《定量分析概论》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,化学与材料科学学院,Analytical Chemistry,第2章 定量分析法概论,訾言勤,化学与材料科学学院,知识就是力量吗 ？,是,是,化学与材料科学学院,“量”是分析化学核心之一， 要牢固树立“量”的概念，保证在分析过程每一步获得的数据都是准确的、可靠的，最终的分析结果才是可信的。,教学内容,2.1 定量分析程序,2.2 滴定分析法概述,2.3 滴定分析法计算,习题,2.1,定量分析程序,2.1.1.定量分析程序（步骤或者过程）：,取样、预处理、消除干扰、测定、计算、评价,1.取样(Sampling),采样又称取样，是分析化学成败的关键之一，其最基本的原则是使分析试样具有代表性；否则，后续的分析测试不但是毫无意义的，而且导致错误结论。可以说采样比分析更重要。,1.取样(Sampling),一、按采样对象可分为：,1、固体样品的取样,2、液体样品的取样,3、气体样品的取样,二、按采样方式可分为：,1、系统采样,2、随机采样,采样要求,要求设计科学合理的采样方法，通过粉碎、过筛、混匀、缩分(四分法，对角线)、使样品均匀，能代表分析对象的全体，准确称量一定量的样品进行分析测定。,2. 试样的处理,：,处理试样与分解应根据试样的形态、分析项目和分析方法等要求，进行科学的处理，选择适当的分解方法。,试样处理目的：将样品,转变为溶液状态，呈测定态 （离子或者分子）。或者转变为适用于分析方法的状态。,分析试样量的称量质量计算,例如用氢氧化钠测定草酸需要称量草酸的样品量,处理方法,(1).湿法分解：(常用溶剂),A)酸溶:HCl ，HNO,3,，H,3,PO,4,-H,2,SO,4 ，,HClO,4,-HNO,3,适用碱性氧化物,B)碱溶:NaOH ， KOH，-,适用酸性氧化物,(2).干法分解：灰化，固体熔融,A)碱性溶剂：Na,2,CO,3,，K,2,CO,3,1:1混合,分解酸性矿物及氧化物，硅酸盐等,B)酸性溶剂：K,2,S,2,O,7,，KHSO,4,分解时能产生SO,3,与碱性氧化物反应,3. 消除干扰,(Eliminate Interfere or separate) ：,当试样中有多种组分存在，对欲测组分测定时，可能共存组分有干扰，应予以消除。消除干扰的方法应根据共存组分的性质和现有条件等灵活进行，若待测组分含量很低，也可以采用分离与富集同步进行。,4. 测定,(Measurement Determination),：,根据组分含量、性质，任务和要求、选择灵敏度适当，准确度满足要求的分析方法。,每一种组分可能有多种测定方法，例如，铁的测定方法有氧化还原滴定法、络合滴定法、重量分析法以及仪器分析法(如吸光光度法、电位滴定法、库仑滴定法等)等。而仅在氧化还原滴定中又有高锰酸钾法、重铬酸钾法及铈量法等。鉴于试样的种类繁多，测定要求又不尽相同，必然面临测定方法的选择问题。现将选择测定方法的一般原则分述如下。,选择测定方法的一般原则,(1),应与测定的具体要求相适应,；,(2),应与被测组分的含量相适应；,(3),应考虑被测组分的性质；,(4) 应考虑共存组分的影响；,(5) 应考虑现有的实验条件。,5. 计算，报告分析结果,(Calculation of Analytical Results)：,根据试样质量、测量所得数据和分析过程中有关反应的化学计量关系，计算试样中有关组分的含量或浓度。分析结果常以待测组分实际存在形式的含量表示。,计算分析结果,(1)算术平均值：以算术平均值为分析结果。以平均相对偏差衡量精密度，其值愈小精密度高。,(2)绝对偏差(d)：,计算分析结果,3、平均偏差,4、平均相对偏差,6、分析结果的评价,对于测量与分析结果的计算应根据误差和数据的统计处理规则进行，去伪存真，符合质量保证与质量控制的要求。,评价方法,1、以平均相对偏差衡量精密度，其值愈小精密度高（在化学分析中应用）。或者用标准偏差S衡量，其值愈小精密度高（在仪器分析中应用）：,评价方法,2、以相对误差衡量准确度，,其值愈小准确度高：,（1）绝对误差,= 个别测得值 - 真实值,E,a,= x,x,T,（2）相对误差计算,（E,r,%）反映了误差在真实值中所占的比例，用来比较在各种情况下测定结果的准确度比较合理。,2.1.2.分析结果的表示:,(一)待测组分的化学表示形式：,1.实际存在形式：,N%：NH,3,N,2,O NO,2,N,2,O,3,N,2,O,5,NO,2,-,2.稳定的氧化物：,CaO MgO Na,2,O,Fe,2,O,3,FeO Fe,3,O,4,3.元素及化合物：,Fe%Na,+,Cl,-,等,(二)待测组分含量的表示方式,1. 固体试样：质量百分数,m(g),X%=,100,m,s,(g),2.,液体试样：,质量百分数,(m/m,s,)%:,表示100克试液中含被测组分的克数,体积百分数,(V/Vs)%:,表示100毫升试液中被测组分体积,质量体积百分数,(m/v)%:,表示,100,毫升试液中被测组分所占的克数,例1,13.2%的NaCl溶液：表示100克NaCl溶液含13.2克NaCl,（,质量百分数）,50%的乙醇溶液：表示100毫升乙醇溶液含50毫升乙醇,（,体积百分数）,30%H,2,O,2,溶液：表示100毫升双氧水溶液含30克双氧水,（,质量体积百分数）,3.,气体试样,：,常用体积百分数表示,(V/Vs)%,:g/,m,3,；mg/,m,3,4. 微量组分常用的表示方式：,为了表示方便而用较小的单位,例,1g=10,3,mg=10,6,g 1毫升稀溶液,ppm=m,g,/m,S(g),10,6,=m,(,g),/m,S(g),；,ppb=1ng/g,例,测得土壤中含铅为350ppm，意为350g/g,废水中含铅为0.05ppm，意为1mL废水含铅0.05g，即0.05g/mL,2.2,滴定分析法概述,2.2.1 基本概念,1.滴定分析(Titrimetric Analysis)：将标准溶液用滴定管加到待测溶液中，直接认为所加的滴定剂与被测物质反应以达化学计量点。,根据指示剂变化停止滴定，由标液的浓度和体积求被测物的量的分析方法,2.标准溶液(Standard Solutions)：已知准确,浓度的溶液,3.化学计量点(Stoichiometric point)：定量反应时的理论平衡点,4.滴定终点(End point): 被滴定溶液颜色发生突变的转变点，停止滴定的点.,5.终点误差(Titration error):滴定终点与化学计量点不一致造成的相对误差.,6.滴定反应(Titration Reaction):能用于滴定分析的化学反应,.滴定分析对化学反应的,要求和滴定方式：,(一)能用于滴定分析的化学反应要求:,1.必须具有确定的化学计量关系；,2.必须定量进行,反应完全度达99.9%以上,3.反应速度快；,4.必须有适当简便的方法确定终点；,(二)滴定方式：,1.,直接滴定法：,凡能满足滴定反应要求的都,可用标准溶液直接滴定,2.间,接滴定法：,不能与滴定剂直接起反应的,物质，通过另一反应间接滴定,3.返滴定：,反应慢，无合适指示剂，有副反应发生，通常用两种标液完成,4.,置换滴定：,当反应无计量关系，不按确定反应式进行,K,2,Cr,2,O,7,+,6KI,+,H,+,3I,2,；,I,2,+,2Na,2,S,2,O,3,2I,-,+,S,4,O,6,2 -,2.2.3.基准物质：,能用于直接配制标准溶液或标定标准溶液的物质,(一)基准物应满足的条件：,1.试剂组成与化学式完全相符,2.试剂纯度达99.9%以上,3.性质稳定,4.最好有较大的摩尔质量,5.试剂应按反应方程式进行，无副反应,(二)常用的基准物质：,(Primary Standards) Standardization,KC,8,H,5,O,4,H,2,C,2,O,4,2H,2,O 碱标液,Na,2,CO,3,Na,2,B,4,O,7,10H,2,O 酸标液,CaCO,3,Zn Cu Pb(99.9%) EDTA标液,As,2,O,3,Fe H,2,C,2,O,4,2H,2,O KMnO,4,I,2,标液,K,2,Cr,2,O,7,KIO,3,Na,2,S,2,O,3,标液,NaCl KCl AgNO,3,标液,我国化学试剂等级和标志,一级 优级纯,G.R,绿颜色,科研精密分析,二级 分析纯,A.R,红颜色,多数分析,三级 化学纯,C.P,蓝颜色,常规分析,四级 实验试剂,L.R,棕颜色,辅助分析,2.2.4.标准溶液的配制与标定,1.,直接法,：用基准物质配制,步骤：基准物分析天平容量瓶,例如,配0.02000mol/LK,2,Cr,2,O,7,250mL，分析天平称1.4709g溶解后转入250mL容量瓶,注,：,容量分析仪器,容量瓶,量入式的测量方式,移液管,量出式的测量方式,滴定管,量出式的测量方式,2.,标定法,：,用非基准物配 NaOH , HCl , KMnO,4,溶液等，用基准物质或者标准溶液滴定。因为这些物质不稳定，是,非基准物。,步骤,：（1）,粗配成大致浓度(托盘天平量筒取水试剂瓶)；（2）标定(Standardigation),例如,配0.1mol/LNaOH溶液1000mL，台秤取大约4.0gNaOH，加大约1L的 H,2,O，溶解、摇匀。,用基准酸物质或者用标准HCl标定；,分析化学常用的量及单位,物理量,量的名称 量的符号,单位（符号） 说明,物质的量 n 摩尔(mol) 必须指明基本单位,毫摩尔(mmol),摩尔质量 M 克每摩尔(g.mol,-1,) 必须指明基本单位,物质得量浓度 C 摩尔每升(mol.L,-1,) 必须指明基本单位,摩尔立方米(mol,.,m,-3,),质量 m 克(g)，毫克(mg),体积 V 升(L)，毫升(mL),质量分数,无量纲 可用%，mg/g表示,质量浓度,克每升(g.L,-1,),2.3,滴定分析法计算,2.3.1.滴定剂T与被测物质B之间的关系,：,“,等物质的量”规则,，对反应系数不同的两物质的量，利用化学计量关系进行计算,（1）滴定反应：,t,T +,b,B =,c,C +,d,D,b,（2）当 t=b：n,B,=n,T,当tb时,（3）,n,B,=,n,T,t,注,：此,b/t,即是将滴定剂T物质的量换算成被测物B物质的量的换算因数(Stoichiometric factor)，或者,称为反应计量数比,。,“等物质的量”规则,书写计算式的步骤：,1、正确书写化学反应方程式；,2、正确书写反应计量比；,3、按 “等物质的量”规则书写计算式；,例,（1）2MnO,4,-,+ 5C,2,O,4,2-,+ 16H,+,= 2Mn,2+,+ 10CO,2,+ 8H,2,O,（2）以,n(KMnO,4,-,)表示，计量数比,2 / 5,2,(3) n(KMnO,4,),=,n(Na,2,C,2,O,4,),或,5,1 1,n (,KMnO,4,) = n(,H,2,C,2,O,4,),5 2,基本单元,2.3.2.溶液浓度的表示,n,B,1.,物质的量浓度,：,c,B,=,(mol/L),V,m(g),其中： n,B,(mol)=,M(g/mol),若tb的滴定反应，或标定法求物质的量浓度则乘相应计量数,b,m,T,b,V,T,b,m,T,c,B,=,/ V,B,=, c,T, = , ,t,M,T,t,V,B,t,M,T,V,B,2.,滴定度T,：,指1mL标准溶液(滴定剂)相当于被测物质的质量g(Titer),m(g),T,被测,/,标液,=,V(mL),注,：,(1)当V=1mL时，T,标液,=m,被测,g/mL,(2)写T下标时，被测在前，滴定剂在后，斜线表示“相当于”,，（或写成T,测/标,）,。,3. c与T之间的,换算,：,将物质的量浓度除以1000，得1mL标准溶液中所含滴定剂物质的量,b,M,B,T,B/T,=,c,T,(g/mL),t,1000,例如：,T,Fe/KMnO,4,；,T,Fe/K,2,Cr,2,O,7,T,Fe,2,O,3,/K,2,Cr,2,O,7,2.3.3.待测组分含量的计算,：,用小于1的分数表示，质量分数，相对量，无量纲,b,M,B,c,T,V,T, ,m,B,t,1000,B%=, ,100= 100,m,s,m,s,T,T/B,V,T,B%=,100,m,S,2.3.4.滴定分析计算示例,：,例1,欲配制0.02000mol/L的K,2,Cr,2,O,7,500mL 应称,m,K,2,Cr,2,O,7,=？,解 m,B,=m(K,2,Cr,2,O,7,)=c,Cr,V,Cr,M,Cr,500,=0.02000,294.2 = 2.942(g),1000,例2,欲配制0.1mol/L的H,2,SO,4,溶液500mL应取,V,H,2,SO,4,(浓),=？(已知密度=1.84g/mL，含96%),解 c,1,V,1,=c,2,V,2,或n,1,=n,2,500,即0.1,= V,2,X%/M,1000,0.1 mol/L,0.5L,98.07 g/mol,所以：V,2,=, =2.8mL,1.84g/mL,96%,例3,用基准硼砂(Na,2,B,4,O,7,10H,2,O)来标定HCl浓度，已知基准硼砂m,硼,=0.6021g，终点消耗V,HCl,=31.47mL，求c,HCl,=？,解 (1)Na,2,B,4,O,7,+,2HCl,+,5H,2,O,=,4H,3,BO,3,+,2NaCl,2m,硼,(3),c,HCl,V,HCl,=, (2) 计量比 2/1,M,硼,1000,2m,硼,c,HCl,=,所以 c,HCl,=0.1003mol/L,M,硼,V,HCl,1000,例4,用基准H,2,C,2,O,4,2H,2,O标定0.1mol/L的 NaOH溶液应称草酸的范围.滴定体积20-30mL,解 H,2,C,2,O,4,+2NaOH=Na,2,C,2,O,4,+2H,2,O,称量范围为,例5,求(1+3)HCl溶液物质的量浓度=？(已知浓盐酸12mol/L),解 c,1,V,1,=c,2,V,2,即1.0mL,12mol/L=c,2,(3+1),121,故：c,2,=,=3mol/L,3+1,例6,称含Fe样0.3143g，溶解还原Fe,2+,后用0.02000mol/L的K,2,Cr,2,O,7,滴定消耗21.30mL,(1)Fe,2,O,3,%=?(M=159.69g/mol),(2)求T,Fe / K,2,Cr,2,O,；T,Fe,2,O,3,/K,2,Cr,2,O,7,解：Cr,2,O,7,2-,+6Fe,2+,+14H,+,=2Cr,3+,6Fe,3+,+7H,2,O,可知：n,Fe,2,O,3,=6/2,n,Fe,=3n,k,2,Cr,2,O,7,故：,(1),Fe,2,O,3,%= 100 =,M,Fe,(2)T,Fe/K,2,Cr,2,O,7,=6 c,K,2,Cr,2,O,7,=0.006702 g/mL,1000,6,M,Fe,2,O,3,T,Fe,2,O,3,/K,2,Cr,2,O,7,=, c,K,2,Cr,2,O,7,=0.00958 g/mL,2,1000,例7,称铝样0.2018g，溶解后加入30.00mL 0.02018mol/LEDTA标液，pH=4.2，加热使完全生成AlY后，用0.02035mol/LZn,2+,标液返滴定，多余EDTA，V,Zn,=6.50mL，求Al,2,O,3,%=?,解 Al,3+,+H,2,Y,2,-,=AlY+2H,+,1 1,n,Al,2,O,3,=,n,Al,=,n,EDTA,n,Al,=n,Zn,=n,EDTA,2 2,1 M,Al,2,O,3,(n,EDTA,-,n,Zn,),2 1000,Al,2,O,3,%,=,100,m,S,= 11.95,例8,标定结果的讨论：,若硼砂风化，标定时消耗V,HCl,多,，,结果c,HCl,低,若硼砂吸潮，标定时消耗V,HCl,少,，,结果c,HCl,高,滴管内壁挂水珠，标定时消耗V,HCl,多,，,结果c,HCl,小,例9,称含氰样0.6913g，在强碱中采用KMnO,4,滴至终点，耗V,KMnO,4,=46.27mL现已知：T,KCN/K,2,Cr,2,O,7,=6.44mg/mL；求KCN%=？,解,2MnO,4,-,+CN,-,+2OH,-,=2MnO,4,2-,+CNO,-,+H,2,O,1,T,KCN/K,2,Cr,2,O,7,=, ,c,KMnO,4,M,KCN,2,故 c,KMnO,4,=0.1987mol/L,1,( cV),KMnO,4,KCN,2,KCN%=,100=43.10,m,S,1000,例10,取25.00mLKH,2,C,2,O,4, H,2,C,2,O,4, 2H,2,O溶液两份, 一份用0.1000mL,L,-1,NaOH标夜滴定消耗V,NaOH,=20.00mL；另一份用KMnO,4,溶夜滴定V,KMnO,4,=25.00mL，求 c,KMnO,4,=？,解,1,n,NaOH,=,n,KMnO,4,15 4,酸碱：5KHC,2,O,4,H,2,C,2,O,4,2H,2,O=15H,+,15NaOH,氧化还原：KHC,2,O,4,H,2,C,2,O,4,=4MnO,4,-,5,故： c,NaOH,V,NaOH,=(3,) c,KMnO,4,V,KMnO,4,4,( cV),NaOH,4,则： c,KMnO,4,= ,V,KMnO,4,15,=0.02133mol/L,习题,1,.用下列物质配制0.1mol/L溶液各500毫升，应取浓溶液多少毫升？,浓H,2,SO,4,(密度1.84g/mL，含H,2,SO,4,96%),2,.配制0.02000mol/L K,2,Cr,2,O,7,溶液500毫升，需取基准K,2,Cr,2,O,7,多少克？如何配制？,3,.配制0.1mol/LNaOH溶液500毫升，应称取NaOH多少克？,答案,4,.为标定0.1mol/LNaOH溶液的浓度，应称取基准邻苯二甲酸氢钾的质量范围是多少克？,5,.称取基准Na,2,C,2,O,4,物质0.2262克以标定KMnO,4,溶液的浓度，滴定达化学计量点时，消耗KMnO,4,41.50毫升，计算KMnO,4,溶液的物质的量浓度 (Na,2,C,2,O,4,的分子量为134.0),6,.0.6913克含氰化物的样品，在强碱性介质中用KMnO,4,标准溶液滴至终点时，消耗KMnO,4,溶液 46.27mL，已知T,KMnO,4,/KCN,为6.44毫克/毫升，求样品中KCN的百分含量，反应方程式如下：,2MnO,4,-,+CN,-,+3OH,-,=2MnO,4,2-,+CNO,-,+H,2,O,7,.测定石灰中CaO含量时，称取0.3000克试样，加入25.00毫升0.25mol/LHCl标准溶液，煮沸除去 CO,2,后用0.2000mol/LNaOH回滴过量酸，消耗5.84毫升NaOH分别用CaO%及CaCO,3,%表示分析结果(M,CaO,=56.08, M,CaCO,3,= 100.09),8,.工业纯碱含Na,2,CO,3,约80%，若用0.1000 mol/L HCl滴定至甲基橙终点，为使消耗HCl的体积不低于25毫升，问至少称纯碱多少克？,