定量分析化学

分析化学定量分析化学信阳师范学院﹒化学化工学院分析化学教研室教学要求与安排1、学时：54学时（1-18周）。2、教材：《分析化学》第五版上册，武汉大学主编，高等教育出版社。3、学习方法：预习、听讲、复习、作业。4、考核方式：闭卷考试（期末考试70%，平时成绩30%）参考书：[1]武汉大学等，分析化学，第四版[M].北京：高等教育出版社，2000.[2]华中师范大学，东北师范大学，陕西师范大学等编.分析化学，第三版(上册)[M].北京：高等教育出版社，2002.[3]董学芝，刘绣华，李德亮等编.分析化学指要与同步测试[M].北京：气象出版社，1997.[4]彭崇慧,冯建章,张锡瑜，李克安，赵凤林编著.《定量化学分析简明教程》,第二版[M].北京：北京大学出版杜,1997[5]汪尔康等.21世纪的分析化学[M].北京：科学出版社，1999.第1章绪论1.1分析化学的定义、任务和作用1.2方法的分类和选择1.3分析化学的发展简史与发展趋势1.4

分析化学过程及分析结果的表示1.5

滴定分析概述1.6

基准物质和标准溶液1.7

滴定分析中的计算1.1分析化学的定义、任务和作用分析化学（analyticalchemistry）是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对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。

“现代化学之母”我国近代化学的启蒙者徐寿先生“考质求数之学，乃格物之大端，乃为化学之极致也。”1.分析化学的定义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测定方法和测定对象两部分没有分析对象，就谈不到分析方法，对象与方法存在分析化学或者分析科学的各个方面分析化学三要素――理论、方法与对象反映了科学、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反映了分析化学三要素之间的关系7分析化学的任务测定各组成含量表征物质的化学结构确定物质的化学组成结构分析定量分析定性分析2.分析化学的任务3.分析化学的作用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一门人们赖以获得物质组成、结构和形态的信息的科学是科学技术的眼睛、尖兵、侦察员，是进行科学研究的基础学科著名的日本化学家、1991年IUPAC会议主席NIKI教授说过：“未来的21世纪是光明或黑暗，取决于人类在能源与资源科学、材料科学、信息科学和生命科学四大领域的进步，而取得这些领域进步的关键问题的解决，主要依赖分析科学。”分析化学在国民经济建设中的作用：在解决人类面临的“五大危机”,环境中的五大全球性问题,工农业生产、国防建设等方面，无一不依赖分析化学的配合。分析化学在科学研究中的作用：是研究物质及其变化的重要方法之一；在化学学科本身的发展上；在与化学有关的各科学领域中，如材料科学、环境科学、资源科学、生命科学、矿物学、地质学、生理学、医学、农业及其他科学技术，凡涉及化学现象，在其研究过程中必用到分析化学。1.2

分析方法的分类与选择划分的依据不同，种类不同定性分析

定量分析结构分析鉴定物质的组成（元素、原子团、化合物）是什么测定物质中有关成份的含量有多少研究物质的分子结构或晶体结构结合方式

(qualitativeanalysis)(quantitativeanalysis)

(structureanalysis)1、按分析任务分类无机分析

有机分析生物分析对象是无机物鉴定物质的组成，测定组分的含量

对象是有机物分析官能团，结构环境分析2、按分析对象分类3、按测定原理分类(1)化学分析(ChemicalAnalysis)

：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器进行分析，包括重量分析法和滴定分析法，这是本课程研究的重点。(2)仪器分析(InstrumentalAnalysis)

：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，通常称为仪器分析法。化学分析是仪器分析的基础，二者互为补充测定原理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重量分析滴定分析电化学分析光化学分析色谱分析其他电导、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、核磁、质谱、毛细管电泳分析方法试样质量试液体积常量分析>0.1g>10ml半微量分析0.01-0.1g1-10ml微量分析0.1-10mg0.01-1ml超微量分析<0.1mg<0.01ml常量分析(质量分数>1%)，一般采用化学分析法微量分析(质量分数0.01-1%)痕量分析(质量分数<0.01％)，一般采用仪器分析法5、按待测成分含量分类4、按所需试样量分类6、按分析目的分类例行分析（日常生产分析）；仲裁分析（裁判分析）7、分析方法的选择分析方法的选择通常应考虑以下几个方面：a）测定的具体需求，待测组分及其含量范围，欲测组分的性质；b）获取共存组分信息并考虑共存组分对测定的影响，拟定合适的分离富集方法，提高分析方法的选择性；c）对测定准确度、灵敏度的要求与对策；d）现有条件、测定成本及完成测定的时间要求等。1分析化学发展简史分析化学历史悠久无机定性分析曾一度是化学科学的前沿公元一世纪橡子提取物检验铁十七世纪Boyle将石蕊作酸碱指示剂

1751年Margraf硫氰酸盐检验Fe(III)分析化学发展经历3次重大变革

1.3

分析化学发展简史与发展趋势第一个重要阶段:20世纪起初的20-30年间分析化学由一门技术发展成为一门独立的学科

物理化学的溶液理论发展，推动化学分析快速发展用物理化学中的溶液平衡理论、动力学等研究分析化学中的基本理论问题：沉淀的形成和共沉淀；指示剂变色原理；滴定曲线和终点误差；缓冲原理及催化和诱导反应等。建立了溶液中四大平衡理论。第二个重要阶段:20世纪40年代，仪器分析的发展。分析化学与物理学及电子学结合的时代。原子能和半导体技术兴起，如要求超纯材料，99.99999％，砷化镓，要测定其杂质，化学分析法无法解决，促进了仪器分析和各种分离方法的发展。第三个重要阶段:20世纪70年代以来,分析化学发展到分析科学阶段现代分析化学把化学与数学、物理学、计算机科学、精密仪器制造、生命科学、材料科学等学科结合起来，成为一门多学科性的综合科学。

2分析化学发展趋势高灵敏度――单分子(原子)检测高选择性――复杂体系(如生命体系、中药)原位、活体、实时、无损分析自动化、智能化、微型化、图像化高通量、高分析速度生物分析分析化学主要发展趋向新技术新仪器微型化新原理化学计量学环境分析过程分析原位分析表面分析活体分析实时分析大分子表征化学图象无损分析在线分析单细胞分析单分子检测接口定性传感器分离技术联用技术1分析化学过程

1）取样：确保分析试样具有代表性2）试样的处理和分解试样的分离与富集：掩蔽剂法；分离法（沉淀分离法；萃取分离法；离子交换分离法；色谱分离法）分析方法的选择及分析测定5)分析结果的计算和评价第2章第11章第3、4章1.4分析化学过程及分析结果的表示2

分析结果的表示

待测组分的化学表示形式：a）分析结果通常以待测组分实际存在形式的含量表示。

例如测试氮的含量后，根据实际情况，以NH3、NO3-、N2O5、NO2-或N2O3等形式的含量表示分析结果。b）若待测组分实际存在形式不清楚，则分析结果最好以氧化物或元素形式的含量表示。

例如矿石分析中常以氧化物形式表示，金属材料和

有机分析常以元素含量表示。c）电解质溶液的分析结果，常以所存在的离子的含量表示。如以K+，Ca2+，Mg2+，SO42-，Cl-等的含量或浓度表示。待测组分含量的表示方法：a）固体试样

质量分数:wB=mB/ms(二者单位应保持一致！）当含量非常低时，可采用μg/g(ppm10-6)，ng/g(ppb10-9)，pg/g(ppt10-12)表示

ppm：part（s）permillion（是用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度，也称百万分比浓度）例：实际工作中也用百分比表示例：b）液体试样b）液体试样

①物质的量浓度，mol/L

②质量摩尔浓度，mol/kg,单位质量溶液中含有待测组分的物质的量。量值不随温度而变，物理化学中常用③质量浓度,表示单位体积试样含某种物质的质量,以mg·L-1(ppm),μg·L-1(ppb)或μg·mL-1(ppm),ng·mL-1(ppb)等④质量分数，体积分数，摩尔分数等

c）气体试样：

以体积分数Xi或质量浓度表示27实验室常用试剂分类级别1级2级3级生化试剂中文名优级纯

分析纯化学纯英文标志

GR

AR

CPBR标签颜色

绿

红蓝咖啡色英文标志GRguaranteereagentARanalyticalreagent

CPchemicallypurereagent

BRbiochemicalreagent经典定量分析方法重量法：分离

称重

沉淀法、气化法和电解法等滴定分析法：又称容量分析法

酸碱滴定法、络合滴定法

氧化还原滴定法、沉淀滴定法1.5滴定分析法概论1滴定分析法的特点

标准溶液待测溶液滴定分析法：又称容量分析法，将已知准确浓度的试剂溶液（标准溶液，standardsolution），滴加到被测物质溶液中（或被测物质溶液滴加到标准溶液中）直到被测物与所加试剂按化学计量关系定量反应，然后根据试剂的浓度和用量计算被测物含量。标准溶液被测物质指示剂化学计量关系滴定终点滴定分析常用术语：滴定剂：已知准确浓度的试剂溶液滴定：把滴定剂从滴定管滴加到被测物质溶液中的过程化学计量点（Stoichiometricpoint，以sp表示）：加入

的标准溶液与被测物质定量反应完全时的点滴定终点（endpoint，以ep表示）：滴定中指示剂改变

颜色的点终点误差（以Et表示）：滴定终点和化学计量点不一致

造成的分析误差有确定的化学计量关系，反应按一定的反应方程式进行反应必须定量进行反应速度较快，或用简便方法能加速反应（如加热，加催化剂等）必须有适当简便的方法确定滴定终点2滴定分析法对化学反应的要求3滴定方式a.直接滴定法

即用标准溶液直接滴定待测物质。b.返滴定法先准确加入过量标准溶液，使与试样进行反应，反应完成后再加另一种标准溶液滴定剩余的标准溶液。当试样中待测物质与滴定剂反应很慢时，如Al3+与EDTA的反应（标准Zn2+或Cu2+溶液返滴定）；当用滴定剂直接滴定固体试样时，如用HCl溶液滴定固体CaCO3；当反应没有合适的指示剂时，如在酸性溶液中用AgNO3滴定Cl-（三价铁盐，NH4SCN，淡红色[Fe(SCN)]2+）。c.间接滴定法

适用于不能与滴定剂直接起反应的物质，可通过另外的化学反应，以滴定法间接进行，如Ca2+测定。d.置换滴定法（络合滴定多用）主要用于当待测组分所参与的反应不按一定反应式进行或伴有副反应时；先用适当试剂与待测组分反应，使其定量置换为另一种物质，再用标准溶液滴定这种物质。如用Na2S2O3标定K2Cr2O7溶液的浓度（I2）：1.6

基准物质和标准溶液基准物质:能用于直接配制或标定标准溶液的物质。基准物质应符合下列要求要求：

1）试剂组成与化学式完全相符；2）试剂纯度足够高（质量分数在99.9%以上）；3）性质稳定，不易与空气中O2和CO2反应，亦不吸收空气中水分；4）摩尔质量大；

5）滴定反应时按反应式定量进行，无副反应。1基准物质常用基准物质纯金属和纯化合物：Zn、Al、Fe、Ni、Na2CO3、邻苯二甲酸氢钾（KHC8H4O4）、CaCO3、K2Cr2O7、NaCl等，质量分数一般在99.9%以上注意：应将基准物质与高纯试剂、光谱纯试剂区分基准物质干燥条件标定对象Na2CO3270～300℃酸，如HCl硼砂放在装有NaCl和蔗糖饱和溶液的密闭器皿中酸，如HCl

KHC8H4O4110～120℃碱，如NaOHH2C2O4·2H2O室温空气干燥碱或KMnO4

Zn室温干燥器中保存

EDTA

CaCO3110℃

EDTA

K2Cr2O7140～150℃还原剂，如Na2S2O3

Na2C2O4130℃氧化剂，如KMnO4

As2O3室温干燥器中保存氧化剂，如I2

NaCl500～600℃

AgNO3标准溶液:已知准确浓度的试剂溶液。配制方法有直接配制和标定法两种。1）直接配制法

准确称取一定量基准物质，溶解后配成滴定体积溶液，根据物质质量和溶液体积即可计算准确浓度。

cB=nB/V=mB/MBV例如：配K2Cr2O7标准溶液已知M=294.2，称取m=1.226g，定容至250.0mL，得到浓度为0.01667mol/L的标准溶液K2Cr2O7。2标准溶液的配置2）标定法

NaOH、HCl、EDTA、KMnO4、I3-A.粗配近似浓度的溶液B.标定基准物质或已知准确浓度的标准溶液例如：0.1mol/LHCl标准溶液的配制：市售HCl：质量分数36%，密度1.19g·mL-1，浓度约为12mol·L-1量取浓盐酸约9mL，用蒸馏水稀释至1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如硼砂或用已知准确浓度NaOH标准溶液的进行标定1.7

滴定分析中的计算391、标准溶液浓度的表示方法1）物质的量浓度

单位：mol/L；mmol/LnB的大小取决于物质的基本单元的选择，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量关系确定基本单元。如：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1molH2SO4时，其浓度可以表示为：C(H2SO4)=1mol/L，C(1/2H2SO4)=2mol/L=2C(H2SO4)其通式为：2)滴定度（T）

每毫升滴定剂相当于被测物质的质量（克或毫克）用若每毫升K2Cr2O7标准溶液恰好能与0.005000gFe2+反应，可表示为若滴定中消耗K2Cr2O7标准溶液21.50ml，则被滴定的Fe2+的质量为：例：酸性条件下用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+3）滴定度与物质的量浓度的换算已知TFe/K2Cr2O7＝0.00500g/mL,求K2Cr2O7物质的量浓度43计算0.02000mol/LK2Cr2O7溶液对Fe和Fe2O3及Fe3O4的滴定度2、滴定剂与被滴物质之间的计量关系1）根据滴定反应中T与B的化学计量数比求出b/t或t/b称为化学计量数比2）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，基本单元的物质的量相等对上述反应，根据等物质的量原则：3）涉及多个反应，先找出反应的相关关系，再确定计量关系如酸性溶液中以K2Cr2O7标定Na2S2O3溶液的浓度时，涉及两个反应，分别为：根据滴定剂和被测物质的比可以计算求出标准溶液的浓度。bB＋tT=aAnT=cTVT;nB=cBVB;nB/nT=b/tcBVB=b/t·cTVT则cB=b/t·cT·VT/VB若已知物质B的摩尔质量MB，则可求出B的质量mB：mB=nBMB=b/t·cT·VTMB

若以基准物质标定标准溶液，设所称基准物质质量为mT，其摩尔质量为MT，则计算公式为cB=bmT/tMTVB3、标准溶液浓度的计算例：为标定HCl溶液，称取硼砂（Na2B4O7⋅10H2O）0.4710g，用HCl溶液滴定至化学计量点，消耗25.20mL，求HCl溶液的浓度。2HCl+Na2B4O7+5H2O=2NaCl+4H3BO3(分子量Na2B4O7⋅10H2O:381.37)cHCl=0.09802mol/L4、待测组分含量的计算设试样的质量为ms（g），测得其中待测组分B的质量为mB（g），则待测组分在试样中的质量分数wB为

wB=mB/ms=b/t·cT·VTMB·(1/ms)注意：通常ms以g为单位