无机及分析化学第三版第9章.ppt

,化学分析 (部分） Chemical Analysis(part),第9章 定量分析化学概论,9.1前 言,什么是分析化学，分析化学的任务和作用 分析化学与分析方法 分析方法的分类 分析化学发展史 化学分析与分析化学及分析科学 分析化学发展趋向,前言,什么是分析化学，分析化学的任务和作用 分析化学是研究分析方法的科学或学科是化学的一个分支 分析化学是一门人们赖以获得物质组成、结构和形态的信息的科学 分析化学是科学技术的眼睛、尖兵、侦察员，是进行科学研究的基础学科,前言,分析化学是发展和综合应用多种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学2，也被称为分析科学（Kaller R, Mermet J M, Otto M, et al. Analytical Chemistry, Wiley-VCH, 1998.） 培养学生的实事求是、一丝不苟的科学态度和作风，观察、判断、联想思维、总结和表达能力，运用理论知识解决实际问题能力和创新意识 分析化学理论课程及其实验教学，是最重要和最有效的手段,9.2 分析化学与分析方法及分类,分析化学是研究分析方法的科学，一个完整具体的分析方法包括测定方法和测定对象两部分 没有分析对象，就谈不到分析方法，对象与方法存在分析化学或者分析科学的各个方面,1 .分析化学与分析方法,是什么？定性分析 有多少？定量分析 什么样？结构分析与识别 怎么办？围绕上述三个问题的新方法研究,2 .分析方法的分类,根据分析任务、分析对象、方法原理、操作规模以及方法和具体要求 分类 按分析任务：定性分析（qualitative analysis)，定量分析(quantitative analysis)，结构分析(structure analysis) 按分析对象：无机分析，有机分析，生物分析，环境分析，材料分析，药物分析，临床分析，金属分析，水质分析，食品分析，土壤分析，结构分析等,2 .分析方法的分类,按原理分： 化学分析(chemical analysis)：以物质的化学反应为基础的分析方法 仪器分析(instrumental analysis)：以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法 光学分析方法 电化学分析法 ：电位分析法：电导分析 法；库仑法：伏安法与极谱法,2. 分析方法的分类,热分析法：差热分析法，热失重分析， 温度滴定 色谱法：气相色谱；液相色谱，毛细管 电泳 质谱 核磁共振,2. 分析方法的分类,放射分析 X-光荧光 电子显微镜分析 x-光衍射分析,2. 分析方法的分类,按试样用量及操作规模分：常量、半微量、微量和超微量分析,2. 分析方法的分类,按待测成分含量分： 常量(major)成分分析(1%) 微量(micro)成分分析(0.01-1%) 痕量(trace)成分分析(0.01) 超痕量（ultratrace)成分分析（0.0001）,2. 分析方法的分类,标准分析方法（standard analytical methods) 仲裁分析(arbitral analysis)及例行分析 (routine analysis),3. 分析方法的选择及依据,待测组分性质、含量及样品对象 共存组分性质及对测定影响 对准确度和灵敏度要求 条件、成本和时间 可靠性,4.分析化学发展趋向,5.要求,掌握分析化学的基础理论、基本知识和主要分析方法 正确和较熟练掌握分析化学基本操作技术和实验技能 树立严格的“量”的概念,主要参考文献,参考书 武汉大学等主编，分析化学（第5版），高等教育出版社，2006 彭崇慧，冯建章，张锡瑜，李克安，赵风林，定量化学分析简明教程，第2版，北京大学出版社，1997 Harris D C,Quantitative Chemical Analysis ,6th ed,Freedman, 2003 Cristian Gary D,Analytical Chemistry,6th ed.Wiley,2004 Melona C E,Chemical Separation,A Wiley-Interscience pub.1999 国内外期刊 因特网（internet)p.6,9.3 分析化学概论,定量分析化学中的基本工具、专业名词和语言 定量分析的操作步骤 分析数据的统计处理（p360)（另讲） 经典定量分析方法概述 定量分析误差、有效数字(significant figure)及其运算规则 (p358),1.定量分析化学中的基本工具、专业名词和语言,一些符号 测量的基本标准单位 kg,g,mg, g,ng L,ml, l ，nl m，cm，mm， m，nm,定量分析化学中的基本工具、专业名词和语言,定量分析的基本仪器和设备及用途 定量分析的基本仪器和设备及用途 天平、量筒，容量瓶，移液管，滴定管，移液器，（还有仪器名称等） 称量，移取，测定，取样，溶样，熔样，浸取，分离，掩蔽，络合，还原，氧化，试液，样液等,3.定量分析过程 (p.351),1.取样（制样和称量） 2.试样分解（分析试液的制备） 3.分离与测定 4.分析结果的计算和评价,4.经典定量分析方法概述,重量法：先用适当方法将被测定组分与共存的其它物质分离转化为一定的称量形式，然后称重，由被称物的质量计算该组分的含量。 有沉淀法、气化法和电解法等。,经典定量分析方法概述,滴定分析法：又称容量分析法。是将一种已知准确浓度的试剂溶液(标准溶液)以滴加的方式使其与样品溶液中被测物质反应(反过来也可以)，直到所加的标准溶液与被测物质按化学计量关系反应完全为止，用指示剂指示定量反应终点滴定终点，然后根据标准溶液的浓度和用量，计算被测物质的含量。,经典定量分析方法概述,滴定分析法包括酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法等 滴定方式： a .直接滴定法，最常用。 b.间接滴定法如Ca2+沉淀为CaC2O4再用硫酸溶解用KMnO4滴定C2O42-,间接测定Ca2+ c.返滴定法如测定CaCO3,加入过量盐酸，多余盐酸用标准氢氧化钠溶液返滴 d.置换滴定法 如络合滴定测定锡合金中的Sn， MY（EDTA)+L(F)=ML+Y,经典定量分析方法概述,滴定分析法对化学反应的要求： a.反应按一定的反应方程式进行，即有确定的化学计量关系。 b. 反应速度较快。 c.容易确定滴定终点,经典定量分析方法概述,滴定方式： 直接滴定法，最常用 间接滴定法，返滴定法，。 置换滴定法，多用于络合滴定法,滴定剂与被滴定物质 之间的计量关系,.化学计量比 滴定剂（T）与被滴定测定物质B反应式： tT+bB=cC+dD 被滴定物质B的物质的量nB 与滴定剂T物质的量nT之间的关系是：nB=b/tnT 或 nT=t/b· nB （1） b/t和t/b称为化学计量比（也曾称摩尔比）,滴定剂与被滴定物质 之间的计量关系,2MnO4-+5C2O42+16H+ =2Mn2+10CO2+8H2O 化学计量比是：n KMnO4=2/5· nH2C2O4,滴定剂与被滴定物质 之间的计量关系,等物质量规则 还以基准物质草酸标定高锰酸钾溶液反应为例 2KMnO4相当于5H2C2O4，选择KMnO4的基本单元为1/5 KMnO4，选择H2C2O4基本单元为1/2 H2C2O4,滴定剂与被滴定物质 之间的计量关系,n(1/5 KMnO4)=n(1/2H2C2O4) 等物质量 5n(KMnO4)=2n(H2C2O4) 同样得 n(KMnO4)=2/5 n(H2C2O4),5.基准物质和标准溶液,a.基准物质:能用于直接配制和标定标准溶液的物质。要求试剂与化学组成一致；纯度高；稳定；摩尔质量大；滴定反应时无副反应。 b.标准溶液：已知准确浓度的试剂溶液。配制方法有直接配制和标定两种方法,基准物质和标准溶液,标准溶液浓度的表示方法 标准溶液的浓度通常用物质的量浓度表示。例如物质B的物质的量浓度（用cB表示），是指溶液中所含溶质B的物质的量（nB）与溶液的体积(V)比。溶质B的物质的量单位为mol或mmol;常用的体积单位是L(升)或ml.则有： cBnB/V，即每升溶液的溶质摩尔数（M），单位可以为mol·L-1或mmol·L-1,基准物质和标准溶液,物质的量nB的数值取决于基本单元的选择，物质的量以前为摩尔数。基本单元的选择，一般是以化学反应的计量关系为依据的。如反应： 2MnO4-+5C2O42-+16H+ =2Mn2+10CO2+8H2O 2KMnO4相当于5H2C2O4，KMnO4的基本单元为1/5 KMnO4，H2C2O4的基本单元为1/2 H2C2O4,6.标准溶液浓度计算,a. 直接配制法:称一定量的基准物质B（mB，质量，单位，g）直接溶于一定量（V，体积，单位，L）的溶剂配制. 按cB=nB/V=mB/MBV计算浓度，MB是基准物质B的摩尔质量 (g·mol-1).,标准溶液浓度计算,b 标定法： 根据滴定剂和被测物质的比计算求出。 标定某一溶液，需要标准溶液，假定其浓度为cT （mol·L-1）的标准溶液来标定物质B（体积为VBmL），用去标准溶液VTmL 。 那么滴定剂和物质B的物质的量分别为： nTcTVT（21）和 nBcBVB （22）,标准溶液浓度计算,假定标定反应的化学计量比为b/t，根据（1）式得： nBb/t ·nT （2-3） 把（21）和（22）代入（2-3），得： cBVBb/t · cTVT (实验中已知VB，cT，VT)，则 cBb/t · cT·VT/VB (2-4),标准溶液浓度计算,物质B的质量mB可以用下式求得： mB nBMB b/t · cT·VT·MB (2-5) 如果以基准物质标定标准溶液，则根据cBVBb/t · cTVT获得如下计算公式： cBVBb/t · mT/MT,7.定量分析结果的表示(p.352),1.被测组分的化学表示形式:是单质或元素，还是化合物如C,H,N;氧化物Al2O3,CaO等 2.被测组分含量的表示方法 （1）.固体试样 a.以质量分数表示，常用是百分含量（）；b.其它表示g·g-1；ng·g-1；g·T-1,定量分析结果的表示,(2)液体试样 物质的量浓度，molL-1；质量摩尔浓度，molkg-1;质量浓度，mgL-1,gL-1，ngL 1等；体积分数；摩尔分数；质量分数 。 (3)气体试样 体积分数,9.4 定量分析误差(p.353),1. 准确度与精密度；误差与偏差,1 准确度和精密度 a. 准确度(Accuracy)： 测定结果与“真值”接近的程度. 误差（Error）：衡量准确度的标准， 测定结果(X)与真实值（ ）之间的差值。,相对误差 Er,绝对误差, = ,x,= / ×100,= / x ×100,例: 滴定的体积误差,b.精密度 (Precision)与偏差（Deviation）,精密度:平行测定的结果互相靠近的程度, 用偏差表示。 偏差: 即各次测定值(Xi)与平均值(x)之差。,平均偏差： 各单个偏差绝对值的平均值,相对平均偏差：平均偏差与测量平均值的比值,标准偏差：S,相对标准偏差：RSD,or,c. 准确度与精密度的关系,结 论,1.精密度好是准确度好的前提; 2.精密度好不一定准确度高,系统误差!,准确度及精密度都高结果可靠,2. 误差产生的原因及减免,a.系统误差(Systematic error),方法: 溶解损失、终点误差用其他方法校正 仪器: 刻度不准、砝码磨损校准(绝对、相对) 操作: 颜色观察 试剂: 不纯空白实验,具单向性、重现性、可校正特点,b.偶然误差(accidental error) 不可校正，服从统计规律， （不存在系统误差的情况下，测定次数越多其平均值越接近真值。一般平行测定4-6次）,c. 过失(Mistake) 由粗心大意引起，可以避免的,提高分析结果准确度方法,选择恰当分析方法 （灵敏度与准确度） 减小测量误差（误差要求与取样量） 减小偶然误差（多次测量，至少3次以上） 消除系统误差,对照实验：标准方法、标准样品、标准加入 空白实验 校准仪器 校正分析结果,9.5 有效数字(significant figure)及其运算规则(p358),有效数字就是实际上能测到的数据 在定量分析中，要用数字表达试样中被测组分分析结果，这不仅表达含量多少，还要反映测量的准确度。所以实验记录和结果计算中保留几位数字不是随意确定的，是根据所用测量仪器的精度与分析方法的准确度来确定的。,有效数字(significant figure)及其运算规则,数字修约规则四舍六入五成双 0.24574-0.2457 0.24575-0.2458 0.24576-0.2458 0.24585-0.2458 0.245851-0.2459,有效数字(significant figure)及其运算规则,注意0的位置和在有效数字中的作用。 1 数字修约规则四舍六入五成双 2 计算规则如：0.0121+25.64+1.05782= 0.01+25.64+1.06=26.71 再如：0.0121×25.64×1.05782= 要对以上三个数的相对误差进行计算，分别为：0.8%,0.4%,0.009%，发现0.0121的相对误差最大，所以应依它为标准修约三个数的有效数字，再相乘，即：0.0121×25.6×1.06=0.328,课后练习,P.374 6（2）、（4）；7；8；9；10；12,谢 谢 See you next!,