化学第五版第01章

1、1武汉大学主编武汉大学主编第五版第五版2 分析化学是人们用以解剖和认识自然的重要手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学生运用化学观点来分析和处理问题分析和处理问题能力的课程。能力的课程。 分析化学工作者的能力应包括：分析化学工作者的能力应包括：实验动手能力实验动手能力、观察能力、观察能力、查阅文献资料的能力、查阅文献资料的能力、记忆能力记忆能力、思维能思维能力、力、想象能力和表达等七种能力想象能力和表达等七种能力。3分析化学的定义、任务和作用分析化学的定义、任务和作用分析化学的分

2、类分析化学的分类分析化学发展概述分析化学发展概述分析过程和分析结果的表示分析过程和分析结果的表示滴定分析概述滴定分析概述第一章第一章 概论概论 Analytical chemistry is a science of measurement and characterization. Extracted from:Laitinen HA, Anal. Chem. 1980,52:605A1 1 分析化学的定义分析化学的定义1.1 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 Analytical chemistry is a science of instrumentation

3、 and measurements. Extracted from: Hieftje GM, Anal. Chem. 2000,72(9):309A Analytical chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instrumentation and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time.Extracted from:Kellner R, Merme

4、t JM, Otto M, et al. Analytical Chemistry, Weinheim, Wiley-Vch, 1998中译本中译本,分析化学分析化学,李克安李克安,金钦汉译金钦汉译,北京北京:北大出版社北大出版社,20017定义：定义：分析化学（分析化学（analytical chemistryanalytical chemistry）是发展）是发展和应用和应用各种理论、方法、仪器和策略各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物以获取有关物质在质在相对时空内的组成和性质相对时空内的组成和性质的信息的一门科学，的信息的一门科学，又被称为分析科学。又被称为分析科学。 “现代化学之母现

5、代化学之母”8分析化学是研究分析方法的科学，一个完整具体的分析化学是研究分析方法的科学，一个完整具体的分析方法包括分析方法包括测定方法测定方法和和测定对象测定对象两部分两部分分析化学三要素分析化学三要素理论、方法与对象理论、方法与对象反映了科学、技术和生产之间的关系反映了科学、技术和生产之间的关系高校和科研单位、仪器制造部门和生产单位的合作高校和科研单位、仪器制造部门和生产单位的合作反映了分析化学三要素之间的关系反映了分析化学三要素之间的关系9分析化学的任务分析化学的任务测定各组成测定各组成含量含量表征物质的表征物质的化学结构化学结构确定物质的确定物质的化学组成化学组成结构分析结构分析定量分析

6、定量分析定性分析定性分析2.任务：任务：10u分析化学在国民经济建设中的作用：分析化学在国民经济建设中的作用：在解决人类面临的在解决人类面临的“五大危机五大危机”,环境中的五大全球性问题环境中的五大全球性问题,工工农业生产、国防建设等方面，无一不依赖分析化学的配合。农业生产、国防建设等方面，无一不依赖分析化学的配合。3.作用：作用：u分析化学在科学研究中的作用：分析化学在科学研究中的作用：是研究是研究物质及其变化物质及其变化的重要方法之一；的重要方法之一；在在化学学科本身化学学科本身的发展上；的发展上；在在与化学有关的各科学领域与化学有关的各科学领域中，如材料科学、环境科学、资源中，如材料科学

7、、环境科学、资源科学、生命科学、矿物学、地质学、生理学、医学、农业及其他科学、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113.作用：作用： 著名的日本化学家、著名的日本化学家、19911991年年IUPACIUPAC会议主席会议主席NIKINIKI教授说过：教授说过：“未来的未来的2121世纪是光明或黑暗，取决于人类在世纪是光明或黑暗，取决于人类在能源与资源科学、能源与资源科学、材料科学、信息科学和生命科学材料科学、信息科学和生命科学四大领域的进步，而取得这些领四大领域的进步，

8、而取得这些领域进步的关键问题的解决，域进步的关键问题的解决，主要依赖分析科学。主要依赖分析科学。”分析化学是研究分析方法的科学或学科分析化学是研究分析方法的科学或学科 是化学的一个分支是化学的一个分支 是一门人们赖以获得物质组成、结构和是一门人们赖以获得物质组成、结构和 形态的信息的科学形态的信息的科学 是科学技术的眼睛、尖兵、侦察员，是是科学技术的眼睛、尖兵、侦察员，是进行科学研究的基础学科进行科学研究的基础学科13划分的依据不同，种类不同划分的依据不同，种类不同1.2 1.2 分析化学的分类与选择分析化学的分类与选择分析任务分析任务定性分析定性分析 定量分析定量分析结构分析结构分析鉴定物质

9、的组成鉴定物质的组成（元素、原子团、化合物）（元素、原子团、化合物）是什么是什么测定物质中有关成份的含量测定物质中有关成份的含量有多少有多少研究物质的分子结构或晶研究物质的分子结构或晶体结构体结构结合方式结合方式 (qualitative analysis)(quantitative analysis) (structure analysis)14分析对象分析对象无机分析无机分析 有机分析有机分析生物分析生物分析对象是无机物对象是无机物鉴定物质的组成，测定组分鉴定物质的组成，测定组分的含量的含量 分析官能团，结构分析官能团，结构环境分析环境分析153.按测定原理分类按测定原理分类(1)化学分析

10、化学分析(Chemical Analysis) ：又称经典分析，以物质的化又称经典分析，以物质的化学反应及其计量关系为基础的分析方法。借助于常规的玻璃仪学反应及其计量关系为基础的分析方法。借助于常规的玻璃仪器进行分析，包括器进行分析，包括重量分析法重量分析法和和滴定分析法滴定分析法，这是，这是本课程研究本课程研究的重点的重点(2)仪器分析仪器分析(Instrumental Analysis) ：以物质的物理和物理化以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法。使用特殊的仪器设备，通常称为仪学性质为基础的分析方法。使用特殊的仪器设备，通常称为仪器分析法器分析法化学分析是仪器分析的基础，二者互为补充

11、化学分析是仪器分析的基础，二者互为补充测测定定原原理理化化学学分分析析仪仪器器分分析析酸碱滴定酸碱滴定配位滴定配位滴定氧化还原滴定氧化还原滴定沉淀滴定沉淀滴定电化学分析电化学分析光化学分析光化学分析色谱分析色谱分析其他其他重量分析重量分析滴定分析滴定分析电导、电位、电解、库仑电导、电位、电解、库仑极谱、伏安极谱、伏安发射、吸收，荧光、光度发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临气相、液相、离子、超临界、薄层、界、薄层、核磁、质谱、核磁、质谱、毛细管电泳毛细管电泳174.4.按所需试样量分类按所需试样量分类 试样质量试样质量 试液体积试液体积 常量分析常量分析 0.1g 10mL 半微量分析

12、半微量分析 0.010.1g 110mL 微量分析微量分析 0.110mg 0.011mL超微量分析超微量分析 0.1mg 1%)1%)一般采用化学分析法一般采用化学分析法微量成分测定微量成分测定( (质量分数质量分数0.01%0.01% 1%) 1%) 痕量成分测定痕量成分测定( (质量分数质量分数0.01%)99.9）3）性质稳定）性质稳定4）摩尔质量大）摩尔质量大5）参加滴定反应时按反应式定量进行，没有副反应）参加滴定反应时按反应式定量进行，没有副反应1.7 基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液463 3、常用基准物质、常用基准物质 纯金属和纯化合物：纯金属和纯化合物：Zn、Al、Fe、

13、Ni、Na2CO3、邻苯二甲酸氢钾（邻苯二甲酸氢钾（KHC8H4O4）、）、CaCO3、K2Cr2O7、NaCl等等1.7 基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液47 基准物质基准物质干燥条件干燥条件标定对象标定对象NaNa2 2COCO3 3270270300300酸，如酸，如HClHCl硼砂硼砂放在装有放在装有NaClNaCl和蔗糖饱和和蔗糖饱和溶液的密闭器皿中溶液的密闭器皿中酸，如酸，如HClHCl KHCKHC8 8H H4 4O O4 4110110120120碱，如碱，如NaOHNaOH H H2 2C C2 2O O4 42H2H2 2O O室温空气干燥室温空气干燥碱或碱或KMnO

14、KMnO4 4 ZnZn室温干燥器中保存室温干燥器中保存 EDTAEDTA CaCOCaCO3 3110110 EDTAEDTA K K2 2CrCr2 2O O7 7 140 140150150还原剂，如还原剂，如NaNa2 2S S2 2O O3 3 NaNa2 2C C2 2O O4 4 130 130氧化剂，如氧化剂，如KMnOKMnO4 4 AsAs2 2O O3 3室温干燥器中保存室温干燥器中保存氧化剂，如氧化剂，如I I2 2 NaClNaCl 500 500600600 AgNOAgNO3 3484 4、标准溶液的配制和标定、标准溶液的配制和标定1 1）直接法）直接法 准确称取

15、一定量基准物质，溶解后配成一定体积准确称取一定量基准物质，溶解后配成一定体积的溶液，计算其准确浓度的溶液，计算其准确浓度重铬酸钾重铬酸钾例如：配例如：配K2Cr2O7标准溶液标准溶液已知已知M=294.2，称取，称取m=1.226 g，定容至，定容至250.0 mL，得到浓度为，得到浓度为0.01667mol/L的标准溶液的标准溶液K2Cr2O7 。cB=nB/V=mB/(MBV) 492 2）标定法）标定法 NaOH、HCl、EDTA、KMnO4、I3-A.A.粗配粗配 近似浓度的溶液近似浓度的溶液B.B.标定标定 基准物质或已知准确浓度的标准溶液基准物质或已知准确浓度的标准溶液例如：例如：

16、 0.1mol/LHCl标准溶液的配制：标准溶液的配制：市售市售HCl：质量分数：质量分数36%，密度，密度1.19gmL-1，浓度约为，浓度约为12 mol L-1量取浓盐酸约量取浓盐酸约9mL，用蒸馏水稀释至，用蒸馏水稀释至1升，得到浓度大约为升，得到浓度大约为0.1mol/LHCl稀溶液，然后称取一定量的基准物质或用已知准确稀溶液，然后称取一定量的基准物质或用已知准确浓度浓度NaOH标准溶液的进行标定标准溶液的进行标定50例：为标定例：为标定HCl溶液，称取硼砂（溶液，称取硼砂（ Na2B4O7 10H2O ）0.4710 g，用，用HCl溶液滴定至化学计量点，消耗溶液滴定至化学计量点，

17、消耗24.20 mL，求，求HCl溶液的浓度溶液的浓度2 HCl + Na2B4O7 + 5H2O = 2NaCl + 4H3BO3(分子量分子量Na2B4O7 10H2O: 381.37)bBtT=aAcB=b/t cTVT/VB =bmT/tMT VB511 1、标准溶液浓度的表示方法、标准溶液浓度的表示方法1 1）物质的量浓度）物质的量浓度NaOHHCl4221SOH451KMnO72261OCrK)(BcbaBabc 单位：单位：mol/L； mmol/LnB的大小取决于物质的的大小取决于物质的基本单元的基本单元的选择，常根据物选择，常根据物质在反应中的质子转移数，电子得失数和反应的计

18、质在反应中的质子转移数，电子得失数和反应的计量关系确定基本单元。量关系确定基本单元。如如1.8 滴定分析中的计算滴定分析中的计算 52对同一溶液，选取不同基本单元时，其浓度不同。对同一溶液，选取不同基本单元时，其浓度不同。如每升溶液中含有如每升溶液中含有1mol H2SO4时，其浓度可以表示为：时，其浓度可以表示为：C(H2SO4)= 1mol/L，C (1/2H2SO4)= 2mol/L = 2 C(H2SO4)其通式为：其通式为： 表示滴定剂待测物/T2)滴定度（滴定度（T） 每毫升滴定剂相当于被测物质的质量（克或毫克）每毫升滴定剂相当于被测物质的质量（克或毫克）用用OHFeCrHFeOC

19、r2332277621462531/005000.0722mLgTOCrKFegmLmLgVTmOCrKFeFe1075.050.21005000.01/722若每毫升若每毫升K2Cr2O7标准标准溶液恰好能与溶液恰好能与0.005000g Fe2+反反应，可表示为应，可表示为若滴定中消耗若滴定中消耗K2Cr2O7标准标准溶液溶液21.5021.50mLmL，则被滴定则被滴定的的 Fe2+的质量为：的质量为：gmLmLgVTmOCrKFeFe000.51000005000.01/722541/005000.0722mLgTOCrKFeFeFeFeMmn/滴定度与物质的量浓度的换算滴定度与物质的

20、量浓度的换算已知已知TFe/K2Cr2O70.00500g/mL,求求K2Cr2O7物质的量浓度物质的量浓度6/722FeOCrKnn6110001/722722FeOCrKFeOCrKMLmlTc43327222361OFeOFeFeOCrK55计算计算0.02000mol/L K2Cr2O7溶液对溶液对Fe和和Fe2O3及及Fe3O4的滴定度的滴定度3/106722722FeOCrKOCrkFeMcT13006702. 010685.5502000. 0mLg43327222361OFeOFeFeOCrK3/1033272272232OFeOCrKOCrkOFeMcT3/102437227

21、2243OFeOCrKOCrkOFeMcTdDcCbBtT562、滴定剂与被滴物质之间的计量关系、滴定剂与被滴物质之间的计量关系1）根据滴定反应中）根据滴定反应中T T与与B B的化学计量数比求出的化学计量数比求出 TBntbnOHCOMnHOCMnO22224 2481021652b/t b/t 或或t/b t/b 称为化学计量数比称为化学计量数比422452OCHKMnOnn)21()51(4224OCHnKMnOn572）根据等物质的量规则进行计算）根据等物质的量规则进行计算 在滴定反应中，到达化学计量点时，在滴定反应中，到达化学计量点时，基本单元的基本单元的物质的量相等物质的量相等对上

22、述反应，根据等物质的量原则：对上述反应，根据等物质的量原则：)(52)()(2)(542244224OCHnKMnOnOCHnKMnOn)()( 6322722OSNanOCrKn422452OCHKMnOnn583）涉及多个反应，先找出反应的相关关系，再确定计）涉及多个反应，先找出反应的相关关系，再确定计量关系量关系 如如K2Cr2O7标定标定Na2S2O3溶液的浓度时，涉及两个反溶液的浓度时，涉及两个反应，分别为：应，分别为：264232222OSIOSIVncBB)(61)(322722OSNanOCrKn22 722 2 33I 6N aKC rOSO 22422HCOHO594要求在

23、滴定时消耗要求在滴定时消耗0.2 mol/L NaOH溶液溶液2530mL。问应称。问应称取基准试剂邻苯二甲酸氢钾取基准试剂邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)多少克？如果改用多少克？如果改用8 4 4:1 :1N a O H K H CHOnn作基准物质，又应称取多少克？作基准物质，又应称取多少克？1110.2/0.025204.22 /1.0mnM cVMmol LLg molg2220.2/0.030204.22 /1.2mn McV Mmol LLg molg22422:2:1NaOHH C OH Onn1111210.2/0.025126.07/0.32mn McV Mm olLLgm olg2221210.2/0.030126.07 /0.42mn McV Mmol LLg molg2242S S O HS O K O H 应称取应称取1.01.2g应称取应称取0.30.4g解：解：606含含S有机试样有机试样0.471 g，在氧气中燃烧，使，在氧气中燃烧，使S氧化为氧化为SO2，用预中，用预中和过的和过的H2O2将将SO2吸收，全部转化为吸收，全部转化为H2SO4，以，以0.108 mol/L KOH标准溶液滴定至化学计量点，消耗标准溶液滴定至化学计量点，消耗28.2 mL。求试样中。求试样中S的质量分的质量分数。数。0100%10. 108/0. 0