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第一章 分析化学概述
介绍分析化学的定义和任务,分析化学的不同分类方法。有效数字的含义及运算规则,误差的概念,提高分析结果准确度的方法
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●1.1分析化学的定义和任务
分析化学是研究物质的组成结构及相关理论的科学。分析化学主要任务有研究物质中有哪些成分;测定每种成分的数量或物质纯度;确定物质的结构等。
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●1.2分析化学的分类
按不同的归类指标,分析化学可以分为不同的类别。介绍了按照分析任务、分析对象、试样用量、被测组分含量、分析原理、分析目的等的分析化学分类方法。
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●1.3有效数字及其运算规则1
有效数字是在分析工作中实际能测量得到的数字。有效数字不仅用来表示量的多少,同时可以反映测量的准确程度。介绍了有效数字位数的判断方法。
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●1.4有效数字及其运算规则2
在进行结果记录和运算时,涉及的测量值的有效数字的位数可能不一致,因此需要按照运算的要求,确定各测量值的有效数字位数,对有效数字进行修约。在有效数字的运算中,介绍了不同运算类型中运算结果的有效数字位数的保留方法。
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●1.5误差
在分析过程中,误差是客观存在的,分析测定中应了解误差产生的原因和规律,并采取有效措施减小误差。介绍了误差的表示方法及误差的分类。
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●1.6提高分析结果准确度的方法
减少分析过程中的误差,提高分析结果的准确度。介绍了选择恰当的分析方法;减小测量误差;减小偶然误差以及消除系统误差等方法。
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第二章酸碱滴定法
滴定分析法以化学反应为基础,根据滴定反应的类型,滴定分析法可分为酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法。酸碱滴定法是以质子传递反应为基础的定量分析方法。一般的酸碱以及能与酸碱发生质子传递反应的物质,原则上都可以利用该法进行测定。此外,由于络合平衡、氧化还原平衡和沉淀平衡等均受体系酸度的影响,因此酸碱平衡是四大化学平衡的基础,学习其原理并掌握其基本处理方法不仅是本章也是学习其它章节所必需的。同时,本章讲述的酸碱滴定法的原理,也是学习后续滴定分析方法的基础。
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●2.1滴定分析法概述
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即标准溶液滴加到被测物质的溶液中,根据消耗的标准溶液的浓度和体积,计算被测物质的含量。介绍了滴定分析方法中的相关基本概念。
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●2.2标准溶液和基准物质
标准溶液是已知准确浓度的溶液,滴定分析中通过标准溶液在滴定反应中的消耗及反应定量关系确定被测组分的量。用来直接配制或标定标准溶液的物质是基准物质,介绍了基准物质应具备的条件。
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●2.3酸碱平衡
酸碱滴定是以质子传递反应为基础的滴定分析方法,一般酸碱及能与酸碱发生质子传递反应的物质,都可以利用酸碱滴定来测定。酸碱滴定的理论基础是酸碱平衡,酸碱平衡是溶液中普遍存在的化学平衡,也是讨论溶液中的其他反应和平衡时常需考虑的平衡。
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●2.4分布分数
溶液中某种酸碱组分的平衡浓度占总浓度的分数,称为分布分数。推导了分布分数的计算公式,分析了各种酸碱型体的优势存在区域。
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●2.5质子条件
酸碱平衡常数表达式是进行酸碱平衡计算的基本关系式,处理酸碱平衡问题还需结合溶液中存在的其他平衡关系,介绍了常用到的平衡:物料平衡,电荷平衡和质子条件。
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●2.6pH的计算--一元弱酸碱溶液
通过质子条件推导一元弱酸碱溶液pH值的计算公式,包括两个近似式和一个最简式。
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●2.7pH的计算--两性物质溶液
通过质子条件推导两性物质溶液pH值的计算公式,并利用公式进行应用。
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●2.8pH的计算--混合溶液
通过质子条件推导混合溶液pH值的计算公式,并利用公式进行应用。
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●2.9酸碱缓冲溶液
缓冲溶液是一类对溶液的酸度有稳定作用的溶液。介绍了缓冲溶液的作用原理,缓冲溶液的分类,缓冲容量,缓冲溶液的配制等。
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●2.10酸碱指示剂
酸碱指示剂是在特定的ph区间,随介质酸度条件的改变,颜色发生明显变化的物质。酸碱指示剂一般是弱的有机酸或有机碱,酸式和碱式有明显不同的颜色。介绍了酸碱指示剂的作用原理,理论变色点,变色间隔及指示剂的选择原则等。
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●2.11酸碱滴定曲线--强酸碱的滴定
酸碱滴定中,随滴定剂的加入,溶液发生显著变化的是氢离子的平衡浓度。通过滴定不同阶段pH值的计算,绘制强酸碱滴定的滴定曲线。
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●2.12酸碱滴定曲线--一元弱酸碱的滴定
通过滴定不同阶段pH值的计算,绘制弱酸碱溶液滴定的滴定曲线。介绍了弱酸碱准确滴定的条件。
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●2.13酸碱滴定误差的计算
在酸碱滴定中,通常利用指示剂变色来确定滴定终点,若滴定终点与化学计量点不一致,就会产生滴定误差。推导了酸碱滴定误差的计算公式,介绍了酸碱滴定误差的计算方法。
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●2.14酸碱标准溶液的配制与标定
酸碱滴定常用一定浓度的强酸强碱作为滴定剂,来测定样品中酸碱组分的含量,以获得较大的滴定突跃范围,提高测定的准确度。介绍了标准溶液的配制标定方法及不同浓度强酸强碱溶液pH值的计算。
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●2.15酸碱滴定应用--混合酸碱测定
酸碱滴定法在生产实际中应用广泛,介绍了酸碱滴定法的应用实例。如混合碱、混合磷酸盐等含量测定的方法。
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第三章络合滴定法
络合滴定亦称配位滴定,是以络合反应为基础的滴定分析方法。本章以络合反应平衡为理论基础,通过模型化和理想化方法抽取络合滴定内在的、本质的联系,形成具有预见性和实践指导性的络合滴定理论体系,解决复杂样品中的指定元素测定时共存物质的干扰、指示剂的选择以及溶液酸度的影响、选择和控制问题。
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●3.1分析化学中的络合物
络合滴定亦称配位滴定,是以络合反应为基础的滴定分析法。介绍了分析化学中常见的络合物。在分析化学中广泛使用各种类型的络合物。根据其作用目的不同,把络合剂分为沉淀剂,掩蔽剂,显色剂和滴定剂。 -
●3.2络合物的稳定常数
介绍简单络合物的逐级稳定常数和累积稳定常数。各级络合物在溶液中共存,探讨了溶液中各级络合物的分布情况。
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●3.3EDTA的结构和性质
乙二胺四乙酸简称EDTA,具有很强的配位能力。在水溶液中,两个羧基与两个氨基形成双偶极离子,当溶液的酸度很高时,双偶极离子的两个羧基可再接受两个质子,EDTA相当于六元酸,因此在水中有六级解离平衡。探讨了EDTA与金属离子络合物的特点。
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●3.4副反应系数1
络合平衡与酸碱平衡类似,但是更为复杂,因为除了金属离子与EDTA的络合主反应外,还存在各种副反应。这些副反应中有金属离子的水解效应,络合效应,酸效应,以及共存离子效应,络合物MY也有形成酸式和碱式络合产物的可能性。探讨EDTA的副反应系数。
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●3.5副反应系数2
金属离子的副反应有络合效应、水解效应等;金属离子的络合效应系数等用来衡量络合剂对主反应的影响程度。探讨金属离子的副反应系数。
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●3.6条件稳定常数
络合体系中若没有副反应发生,稳定常数是衡量反应进行程度的主要指标。但如果络合体系中有副反应发生,应用条件稳定常数准确表示反应实际进行的程度。推导了条件稳定常数的计算公式。
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●3.7金属离子指示剂
金属离子指示剂通常也是一种络合剂,它能够与金属离子形成与其自身颜色显著不同的络合物,并能指示溶液中金属离子浓度的变化情况。介绍了金属离子指示剂的性质和作用原理。
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●3.8络合滴定曲线
络合滴定中,随滴定剂的加入,溶液发生显著变化的是金属离子的平衡浓度。通过滴定不同阶段pM值的计算,绘制络合滴定的滴定曲线。探讨了影响滴定突跃的因素。
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●3.9林邦终点误差公式
推导络合滴定中滴定误差的计算公式,探讨影响误差大小的因素。利用林邦终点误差公式得到金属离子准确滴定的判别式。
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●3.10络合滴定中酸度的控制
络合滴定中,酸度的控制非常重要。酸度不能太高,防止酸效应太严重;酸度不能太低,防止金属离子水解;金属指示剂也有适用酸度范围。通过三个方面的因素考虑,控制金属离子滴定的酸度范围。
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●3.11提高络合滴定选择性的途径
EDTA可与多种金属离子络合形成稳定的络合物,如何提高对混合溶液中特定目标金属离子的检测选择性非常重要。探讨了混合离子选择滴定的条件。
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●3.12络合滴定方式及应用
络合滴定中使用的是乙二胺四乙酸二钠盐的标准溶液,EDTA采用间接法先粗配成近似所需浓度的溶液,再用基准物标定其准确浓度。介绍了在络合滴定中可能用到的直接滴定、返滴定、置换滴定和间接滴定四种滴定方式及其应用。
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第四章 氧化还原滴定法
氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析法。由于氧化还原反应很普遍,应用氧化还原滴定法不仅能直接测定本身具有氧化性或还原性的物质,也能间接测定与氧化剂或还原剂有计量关系的物质。因此,通过各种氧化还原滴定分析方法可以直接或间接定量测定多种无机物和有机物,使得氧化还原滴定法的应用十分广泛。氧化还原反应的机理比较复杂;有些反应从热力学上判断可以进行,但受动力学因素的影响,反应速率很慢或甚至根本不发生反应;有些反应由于副反应的发生而没有确定的化学计量关系;有些反应受副反应的影响可改变反应的方向,还有些反应因介质的不同而生成不同的产物。根据上述氧化还原反应的特点,在氧化还原滴定分析中,控制酸度、温度等反应条件显得尤为重要。在氧化还原滴定中除了对反应平衡的计算外,重点需要把握滴定反应条件的控制。氧化还原滴定法使用多种氧化(还原)滴定剂,而且不同滴定反应的条件也不同,所以氧化还原滴定法通常按所使用的滴定剂进行分类,形成了相应的滴定分析方法。其中包括高锰酸钾法、重铬酸钾法和碘量法等。每种分析方法都有其自身的滴定条件、特点和应用范围,是需要掌握的重要内容。
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●4.1氧化还原滴定概述
氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析方法。在氧化还原滴定中,不仅要利用平衡理论考虑氧化还原反应进行的方向和程度,而且还要考虑反应的速度和反应条件。探讨了条件电极电位的推导过程。
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●4.2影响氧化还原反应方向的因素
探讨影响氧化还原反应方向的因素。条件电极电位与氧化还原电对发生副反应的程度、电解质溶液的浓度有关,利用这些因素可以创造条件改变某些氧化还原反应的方向,或者阻止某些氧化还原反应的进行,以满足定量分析的要求。
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●4.3影响反应速率的因素
在氧化还原反应的速率除了与氧化还原电对本身的性质有关外,还与外界因素有关。其中包括反应物浓度、温度、催化剂、诱导反应等。
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●4.4氧化还原平衡常数
氧化还原反应的条件平衡常数值的大小直接由两电对的条件电位差来决定。两电对的条件电位相差越大,氧化还原反应的条件平衡常数越大,反应进行的越完全。
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●4.5氧化还原指示剂
在氧化还原滴定过程中,除了可以用电位法确定滴定终点外,还可利用某些物质在化学计量点附近时颜色的改变来指示滴定终点。氧化还原滴定中常用的指示剂有以下几个类型型:自身指示剂,专属指示剂和氧化还原指示剂。
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●4.6氧化还原滴定曲线
在氧化还原滴定中,随着滴定剂的加入,有关物质的氧化态和还原态的浓度不断改变,使有关电对的电位也随之发生变化。以溶液的电位为纵坐标,滴定剂体积或滴定分数为横坐标作图,得到氧化还原滴定曲线。
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●4.7氧化还原应用示例--高锰酸钾法
氧化还原滴定使用的滴定剂种类很多,根据所用滴定剂的名称命名的氧化还原滴定法有高锰酸钾法、重铬酸钾法,碘量法、铈量法、溴酸钾法等,氧化性滴定剂应用更为广泛。介绍氧化还原滴定方法--高锰酸钾法的基本原理、标准溶液的配制及应用。
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●4.8氧化还原应用示例--重铬酸钾法
介绍氧化还原滴定方法--重铬酸钾法的基本原理、标准溶液、滴定条件的控制及方法应用。
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●4.9氧化还原应用示例--碘量法
介绍氧化还原滴定方法--碘量法的基本原理、标准溶液配制、滴定条件的控制及方法应用。
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第五章 沉淀滴定法
沉淀滴定法是以沉淀反应为基础的滴定分析法,有沉淀生成的反应并非都可以用于沉淀滴定分析。沉淀滴定过程中,通过滴定曲线可以了解溶液中离子的变化趋势。本章介绍常用的沉淀滴定法:莫尔法,佛尔哈德法和法扬司法,并介绍沉淀滴定法在实际中的应用。
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●5.1莫尔法
莫尔法是用铬酸钾作指示剂,中性或弱酸性溶液中,硝酸银标准溶液直接滴定氯化物或溴化物的沉淀滴定法。介绍了莫尔法的基本原理、滴定条件的控制及方法应用。
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●5.2佛尔哈德法
佛尔哈德法是在酸性溶液中用铁铵矾(硫酸亚铁铵)作指示剂的沉淀滴定法,滴定剂为硫氰酸铵(或硫氰化钾和硫氰化钠)标准溶液,分为直接滴定法和返滴定法。介绍了佛尔哈德法的基本原理、滴定条件的控制及方法应用。
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●5.3法扬司法
法扬司法是利用吸附指示剂指示滴定终点的银量法。吸附指示剂是一些有机染料化合物,阴离子在溶液中容易被带正电的胶状沉淀所吸附,在沉淀表面上发生分子结构的变化而引起颜色的改变,从而指示滴定终点。介绍了法扬司法的基本原理、滴定条件的控制及方法应用。
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●5.4沉淀滴定曲线绘制及沉淀滴定应用
沉淀滴定法是基于沉淀反应的滴定分析方法,被分析物质与沉淀剂生成沉淀的反应是这一分析方法的理论基础。沉淀滴定方法可用于测定卤素离子,阴离子,硫氰酸根离子等。随着滴定剂加入,待测物与滴定剂发生沉淀反应,待测物完全沉淀时达到反应终点,可选择合适的指示剂指示终点。
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第六章重量分析法
重量分析法是经典的化学分析法,通过直接称量和有关计算得到分析结果,不需要使用标准溶液或基准物质,对常量组分的测定,重量分析比较准确,一般测定的相对误差不大于0.1%。重量分析法的不足之处是操作较繁琐,耗时多,不适于生产中的控制分析;对低含量组分的测定误差较大。但对高含量的硅、硫、钨、镍等元素以及水分、灰分和挥发物等含量的精确测定,至今仍常使用重量分析方法。重量分析法中以沉淀法的应用最广,在本章作重点讨论,介绍沉淀的溶解度及其影响因素,沉淀的类型及沉淀的形成过程,沉淀纯度的影响因素及沉淀条件等。
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●6.1重量分析法概述
重量分析法是通过称量物质质量来确定被测组分含量的定量分析方法。在重量分析法中,先用适当的方法将试样中的待测组分与其他组分分离并转化为一定的称量形式,然后称重,由称得的物质的质量来计算被测组分的含量。重量分析法根据分离的方法不同,分为沉淀法、气化法和电解法。介绍了沉淀重量分析中对沉淀形式和称量形式的要求。
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●6.2沉淀的溶解度
利用沉淀反应进行重量分析时,沉淀的溶解损失是产生误差的主要来源之一,降低沉淀的溶解度以减少溶解损失,是确保重量分析准确度的关键步骤。讨论沉淀的溶解度及其计算方法。
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●6.3沉淀溶解度的影响因素
探讨影响沉淀溶解度的因素。影响沉淀溶解度的因素很多,如同离子效应、盐效应、酸效应、络合效应等。此外,温度、溶剂、沉淀结构、颗粒大小等对沉淀的溶解度也有影响。
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●6.4沉淀的类型及沉淀形成过程
沉淀类型取决于沉淀的本质,与沉淀时的条件及沉淀的后处理密切相关。介绍了沉淀的类型、沉淀的形成过程和沉淀条件对沉淀颗粒大小的影响。
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●6.5影响沉淀纯度的因素及沉淀条件
分析化学中常用的分离富集方法包括:沉淀分离,挥发、蒸馏分离,液-液萃取分离,离子交换分离,和色谱分离。介绍溶剂萃取分离的基本原理,萃取效率等。
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第七章分析化学中常用的分离方法
分析化学中的分离方法很多,按作用原理可分为物理分离法和化学分离法两大类。物理分离法是根据被分离组分的物理性质差异来进行分离的方法,化学分离法是根据被分离组分的化学或物理化学性质差异来进行分离的方法,如沉淀分离法、溶剂萃取分离法、离子交换分离法、色谱分离法等。本章对分析化学中常用的分离方法溶剂萃取分离法和色谱分离法进行阐述。
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●7.1分离和富集 溶剂萃取分离
分析化学中常用的分离富集方法包括:沉淀分离,挥发、蒸馏分离,液-液萃取分离,离子交换分离,和色谱分离。介绍溶剂萃取分离的基本原理,萃取效率等。
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●7.2离子交换分离
离子交换分离,是利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交换反应来进行分离的方法,使被交换的离子与不被交换的离子分离。介绍离子交换分离的基本原理等。
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第八章数据分析与统计处理
通过将获得的分析数据与已知数据进行比较,对使用的分析方法或分析工作者的分析技术进行检验,以便确认是否获得准确可靠的分析结果;对分析结果中出现的异常值进行分析,决定是否需要保留。
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●8.1少量数据的统计处理--可疑值取舍
对同一试样进行多次平行测定时,某个测量值与其它测量值相差较大的情况,称为异常值或可疑值,必须按照一定的统计方法进行检验,然后再做出判断。介绍了可疑值取舍常用的检验方法有4d法、格鲁布斯法和Q检验法。