化学第五版第01章课件

1分析化学分析化学Analytical Chemistry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段，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，还是一门培养学生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、观观察能力、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、思维能力、思维能力、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1 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7定定义义：分分析析化化学学（analytical analytical chemistrychemistry）是是发发展展和和应应用用各各种种理理论论、方方法法、仪仪器器和和策策略略以以获获取取有有关关物物质质在在相相对对时时空空内内的的组组成成和和性性质质的的信信息息的的一一门门科科学学，又被称为分析科学。又被称为分析科学。“现代化学之母现代化学之母”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分析方法包括分析方法包括测定方法测定方法测定方法测定方法和和和和测定对象测定对象测定对象测定对象两部分两部分两部分两部分分析化学三要素分析化学三要素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92.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：在在解解决决人人类类面面临临的的“五五大大危危机机”,环环境境中中的的五五大大全全球球性性问问题题,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；在在与与化化学学有有关关的的各各科科学学领领域域中中，如如材材料料科科学学、环环境境科科学学、资资源源科科学学、生生命命科科学学、矿矿物物学学、地地质质学学、生生理理学学、医医学学、农农业业及及其其他他科学技术，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：著著名名的的日日本本化化学学家家、19911991年年IUPACIUPAC会会议议主主席席NIKINIKI教教授授说说过过：“未未来来的的2121世世纪纪是是光光明明或或黑黑暗暗，取取决决于于人人类类在在能能源源与与资资源源科科学学、材材料料科科学学、信信息息科科学学和和生生命命科科学学四四大大领领域域的的进进步步，而而取取得得这这些些领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化学的一个分支是化学的一个分支 是是是是一一一一门门门门人人人人们们们们赖赖赖赖以以以以获获获获得得得得物物物物质质质质组组组组成成成成、结结结结构构构构和和和和 形态的信息的科学形态的信息的科学形态的信息的科学形态的信息的科学 是是是是科科科科学学学学技技技技术术术术的的的的眼眼眼眼睛睛睛睛、尖尖尖尖兵兵兵兵、侦侦侦侦察察察察员员员员，是是是是进进进进行科学研究的基础学科行科学研究的基础学科行科学研究的基础学科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研究究物物质质的的分分子子结结构构或或晶晶体结构体结构结合方式结合方式(qualitative analysis)(quantitative analysis)(structure analysis)14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鉴定定物物质质的的组组成成，测测定定组组分分的含量的含量 对象是有机物对象是有机物对象是有机物对象是有机物分析官能团，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)化化学学分分析析(Chemical Analysis)：又又称称经经典典分分析析，以以物物质质的的化化学学反反应应及及其其计计量量关关系系为为基基础础的的分分析析方方法法。借借助助于于常常规规的的玻玻璃璃仪仪器器进进行行分分析析，包包括括重重量量分分析析法法和和滴滴定定分分析析法法，这这是是本本课课程程研研究究的重点的重点(2)仪仪器器分分析析(Instrumental Analysis)：以以物物质质的的物物理理和和物物理理化化学学性性质质为为基基础础的的分分析析方方法法。使使用用特特殊殊的的仪仪器器设设备备，通通常常称称为为仪仪器分析法器分析法化学分析是仪器分析的基础，二者互为补充化学分析是仪器分析的基础，二者互为补充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%)1%)1%)一般采用化学分析法一般采用化学分析法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微量成分测定微量成分测定(质量分数质量分数质量分数质量分数0.01%0.01%0.01%0.01%1%)1%)1%)1%)痕量成分测定痕量成分测定痕量成分测定痕量成分测定(质量分数质量分数质量分数质量分数0.01%)0.01%)0.01%)99.999.9）3 3）性质稳定）性质稳定）性质稳定）性质稳定4 4）摩尔质量大）摩尔质量大）摩尔质量大）摩尔质量大5 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）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 纯纯金金属属和和纯纯化化合合物物：ZnZn、AlAl、FeFe、NiNi、NaNa2 2COCO3 3、邻邻邻邻苯苯苯苯二二二二甲甲甲甲酸酸酸酸氢氢氢氢钾钾钾钾（KHCKHC8 8HH4 4OO4 4）、CaCOCaCO3 3、KK2 2CrCr2 2OO7 7、NaClNaCl等等等等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KMnOKMnO4 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 1 1）直接法）直接法）直接法）直接法 准准准准确确确确称称称称取取取取一一一一定定定定量量量量基基基基准准准准物物物物质质质质，溶溶溶溶解解解解后后后后配配配配成成成成一一一一定定定定体体体体积积积积的溶液，计算其准确浓度的溶液，计算其准确浓度的溶液，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重铬酸钾重铬酸钾例如：配例如：配例如：配例如：配KK2 2CrCr2 2OO7 7标准溶液标准溶液标准溶液标准溶液已知已知已知已知M=294.2M=294.2，称取，称取，称取，称取m=1.226 gm=1.226 g，定容至，定容至，定容至，定容至250.0 250.0 mLmL，得到浓度为，得到浓度为，得到浓度为，得到浓度为0.01667mol/L0.01667mol/L的标准溶液的标准溶液的标准溶液的标准溶液KK2 2CrCr2 2OO7 7 。cB=nB/V=mB/(MBV)492 2 2 2）标定法）标定法）标定法）标定法 NaOHNaOH、HClHCl、EDTAEDTA、KMnOKMnO4 4、I I3 3-A.A.A.A.粗配粗配粗配粗配 近似浓度的溶液近似浓度的溶液近似浓度的溶液近似浓度的溶液B.B.B.B.标定标定标定标定 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：例如：例如：0.10.1mol/Lmol/LHClHCl标准溶液的配制：标准溶液的配制：标准溶液的配制：标准溶液的配制：市售市售市售市售HClHCl：质量分数：质量分数：质量分数：质量分数36%36%，密度，密度，密度，密度1.19gmL1.19gmL-1-1，浓度约为，浓度约为，浓度约为，浓度约为12 mol L12 mol L-1-1量量量量取取取取浓浓浓浓盐盐盐盐酸酸酸酸约约约约9mL9mL，用用用用蒸蒸蒸蒸馏馏馏馏水水水水稀稀稀稀释释释释至至至至1 1升升升升，得得得得到到到到浓浓浓浓度度度度大大大大约约约约为为为为0.1mol/LHCl0.1mol/LHCl稀稀稀稀溶溶溶溶液液液液，然然然然后后后后称称称称取取取取一一一一定定定定量量量量的的的的基基基基准准准准物物物物质质质质或或或或用用用用已已已已知知知知准准准准确确确确浓度浓度浓度浓度NaOHNaOH标准溶液的进行标定标准溶液的进行标定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，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 1 1）物质的量浓度）物质的量浓度）物质的量浓度）物质的量浓度 单位：单位：mol/L；mmol/LnB的的大大小小取取决决于于物物质质的的基基本本单单元元的的选选择择，常常根根据据物物质质在在反反应应中中的的质质子子转转移移数数，电电子子得得失失数数和和反反应应的的计计量量关关系确定基本单元。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。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如每升溶液中含有如每升溶液中含有1 1mol Hmol H2 2SOSO4 4时，其浓度可以表示为：时，其浓度可以表示为：时，其浓度可以表示为：时，其浓度可以表示为：C(HC(H2 2SOSO4 4)=1mol/L)=1mol/L，C(1/2HC(1/2H2 2SOSO4 4)=2mol/L=2 C(H)=2mol/L=2 C(H2 2SOSO4 4)其通式为：其通式为：其通式为：其通式为：2)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53若若每每毫毫升升K2Cr2O7标标准准溶溶液液恰恰好好能能与与0.005000g Fe2+反反应，可表示为应，可表示为若若滴滴定定中中消消耗耗K2Cr2O7标标准准溶溶液液21.5021.50mLmL，则则被被滴滴定定的的 Fe2+的质量为：的质量为：54滴定度与物质的量浓度的换算滴定度与物质的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55计计计计算算算算0.020000.02000mol/L mol/L KK2 2CrCr2 2OO7 7溶溶溶溶液液液液对对对对FeFe和和和和FeFe2 2OO3 3及及及及FeFe3 3OO4 4的滴定度的滴定度的滴定度的滴定度562、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 1）根据滴定反应中）根据滴定反应中）根据滴定反应中）根据滴定反应中T T T T与与与与B B B B的化学计量数比求出的化学计量数比求出的化学计量数比求出的化学计量数比求出 b/tb/t 或或t/bt/b 称为化学计量数比称为化学计量数比572）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，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，基本单元的物基本单元的物基本单元的物基本单元的物质的量相等质的量相等质的量相等质的量相等对上述反应，根据等物质的量原则：对上述反应，根据等物质的量原则：对上述反应，根据等物质的量原则：对上述反应，根据等物质的量原则：583 3）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）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量关系量关系 如如如如KK2 2CrCr2 2OO7 7标定标定标定标定NaNa2 2S S2 2OO3 3溶液的浓度时，涉及两个反溶液的浓度时，涉及两个反溶液的浓度时，涉及两个反溶液的浓度时，涉及两个反应，分别为：应，分别为：应，分别为：应，分别为：594要求在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？如果改用作基准物质，又应称取多少克？作基准物质，又应称取多少克？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。解：解：6180.2500 g不纯不纯CaCO3试样中不含干扰测定的组分。加入试样中不含干扰测定的组分。加入25.00 mL 0.2600 mol/L HCl溶解，煮沸除去溶解，煮沸除去CO2，用，用0.2450 mol/L NaOH溶液反滴定过量酸，消耗溶液反滴定过量酸，消耗6.50mL，计算试样中，计算试样中CaCO3的的质量分数。质量分数。解：解：6210不纯不纯Sb2S3 0.2513g，将其置于氧气流中灼烧，产生的，将其置于氧气流中灼烧，产生的SO2通通入入FeCl3溶液中，使溶液中，使Fe3+还原至还原至Fe2+，然后用，然后用0.02000 mol/L KMnO4标准溶液滴定标准溶液滴定Fe2+，消耗溶液，消耗溶液31.80 mL。计算试样中。计算试样中Sb2S3的质量分数。若以的质量分数。若以Sb计，质量分数又为多少？计，质量分数又为多少？解：解：