无机分析教案不可第14章

1、1第十四章 滴定分析法概述教案(教案提供:)一、教学内容：第十四章滴定分析法概述二、教学目的：掌握化学计量点、滴定终点及终点误差的基本概念；掌握滴定分析对化学反应的要求及滴定方式；掌握标准溶液的配制方法、基准物质的用途及其应符合的条件,了解常用基准物质的干燥条件和应用范围;掌握滴定度的表示方法;掌握滴定分析的定量依据及各种计算。三、教学重点：化学计量点、滴定终点及终点误差的基本概念；滴定分析对化学反应的要求及滴定方式；标准溶液的配制方法、基准物质的用途及其应符合的条件；滴定度的表示方法；滴定分析的定量依据及各种计算。四、学习难点：滴定方式，基准物质的用途及其应符合的条件，滴定度的表示方法；滴定

2、分析的定量依据及各种计算。五、教学方法：重点讲授+练习教学进程新课导入：滴定分析法是化学分析中重要的分析方法之一，主要用于常量组分的测定，有时也可以测定微量组分。与重量分析比较，滴定分析法操作简便、快速，准确度也比较高。一般情况下测定的相对误差约为0.1。因此具有很大的实用价值。第十四章滴定分析法概述几个概念滴定分析法：将已知准确浓度的试剂溶液用滴定管滴加到被测物质的溶液中，直到所加试剂与被测物质按照反应式的化学计量关系反应完全时为止，然后根据所用试剂溶液的体积和浓度算出被测成分的含量。滴定剂：由滴定管滴加到被测物质溶液中去的试剂溶液滴定：将滴定剂通过滴定管逐滴地加到被滴定物质溶液中的操作过程

3、。标准溶液：已知准确浓度的试剂溶液化学计量点：当标准溶液与被测物质按照反应式的化学计量关系恰好反应完全时。滴定终点：指示剂变色终止滴定时。终点误差：由于指示剂不一定恰好在化学计量点时变色，所以化学计量点与滴定终点不一定恰好吻合，由此引起的误差。滴定分析的相对误差为0.1第一节 滴定分析对化学反应的要求及滴定方式一、滴定分析对化学反应的要求能用于滴定分析的化学反应必须具备以下条件：（1）反应要定量地完成。即按一定的反应式进行，无副反应，反应的完全程度达到 99.9以上。2反应要迅速。能在瞬间完成，有些较慢的反应，可通过加热或加催化剂等方法来提高反应速率。有适当的指示滴定终点的方法。如利用合适的指

4、示剂或其它方法。滴定方式直接滴定法 如果标准溶液与被测物质的反应能够满足以上条件，就可以用标准溶液直接滴定被测物质，这种方式叫直接滴定法。它是最基本和最常用的方式。例如用NaOH标准溶液滴定HCl溶液，用O4)2标准溶液滴定Fe2+溶液等。返滴定法 当滴定剂与被测物质反应较慢，或找不到合适的指示剂，或被滴定物为固体时，可先往被测物质中准确地加入过量标准溶液，待反应完成后，再用标准溶液作滴定剂滴定剩余的标准溶液, 此称为返滴定法。例如测定石灰石中的CaCO3时，可在样品中准确加入过量HCl标准溶液，待反应完全后，再用NaOH标准溶液返滴定剩余的HCl，根据HCl与NaOH标准溶液的量即可算出Ca

5、CO3的含量。置换滴定法 当反应不能按一定的反应式进行时，可先用适当的试剂与待测物反应，置换出一种能被滴定的生成物，然后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。例如在酸性溶液中，K2Cr2O7会将S2O32-氧化为S4O62-及SO42-等的混合物，它们之间没有一定的化学计量关系，所以不能用Na2S2O3直接滴定K2Cr2O7。但是若在K2Cr2O7的酸性溶液中加入过量KI，则K2Cr2O7与KI定量反应。Cr2O72- + 6I- + 14H+ 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O生成的I2可以用Na2S2O3标准溶液滴定，其反应式如下：2S2O32- + I2 S4O62-

6、+ 2I-间接滴定法 当被测物质不与滴定剂直接起反应时，可以利用既能和被测物质直接起反应又能和滴定剂直接起反应的物质进行滴定，从而间接地测定被测物质的含量，称为间接滴定法。例如Ca2+不能直接用氧化剂或还原剂滴定，但可先利用C2O42- 使Ca2+ 沉淀为 CaC2O4，过滤、将沉淀洗净后用H2SO4溶解，再用KMnO4标准溶液滴定生成的H2C2O4，从而间接测定Ca2+。第二节 滴定分析的标准溶液一、标准溶液和基准物质配制标准溶液的方法：有两种方法，即直接法和间接法。1. 直接法 准确称取一定量的基准物质，溶解后定量转移到容量瓶中，稀释、定容到一定体积，计算出该物质的准确浓度。配制方法：准确

7、称量，无损转移，精确定容，充分摇匀。基准物质：能用直接法配制标准溶液或标定溶液浓度的物质。 基准物质必须具备的条件：(1)物质的组成应与化学式完全相符合（包括结晶水）。 (2)纯度高。一般要求纯度大于 99.9。(3)物质的性质必须稳定。例如烘干时不分解，称量时不吸湿，不吸收空气中的CO2，不被空气氧化等。3(4)试剂参加滴定反应时按反应式定量进行，没有副反应。除以上条件外，为了减小称量的相对误差，最好还要有较大的摩尔质量。常用基准物质见表 14.1说明：基准物质不但用于直接法配制标准溶液，还可以用于标定溶液的浓度。2. 间接法又称标定法：此法是先粗略地配制成接近所需浓度的溶液，然后通过标定来

8、测定它的准确浓度。即粗称量，粗配制，然后标定。例如欲配制 0.1molL-1NaOH标准溶液，先配成约为 0.1molL-1的溶液（质量用台天平称取，体积用量筒量取），然后用该溶液滴定经分析天平准确称量的KHC8H4O4基准物质，根据两者完全作用时NaOH溶液的用量和KHC8H4O4的质量算出NaOH溶液的浓度。说明：有时，也可以用另一种标准溶液来标定，不过这种标定方法不如用基准物质直接标定好二、标准溶液浓度的表示方法物质的量浓度c(B)滴定度T(B/A) 滴定度表示 体积标准溶液A所相当的被测物质B的质量 ，符号为T（B/A）,为g mL-1 。例如, 用来测定 Fe 含量的K2Cr2O7

9、标准溶液，若它的滴定度 T （ Fe/K2Cr2O7 ） = 0.005580gmL-1，则表示 1mL K2Cr2O7标准溶液相当于 0.005580gFe。若用此K2Cr2O7标准溶液测定某试样中Fe的含量时用去 22.50mL，则试样中Fe的含量为 0.005580 gmL-122.50mL = 0.1256g另一种表示方法：当每次测定所称取试样的质量固定不变时，滴定度还可用 1mL标准溶液相当于被测物质的质量分数表示。例如某 K2Cr2O7标准溶液的T（Fe/K2Cr2O7）=0.0100/mL，表示称取某固定量的试样用此溶液滴定时，每消耗 1mL K2Cr2O7标准溶液相当于试样的含

10、量为 1.00。三、滴定分析的计算一、滴定分析计算的依据和基本公式设滴定剂 A 与被测物质 B 的反应为aA + bB cC + dD当滴定到达化学计量点时，A 和 B 刚好作用完全，此时所消耗的 A 的物质的量 n(A)和 B 的物质的量 n(B)之比等于它们的化学计量系数之比：n(A) : n(B) a :bb或 n(B) = a n(A)(14.1)根据物质的量 n 和溶液的浓度 c 、体积 V 及物质的质量 m 之间的关系，由式（14.1）c(B)V(B) =m(B) = b c(A)V(A)(14.2)M (B)a4可举例用已知浓度的NaOH标准溶液测定H2SO4溶液的浓度，其反应式

11、为H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O当滴定达化学计量点时，c(H SO ) V(H SO ) = 1 c(NaOH)V(NaOH)24242c(H SO ) = c(NaOH)V (NaOH)242V (H SO )24又如返滴定法测定氨水中的NH3含量时, 取一定体积(Vs)氨水加到过量的HCl标准溶液中, 剩余的HCl用NaOH标准溶液返滴定, 则c(HCl)V (HCl) - c(NaOH)V (NaOH)c(NH3) =VS稀释公式：c1V1 = c2V2(14.3)式（14.2）还可用于计算配制一定浓度和体积的溶液时所需试剂的质量。根据物质 B 的浓度 c(B)和

12、体积 V(B)及摩尔质量 M(B)，由式（14.2）可知, 所需试剂的质量m(B) = c(B)V(B) M(B)(14.4)在计算试样中含被测物质B的质量分数w(B)时，若称取试样的质量为ms，根据式(14.2)m(B)bc(A)V (A)M (B)w(B) =m=am(14.5)ss计算中涉及到两个或两个以上的反应时,应从总的反应中找出实际参加反应的物质的量之间的关系。例如在酸性溶液中以K2Cr2O7为基准物标定Na2S2O3溶液的浓度时，反应分两步进行: 首先，在酸性溶液中K2Cr2O7与过量的KI反应析出I2：(1)Cr O 2- + 6I- + 14H+ 2Cr3+ + 3I2 +

13、7H2O27然后用Na2S2O3溶液滴定析出的I2：(2)2S O 2- + I2 S O 2- + 2I-2346在反应（1）中I-被氧化为I2，在反应（2）中I2又被还原为I-，结果并未发生变化。实际上总的反应相当于K2Cr2O7氧化了Na2S2O3。 在反应（1）中，1mol K2Cr2O7与 6mol I- 反应生成了 3mol I2 ，而在反应（2）中 1mol I2 和 2mol Na2S2O3反应。由此可知，K2Cr2O7与Na2S2O3反应时物质的量之比为 16 ， 故n(Na2S2O3) =6 n(K2Cr2O7)。又如用KMnO4法测定Ca2+时，经过以下几步反应：(1)C

14、a2+ + C O 2- CaC2O4 24(2)CaC2O4 + 2H+ Ca2+ + H2C2O45(3)2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O此处Ca2+ 与 C2O42- 反应的物质的量之比是 11,而C2O42-与KMnO4反应的物质的量之比是 52 , 故n(Ca2+) = 5 n(KMnO )24四、计算实例物质的量浓度与滴定度之间的换算例 1有一KMnO4标准溶液，已知其浓度为 0.02010molL-1 ，求其T(Fe/KMnO4)和T(Fe2O3/KMnO4)。解 此滴定反应是5Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5Fe3+

15、 + Mn2+ + 4H2On(Fe) = 5n(KMnO4)n(Fe O ) = 5 n(KMnO )2 324T(Fe/KMnO ) =m(Fe)= n(Fe)M (Fe) = 5n(KMnO4 )M (Fe)4V (KMnO )V (KMnO )V (KMnO )4445c(KMnO )V (KMnO )M (Fe)=44V (KMnO 4 )5 0.02010 mol L1 1 10-3 L 55.85 g mol-1=1mL=0.005613gmL-15 c(KMnO )V (KMnO )M (Fe O )T(Fe O /KMnO ) = 244232 34V (KMnO )45 0

16、.02010 mol L1 1 10-3 L 159.7 g mol-1= 21mL=0.008025gmL-1配制溶液的计算例3欲配制 0.02000molL-1K2Cr2O7标准溶液 250.0mL，问应称取 K2Cr2O7多少克？解 用直接法配制该标准溶液，需准确称取基准K2Cr2O7，并定容至 250.0mL。m(K2Cr2O7) = c(K2Cr2O7)V(K2Cr2O7)M(K2Cr2O7)= (0.020000.2500294.18)g= 1.471g例 425.00mL H2SO4溶液需要用 40.00mL的NaOH来中和, NaOH的浓度为 0.1500molL-1, 求H2

17、SO4的浓度。解H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O6H2SO4与 NaOH的化学计量系数之比为 12。由式（14.2）c（H SO ）V（H SO ）= 1 c(NaOH)V (NaOH)24242c(NaOH)V (NaOH)0.1500 mol L-1 40.00 mLc(H 2SO 4 ) 2V (H SO )2 25.00 mL24= 0.1200molL-1例 5 标定HCl溶液时,称取硼砂(Na2B4O710H2O)0.4703g, 用HCl溶液滴定至终点, 消耗HCl溶液 25.20mL, 求此HCl溶液的浓度。解 硼砂与 HCl 的反应为Na2B4O7 +

18、2HCl + 5 H2O 4H3BO3 + 2NaCl由式（14.2）m(Na 2 B4 O7 10 H 2O) = c(HCl)V (HCl)M (Na 2 B4 O7 10 H 2 O)2c(HCl) =2m(Na 2 B4 O7 10 H 2 O)M (Na 2 B4 O7 10 H 2 O)V (HCI)=2 0.4703 g381.37 g mol-1 0.02520 L= 0.09787molL-14. 称量范围的估算例 6 测定铁矿中的铁含量时,称出样品后用酸溶解,并将Fe3+还原为Fe2+,然后在一定条件下用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+。已知该铁矿的含铁量约为 70,所用

19、K2Cr2O7标准溶液的浓度为 0.01643molL-1, 若要使消耗的标准溶液控制在40mL 之内, 问最多只能称取多少克铁矿样品?并计算称量的相对误差是多少?解 滴定反应为Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O由式（14.2）m(Fe) = 6c(Cr O 2- )V (Cr O 2- )M (Fe)2727m (Fe) = 6c( Cr O 2- )V( Cr O 2- )M(Fe)2727= 60.01643molL-10.040L55.85gmol-10.22g铁矿的质量最多为 0.2270 = 0.31g70.0002 g称量相对误

20、差(Er) = 0.31g = 0.016例7 用无水Na2CO3来标定0.1molL-1HCl, 如果要使滴定时消耗的HCl在 2535mL,无水Na2CO3的称量范围是多少?解 由式(14.2)m(NaCO3 ) = c(HCl)V (HCl)M (Na 2CO3 )2设 25mLHCI消耗的Na2CO3质量为m1，35mLHCl消耗的Na2CO3质量为m2，则c(HCl)V (HCl)M (Na CO )0.1mol L-1 0.025 L106 g mol-1m1 = 23 =220.13gc(HCl)V (HCl)M (NaCO )0.1mol L-1 0.035 L106 g mol-1m2 = 3 =220.19g故Na2CO3的质量范围为 0.130.19g5. 分析结果的计算例 9 用KMnO4法测定硫酸亚铁 的含量。称取试样 0.8239g,滴定时消耗KMnO4标准溶液 30.27mL, KMnO4浓度为 0.01948molL-1。计算铁的质量分数。解 滴定反应为MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + H2O由式(14.5)得w(Fe)=m(Fe) = 5c(KMnO 4