第1章概论 教学目的:1。理解分析化学的学科定义、任务及分类 2.掌握分析方法的选择原则; 3.掌握定量分析基本过程及分析结果的表示方法; 4.掌握滴定分析法基本原理、相关概念及滴定分析结果的结算, 教学重点:正确理解以下概念:标准溶液、基准物质、滴定分析法、滴定、化 学计量点、滴定终点、终点误差;分析化学的分类。 教学难点:根据滴定反应确定计量关系并进行相关的计算。 教学内容: 11分析化学的定义、任务和作用 定义:分析化学是研究测定物质组成的分析方法及其相关理论的科学。 其他定义: H.A. Laitinen:化学表征与测量的科学。 任务:鉴定物质的化学成分 定性分析 测定各组分的含量 定量分析 确定物质的结构 结构分析 作用 21世纪是生命和信息科学的世纪,科技和社会生产发展的需要要求分析化学尽 可能快速、全面和准确地提供丰富地信息和有用的数据。 b.现代分析化学正在把化学与数学、物理学、计算机科学、生物学、精密仪器制 造科学等学科结合起来。 c.在工农业生产、科学技术、国防建设等社会主义建设中起着重要作用。 d.在各学科的科学研究中的作用一一一科学技术的眼睛,是进行科学研究的基础 社会 其他科学技术领域 社会需要 究与发展 分析问题 应用领域 分析化学 环境分析 食品分析生化分析药物分析 临床分析 材料分析毒物分析法医分析 地质分析 星际分析在线分析表面分析 分析化学为人们对环境问题的认识和对工业生产、人类健康领域和环境保护中质量控制 系统的建立作出了重大贡献。 环境分析:分析化学在更低浓度水平上和更复杂基质中检测和在分子水平上分析的能 力,能够鉴别出环境样品中更多的组分,从而提供对即将发生的对人类和生物群的环境威胁
2 社会 其他科学技术领域 分析化学 第 1 章 概 论 教学目的：1. 理解分析化学的学科定义、任务及分类； 2. 掌握分析方法的选择原则； 3. 掌握定量分析基本过程及分析结果的表示方法； 4. 掌握滴定分析法基本原理、相关概念及滴定分析结果的结算。 教学重点：正确理解以下概念：标准溶液、基准物质、滴定分析法、滴定、化 学计量点、滴定终点、终点误差；分析化学的分类。 教学难点：根据滴定反应确定计量关系并进行相关的计算。 教学内容： 1.1 分析化学的定义、任务和作用 定义：分析化学是研究测定物质组成的分析方法及其相关理论的科学。 其他定义：H.A.Laitinen：化学表征与测量的科学。 任务： 鉴定物质的化学成分 定性分析 测定各组分的含量 定量分析 确定物质的结构 结构分析 作用： a. 21 世纪是生命和信息科学的世纪，科技和社会生产发展的需要要求分析化学尽 可能快速、全面和准确地提供丰富地信息和有用的数据。 b. 现代分析化学正在把化学与数学、物理学、计算机科学、生物学、精密仪器制 造科学等学科结合起来。 c. 在工农业生产、科学技术、国防建设等社会主义建设中起着重要作用。 d. 在各学科的科学研究中的作用―――科学技术的眼睛,是进行科学研究的基础。 社会需要 研究与发展 分析问题 应用领域： 环境分析 食品分析 生化分析 药物分析 临床分析 材料分析 毒物分析 法医分析 地质分析 星际分析 在线分析 表面分析 分析化学为人们对环境问题的认识和对工业生产、人类健康领域和环境保护中质量控制 系统的建立作出了重大贡献。 环境分析：分析化学在更低浓度水平上和更复杂基质中检测和在分子水平上分析的能 力，能够鉴别出环境样品中更多的组分，从而提供对即将发生的对人类和生物群的环境威胁
或危害的早期预报 12分析方法的分类与选择 12.1按分析要求分:定性分析、定量分析、结构分析 122按测定原理分 化学分析法「重量分析法(称重分析) 滴定分析法(容量分析)(酸碱、络合、沉淀、氧化还原) 仪器分析法:光学分析法、电化学分析法、色谱分析法、热分析法等 123按分析对象分:无机分析、有机分析 1.24按试样用量和操作方法分:常量分析100mg 10mL 半微量分析10-100mg 1-10mL 微量分析0.1-10mg 0.01-1mL 超微量分析<0.lmg 125其他特殊分类方法 仲裁分析、例行分析、微区分析、表面分析、在线分析等 12.6分析方法的选择 对分析方法的选择通常应考虑以下几个方面 a.待测组分的含量范围; b.共存组分的影响 c.对测定准确度、灵敏度的要求 d.对测定成本和测定时间的要求等。 13分析化学发展简史与发展趋势 13.1发展简史:人类有科学就有化学,化学从分析化学开始。 166l Boyle“ The Sceptional Chemistry” Lavoisier发明天平 1841 Fresenius定性分析导论定量分析导论 1885/186Mohr化学分析滴定法专论 Fresenius“ Zeitschrift fur analytische Chemie”-第一本分析化学杂志 英国An 1887 美国 Analytical Chemistry-第一本物理化学杂志问世 1894 Ostward“分析化学科学基础”奠定经典分析的科学基础 三次重大变革: 经典分析化学:19世纪末一20世纪30年代 溶液中四大平衡理论,使分析化学从一门技术转变成一门独立的科学。 近代分析化学:20世纪30年代一70年代 开创了仪器分析的新时代一一物理方法大发展 现代分析化学:20世纪70年代一现代 以计算机应用谓主要标志的信息时代的到来,促进了分析化学的发展, 也提出了更多的课题和要求。在确定物质组成和含量的基础上,提供物 质更全面的信息。因此,一些新技术和新方法也就应运而生 常量一一一微量及微粒分析 静态一一一快速反应追踪分析
3 或危害的早期预报。 1.2 分析方法的分类与选择 1.2.1 按分析要求分：定性分析、定量分析、结构分析 1.2.2 按测定原理分： 化学分析法 重量分析法（称重分析） 滴定分析法（容量分析）（酸碱、络合、沉淀、氧化还原） 仪器分析法： 光学分析法、电化学分析法、色谱分析法、热分析法等 1.2.3 按分析对象分：无机分析、有机分析 1.2.4 按试样用量和操作方法分： 常量分析 >100mg >10mL 半微量分析 10-100mg 1-10mL 微量分析 0.1-10mg 0.01-1mL 超微量分析 <0.1mg <0.01mL 1.2.5 其他特殊分类方法 仲裁分析、例行分析、微区分析、表面分析、在线分析等。 1.2.6 分析方法的选择 对分析方法的选择通常应考虑以下几个方面: a. 待测组分的含量范围; b. 共存组分的影响; c. 对测定准确度、灵敏度的要求； d. 对测定成本和测定时间的要求等。 1.3 分析化学发展简史与发展趋势 1.3.1 发展简史：人类有科学就有化学，化学从分析化学开始。 1661 Boyle “The Sceptional Chemistry” Lavoisier 发明天平 1841 Fresenius 定性分析导论 定量分析导论 1885/1886 Mohr 化学分析滴定法专论 1862 Fresenius “Zeitschrift fur analystische Chemie”―第一本分析化学杂志 1874 英国 Analyst 1887 美国 Analytical Chemistry―第一本物理化学杂志问世 1894 Ostward “分析化学科学基础”奠定经典分析的科学基础 三次重大变革： 经典分析化学：19 世纪末－20 世纪 30 年代 溶液中四大平衡理论，使分析化学从一门技术转变成一门独立的科学。 近代分析化学：20 世纪 30 年代－70 年代 开创了仪器分析的新时代――物理方法大发展 现代分析化学：20 世纪 70 年代－现代 以计算机应用谓主要标志的信息时代的到来，促进了分析化学的发展， 也提出了更多的课题和要求。在确定物质组成和含量的基础上，提供物 质更全面的信息。因此，一些新技术和新方法也就应运而生。 常量―――微量及微粒分析 静态―――快速反应追踪分析
组成一一一形态分析 破坏试样 无损分析 总体 微区表面分析及逐层分析 离线(脱线)一一一在线过程分析 宏观组分一一一微观结构分析 132发展趋势:(高灵敏度一一单分子(原子检测 高选择性一一复杂体系(如生命体系、中药) 原位、活体、实时、无损分析 自动化、智能化、徼型化、图像化 高通量、高分析速度 14分析化学参考文献 141丛书、大全和手册:各种物理化学常数、标准方法 142参考书 143杂志、期刊:分析化学研究的最新进展、培养对分析化学的兴趣 1.5分析化学过程及分析结果的表示 151分析化学过程 试样的采取、处理与分解(参见本教材第2章) 取样:关键是分析试样要有代表性 取样方法:固体试样:粉碎、过筛、混匀、缩分,得到少量试样,烘干保存于干燥器 中备用 固体试样分解:溶解「酸溶:加热HCl、HNO3、H2SO4、HCO4、HF、混合酸 1碱溶:NaOH、kOH 熔融广酸性:K2S2O 1碱性:NaCO3、NaOH、NaO2 2.分析化学中常见的分离与富集方法 复杂样品分离:沉淀分离、萃取分离、离子交换、层析分离 分离要求:被测组分不能损失;干扰组分减少到不干扰 消除干扰方法:掩蔽 3.分析测定 分析方法:「化学方法:准确度高,常量组分的测定 仪器方法:灵敏度高,微量组分的测定 测定方法:手续简单、快捷、准确、试剂便宜易得 分析结果的计算与评价 根据分析过程中有关反应的计量关系及分析测量所得数据,计算试样中待测组分含量。 152分析结果的表示 1.待测组分的化学表示式 a.以待测组分实际存在形式表示分子、离子 b.以氧化物(矿石分析中常用)或者元素形式表示(金属材料、有机分析) 2.待测组分含量的表示方法 固体试样:质量分数%气体试样:体积分数液体试样:浓度mg/L等 6滴定分析法概述
4 组成―――形态分析 破坏试样―――无损分析 总体―――微区表面分析及逐层分析 离线（脱线）―――在线过程分析 宏观组分―――微观结构分析 1.3.2 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 1.4 分析化学参考文献 1.4.1 丛书、大全和手册：各种物理化学常数、标准方法 1.4.2 参考书 1.4.3 杂志、期刊：分析化学研究的最新进展、培养对分析化学的兴趣 1.5 分析化学过程及分析结果的表示 1.5.1 分析化学过程 1. 试样的采取、处理与分解（参见本教材第 2 章） 取样：关键是分析试样要有代表性 取样方法： 固体试样： 粉碎、过筛、混匀、缩分，得到少量试样，烘干保存于干燥器 中备用。 固体试样分解：溶解 酸溶：加热 HCl、HNO3、H2SO4、HClO4、HF、混合酸 碱溶：NaOH、KOH 熔融 酸性: K2S2O7 碱性：NaCO3、NaOH、Na2O2 2. 分析化学中常见的分离与富集方法 复杂样品 分离：沉淀分离、萃取分离、离子交换、层析分离 分离要求： 被测组分不能损失；干扰组分减少到不干扰。 消除干扰方法：掩蔽 3. 分析测定 分析方法： 化学方法：准确度高，常量组分的测定 仪器方法：灵敏度高，微量组分的测定 测定方法：手续简单、快捷、准确、试剂便宜易得 4. 分析结果的计算与评价 根据分析过程中有关反应的计量关系及分析测量所得数据，计算试样中待测组分含量。 1.5.2 分析结果的表示 1. 待测组分的化学表示式： a. 以待测组分实际存在形式表示 分子、离子 b. 以氧化物（矿石分析中常用）或者元素形式表示（金属材料、有机分析） 2. 待测组分含量的表示方法 固体试样： 质量分数 ％ 气体试样：体积分数 液体试样：浓度 mg/L 等 1.6 滴定分析法概述
161滴定分析法的特点 B(被测组分)+T(滴定剂)=P(产物 特点:(1)准确度高(误差<0.1%) (2)适用于常量分析 (3)操作简便、快捷,费用低。 标准溶液:已知准确浓度的试剂溶液 滴定剂:已知准确浓度的试剂。 滴定:滴定剂从滴定管滴加到待测溶液的过程。 化学计量点(sp):待测组分与滴定剂定量反应完全时的那一点。NaOH+ HCI PH=70 滴定终点(ep):滴定剂发生颜色变化时的转折点。酚酞pl=8.0-96 终点误差(E):滴定终点与化学计量点不一致所引起的误差。 162滴定分析法对化学反应的要求和滴定方式 1.适合滴定分析法的化学反应,应具备以下几个条件: a.有确定的化学计量关系 b.反应定量进行(反应进行程度达999%以上) c.有较快的反应速度 d.有适当的指示剂 2.滴定方式 (1)直接滴定法:符合滴定要求的反应 B]: 2H*+Na2CO3=H20+ CO2+2Na*: Zn2++H2Y=ZnY+2H*: Ag*+CI=AgCl Cr2O12+6Fe2++14H=2Cr3++6Fe3+7H2O (2)返滴定法反应速度慢或样品是固体、气体,或缺乏合适的指示剂。 (g) 2NH3+H2SO(i E)=2NH*+SO. H2SO++NaOH=Na, SO +H,O (1)AB+H2Y2(过量)=AY+2H+(反应慢)H2Y2+Cu2+=CuY+2H (s) CaCO3+2HCI(it EE)=CaCl2+CO2+H20 HCl+NaOH=NaCI-+H20 (3)置换滴定法:有些氧化反应不是定量进行或没有合适的指示剂 Cr2O2+6+14H+=2Cr3+3l2+7H2OI2+2S2O32-+=21+S NaS2O3不能直接滴定K2Cr2O(氧化性强) (4)间接滴定法:不能与滴定剂发生反应的物质 Ca+MnO4不反应 Ca2+C2O42=CaC2O4↓ Ca2++C2O42 5C2O2+2MnO4+16H=2Mn2++10CO2+8H2O 17基准物质与标准溶液 171基准物质:能直接配制或标定标准溶液的物质。 要求:(1)组成与化学式相符(2)纯度高(999%以上)(3)性质稳定 (4)摩尔质量大 (5)反应定量进行,没有副反应。 172标准溶液的配制1)直接法(2)标定法 标定HCl溶液:NaCO3, Naz O710H2O
5 1.6.1 滴定分析法的特点 B（被测组分）＋ T（滴定剂）＝ P （产物） 特点：（1）准确度高（误差<0.1%）； （2）适用于常量分析； （3）操作简便、快捷，费用低。 标准溶液：已知准确浓度的试剂溶液。 滴定剂：已知准确浓度的试剂。 滴 定：滴定剂从滴定管滴加到待测溶液的过程。 化学计量点（sp）：待测组分与滴定剂定量反应完全时的那一点。NaOH＋HCl pH＝7.0 滴定终点（ep）：滴定剂发生颜色变化时的转折点。 酚酞 pH＝8.0-9.6 终点误差（Et）：滴定终点与化学计量点不一致所引起的误差。 1.6.2 滴定分析法对化学反应的要求和滴定方式 1. 适合滴定分析法的化学反应，应具备以下几个条件： a. 有确定的化学计量关系 b. 反应定量进行（反应进行程度达 99.9％以上） c. 有较快的反应速度 d. 有适当的指示剂 2. 滴定方式： （1）直接滴定法: 符合滴定要求的反应。 例：2H++Na2CO3＝H2O+CO2+2Na+；Zn2++H2Y＝ZnY+2H+；Ag++Cl -＝AgCl； Cr2O7 2-+6Fe2++14H+=2Cr 3++6Fe3++7H2O （2）返滴定法:反应速度慢或样品是固体、气体，或缺乏合适的指示剂。 （g） + 2- 2NH +H SO ( 2NH +SO 3 2 4 4 4 过量）＝ 2 4 H SO +NaOH=Na SO +H O 2 4 2 （l） Al3++H2Y2-(过量)＝AlY-+2H+ (反应慢) H2Y2-＋Cu2+＝CuY＋2H+ （s） CaCO3 + 2HCl(过量)＝CaCl2＋CO2＋H2O HCl＋NaOH＝NaCl＋H2O （3）置换滴定法：有些氧化反应不是定量进行或没有合适的指示剂。 Cr2O7 2-+ 6I -＋14H＋＝2Cr 3+＋3I2＋7H2O I2＋2S2O3 2－＋＝2I－＋S4O6 2— Na2S2O3 不能直接滴定 K2Cr2O7（氧化性强） （4）间接滴定法：不能与滴定剂发生反应的物质。 Ca 2++ MnO4 - 不反应 Ca2+ + C2O4 2-＝CaC2O4↓ Huuur+ Ca2+ + C2O4 2- 5C2O4 2- +2MnO4 - +16H+＝2Mn2+＋10CO2＋8H2O 1.7 基准物质与标准溶液 1.7.1 基准物质：能直接配制或标定标准溶液的物质。 要求：（1）组成与化学式相符 （2）纯度高（99.9％以上） （3）性质稳定 （4）摩尔质量大 （5）反应定量进行，没有副反应。 1.7.2 标准溶液的配制 （1）直接法 （2）标定法 标定 HCl 溶液: Na2CO3, Na2B4O7⋅10H2O
标定NaOH溶液:邻苯二甲酸氢钾,草酸HC2O42H2O 18滴定分析中的计算 181标准溶液浓度的表示方法 (1)物质的量浓度,用c表示,单位molL c=n/V (2)滴定度:lml滴定剂相当于被测物质的质量(g),用T表示,单位gml T与c之间的关系:滴定反应:bB(被测组分)+t(滴定剂)=pP(产物) 物质B的物质的量nB与基本单元的选择有关 基本单元:可以是分子、原子、离子、电子以及其他粒子或这些粒子的特定组合。特定 组合可以是已知客观存在的,也可以是根据需要拟定的独立单元或非整数粒子的组合。 tn H2, H, H2SO4. 1/2H2SO4, 1/5KmnO4 分别记为n(H2,n(H,n(H2SO4),n(1/2H2SO4),n(1/5KmnO4) n(-B)=n(B) B c(H2SO4)=0. 1 mol/L, c(1/2H2SO4)=2c(H2SO4)=0.2 mol/L, c(2H2SO4)=0.05 mol/l 182滴定剂与被滴物质之间的计量关系 1.按化学计量关系tr+bB=cC+dD nT/t=nB/b- nB=-nT CBVBF-CTV 2.按等物质的量规则选择tT,bB,cC,dD这些特定组合为基本单元,则有 n (tT)=n(bB)=n (cc)=n(dD) =cB有:cBB=-cF 例:滴定反应5C2O2+2MnO4+16H=2Mn2+10CO2+8H2O a.根据化学计量比有:n(KMnO3)=2n(HC2O) b.根据等物质的量规则有:n(2KMnO4)=n(5H2C2O4)→n(KMnO4)=n(H2C2O4) 183标准溶液浓度的计算 1.直接配制法:cB=nB/VB=mB/VM 2.标定法:cB=2 184待测组分含量计算 待测组分的含量用质量分数wB表示设反应的化学计量比为b/t wB=mg/ms×100% mB=nBMg= nmMb= b crVT MB=WB=(VTMB 100%
6 标定 NaOH 溶液：邻苯二甲酸氢钾，草酸 H2C2O4⋅2H2O 1.8 滴定分析中的计算 1.8.1 标准溶液浓度的表示方法 （1）物质的量浓度，用 c 表示，单位 mol/L c=n/V （2）滴定度：1ml 滴定剂相当于被测物质的质量（g），用 T 表示，单位 g/ml. T 与 c 之间的关系： 滴定反应：bB（被测组分）＋ tT（滴定剂）＝pP （产物） 物质 B 的物质的量 nB 与基本单元的选择有关。 基本单元：可以是分子、原子、离子、电子以及其他粒子或这些粒子的特定组合。特定 组合可以是已知客观存在的，也可以是根据需要拟定的独立单元或非整数粒子的组合。 如 H2，H，H2SO4,1/2H2SO4,1/5KmnO4 分别记为 n(H2), n(H), n(H2SO4), n(1/2H2SO4), n(1/5KmnO4). n( ) b B a = a b n(B) c( ) b B a = a b c(B) c(H2SO4) = 0.1 mol/L, c(1/2H2SO4) = 2c(H2SO4) = 0.2 mol/L, c(2H2SO4) = 0.05 mol/L 1.8.2 滴定剂与被滴物质之间的计量关系 1. 按化学计量关系 tT ＋ bB ＝cC ＋ dD nT/t=nB/b ⇒ nB＝ b t nT ⇒ cBVB= b t cTVT 2. 按等物质的量规则 选择 tT ，bB，cC，dD 这些特定组合为基本单元，则有 n（tT）= n（bB）=n（cC）=n（dD） 1 1 1 1 T B T T B B B B T T b n n c V c V c V c V t b t b t = ⇒ = 有： ＝ 例：滴定反应 5C2O4 2- +2MnO4 - +16H+＝2Mn2+＋10CO2＋8H2O a. 根据化学计量比有：n（KMnO4）＝ 2 5 n（H2C2O4） b. 根据等物质的量规则有：n（2KMnO4）＝n（5H2C2O4） 1 2 ⇒ n（KMnO4）＝ 1 5 n（H2C2O4） 1.8.3 标准溶液浓度的计算 1. 直接配制法： cB＝nB/VB=mB/VMB 2. 标定法： cB＝ T T B b V c t V 1.8.4 待测组分含量计算 待测组分的含量用质量分数 wB表示 设反应的化学计量比为 b/t wB ＝mB/mS × 100% mB = nBMB= b t nTMB = b t cTVT MB ⇒ wB = T T B s c V M m b t × 100%