1
分 析 化 学
Analytical Chemistry
2
教师联系方式
刘 锋 liufeng@pku.edu.cn
李 娜 lina@pku.edu.cn
赵凤林 zfljsy@pku.edu.cn
教学组办公室,化学楼南区 S406(内)
Tel,62761187
3
教学要求与安排
1,学时, 讲课 30h 期中考 2h 期末考 2h
2,成绩评定,
期中 30% 期末 60% 作业 10%
3,学习方法, 预习、听讲、复习、做
作业;课堂讨论;答疑(时间?)
4
教材
1,彭崇慧,冯建章,张锡瑜,李克安,赵凤林, 定
量化学分析简明教程 (第二版 ),北京大学出
版社,1997.
2.北京大学化学系, 仪器分析教程, 北京大学
出版社,1997.
3,D.A.Skoog,Analytical Chemistry (8th ed),
Fort worth:Saunders College Pub.,2004,
(双语教学班必备 )
5
主要参考书 存放地点,图书馆 E315室
1,R,Kellner等编,李克安,金钦汉等译, 分析化学,
北京大学出版社,2001.
2,梁文平, 庄乾坤主编, 分析化学的明天, 科学出版
社, 2003.
3,张锡瑜等编著, 化学分析原理, 科学出版社, 2000.
4,D,C,Harris,Quantitative Chemical Analysis( 5th
ed),New York, W.H,Freeman,1999.
5,北京大学化学系分析化学教学组, 基础分析化学实
验 (第二版 ),北京大学出版社,1998.
6
第 1章 分析化学概论
1.1 分析化学的任务和作用
1.2 定量分析过程
1.3 定量分析方法
1.4 滴定分析法概述
7
1.1 分析化学的任务与作用
分析化学是发展和应用各种方法、仪器和
策略,以获得有关物质在空间和时间方
面组成和性质的信息科学。
原子量的准确测定、工农业生产的发展、
生态环境的保护、生命过程的控制等都
离不开分析化学,
9
社会科学、考古学
人类学和法医学
分析化学
化学学科的
所有分支 物理、天体物理、
天文和生物物理
工程学、民事、化学
、电以及机械
医学、临床化学
药物化学、药学
毒物学
生物学、植物学、
遗传学、微生物学、
分子生物学和动物学
地质学、地球物理学、
地球化学和古生物学
环境科学、
生态学和海洋科学
农业、动物科学
农作物科学、食品科学、
园艺学和土壤科学
材料科学,冶金学
和高分子科学等学科
11
20世纪以来分析化学的主要变革
时期 1900~ 1940 1940~ 1950 1970~ Present
特点 经典分析 -
化学分析为主
近代分析 -
仪器分析为主
现代分析 -
化学计量学为主
理论 热力学
溶液四大平衡
热力学
化学动力学
热力学
化学动力学
物理动力学
仪器 分析天平 光度 极谱
电位 色谱
自动化分析仪
联用技术
分析
对象
无机化合物 有机和无机样品 有机、无机、生
物及药物样品
12
? 提高 灵敏度
? 解决复杂体系的分离问题以及提高分析方法
的 选择性
? 扩展时空 多维信息
? 微型化及微环境 的表征与测定
? 形态、状态 分析及表征
? 生物大分子及生物活性物质 的表征与测定
? 非破坏性检测及 遥控
? 自动化与智能化
现代分析化学学科发展趋势及特点
13
环境保护与分析化学
1,碘盐,黑龙江省集贤村,1000多人,约 200个傻子,引用水、
土壤严重缺碘所致。
2,绿地毯的秘密 — 钼,新西兰某牧场,钼矿场矿工往返
的路上三叶草碧绿繁茂,生机勃勃。钼参与两种酶的
反应:将硝酸根离子还原为铵离子,利于植物合成氨
基酸;参与合成“钼铁蛋白”,与氮分子结合生成氨。
3,置人于死地的骨骼痛 — 镉, 1955年日本富山县,痛痛
病,骨骼严重变形,发脆易折,镉中毒。村子上游是
神岗铅锌矿区,废水中含镉,灌溉稻田,污染饮水。
镉使骨骼脱钙,造成骨质疏松。痛苦终生。
4,莫名其妙的自燃 — 硫,经地质学家考察,开采硫磺矿,
硫磺粉尘与空气接触极易燃烧,形成“鬼火”。
14
5数据分析Data Analysis
1
2
4
3
6
样品制备
Sample
Preparation
样品采集
Sampling
样品测定
Sample
Analysis
问题提出
Formulation
Question
结果报告
Writing Reports
1.2定量分析过程
15
1.3 定量分析方法
?化学分析法 (常量组分 )
重量分析
滴定分析,酸碱、络合、氧化还原、沉淀
?仪器分析法 (微量组分 )
光化学, 紫外 -可见, 红外,荧光, 磷光,
激光拉曼, 核磁共振、原子发射, 原子吸收
电化学, 电位, 电导、库仑、安培、极谱
色谱法, 柱、纸、薄层, GC,HPLC,CE
其他, 质谱、电子能谱、活化分析、免疫分析
16
? 按试样量大小分
方法 固体试样质量 (mg) 液体试样体积 (mL)
常量 >100 >10
半微量 10~ 100 1~ 10
微量 <10 <1
? 按待测组分含量分
常量组分 (>1%)
微量组分 (0.01-1%)
痕量组分 (<0.01%)
17
1.4 滴定分析法概述
1.4.1 方法介绍
2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2CO3
化学计量点 (sp)
滴定终点 (ep)
指示剂( In)
终点误差 (Et )
滴定管
滴定剂
被滴定溶液
18
1.4.2 滴定分析对反应的要求和滴定方式
置换滴定,用 K2Cr2O7标定 Na2S2O3(KI)
KMnO4
直接
滴定
1,按一定的反应式定量进行 (99.9%以上 )
2,快 (或可加热、催化剂 )
3,有适当的方法确定终点 (指示剂 )
Zn2+ NaOH
返滴定, Al+EDTA(过量 )、
间接滴定,Ca2+ CaC2O4(s) H2C2O4
CaCO3+HCl(过量 )
19
1.4.3 基准物质和标准溶液
标准溶液, 具有准确浓度的溶液
1,直接配制, K2Cr2O7,KBrO3
2,标定法配制, NaOH,HCl,EDTA,KMnO4,I3-
基准物质, 用以直接配制标准溶液
或标定溶液浓度的物质
1,组成与化学式相符 ( H2C2O4·2H2O,NaCl );
2,试剂纯度 > 99.9% ;
3,稳定 ( Na2CO3,CaCO3,Na2C2O4等 )
20
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 CP BR
标签颜色 绿 红 蓝 咖啡色
注意 标准 试剂,高纯 试剂,专用 试剂的区别
21
1.4.4 滴定分析中的体积测量
常用容量分析仪器,
容量瓶 (量入式 )
移液管 (量出式 )
滴定管 (量出式 )
校准方法,
1,绝对校准
2,相对校准, 移液管与容量瓶
22
常用滴定分析仪器
容量瓶吸量管
锥形瓶
移液管 酸式滴定管
烧杯
量筒
容 量 仪 器
24
1.4.5 滴定分析计算
国际单位制( SI)的基本单位( 7个):
长度 (l) -米 ( m) 质量 (m) -千克( kg)
时间 (t) - 秒 (s) 电流强度 (i) - 安培 (A)
热力学温度单位 (T) - 开尔文 (K)
物质的量 (n) - 摩尔 (mol)
光强度单位 (I)- 坎德拉 (cd)
物理量符号为斜体,单位符号为正体
25
分析化学中常用的量和单位
物质的量, n (mol,mmol)
摩尔质量, M (g·mol-1)
物质的量浓度, c (mol·L-1)
质量, m (g,mg)
体积, V (L,mL)
质量分数, w (%)
质量浓度, ? (g·mL-1, mg·mL-1)
相对分子量, Mr 相对原子量, Ar
必须指明
基本单元
26
A,标准溶液的配制
A
A
A
m
n
M
? A
A
A
n
c
V
?
标定法, 稀释后标定 (NaOH,HCl)
n1=n2 c1·V1= c2·V2
直接法,用基准物质直接配制 (K2Cr2O7)
准确称量并配成准确体积。
27
例 1.1 配制 0.02000 mol·L-1 K2Cr2O7标
准溶液 250.0mL,求 m =?
解 m(K2Cr2O7) = n·M = c·V·M
= 0.02000× 0.2500× 294.2 = 1.471 (g)
准确称量 1.47g(± 10%) K2Cr2O7基准物质,
于容量瓶中定容,再计算出其准确浓度:
2 2 7
2 2 7
2 2 7 2 2 7
( K C r O )
( K C r O )
( K C r O ) ( K C r O )
m
c
MV
?
?
通常仅需要溶液浓度为 0.02 mol·L-1左右,做法是,
28
B,标定及滴定计算
方法一, 等物质的量规则
AB
11( A ) ( B )nn
ZZ
?
AA
11( A ) ( A )MM
ZZ ??
A
A
1( A ) ( A )n Z n
Z
??
A
A
1( A ) ( A )c Z c
Z
??
ZA和 ZB分别为 A物质和 B物质在反应中
的得失质子数或得失电子数。
29
例如
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 的基本单元,
NaOH 的基本单元, NaOH
等物质的量规则,
24
1 H SO
2
24
1( H SO ) ( N a O H )
2nn ?
30
MnO4-的基本单元,
Fe2+的基本单元, Fe2+
等物质的量规则,
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
2
4
1( M n O ) ( F e )
5nn
???
4
1 M n O
5
?
31
例 1.4 以 K2Cr2O7为基准物质,采用析出 I2的方法
标定 0.020mol·L-1Na2S2O3溶液的浓度,需称多少
克 K2Cr2O7?如何做才能使称量误差不大于 0.1%?
n( K2Cr2O7) = n(Na2S2O3)1
6
+6e -2eCr
2O72- 2Cr3+ 2S2O32- S4O62-
解, Cr2O72-+6I-+14H+ = 2Cr3++3I2+7H2O
I2+2S2O32- = 2I-+S4O62-
32
m( K2Cr2O7 ) = n( K2Cr2O7)· M( K2Cr2O7)
= c(Na2S2O3) ·V(Na2S2O3)· M(K2Cr2O7)
= 0.020× 0.025× 294.18/6 = 0.025(g) (?)
1
6
1
6
1
6
0, 0 0 0 2 1 0 0 % 1 %
r 0, 0 2 5E
?? ? ? ?
如何配制才能使称量误差 ≤ 0.1%?
33
称大样 —— 减少称量误差
准确称取 0.25g左右 K2Cr2O7于小烧杯中,
溶解后定量转移到 250mL容量瓶中定容,用
25mL移液管移取 3份溶液于锥形瓶中,分别
用 Na2S2O3滴定。
r
0, 0 0 0 2
0, 0 8 % 0, 1 %
0, 2 5
E ? ? ?
34
欲标定 0.10 mol·L-1 NaOH:
若用 H2C2O4·2H2O
约 0.15g 应称大样
若用 KHC8H4O4
约 0.5g 称小样 为好 (?)
比较,称大样”、“称小样” 两种方法的
优劣
35
方法二, 换算因数法
( A ) ( B )
( A ) ( A ) ( B ) ( B )
nn
cV
b
c
a
a
V
b
?
? ? ?
A B C Db da c? ? ?
36
例 1.6
病人血钙的检验:取 2.00mL血液,稀释
后用 (NH4)2C2O4 处理,使 Ca2+生成
CaC2O4 沉淀,沉淀过滤后溶解于强酸中,
然后用
4
11( K M n O ) 0,0 5 0 m o l L
5
c ???
的 KMnO4溶液滴定,用去 1.20 mL,试
计算此血液中钙的 质量浓度 (g·L-1).
37
Ca2++C2O42- CaC2O4(s) H2C2O4
1Ca2+ 1H2C2O4 5H2C2O4 2KMnO4
5
2
n(Ca2+)=n(H2C2O4)= n(KMnO4)
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2(g)+8H2O
解,
38
2
44
44
+
( Ca ) ( Ca )
5 ( K M n O ) ( K M n O ) ( Ca )
2
11
5 ( K M n O ) ( K M n O ) ( Ca )
( Ca )
55
2
nM
V
c V M
V
c V M
V
?
?
?
??
?
? ? ?
?
-10, 0 5 0 0 1, 2 0 4 0, 0 8 0, 6 0 1 ( g L )
2 2, 0 0
??? ? ?
?
39
A物质的质量分数 (w) 的计算
根据等物质的量规则,
BA
3
s
11
( B ) ( B ) ( A )
( A ) 1 0 0 %
10
c V M
ZZ
w
m
??
??
?
根据换算因数法,
3
s
( B ) ( B ) ( A )
( A ) 1 0 0 %
10
a
c V M
bw
m
??
??
?
40
第一章小结
1.基本概念,滴定分析对反应的要求、滴定方
式、基准物质、标准溶液
2.滴定分析计算,
M(Mr),m,n,c,V,w,?之间的关系
标准溶液的配制与标定, 直接法、标定法
滴定剂 (nA)与被测物 (nB)的关系,
等物质的量规则、因数换算
41
习 题
1.3 1.4 1.5
1.9 1.10