1

分析化学Analytical Chemistry

2

教学要求与安排1. 学时： 26 学时课， ( 实验 42 学时， 6次 ) 。2. 教材：《定量化学分析简明教程》第二版，第二次印刷。

3

教学参考书补充 :1. 分析化学， R ． Kellner 等编，李克安 金钦汉等译，北京大学出版社， 2001 ， 8 2. 分析化学（第四版），武汉大学等，高等教育出版社， 2000 ， 3 3. 21 世纪的分析化学，汪尔康主编，科学出版社， 1999

4

4. 分析化学前沿，高鸿主编，科学出版社， 1991

5. Chemical equilibrium and analysis ， Ramette, Richard W.,Addison-Wesley Pub. Co., 1981

6. Quantitative chemical analysis （ 5th ed ）， Daniel C. Harris ， New York : W.H. Freeman, c1999.

参考书存放地点：图书馆 E315 室

5

第一章 分析化学概论

6

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。

7

正如 1991 年 IUPAC 国际分析科学会议主席 E.NIKI 教授所说， 21 世纪是光明还是黑暗取决于人类在能源与资源科学、信息科学、生命科学与环境科学四大领域的进步，而取得这些领域进步的关键问题的解决主要依赖于分析科学。

8

医学与分析化学1) 肉毒杆菌毒素：迄今最毒的致死毒素 , 据推算 , 成人致死量仅需一亿分之七克 (70ng), 有 7 种不同免疫型体 .2) 硒与白内障 : 营养需要范围为 1×10-7 ～ 2×10-6; 达到 3

×10-6 ～ 1×10-5 将引起慢性中毒 ; 超过 1×10-5 会引起急性中毒 , 以致突然死亡 . 人视网膜含硒量 7g 正常。 动物肝脏、海味、大蒜、蘑菇等含硒丰富。3) 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。4) 拿破仑死因：头发分析 ( 中子活化、荧光 ) ， As 、 Pb含量特高，中毒而死。侍者所为。

9

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

10

Analytical Chemistry

Chemistry Biochemistry Inor.Chem. Organic Chem. Physical Chem. PhysicsAstrophysics Astronomy Biophysics

Engineering Civil Chemical ElectricalMechanical

Medicine Clin. Chem.Medicinal Chem. Pharmacy Toxicology Materials Science Metallurgy Polymers Solid State

Social Sciences ArcheologyAnthropology Forensics

BiologyBotany

GeneticsMolecular Biology

MicrobiologyZoologyGeologyGeophysicsGeochemistryPaleontologyPaleobiology

Environmental

SciencesEcology

MeteorologyOceanograph

y AgricultureAgronomy

Animal ScienceCrop ScienceFood ScienceHorticultureSoil 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.

11

生命科学、医学研究的是生命体内的化学反应 (基因工程、克隆技术、生物芯片 ---) 。需要学习基本理论、方法、实验技能；培养严谨的工作作风、科学态度；建立准确的量的概念；训练科学研究素质。

12

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 )

13

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

14

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%)

15

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 )

16

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 )

17

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）

18

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 咖啡色实验讲义 p7-15 标准试剂、高纯试剂、专用试剂

19

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

20

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

21

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

AA

mn

M A

AA

nc

V

22

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 72 2 7

2 2 7 2 2 7

(K Cr O )(K Cr O )(K Cr O ) (K Cr O )

mc

M V

23

B. 标定及滴定计算方法 1 ：等物质的量规则

1 1

A B

( A) ( B)n nZ Z

A AA AM M

Z Z1 1( )= ( )

AA

1( A) (A)n Z nZ

A

A

1( A) (A)c Z cZ

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。

24

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 : 2 41( ) ( )2

H SO NaOHn n

MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O

2 41 H SO2

MnO4- 的基本单元 :

Fe2+ 的基本单元 : Fe2+

等物质的量规则 :2

41( MnO ) (Fe )5

n n

41 MnO5

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-+S4O6

2-

+6eCr2O72- 　　　

2Cr3+ 　 16 n( K2Cr2O7)=n(Na2S2O3)

16

16

16m(K2Cr2O7 )= n( K2Cr2O7) M( K2Cr2O7)

=c(Na2S2O3) V(Na2S2O3) M(K2Cr2O7)=0.020×0.025×294.18/6=0.025(g)

-2e2S2O32- 　　　　 S4O6

2-

26

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 .

r0.0002 0.08% 0.1%0.25

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(?)

27

计算方法二 : 换算因数法A B C Da b c d

(A) (B)

(A) (A) (B) (B)ac V

an n

c V

b

b

( 例 1.6)

2+ 4 4

4 4

(Ca) (Ca) 5 (KMnO ) (KMnO ) (Ca)(Ca )2

1 15 ( KMnO ) (KMnO ) (Ca) 0.0500 1.20 40.005 52 2 2.00

n M c V MV V

c V M

V

Ca2++C2O42- CaC2O4(s) H2C2O4

2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2(g)+8H2O

52n(Ca2+)=n(H2C2O4)= n(KMnO4)

5H2C2O4 2KMnO41Ca2+ 1H2C2O4

29

A 物质的质量分数计算根据等物质的量规则 :

B A

S

1 1( B) (B) ( A)(A) 100%

c V MZ Z

wm

根据换算因数法 :(B) (B) (A)

(A) 100%

a c V Mbw

m

S

30

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