分析化学第五章化学分析讲稿.ppt

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1、分析化学第五章化学分析第一页，讲稿共四十九页哦2课程基本信息课程基本信息学时学时 16 3学时学时/周周教材 无机及分析化学（第三版）董元彦 王运 张方钰 主编(第5、6、8、9和11章)教师 陈郑博,刘月英 分析化学教研室办公室：实验楼217办公电话：68903047手机：13466580364成绩出勤10%作业20%期末考试70%第二页，讲稿共四十九页哦32022/9/2735.1分析化学的定义、任务分析化学的定义、任务义 第第5章章 化学分析化学分析分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略，以获取相关物质在相对时空内的和策略，以获取相关物质在

2、相对时空内的组成组成和性质和性质的信息的一门科学。的信息的一门科学。定定 义义任任 务务1.1.鉴定物质的组分鉴定物质的组分(元素、离子、基团元素、离子、基团)和结构以和结构以及测定有关组分的及测定有关组分的含量含量。2.2.研究物质的组分测定研究物质的组分测定方法和原理方法和原理第三页，讲稿共四十九页哦44分析化学的作用分析化学的作用-提供信息的工具提供信息的工具有什么？有什么？WhatWhat？有多少？有多少？How muchHow much？如何测？如何测？How to How to？环境监测环境监测食品安全食品安全太空探测太空探测生命科学生命科学准确性和可靠性准确性和可靠性准确度和精密

3、度误差误差第四页，讲稿共四十九页哦5分分析析化化学学的的作作用用美国化学家从业比例分析化学，国家自然科学基金委员会第五页，讲稿共四十九页哦62022/9/2765.2分析方法的分类与选择分析方法的分类与选择目的和任务目的和任务定性分析(Qualitative analysis)定量分析(Quantitative analysis)结构分析(Structural analysis)物质的性质物质的性质有机分析(Organic analysis)无机分析(Inorganic analysis)分析原理分析原理化学分析(Chemical analysis)仪器分析(Instrumental anal

4、ysis)第六页，讲稿共四十九页哦72022/9/277酸酸 碱碱 滴滴 定定配配 位位 滴滴 定定氧化还原滴定氧化还原滴定沉沉 淀淀 滴滴 定定电化学分析电化学分析光化学分析光化学分析色谱分析色谱分析波谱分析波谱分析重量分析重量分析滴定分析滴定分析电导、电位、电解、库仑极谱、电导、电位、电解、库仑极谱、伏安伏安发射、吸收，荧光、光度发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临界、气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳薄层、毛细管电泳红外、核磁、质谱红外、核磁、质谱第七页，讲稿共四十九页哦82022/9/275.2.2分析方法的分类与选择按照试样用量分方法试样质量试样体积常量分析（经典定量

5、分析化学）半微量分析（无机定性分析化学）微量分析超微量分析100mg10100mg0.110mg10mL110mL0.011mL1%),微量组分(0.01-1%),痕量组分(0.01%).第八页，讲稿共四十九页哦92022/9/279A.定量分析B.化学分析C.无机分析D.常量分析试选择：试选择：nC.以无机物质为分析对象nB.以物质的化学反应及计量关系为基础nA.测定物质中有关成分的含量nD.被分析组分在试样中的相对含量1%第九页，讲稿共四十九页哦102022/9/27一、分析化学的三次革命:three revolutions 1.19世纪末20世纪初 从手艺(Art)到科学(Science

6、)定性(有什么?)、定量(有多少?)2.二次世界大战前后 从化学分析(Chemical analysis)到仪器分析(Instrumental analysis)3.20世纪70年代 从分析化学(Analytical chemistry)到分析科学5.3 分析化学的发展简史与发展趋势分析化学的发展简史与发展趋势第十页，讲稿共四十九页哦112022/9/27n早期化学的前沿和主导 任务:发现新元素、鉴定新元素 发现新化合物、鉴定新化合物 自然界存在的90种元素的发现，主要是分析化学家的功劳。特点(characteristics)：缺乏系统的理论指导第十一页，讲稿共四十九页哦122022/9/27

7、名人名言:Famous remarks of famous personsn我国的化学先驱者徐寿先生认为：考质求数之学，乃格物之大端，是化学之极致也！nSzabadvaryF在HistoryofAnalyticalChemistry一书中称：Analytical chemistry is mother of the modern chemistry.经验分析化学阶段其实是分析化学的第一个春天。第十二页，讲稿共四十九页哦132022/9/27n从经验到科学从主角到配角leadingplayertocostar溶液化学的发展奠定了经典分析化学的理论基础n分析化学只出数据，不出产品dataandpr

8、oductn分析化学家科学服务员scientificservern分析化学家不能做教授cannottobeaprofessorn分析化学家不能做院士cannottobeaacademiciann可怜的而又幸运的Kolthoff！第十三页，讲稿共四十九页哦142022/9/27n物理学原理应用于化学光、色、电的应用n仪器分析法(Instrumentalanalysis)测量物理或物理化学性质为基础n分析仪器和测量原理的研究Investigationsofanalyticalinstrumentsandmeasurement是物理学家或物理化学家的事，与分析化学家无关。分析化学家干什么？第十四页，

9、讲稿共四十九页哦152022/9/27n学科交叉使分析化学走向分析科学Fromanalyticalchemistrytoanalyticalscience形态、能态、结构、时空分布的分析测量材料科学、生物医学、环境科学的高速发展对分析化学提出了非常高的要求。n分析化学家主导创造仪器和方法Analyticalchemists(analysts)shouldleadthecreationofinstrumentsandanalyticalmethods工欲善其事，必先利其器事-要靠自己做;器-不能靠别人提供。第十五页，讲稿共四十九页哦162022/9/27扬眉吐气的分析化学家n1.人类基因组计划H

10、umanGenomeProject由基因图谱-DNA测序n2.二噁英中毒事件PoisoningeventbydioxininBelgiumSandra-拯救了比利时的分析化学家n3.美国的疾病诊断diseasediagnosisinUSA70%靠化验，30%靠经验n4.2002年诺贝尔化学奖Nobelwinners三位分析化学家！第十六页，讲稿共四十九页哦172022/9/272002年诺贝尔化学奖得主年诺贝尔化学奖得主（Nobel winners）nJ.B.Fenn:美国耶鲁大学分析化学教授电喷雾电离技术(ESI,ElectrosprayIonisation)nK.Tanaka:日本岛津制作

11、公司研发工程师软激光解吸电离技术(SLD,SoftLaserDesorption)应用于质谱使测定的有机物分子量从100000 Da(道尔顿),从而可以方便测定生物大分子nK.Wuthrich:瑞士苏黎士联邦高等理工学校教授多核-多唯-核磁共振技术(MN-MD-NMR)利用核磁共振技术获取溶液中生物大分子的三维结构,在蛋白质结构的测定中具有举足轻重的作用.第十七页，讲稿共四十九页哦182022/9/27185.4分析化学过程和分析结果的表示分析化学过程和分析结果的表示1.分析化学过程分析化学过程 Process of quantitative analysis客观性、代客观性、代表性和均匀表性

12、和均匀性性湿法分析湿法分析:水水溶溶;酸酸溶溶；碱碱溶溶;醇溶等醇溶等根根据据性性质质、含含量量、对对分分析析结结果果准准确确度度的的要要求求，选择合适的选择合适的分析方法分析方法根据测量结果计算含量根据测量结果计算含量,给出结果的准确度定量分给出结果的准确度定量分析结果的表示和精密度析结果的表示和精密度第十八页，讲稿共四十九页哦19192.分析结果的表示分析结果的表示n待测组分的化学表示形式（1）以实际存在形式表示（2）以氧化物或元素形式表示“计算工业纯碱试样中Na2O含量，即为总碱度。”“我国采用mmolL-1(CaCO3)为单位表示水的硬度。”待测组分含量的表示方法（1）固体试样：质量分

13、数等（2）液体试样：物质的量浓度等（3）气体试样：体积分数等 例：在自来水中总硬度测定中4个同学得到如下结果:哪个学生的结果更可信？400.2mg/L395.8mg/L405.2mg/L400.4410.0mg/L408.1mg/L409.4mg/L409.2389.0mg/L415.0mg/L410.6mg/L404.9401.3mg/L399.5mg/L400.1mg/L400.3（）第十九页，讲稿共四十九页哦201 准确度和精密度准确度和精密度E=x-xT准确度准确度:测定结果与真值接近的程度，用误差衡量。测定结果与真值接近的程度，用误差衡量。绝对误差绝对误差:测量值与真值间的差值测量值

14、与真值间的差值,用用 E表示表示误差误差相对误差相对误差:绝对误差占真值的百分比绝对误差占真值的百分比,用用Er表示表示Er=E/xT=x-xT/xT100E=x-xT绝对误差绝对误差:测量值与真值间的差值测量值与真值间的差值,用用 E表示表示误差误差相对误差相对误差:绝对误差占真值的百分比绝对误差占真值的百分比,用用Er表示表示Er=E/xT=x-xT/xT1005.5 分析化学中的误差分析化学中的误差可正可负可为可正可负可为0第二十页，讲稿共四十九页哦21例例真值真值 称得量称得量绝对误差绝对误差 相对误差相对误差体重62.5 kg62.6 kg0.1 kg0.16%买白糖1 kg1.1

15、kg0.1 kg10%抓中药0.2 kg0.3 kg0.1 kg50%用相对误差表示测定结果的准确度更为准确用相对误差表示测定结果的准确度更为准确思考思考：当天平的：当天平的E一定时（一定时（E=0.0002g）,称量的称量的误差小于误差小于0.1%,要求：要求：m称称？第二十一页，讲稿共四十九页哦22d=x-xdi=0精密度:平行测定结果相互靠近的程度，用偏差衡量。还常用重复性和再现性表示。偏差:测量值与平均值的差值,用 d表示22平均偏差：平均偏差：各单个偏差绝对值的平各单个偏差绝对值的平均值相对平均偏差：相对平均偏差：平均偏差与测量平均值的比值平均偏差与测量平均值的比值第二十二页，讲稿共

16、四十九页哦23标准偏差：标准偏差：Standard deviation，s 相对标准偏差：相对标准偏差：Relative standard deviation，RSDn-1称为自由度(变异系数Coefficientofvariation,CV)偏差也可用极差（R）来表示，极差可用来粗略的分析精密度或分散性相对极差第二十三页，讲稿共四十九页哦例例 有两组测定值，判断精密度的差异。有两组测定值，判断精密度的差异。甲组甲组 2.9 2.9 3.0 3.1 3.1 乙组乙组 2.8 3.0 3.0 3.0 3.2计算平均值，平均偏差和标准偏差：计算平均值，平均偏差和标准偏差：平平均均偏偏差差相相同同；

17、标标准准偏偏差差不不同同，两两组组数数据据的的离离散散程程度度不不同同；在在一一般般情情况况下下，对对测测定定数数据据应应表表示示出出标标准准偏偏差差或或变变异异系系数数。用标准偏差比用平均偏差更科学更准确用标准偏差比用平均偏差更科学更准确第二十四页，讲稿共四十九页哦分析铁矿中铁含量，得如下数据：分析铁矿中铁含量，得如下数据：37.45%,37.20%,37.50%,37.30%,37.25%计算此结果的平均值、平均偏差、标准偏差、计算此结果的平均值、平均偏差、标准偏差、变异系数。变异系数。第二十五页，讲稿共四十九页哦26准确度与精密度的关系准确度与精密度的关系1.精密度好只说明偶然误差小，但

18、是否存在系统误差及系统误差有多大都不知道，因此精密度好准确度未必高。2.准确度好需要两种误差均小，即精密度好是准确度好的前提。即准确度高一定需要精密度高，同时精密度低说明所测结果不可靠，当然其准确度就不高。3.准确度与系统误差、偶然误差均有关，精密度只与偶然误差有关，因此，消除了系统误差后，精密度高的分析结果才是既准确又精密的。4.准确度及精密度都高结果可靠！1.准确度是测定值与真实值的接近程度，因此它与系统误差、偶然误差均有关。2.精密度是测定值之间的相互接近程度，在求测定值彼此间接近程度时抵消了系统误差的影响，因此只与偶然误差有关。第二十六页，讲稿共四十九页哦27(1)系统误差（可测误差）

19、：由某些固定的原因所造成的误差。具有单向性、重现性、可校正性。2.系统误差和随机误差(SystemerrorandRandomerror)方法误差:溶解损失、终点误差用其他方法校正仪器误差:刻度不准、砝码磨损校准操作误差:预处理不当，沉淀洗涤次数过多试剂误差:不纯空白实验主观误差:个人误差对终点颜色的敏感度第二十七页，讲稿共四十九页哦28(2)偶然误差（随机误差），由偶然的因素造成的。无方向性、大小不固定，故称不可测误差。不可校正，无法避不可校正，无法避免，免，但是服从统计规律统计规律：n 绝对值相等的正误差和负误差具有相同的出现频率；n 小误差出现的频率较高，大误差出现的频率较低。产生的原因

20、产生的原因 偶然因素：如室温，气压，温度，湿度如室温，气压，温度，湿度(3)过失误差 发现错误，舍弃数据。第二十八页，讲稿共四十九页哦29练习题1、在重量分析中，沉淀的溶解损失引起的测定误差为：AA.系统误差B.偶然误差C.过失误差D.仪器误差2、下列方法中不能用于校正系统误差的是：DA.对仪器进行校正B.做对照实验C.作空白实验D.增加平行测定次数第二十九页，讲稿共四十九页哦303、下列最能说明偶然误差小的是：AA.高精密度B.标准偏差大C.仔细校正过所有法码和容量仪器D.与已知含量的试样多次分析结果平均值一致4、在分析测定中，论述偶然误差正确的是：DA.大小误差出现的几率相等B.正误差出现

21、的几率大于负误差C.负误差出现的几率大于正误差D.绝对值正负误差出现的几率相等第三十页，讲稿共四十九页哦313.公差公差政府部门规定的允许误差-对准确度的要求。误差总是存在的，在实际的分析检测工作中，针对样品的组成和待测组分的含量，政府部门规定了一定的允许误差范围。如果分析结果的误差在允许的误差范围内，则结果有效；否则视为“超差”，结果无效。第三十一页，讲稿共四十九页哦323 3提高分析结果准确度的方法提高分析结果准确度的方法1.1.选择合适的分析方法选择合适的分析方法高含量组分：选用滴定分析法，准确度高；高含量组分：选用滴定分析法，准确度高；低含量组分：选用仪器分析法，灵敏度高。低含量组分：

22、选用仪器分析法，灵敏度高。2.2.减小测量误差减小测量误差为使称量的相对误差小于为使称量的相对误差小于0.1%0.1%，试样质量要在，试样质量要在0.20.2克以上。克以上。为使体积的相对误差小于为使体积的相对误差小于0.1%0.1%，滴定剂体积要大于，滴定剂体积要大于2020毫升。毫升。3.3.增加平行测定次数，减小偶然误差，一般测定增加平行测定次数，减小偶然误差，一般测定2 24 4次。次。4.4.检验和消除系统误差检验和消除系统误差对照试验：采用标准试样或其他可靠的分析方法对照试验：采用标准试样或其他可靠的分析方法空白试验：不加试样，按相同的操作步骤和条件试验空白试验：不加试样，按相同的

23、操作步骤和条件试验校准仪器校准仪器校正方法校正方法第三十二页，讲稿共四十九页哦332022/9/271 滴定分析法：又称容量分析法。滴定分析法：又称容量分析法。标准溶液标准溶液标标准准溶溶液液待待测测溶溶液液被测物质被测物质指示剂指示剂化学计量关系化学计量关系酸碱滴定法、酸碱滴定法、络合滴定法络合滴定法氧化还原滴定法、沉淀滴定法氧化还原滴定法、沉淀滴定法5.6 滴定分析法滴定分析法第三十三页，讲稿共四十九页哦342022/9/27有确定的化学计量关系，反应按一定的反应方程式进行反应要定量进行反应速度较快容易确定滴定终点 2 滴定分析法对化学反应的要求滴定分析法对化学反应的要求化学计量点化学计量

24、点 stoichiometric point,sp滴定终点滴定终点 end point,ep第三十四页，讲稿共四十九页哦A.标准溶液标准溶液B.化学计量点化学计量点C.滴定终点滴定终点D.终点误差终点误差试选择试选择：nC.指示剂改变颜色nB.标准溶液与被测物质反应完全nA.已知准确浓度的试剂nD.化学计量点与滴定终点不吻合a.直接滴定法b.间接滴定法;某些待测组分不能直接与滴定剂反应，但可通过其它的化学反应，间接测定其含量。对于不能直接与滴定剂反应的某些物质，可预先通过其他反应使其转变成能与滴定剂定量反应的产物，从而间接测之。如Ca2+沉淀为CaC2O4，再用硫酸溶解，用KMnO4滴定C2O

25、42-,间接测定Ca2+。c.返滴定法:反应速度慢或无合适指示剂，如测定CaCO3,加入过量盐酸，氢氧化钠溶液返滴。d.置换滴定法:没有确定化学计量关系时，可采用置换滴定。配位滴定中铝的滴定,先过量EDTA,加热,铝与EDTA充分反应,.,然后用锌标准滴定过量EDTA.然后加入氟化物,加热,铝中EDTA被氟定量置换,再用锌标准溶液滴定,此次锌量与铝量对用相同3 滴定方式滴定方式第三十五页，讲稿共四十九页哦362022/9/274 基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液基准物质基准物质:能用于直接配制和标定标准溶液的物质。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；

26、摩尔质量要求：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。大；滴定反应时无副反应。标准溶液标准溶液:已知准确浓度的试剂溶液。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。配制方法有直接配制和标定两种。第三十六页，讲稿共四十九页哦3737n 直接配制法：基准物质直接配制法：基准物质称量称量,溶解溶解,定容定容,计算计算邻苯二甲酸氢钾，邻苯二甲酸氢钾，K K2 2CrCr2 2O O7 7、KBrOKBrO3 3，草酸，硼砂，碳酸钠，草酸，硼砂，碳酸钠AsAs2 2O O3 3，KIOKIO3 3，以及纯金属，以及纯金属物质物质标定法：用基准物质或另一标准溶液测定标准

27、溶液准确浓度。步骤：标定法：用基准物质或另一标准溶液测定标准溶液准确浓度。步骤：粗配粗配标定标定根根据标准溶液或基准物质的量计算其准确浓度据标准溶液或基准物质的量计算其准确浓度.NaOH.NaOH、KOHKOH，H2SO4H2SO4，HClHCl、Na2S2O3Na2S2O3，EDTAEDTA、KMnO4KMnO4、I3-I3-，标准溶液的配制方法标准溶液的配制方法例题1.1:欲配制0.1000mol/L的Na2CO3标准溶液500mL,应称取基准Na2CO3多少克?解:=106.0g/mol第三十七页，讲稿共四十九页哦382022/9/2738课堂练习1标准溶液浓度的计算以0.1876克纯N

28、a2CO3（Mr=105.99)标定稀HCl,需用HCl溶液37.86mL.求此稀HCl的准确浓度。课堂练习2待测组分含量的计算用上述HCl溶液滴定0.4671克含NaHCO3的试样，需用HCl溶液40.72mL.求试样中NaHCO3（Mr=84.007)的纯度为多少？答案：0.09350mol/L答案：68.47%提示：提示：0.18762105.990.03786提示：提示：0.040720.093584.0070.4671第三十八页，讲稿共四十九页哦392022/9/27391.8 滴定分析中的计算滴定分析中的计算1.标准溶液浓度标准溶液浓度 (concentration)的表示方法的表

29、示方法 物质的量浓度物质的量浓度，用c表示,单位mol/L，也有用mol/dm3如0.1000mol/LNaOH溶液滴定度滴定度：1mL标准溶液相当于被测物质的质量，用T表示单位g/mL如：TNaOH/HCl=0.005g/mL：1mLHCl可以与0.005gNaOH反应TFe/K2Cr2O7=0.005g/mL：1mLK2Cr2O7可以与0.005gFe反应注意注意：有的书中将标准溶液放在斜杠的上方第三十九页，讲稿共四十九页哦402022/9/27402.滴定分析中的计算滴定分析中的计算物质的量物质的量 n=cV=W/MM：溶质的摩尔质量：溶质的摩尔质量W：溶质的质量：溶质的质量tT+bB=

30、cC+dD t:b nT:nB 滴定剂与被测物质的计量关系，称滴定剂与被测物质的计量关系，称为化学计量数比，或摩尔比。为化学计量数比，或摩尔比。第四十页，讲稿共四十九页哦412022/9/2741根据被测物质的物质的量物质的量，可以方便的求出其物质的量浓度、质量和质量分数第四十一页，讲稿共四十九页哦422022/9/2742例题3:以适量的水稀释3.00g食醋，用0.1150mol/LNaOH溶液滴定(酚酞作指示剂),消耗NaOH溶液20.25mL,求食醋中醋酸的质量分数.已知醋酸的摩尔质量为60.05g/mol解:HAc+NaOH=NaAc+H2O第四十二页，讲稿共四十九页哦432022/9

31、/27例4称取基准物质草酸(H2C2O22H2O)0.3802g,溶于水，用NaOH溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液25.50mL。求此NaOH溶液的量浓度。解：解：此滴定反应为第四十三页，讲稿共四十九页哦442022/9/27例5吸取25.00mL0.1000molL-1的K2Cr2O7溶液,移入250mL容量瓶内，用水稀释至刻度，求稀释后的K2Cr2O7溶液的量浓度及其对Fe的滴定度。Fe2+/Cr2O72-第四十四页，讲稿共四十九页哦452022/9/27例例6称取铁矿石试样0.3348g，酸溶，以SnCl2把Fe3+还原为Fe2+,用0.02000molL-1的K2Cr2O7标准溶液滴

32、定至终点，耗去22.60mL,计算试样中Fe2O3的质量百分数。2第四十五页，讲稿共四十九页哦46作业作业第142页：n5-2 比较准确度和精密度n5-8 计算量浓度n5-9 计算基准物质的称量范围n5-10计算质量分数第四十六页，讲稿共四十九页哦47第五章重点第五章重点常量组分常量组分(1%(1%)取样取样 要有要有代表性代表性E=x-xTEr=E/xT d=x-xdi=0第四十七页，讲稿共四十九页哦48第四十八页，讲稿共四十九页哦49准确度与精密度的关系准确度与精密度的关系系统误差系统误差(特点、分类特点、分类)和随机误差（和随机误差（特点特点）以及检验和）以及检验和消除这两种误差的方法。消除这两种误差的方法。标准溶液化学计量点滴定终点终点误差滴定方式的分类基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液第四十九页，讲稿共四十九页哦