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
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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
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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
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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%)
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 Cr O )
( K Cr O )
( K Cr O ) ( K Cr 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 S O
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 ) ( Fe )
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
+
( C a ) ( C a )
5 ( K M nO ) ( K M nO ) ( C a )
2
11
5 ( K M nO ) ( K M nO ) ( C a )
( C a )
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 ) 100 %
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