第1章--概論

1、1,分 析 化 學 Analytical Chemistry,,歡迎你,2,課 時 安 排 總學時 128學時 7.0學分 理論課 64學時 3.5學分 實驗課 64學時 3.5學分,3,各章講授參考學時數(shù),4,任 課 教 師,主 講 教 師： 彭學偉輔 導 教 師： 李麗敏 李麗敏 彭

2、學偉實 驗 員： 韓立坤,實驗指導教師：,,5,主講教師情況,聯(lián)系電話：13863675617E-mail: pengxuewei@126.com辦公室： 8213,6,學習分析化學課程的要求與方法,一、課堂紀律1. 預鈴必須到教室2. 保持良好的課堂秩序二、作業(yè)1. 按時上交 2. 書寫正規(guī)三、學習方法1. 課前預習 2. 學會聽課3. 學

3、會記筆記 4. 及時復習,了解理解掌握應用,詳略得當,7,《禮記·學記》,雖有佳肴，弗食，不知其旨也；雖有至道，弗學，不知其善也。是故學然后知不足，教然后知困。知不足，然后能自反也；知困，然后能自強也。故曰：教學相長也。,《師說》,師者，所以傳道授業(yè)解惑也。人非生而知之者，孰能無惑？是故弟子不必不如師，師不必賢于弟子，聞道有先后，術業(yè)有專攻，如是而已。,8,求學問 需學問 只學答 非學問,—李政道

4、,9,好奇－興趣－熱愛－樂趣－執(zhí)著,播種思想，收獲行為；播種行為，收獲習慣；播種習慣，收獲人格；播種人格，收獲命運。,10,課 程 基 本 情 況介 紹,11,學科門類 一級學科（理學） 一級學科（工學）01 哲學 0701 數(shù)學 0801 力學 02 經(jīng)濟學 0702 物理學 0802 機

5、械工程 03 法學 0703 化學 0803 光學工程 04 教育學 0704 天文學 0804 儀器科學與技術 05 文學 0705 地理學 0805 材料科學與工程 06 歷史學 0706 大氣科學 0808 電氣工程

6、07 理學 0707 海洋科學 0809 電子科學與技術 08 工學 0708 地球物理學 0810 信息與通信工程09 農(nóng)學 0709 地質(zhì)學 0812 計算機科學與技術 10 醫(yī)學 0710 生物學 0813 建筑學11軍事學

7、 0711 系統(tǒng)科學 0814 土木工程 12管理學 0712 科學技術史 0817 化學工程與技術,12,學科門類劃分,13,化學是在分子、原子或離子等層次上研究物質(zhì)的組成、結構、性質(zhì)及其變化規(guī)律和變化過程中的能量關系的一門科學。簡單地說，化學是在微觀層次上研究物質(zhì)變化規(guī)律的科學。,化學（一級學科）,14,二 級 學 科,,無機化學,分析化學,有機化

8、學,物理化學,元素及其化合物（除碳氫化合物及其衍生物）,物質(zhì)化學組成的定性鑒定和定量測定、化學結構的確定,碳氫化合物及其衍生物的性質(zhì),應用物理測量方法和數(shù)學處理方法來研究物質(zhì)及其反應,15,第1章 概論,濰坊學院化學化工與環(huán)境工程學院,16,第 1 章 概 論,1.1 分析化學定義、任務和作用1.2 分析方法的分類與選擇1.3 分析化學發(fā)展簡史與發(fā)展趨勢1.4 分析化學參考文獻1.5 分析化學過

9、程及分析結果的表示1.6 滴定分析法概述1.7 基準物質(zhì)和標準溶液1.8 滴定分析中的計算,17,1.1 分析化學的定義、任務和作用,分析化學（analytical chemistry）是發(fā)展和應用各種理論、方法、儀器和策略以獲取有關物質(zhì)在相對時空內(nèi)的組成和性質(zhì)的信息的一門科學，又稱為分析科學。 主要任務是確定物質(zhì)的化學組成、測量各組成的含量以及表征物質(zhì)的化學結構。,18,我國近代化學先驅(qū)者徐壽先

10、生（1818－1884）,他在《化學求質(zhì)》和《化學求數(shù)》的前言部分指出：“考質(zhì)求數(shù)之學，乃格物之大端，而為化學之極致也”。所謂考質(zhì)，即定性分析；所謂求數(shù)，即定量分析。意即：包括定性和定量的分析化學，是整個自然科學的一大科目，是化學的最高成就。,19,分析化學的作用,環(huán)境監(jiān)測（大氣、水質(zhì)和土壤）,食品衛(wèi)生（質(zhì)量檢測、農(nóng)藥殘留）,醫(yī)學化驗（血液、尿樣、糞便的化驗）,工業(yè)生產(chǎn)（原材料檢驗、工藝條件控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢測）,三廢治理（廢氣、廢液、廢

11、渣）,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（土壤成分調(diào)查、農(nóng)藥和化肥的質(zhì)量檢測）,20,社會科學、考古學人類學和法醫(yī)學,21,1991年IUPAC國際分析科學會議主席E.NIKI教授說，21世紀是光明還是黑暗取決于人類在能源與資源科學、信息科學、生命科學與環(huán)境科學四大領域的進步，而取得這些領域進步的關鍵問題的解決主要依賴于分析科學。,分析化學是科學技術的“眼睛”,由于分析化學在許多領域中起著重要作用，因此分析化學的水平被認為是衡量一個國家科學技術水平的重要標志之

12、一。,22,1.2 分析方法的分類與選擇,1.2.1 定性分析、定量分析和結構分析1.2.2 化學分析和儀器分析1.2.3 無機分析和有機分析1.2.4 常量分析、半微量分析、微量分析 和超微量分析1.2.5 例行分析和仲裁分析,23,結構分析 structure analysis 物質(zhì)的結構,定性分析 qualitative analysis 物質(zhì)的組成,定量分析

13、 quantitative analysis 成分的含量,1. 2. 1 定性分析、定量分析和結構分析,依據(jù)：分析任務的不同,24,化學分析 chemical analysis,儀器分析 instrumental analysis,以物質(zhì)的化學反應為基礎，又稱經(jīng)典分析法。,以物質(zhì)的物理和物理化學性質(zhì)為基礎，這類方法都需要較特殊的儀器，稱為儀器分析法。,1. 2. 2 化學分析和儀器分析,依據(jù)：測定原理的不

14、同,25,有機分析 organic analysis,無機分析 inorganic analysis,無機分析的對象是無機物，組成無機物的元素種類較多，要求鑒定物質(zhì)的組成和測定各成分的含量,有機分析的對象是有機物，組成有機物的元素種類不多，分析重點是官能團分析和結構分析,1. 2. 3 無機分析和有機分析,依據(jù)：分析對象的不同,26,依據(jù)：試樣用量的多少,1. 2. 4 常量分析、半微量分析、

15、 微量分析和超微量分析,27,依據(jù)：被分析的組分在試樣中的相對含量,28,仲裁分析（arbitral analysis ）當不同單位對分析結果有爭議時，權威單位進行裁判的分析工作。,例行分析（routine analysis）一般化驗室日常生產(chǎn)中的分析。,1. 2. 5 例行分析和仲裁分析,依據(jù)：分析的目的,29,1. 2. 6 分析方法的選擇,1. 測定的具體要求2. 待測組分的性質(zhì)3. 待測組分的含量4.

16、 共存組分的影響（ 參見師大本P335－336）,30,起源：古代煉金術 手段：人類的感官和雙手,17世紀：天平的出現(xiàn)，向定量邁進了一大步,分析化學的鼻祖：波義耳（Boyle）,19世紀：鑒定物質(zhì)組成的定性手段和定量技術,拉瓦錫在化學實驗中建立起分析化學這一分支， 不僅做定性實驗，并把天平應用到實驗中定量。,1. 3 分析化學發(fā)展簡史與發(fā)展趨勢,31,20世紀初－物理化學溶液理論的發(fā)展，建立四大平衡理論，從技術發(fā)展成為科學

17、20世紀中葉 － 物理與電子學的發(fā)展：從經(jīng)典分析化學發(fā)展為現(xiàn)代分析化學，即化學分析→儀器分析20世紀70年代至今－計算機應用：使分析化學向一門信息科學轉化,20世紀分析化學的三次大變革,32,分析化學學科發(fā)展趨勢,分析研究體系由簡單無生命到復雜的生命體系分析研究對象轉向DNA、蛋白質(zhì)、手性藥物和環(huán)境毒物等生命活性相關物質(zhì) 分析研究方法開始較多地研究酶和免疫學等生物化學方法 分析儀器向微型化、智能化和聯(lián)用方向發(fā)展 分析研究的層

18、次已進入單細胞、單分子水平分析研究區(qū)間已由主體延伸至表面、微區(qū)、形態(tài)和立體結構原位分析在線（on-line）、實時（real-time）、活體（in vivo）,33,34,1. 4. 1 叢書、大全和手冊,1. 4. 2 參考書,1. 4. 3 雜志,1. 4. 4 因特網(wǎng)上化學信息簡介,1. 4 分析化學參考文獻,35,,我國分析化學學科領域 實力較強的研究群體?中國科學院長春應用

19、化學研究所 －電分析化學院開放實驗室?湖南大學－化學計量學研究組?廈門大學－ 生命與材料科學中的分析化學開放實驗室?廈門大學－分子發(fā)光光譜分析研究組?北京大學－分析科學研究所?武漢大學－分析科學研究中心,36,?中國科學院化學所 －生命科學與分析化學研究室?中國科學院大連化學物理研究所 －毛細管電泳實驗室和色譜研究室?中國科學院生態(tài)環(huán)境中心 －環(huán)境分析化學與生態(tài)毒理開放實驗室?南京大學－分析科學

20、研究所?華東師范大學－生物電化學研究所?西北大學－分析科學研究所,37,中國研究生教育分專業(yè)排行榜070301 無機化學,,武漢大學中國科學評價研究中心,38,中國研究生教育分專業(yè)排行榜070302 分析化學,39,中國研究生教育分專業(yè)排行榜070303 有機化學,40,中國研究生教育分專業(yè)排行榜070304 物理化學,41,中國研究生教育分專業(yè)排行榜070305 高分子化學與物理,42,中國研究生教育分專業(yè)排行

21、榜081704 應用化學,43,中國研究生教育分專業(yè)排行榜081702 化學工藝,44,1. 5. 1 分析化學過程,定量分析過程，通常包括以下幾個步驟：試樣的采集、試樣的處理與分解、分離與富集、分析方法的選擇與分析測定、分析結果的計算及評價。,1. 5 分析化學過程及分析結果的表示,45,1. 5. 2 分析結果的表示,1、待測組分的化學表示形式 分析結果通常以待測組分實際存在形式的含

22、量表示。 2、待測組分含量的表示方法（1）固體試樣: 通常以質(zhì)量分數(shù)表示。（2）液體試樣: 通常以物質(zhì)的量濃度表示。 （3）氣體試樣: 通常以體積分數(shù)表示。,46,酸堿滴定法 滴定分析法 絡合滴定法 化學分析 氧化還原滴定法 沉淀滴定法 重量分析法（仲裁分析）

23、 光度分析法 儀器分析 電化學分析法 色譜分析法,定量分析,,,,,1. 6 滴定分析法概述,47,1. 6. 1 滴定分析法的特點,滴定分析法（容量分析法）標準溶液（standard solution）滴定（titration）化學計量點（ sp ）（stoichiometric point）滴定終點（end point ，ep ）終點誤差(end point error

24、，Et ),,,一、 滴定分析基本概念,48,二、滴定分析法的特點,1、主要用于常量組分（即待測組分的質(zhì)量分數(shù)在1%以上）的測定。 2、準確度高，相對誤差約為±0.2%，常作為標準方法使用。 3、操作簡便、省時快速。4、儀器設備簡單、價廉。5、應用廣泛。,49,1. 6. 2 滴定分析法對化學反應的要求和滴定方式,1、反應必須具有確定的化學計量關系，即按一定的反應方程式進行，這是定量計算的基礎。2、反應必須定量地進

25、行（完全） ，達到99.9%以上。3、必須具有較快的反應速度 。4、必須有適當簡便的方法確定終點 。,一、滴定分析法對化學反應的要求,50,二、滴定方式,1、直接滴定法 凡能滿足滴定分析要求的反應，均可采用直接滴定法。2、返滴定法 反應很慢或待測物質(zhì)是固體或沒有合適的指示劑。 3、置換滴定法 沒有定量關系或伴有副反應的反應。 4、間接滴定法

26、 不能與滴定劑直接起反應的物質(zhì)。,51,1. 7 基準物質(zhì)和標準溶液,1. 7. 1 基準物質(zhì),1、基準物質(zhì) 能用于直接配制或標定溶液準確濃度的物質(zhì)稱為基準試劑或基準物質(zhì)。,52,2、基準物質(zhì)應具備的條件 （1）試劑的組成與化學式完全相符。（2）試劑的純度足夠高，質(zhì)量分數(shù)≥99.9%。（3）性質(zhì)穩(wěn)定，不易與空氣中的 O2及CO2 反應，也不吸收空氣中的水分。（4）試劑參加滴定反應時

27、，應按反應式定量進行，沒有副反應。 另外，試劑最好有較大的摩爾質(zhì)量，以減小稱量時的相對誤差 。,53,3、常用的基準物質(zhì),無水Na2CO3、Na2B4O7·10H2O（硼砂）H2C2O4·2H2O KHC8H4O4（鄰苯二甲酸氫鉀KHP）K2Cr2O7、KIO3、As2O3、Na2C2O4Zn片、CaCO3NaCl,室溫空氣干燥,室溫干燥器中保存,放在裝有NaCl和蔗糖飽和

28、溶液的密閉容器中,,54,一、直接法 準確稱?。ㄓ梅治鎏炱剑┮欢炕鶞饰镔|(zhì)，溶解后配成一定體積的溶液（用容量瓶），根據(jù)物質(zhì)質(zhì)量和溶液體積，即計算出該標準溶液的準確濃度。,例1：配制0.05000mol·L-1Na2CO3標準溶液250mL。,解：首先計算出需稱取物質(zhì)的質(zhì)量： mB = cB VB MB =0.05000 × 0.2500 × 1

29、05.99 = 1.325 g,1. 7. 2 標準溶液的配制,55,二、標定法（間接法）,粗略地稱取（用臺稱）一定量物質(zhì)或量?。ㄓ昧客玻┮欢矿w積溶液，先配制成近似于所需濃度的溶液，然后利用該物質(zhì)與某基準物質(zhì)或另一種標準溶液之間的反應來確定其準確濃度，這一操作過程稱為標定。,間接法配制的溶液 HCl、NaOH、H2SO4、EDTA、KMnO4、 Na2S2O3、I2、AgNO3,56,2、標定的要求,（1）

30、平行測定3～4次，并要求測定結果的相對偏差不大于0.2%；（2）稱樣量0.2g以上，使稱量誤差小于0.1%；消耗體積20ml以上，使滴定誤差小于0.1%；（3）量器的校正；（4）標定后的標準溶液應妥善保存。,1、標定的方法（1）用基準物質(zhì)標定（2）濃度的比較,57,1. 8 滴定分析中的計算,分析化學中常用的量和單位,物質(zhì)的量: n (mol、 mmol)摩爾質(zhì)量:

31、 M (g·mol-1)物質(zhì)的量濃度: c (mol·L-1)質(zhì)量: m (g、mg)體積: V (L、mL)質(zhì)量分數(shù): w (%)質(zhì)量濃度: ? (g·mL-1 、mg·mL-1)相對分子量: Mr

32、 相對原子量: Ar,58,1. 8. 1 標準溶液濃度的表示方法,物質(zhì)B的物質(zhì)的量nB與物質(zhì)B的質(zhì)量mB的關系,1、物質(zhì)的量濃度,指單位體積溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，以符號cB表示,59,2、滴定度（T －titre）,滴定度是指每毫升滴定劑溶液相當于被測物質(zhì)的質(zhì)量，以T 被測物/滴定劑 表示，單位為g·ml-1或mg·ml-1 。,例2：TFe/K2Cr2O7 = 0.005000 g

33、83; mL-1,若一次測定中用去K2Cr2O7標準溶液 21.50mL，則被滴定溶液中鐵的質(zhì)量： mFe = 0.005000 × 21.50 = 0.1075 ( g ),60,滴定劑T與被測組分A之間的化學反應為： t T + bA = c C + d D （滴定劑） （被測組分） （生成物）計量點時： nT ：

34、nA = t ：a 則被測組分A的物質(zhì)的量為：,1. 8. 2 滴定劑與被滴物質(zhì)之間的計量關系,61,1、直接法,基本公式,2、標定法,式中B 代表基準物質(zhì)，T 代表標準溶液。,基本公式,1. 8. 3 標準溶液濃度的計算,62,若試樣的質(zhì)量為mS（g），則被測組分A 在試樣中的質(zhì)量分數(shù)為：,1. 8. 4 待測組分含量的計算,A表示被測物質(zhì)，T 表示標準溶液。,63,一、標準溶液的配制,計算標準溶液的濃度: 見武

35、大本P17例1,1. 8. 5 滴定分析計算示例,計算所需基準物質(zhì)的質(zhì)量: 見武大本P17例2 mB = cB ·VB·MB,64,二、標準溶液的稀釋和增濃,根據(jù)溶液稀釋前后其溶質(zhì)的物質(zhì)的量相等的原則,式中cB 、VB與c'B、V'B分別代表稀釋或增濃前后溶液的濃度和體積見武大本P17例3,65,三、標定溶液濃度: 見武大本P17例4,四、估算基準

36、物質(zhì)的稱量范圍,例3：要求在滴定時消耗0.1mol·L-1 NaOH溶液20～25mL。問應稱取基準試劑鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4）多少克？如果改用H2C2O4 ·2H2O作基準物質(zhì)，又應稱取多少克？,66,結 論 欲標定0.10 mol·L-1 NaOH: 若采用H2C2O4·2H2O作為基準物質(zhì)標定 稱重范圍應在 0.13 ~ 0.16g

37、 應擴大10倍稱重，稱為“稱 大 樣” 若采用KHC8H4O4作為基準物質(zhì)標定 稱重范圍應在 0.4 ~ 0.5g 直接稱重，稱為“稱 小 樣”,67,五、被測物質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的計算,見武大本P17-19例5、例6和例8,68,六、物質(zhì)的量濃度與滴定度之間的換算,bB + aA = cC + dD（滴定劑）（被測組分） （生成物

38、）,,計量點時:,由滴定度定義: TA/B = mA / VB,,可得:,,69,例4：已知高錳酸鉀的滴定度TFe/KMnO4=0.005005 g·mL-1，求此高錳酸鉀溶液的物質(zhì)的量濃度。,解: 首先寫出滴定反應方程式 5Fe2+ + MnO4- + 8H+═ Mn2++ 5Fe3+ + 4H2O 得: a = 5 , b = 1,,根據(jù)計算公式,70,

39、例5: 求0.1000mol·L-1 NaOH標準溶液對H2C2O4 的滴定度。,解: 首先寫出滴定反應方程式 H2C2O4 + 2NaOH ═ Na2C2O4 + 2H2O 得: a=1 , b=2,根據(jù)計算公式,71,例6：計算0.01500mol·L-1K2Cr2O7對Fe和Fe2O3及Fe3O4的滴定度。（見武大本P18-19例7 ）,解: 首先寫出

40、滴定反應方程式 6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+═6Fe3+ + 2Cr3++ 7H2O 得: a = 6 , b = 1,,根據(jù)計算公式,72,1、理解滴定分析的基本概念、方法特點、滴定方式和對滴定反應的要求。2、標準溶液濃度的兩種表示方法（物質(zhì)的量濃度和滴定度，兩者的換算）；配制標準溶液的兩種方法（直接法和標定法）；對基準試劑的要求，各類滴定分析法中常用的基準試劑。3、