2O4 2KMnO4 n(Ca2+)=n(H2C2O4)= n(KMnO4)52VCaMCan)()( VCaMKMnOVKMnOC)()()(2544 (Ca)=00.2008.4000.2405000. 05125 =1.202mg/mL53A物质的质量分数计算物质的质量分数计算根据等物质的量规则根据等物质的量规则:BA3s11(B)(B)(A)(A)100%10cVMZZwm 根据换算因数法根据换算因数法:3s(B)(B)(A)(A)100%10acVMbwm54 滴定度滴定度T: 每每mL滴定剂

29、相当于待测物的克数滴定剂相当于待测物的克数如如 某某K2Cr2O7对对Fe的滴定度为的滴定度为: T(Fe/K2Cr2O7)=0.005585(g/mL) 滴定滴定mS (g)铁矿样中的铁消耗铁矿样中的铁消耗V mL K2Cr2O7 则则 w(Fe)=227(K Cr O )100%ST Vm55 计算示例计算示例1.配制配制0.1000mol/L的的Na2CO3标准溶液标准溶液500ml,应称应称取基准的取基准的Na2CO3多克多克?解解: m = nM = C V M=0.1000 x0.5000 x106.0=5.300g2.用硼砂用硼砂0.4710g标定标定HCl,滴定到计量点时消耗滴

30、定到计量点时消耗HCl25.20ml.求求HCl的浓度的浓度?Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O = 4H3BO3 + 2NaCl解解:O OH HO OB BN Na aH HC Cl ln nn n2742102 H ClH ClO OH HO OB BN aN aO OH HO OB BN aN aH ClH ClV VM Mm mC C 2742274210102L Lm m o ol l/09802. 020.2536.3814710. 02 563.用基准的邻苯二甲酸氢钾标定用基准的邻苯二甲酸氢钾标定NaOH.称取称取0.9200g基准物基准物,大概消耗大概消耗0.2mol

31、/L NaOH多少多少ml ?解解:KHC8H4O4 + NaOH = KNaC8H4O4 + 2H2O1000448448 O OH HKH CKH CO OH HKH CKH CN aOHN aOHN aOHN aOHM Mm mV VC Cm ml lV VN Na aO OH H2310002 . 022.2049200. 0 574.称取铁矿石称取铁矿石0.5000g,将其溶解将其溶解,使全部铁还原为使全部铁还原为亚铁离子亚铁离子,用用0.01500mol/L K2Cr2O7标液滴定至计标液滴定至计量点时消耗量点时消耗33.45ml,求求:试样中试样中Fe或或Fe2O3,Fe3O4的百分含量的百分含量 ?解解:6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O72226O OC Cr rK KF Fe en nn n 100(%) m mM Mn nF Fe eF Fe eF Fe e10010006 m mM MV VC CF Fe e63.3310010005000. 085.5545.3301500. 06 58若按等量反应规则计算若按等量反应规则计算:基本单元基本单元:Fe2+1/6K2Cr2O7C(1/6K2Cr2O7)=6