1
水分析化学
Water Analytical Chemistry
2
1.1 水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一门科学，
是 表征和量测的科学 。
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。
3
现代分析化学学科发展趋势及特点
1） 提高灵敏度
2) 解决 复杂体系 的分离问题及提高分析方法的 选择性
3）扩展时空 多维信息
4） 微型化 及微环境的表征与测定
5）形态、状态分析及表征
6） 生物大分子及生物活性物质的表征与测定
7）非破坏性检测及 遥控
8） 自动化与智能化
4
Analytical
Chemistry
Chemistry
Biochemistry
Inor.Chem.
Organic Chem.
Physical Chem,PhysicsAstrophysics
Astronomy
Biophysics
Engineering
Civil
Chemical
Electrical
Mechanical
Medicine
Clin,Chem.
Medicinal Chem.
Pharmacy
Toxicology
Materials
Science
Metallurgy
Polymers
Solid State
Social
Sciences
Archeology
Anthropology
Forensics
Biology
Botany
Genetics
Molecular Biology
Microbiology
Zoology
Geology
Geophysics
Geochemistry
Paleontology
Paleobiology
Environmental
Sciences
Ecology
Meteorology
Oceanography
Agriculture
Agronomy
Animal Science
Crop Science
Food Science
Horticulture
Soil Science
分析化学与化学的其他分支及其他科学的关系引自美 Douglas
A,Skoog等著
Analytical
Chemistry
2000,7th ed.
5
1.2 定量分析过程取样 处理 消除干扰 测定 计算均匀 溶解 掩蔽 常量组分有代表性 熔融 分离 (>1%,化学法 )
符合实际 消解 微量组分妥善保存 灰化 (仪器分析法 )
6
1.3 定量分析方法仪器分析法,
★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
★ 其他,MS、电子能谱、活化分析、免疫分析化学分析法,重量分析滴定分析,酸碱、络合、氧化还原、沉淀
7
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%)
8
1.4 滴定分析法概述
1.4.1 方法介绍
2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2CO3
滴定管 化学计量点 (sp)
滴定剂 Stoichiometric point
滴定终点 (ep)
End point
被滴定溶液 终点误差 (Et )
9
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)
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
KMnO4
返滴定,Al+EDTA(过量 )、
间接滴定,Ca2+ CaC2O4(s) H2C2O4
CaCO3+HCl(过量 )
10
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,
1,组成与化学式相符 (H2C2O4·2H2O,NaCl );
2,纯度 >99.9%;
3,稳定 (Na2CO3,CaCO3,Na2C2O4等 ）
11
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 咖啡色标准试剂、高纯试剂、专用试剂
12
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
13
1.4.5 滴定分析计算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
14
A,标准溶液的配制
1:稀释后标定 (NaOH,HCl)
n1=n2 c1·V1= c2·V2
2,用基准物质直接配制 (K2Cr2O7)
准确称量并配成准确体积。
A
A
A
m
n
M
A
A
A
n
c
V
15
例 1.1 配 0.01000 mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液 250.0mL,求 m=?
解 m(K2Cr2O7)=n·M=c·V·M
=0.01000× 0.2500× 294.2=0.7354(g)
通常仅需要溶液浓度为 0.01 mol·L-1左右,做法是,
准确称量 0.74g(± 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
16
B,标定及滴定计算方法 1,等物质的量规则
11?
AB
( A ) ( B )nn
ZZ
AA
AAMM
ZZ
11( ) = ( )
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。
17
等物质的量规则举例
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( ) ( )
2?H SO N a O Hnn
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
24
1 H S O
2
MnO4-的基本单元,
Fe2+的基本单元,Fe2+
等物质的量规则,241( M n O ) ( F e )5nn
4
1 M n O
5
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%?
解,Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O
I2+2S2O32-=2I-+S4O62-
+6eCr2O72- 2Cr3+
1
6
n( K2Cr2O7)=n(Na2S2O3)
1
6
1
6
1
6
m(K2Cr2O7 )= n( K2Cr2O7) M( K2Cr2O7)
=c(Na2S2O3) V(Na2S2O3) M(K2Cr2O7)
=0.020× 0.025× 294.18/6=0.025(g)
-2e2S
2O32- S4O62-
19
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
标定 0.10mol·L-1NaOH:
若用 H2C2O4·2H2O,约 0.15g,应称大样 ;
若用 KHC8H4O4,约 0.5g,称小样 为好 (?)
20
计算方法二,换算因数法
A B C Da b c d
( A ) ( B )
( A ) ( A ) ( B ) ( B )
a
cV
a
nn
cV
b
b
(例 1.6)
2+ 44
44
( C a ) ( C a ) 5 ( K M n O ) ( K M n O ) ( C a )
( C a )
2
11
5 ( K M n O ) ( K M n O ) ( C a )
0.05 00 1.20 40.0 055
2 2 2.00
n M c V M
VV
c V M
V
Ca2++C2O42- CaC2O4(s) H2C2O4
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2(g)+8H2O
5
2
n(Ca2+)=n(H2C2O4)= n(KMnO4)
5H2C2O4 2KMnO41Ca2+ 1H2C2O4
22
A物质的质量分数计算根据 等物质的量规则,
BA
S
11
( B ) ( B ) ( A )
( A ) 1 0 0 %
c V M
ZZ
w
m
根据 换算因数法,
( B ) ( B ) ( A )
( A ) 1 0 0 %
a
c V M
bw
m
S
23
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,换算因数法
水分析化学
Water Analytical Chemistry
2
1.1 水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一门科学，
是 表征和量测的科学 。
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。
3
现代分析化学学科发展趋势及特点
1） 提高灵敏度
2) 解决 复杂体系 的分离问题及提高分析方法的 选择性
3）扩展时空 多维信息
4） 微型化 及微环境的表征与测定
5）形态、状态分析及表征
6） 生物大分子及生物活性物质的表征与测定
7）非破坏性检测及 遥控
8） 自动化与智能化
4
Analytical
Chemistry
Chemistry
Biochemistry
Inor.Chem.
Organic Chem.
Physical Chem,PhysicsAstrophysics
Astronomy
Biophysics
Engineering
Civil
Chemical
Electrical
Mechanical
Medicine
Clin,Chem.
Medicinal Chem.
Pharmacy
Toxicology
Materials
Science
Metallurgy
Polymers
Solid State
Social
Sciences
Archeology
Anthropology
Forensics
Biology
Botany
Genetics
Molecular Biology
Microbiology
Zoology
Geology
Geophysics
Geochemistry
Paleontology
Paleobiology
Environmental
Sciences
Ecology
Meteorology
Oceanography
Agriculture
Agronomy
Animal Science
Crop Science
Food Science
Horticulture
Soil Science
分析化学与化学的其他分支及其他科学的关系引自美 Douglas
A,Skoog等著
Analytical
Chemistry
2000,7th ed.
5
1.2 定量分析过程取样 处理 消除干扰 测定 计算均匀 溶解 掩蔽 常量组分有代表性 熔融 分离 (>1%,化学法 )
符合实际 消解 微量组分妥善保存 灰化 (仪器分析法 )
6
1.3 定量分析方法仪器分析法,
★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
★ 其他,MS、电子能谱、活化分析、免疫分析化学分析法,重量分析滴定分析,酸碱、络合、氧化还原、沉淀
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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%)
8
1.4 滴定分析法概述
1.4.1 方法介绍
2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2CO3
滴定管 化学计量点 (sp)
滴定剂 Stoichiometric point
滴定终点 (ep)
End point
被滴定溶液 终点误差 (Et )
9
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)
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
KMnO4
返滴定,Al+EDTA(过量 )、
间接滴定,Ca2+ CaC2O4(s) H2C2O4
CaCO3+HCl(过量 )
10
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,
1,组成与化学式相符 (H2C2O4·2H2O,NaCl );
2,纯度 >99.9%;
3,稳定 (Na2CO3,CaCO3,Na2C2O4等 ）
11
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 咖啡色标准试剂、高纯试剂、专用试剂
12
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
13
1.4.5 滴定分析计算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
14
A,标准溶液的配制
1:稀释后标定 (NaOH,HCl)
n1=n2 c1·V1= c2·V2
2,用基准物质直接配制 (K2Cr2O7)
准确称量并配成准确体积。
A
A
A
m
n
M
A
A
A
n
c
V
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例 1.1 配 0.01000 mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液 250.0mL,求 m=?
解 m(K2Cr2O7)=n·M=c·V·M
=0.01000× 0.2500× 294.2=0.7354(g)
通常仅需要溶液浓度为 0.01 mol·L-1左右,做法是,
准确称量 0.74g(± 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
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B,标定及滴定计算方法 1,等物质的量规则
11?
AB
( A ) ( B )nn
ZZ
AA
AAMM
ZZ
11( ) = ( )
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。
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等物质的量规则举例
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 的基本单元,
NaOH 的基本单元,NaOH
等物质的量规则,
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1( ) ( )
2?H SO N a O Hnn
MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
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1 H S O
2
MnO4-的基本单元,
Fe2+的基本单元,Fe2+
等物质的量规则,241( M n O ) ( F e )5nn
4
1 M n O
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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%?
解,Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O
I2+2S2O32-=2I-+S4O62-
+6eCr2O72- 2Cr3+
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n( K2Cr2O7)=n(Na2S2O3)
1
6
1
6
1
6
m(K2Cr2O7 )= n( K2Cr2O7) M( K2Cr2O7)
=c(Na2S2O3) V(Na2S2O3) M(K2Cr2O7)
=0.020× 0.025× 294.18/6=0.025(g)
-2e2S
2O32- S4O62-
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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
标定 0.10mol·L-1NaOH:
若用 H2C2O4·2H2O,约 0.15g,应称大样 ;
若用 KHC8H4O4,约 0.5g,称小样 为好 (?)
20
计算方法二,换算因数法
A B C Da b c d
( A ) ( B )
( A ) ( A ) ( B ) ( B )
a
cV
a
nn
cV
b
b
(例 1.6)
2+ 44
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( C a ) ( C a ) 5 ( K M n O ) ( K M n O ) ( C a )
( C a )
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5 ( K M n O ) ( K M n O ) ( C a )
0.05 00 1.20 40.0 055
2 2 2.00
n M c V M
VV
c V M
V
Ca2++C2O42- CaC2O4(s) H2C2O4
2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2(g)+8H2O
5
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n(Ca2+)=n(H2C2O4)= n(KMnO4)
5H2C2O4 2KMnO41Ca2+ 1H2C2O4
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A物质的质量分数计算根据 等物质的量规则,
BA
S
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( B ) ( B ) ( A )
( A ) 1 0 0 %
c V M
ZZ
w
m
根据 换算因数法,
( B ) ( B ) ( A )
( A ) 1 0 0 %
a
c V M
bw
m
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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,换算因数法
