分析化学2005年四川省化学竞赛教练员培训资料整理.doc
《分析化学2005年四川省化学竞赛教练员培训资料整理.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《分析化学2005年四川省化学竞赛教练员培训资料整理.doc(44页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流分析化学年四川省化学竞赛教练员培训资料整理.精品文档. 分析化学讲座1 分析化学的学科特点及主要研究内容 分析化学是研究鉴定物质的化学组成和测定物质组分含量的一门科学。它是化学科学的一个重要分支。鉴定物质所含的组分是定性分析研究的内容,测定各组分的相对含量是定量分析研究的内容。 现代分析化学内容极其丰富,按照测定原理和方法不同可分为化学分析法和仪器分析法。仪器分析法是以被测定物质的某种物理性质或物理化学性质为基础的分析方法。这类方法都需要较特殊的仪器,故称之为仪器分析法。它主要包括光学分析法、电学分析法、色谱分析法质谱分析法和放射化学分析法等
2、等现代仪器分析法发展十分迅速,手段不断更新,生产实践中的许多定性定量分析任务都可用仪器分析来完成。但是,以化学反应为基础的化学分析法仍然是必不可少的基础分析方法,它具有简单、经济、操作方便和准确度较高的特点。它主要包括重量分析法和滴定分析法(酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法)。 分析化学是在无机化学理论的基础上,深入讨论了溶液化学平衡理论为分析方法的建立打下了坚实的基础。在讨论酸碱平衡、络合平衡、氧化还原平衡和沉淀溶解平衡这四大平衡时十分注重理论的严密性,同时也兼顾了处理复杂化学平衡的实用性。力求用简便的方法求解复杂平衡体系的有关问题,这部分理论对化学工作者来讲是极其重要的。
3、 实践性很强是分析化学这门学科的特点。分析化学建立的理论体系都是直接为分析方法作为基础的,而各种分析方法直接用于解决实际工作提出的分析课题。因此在学习各种定性定量分析方法时,我们一定要注重理论联系实际,注重提高动手操作的能力,培养解决实际问题的能力。这样才能真正学好分析化学。2 有效数字及其运算规则一、 有效数字的意义在定量分析中,为了得到可靠的结果,不仅要准确测定每一数据,而且要进行正确的记录和计算。由于测定值不仅表示了试样中被测组分的含量多少,而且还反映了测定的准确程度。因此了解有效数字的意义,掌握正确的使用方法,避免随意性,是非常重要的。有效数字是指在定量测量工作中实际能测量到的数字,有
4、效数字既表明了测量物理量的大小,又表明了测量数据的准确程度,有效数字的位数实际上就指出了测量的相对误差有多大。在测量物理量的过程之中,记录实验数据和计算测定结果究竟应该保留几位有效数字,应该根据分析仪器的准确度和有效数字的计算规则来确定,人为地增减数字的位数是错误的。以质量测量为例,使用万分之一的分析天平进行称量时,由于万分之一的分析天平的感量是0.0001g, 因此在读出和记录质量时应该保留小数点后面的4位数字。读数诸如1.0010g、0.9668g、0.0741g等等。如果某物体质量记录为1.0g,由于该质量记录仅保留了小数点后面1位数字,因此可以判断它是在感量为0.1g的台秤上称得的。有
5、效数字的位数的最后一位称为可疑数字。例如滴定中用去标准溶液的体积为21.68mL,前3位数字因滴定管上有刻度都能准确读数,但第4位数字因在两个刻度之间,只能由分析者估计读出,故此数字不太准确,我们称它为不确定数字或可疑数字。由于可疑数字所表示的量是客观存在的,是通过测量得到的,仅因为受到仪器、量器的刻度精细程度的限制,在估计时会受到观测者主观因素的影响而不能对它准确认定,因此它仍然是一位有效数字,通常认为可疑数字有1个单位的绝对误差,如果该项测量的可疑数字不是1个单位,在记录该数据时要特别加以说明。综上所述,有效数字是由全部准确数字和最后一位(只能是一位)可疑数字组成,它们共同决定了有效数字的
6、位数。有效数字位数的多少反映了测量的准确度。根据有效数字可以直接计算出该数字的相对误差。例如用分析天平称取了1.0000g试样,如果该天平称量的绝对误差是0.0002g ,那么相对误差是0.02%。若用台秤称取试样1.0g ,称量的绝对误差为0.2g , 则相对误差为%=20%。可见测量的准确度较前者低得多。上述计算结果表明,在测定准确度允许的范围内,数据中有效数字的位数越多,表明测定的准确度越高。显然,不按照有效数字的使用规则去记录过多位数是毫无意义的。有效数字中的“0”是十分重要的,不可任意取舍。例如滴定管的初始读数为零时,应记作0.00mL,而不是0mL。对于数据中的“0”,其情况要作具
7、体分析。例如下面各数有效数字的位数分别为:1.0005五位,0.5000,31.05%,6.0231023四位,0.0540,1.8610-5三位,0.054,0.40%二位,0.5, 0.002%一位。以上情况表明,小数的数字之间与数字之后的“0”是有效数字,因为它们是由测量所得到的。而小数数字前面的“0”是起定位作用的,它的个数与所取的单位有关而与测量的准确度无关,因而不是有效数字。例如20.00mL改用L为单位时,表示成0.02000L,有效数字均是四位。有些数据中的有效数字的位数比较模糊,例如2800,一般可视为四位,如果根据测量的实际情况,采用科学计数法将其表示成2.8103、2.8
8、0103或2.800103,则分别表示二、三或四位有效数字,其位数就明确了。对于非测量所得的数字,如倍数、分数关系,它们没有不确定性,其有效数字可视为无限多位,根据具体的情况来确定。还有、e等常数也如此处理。pH、pK是负对数值,其有效数字的位数仅取决于小数点后数字的位数,因其整数部分只说明了该数据的方次。二、 有效数字修约规则在分析测试的过程中,可能涉及到使用数种准确度不同的仪器或量器,因而所得数据的有效数字位数也不尽相同。在进行具体的数学计算时,必须按照统一的规则确定一致的位数,再进行某些数据多余的数字的取舍,这个过程称为“数字修约”。有效数字修约的原则是“四舍六入五留双”。具体的做法是,
9、当被修约数字4时将其舍去; 被修约数字6时就进一位;如果被修约数字恰好为5时,前面数字为奇数就进位,前面数字为偶数则舍去。例如将下列数据全部修约为四位有效数字时:0.536640.5366,0.58346 0.5835,10.275010.28。注意,进行数字修约时只能一次修约到指定的位数,不能数次修约,否则会得出错误的结果。例如将15.4565修约成两位有效数字时,应一步到位:15.456515。如果按下述方式进行是错误的:15.456515.45615.4615.516。在一般商品交换中人们习惯采用“四舍五入”的数字修约规则,逢五就进,这样必然会造成测量结果系统偏高。在测量学中采用科学的修
10、约规则,逢五有舍有入,则不会因此而引起系统误差。三、 有效数字的运算规则(一) 加减法当几个数据相加或相减时,它们的和或差保留几位有效数字,应以参加运算的数字中小数点后位数最少(即绝对误差最大)的数字为依据。例如0.0121,25.64和1.027三个数相加,由于25.64中的“4”已经是不确定数字,这样三个数相加后,小数点后的第2位就已不确定了。将三个数字相加,得到26.6791,经过修约得到结果为26.68显而易见,三个数据中以第二个数的绝对误差最大,它决定了总和的绝对误差为0.01。(二) 乘除法对几个数据进行乘除运算时,它们的积或商的有效数字位数,应以其中相对误差最大的(即有效数字位数
11、最少的)那个数为依据。例如欲求0.0121,25.64和1.027相乘之积。第一个数是三位有效数字,其相对误差最大。因此,应以它为根据对结果进行修约,使用计算器得到结果为0.318620588,修约后的结果为0.319。即0.012125.61.03=0.319。按照运算规则进行关于有效数字的数学计算,也可以采用先修约后计算的方法,但是在进行先修约的时候,被修约数字一定要多保留一位有效数字,然后再参加计算,待计算完成后再一次修约得到最终结果。3 定性分析基础 一、定性分析概述 我们讨论的定性分析严格讲应称之为无机定性化学分析。它的任务是用化学方法鉴定无机物质的组成成份。 由于化学分析通常是先将
12、需要鉴定的样品制备成溶液,然后在溶液中加入化学试剂,再观察是否发生了某种化学反应(这种化学反应必须有明显的外部特征),根据反应现象来判断样品中是否有某种元素或原于团,因此,无机定性分析具体研究的问题实际是怎样检出溶液中是否有某种离子的问题。 实际样品组成往往比较复杂,对某一离子进行检出时,其鉴定反应常常会受到其他共存组分的干扰。为此,在对某一成份进行检出前,首先要进行分离或掩蔽处理。这样鉴定某离子的过程可分成分离和鉴定两个步骤。 对常见金属阳离子的定性分析常采用系统分组法,即按一定的步骤和顺序,将离子依次分离然后加以鉴定。目前比较完善应用较多的是硫化氢系统分组法和两酸两碱系统分组法。(下表l,
13、2)对于常见阴离子,由于其共存机会少,鉴定反应干扰也小,故常常采用分别分析法,即直接采取一定的措施对指定成份进行鉴定。 二、阳离子硫化氢系统分析法简介 我们选择25种常见阳离子进行分析,它们包括Ag、Hg22+、Pb2+、Bi3、Cu2+、Cd2+、Hg2+、As( ),Sb( )、Sn()、Al3、Mn2+,Cr3、Fe3、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Ba2+、Sr2+、 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+所谓硫化氢系统,主要是以金属离子硫化物溶解度差异为基础的系统分析法以HCI、H2S、(NH4)2S和(NH4)2CO3为组试剂,将25种常见离子分成五个组,分组情况如表
14、I所示表1 阳离子的分组(硫化氢系统)AgCl 组Hg2Cl2 H2O2Pb2Cl 0.3mol.L-1HCl组 NH4I H2SPbS HgS 组Bi2S3 As2S3 NH3+ NH4ClCuS Sb2S3 (NH4)2 SCdS SnS2 (NH4)2 S Al(OH)3 MnS 组 Cr(OH)3 CoS Ba2+ k+ PbS HgS22- Fe2S3 NiS Ca2+ Na+ FeS ZnS Mg2+ NH4+NH4+ NH4Cl(NH4) 2CO3Bi2S3 AsS33- 组CuS SbS3.3- CdS SnS33- A组 B组 Ba CO3 Mg2+ Sr CO3 k+Ca
15、CO3 NH4+ 组 Na+ 组 “”表示沉淀或残渣,“ ” 表示溶液。 表2 阳离子的分组(两酸两碱系统)AgCl 组Hg2Cl2 H2SO4Pb2Cl 乙醇组 盐酸组 PbSO4 BaSO4 组SrSO4 CaSO4 NH3组 NH4Cl硫酸组 H2O2 Fe(OH)3 Al(OH)3 MnO(OH)3 Cr(OH)3 组 Bi(OH)3 Sb(OH)3 HgNH2Cl Sn(OH)3 HCl化为酸性 组 NaOH 氨组 Cu(OH)2 AsO43- Co(OH)2 ZnO22- Ni(OH)2 k+ Mg(OH)2 Na+ Cd(OH)2 NH4+ 组 组碱组 可溶组(一) 盐酸组(银组
16、)在阳离子的试液中加入HCl,可形成AgCl、Hg2Cl2、PbCl2的白色沉淀。由于PbCl2的溶度积较大(Ksp=1.610-5),故在本组不能沉淀完全而进入第二组。在实验操作中,要控制Cl-的用量,适当过量的Cl-有利于沉淀完全,但Cl-过量太多,则会生成Ag Cl2-,反而会使AgCl溶解度加大,实际控制HCl的浓度约为0.1mol.L-1。(二) 硫化氢组(铜锡组)分离完的一组的阳离子试液中,将HCl浓度调至0.3mol.L-1(参看例题计算),通入H2S气体,此时有PbS、Bi2S3、CuS、CdS、HgS、As2S3、Sb 2S3、SnS2八种硫化物生成。这八种硫化物可采用加入(
17、NH4)2 S试剂使之分成两个小组,以便进一步的分离和鉴定。可溶于(NH4)2 S的硫化物发生以下反应:HgSS2-HgS22- As2S33S2-2AsS33- Sb2S33S2-2SbS33-SnS2S2-SnS32-我们称这四个离子为锡组,其他硫化物不溶解,我们称之为铜组。铜组硫化物可用HNO3使之溶解,其反应以Bi2S3为例:Bi2S32NO3-8H+2 Bi33S2NO4H2O进一步的分离鉴定方法不再赘述。(三) 硫化铵组(铁组)在分离完第二组的阳离子试液中加入NH3H2O和NH4Cl,形成pH为9左右的弱碱性缓冲溶液,然后加入(NH4)2 S,则有Al(OH)3 、Cr(OH)3
18、、Fe2S3、MnS、FeS、ZnS、CoS和NiS沉淀生成。 我们看到,硫化氢系统分组法的第二、三组基本上形成硫化物沉淀,但其溶解度有比较大的差异,故可以采用控制酸度的方法,使硫化物先后沉淀出来,达到分离的目的。(四)碳酸铵组(钙组) 在与第三组相同的酸度条件下(即NH3-NH4Cl控制的缓冲体系),加入(NH4)2 CO3,得CaCO3、SrCO3、BaCO3三种难溶盐沉淀。 (五)易溶组分离第四组后的溶液中有Na+、K+、NH4+、Mg2+它们没有共同的沉淀剂,称之为易溶组。 在系统分析方案中,Fe3+、Fe2+、NH4+是直接取原始试液来进行鉴定的,这是因为分析过程中引入了含NH4+的
19、试剂同时也有些具氧化还原性物质参加反应,故铁的价态需取原始试液方能鉴定 以上简单介绍阳离子硫化氢系统分组法,了解这种分组法的分离原理,对于我们掌握常见阳离子的基本化学性质是十分重要的。关于组内进一步的分离以及对每个离子怎样设计出有效的鉴定反应在此不再详述 例题:室温下H2S在溶液中达到饱和时的平衡浓度是0.1mol.L-1,试求硫化氢系统分组法中二、三组分离对酸度的要求。(假设M10-5 mol.L-1认为沉淀完全;M0.10mol.L-1认为没有形成沉淀)解析:第二组金属离子硫化物的溶度积都非常小其中最大者是CdS,Ksp=810-27;第三组金属离子硫化物溶度积较大其中最小者是ZnS,Ks
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 分析化学 2005 四川省 化学 竞赛 教练员 培训资料 整理
限制150内