WB01 定量化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)講稿

1、實(shí)驗(yàn)一基本操作一、定量化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)的目的和要求1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆治龌瘜W(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)分析化學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此定量化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)應(yīng)達(dá)到下述目的：（1）正確、熟練地掌握定量化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)的基本操作技術(shù)，充實(shí)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)，學(xué)習(xí)并掌握典型的分析方法。（2）充分運(yùn)用所學(xué)的分析化學(xué)理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)、動(dòng)手能力和統(tǒng)籌能力。（3）確立“量”的概念、“誤差”（尤其是相對(duì)誤差）的概念和“有效數(shù)字”的概念，了解并掌握影響分析結(jié)果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)會(huì)正確、合理地選擇實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)儀器，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。正確掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。（4）訓(xùn)練和考查理論聯(lián)系實(shí)際

2、、獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。（5）培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)。（6）整個(gè)實(shí)驗(yàn)課的過程中，都著重于培養(yǎng)科學(xué)工作者應(yīng)有的基本素質(zhì)。為以后從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。所以，學(xué)習(xí)者應(yīng)珍視每堂實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。2、實(shí)驗(yàn)要求定量分析實(shí)驗(yàn)，它有別于一般觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、驗(yàn)證某一化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。它強(qiáng)調(diào)的是，每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)對(duì)所測(cè)試樣，獲得準(zhǔn)確可靠的分析測(cè)定結(jié)果。為此，要求實(shí)驗(yàn)者，在整個(gè)分析實(shí)驗(yàn)過程中，始終樹立一個(gè)“量”的觀念。因?yàn)椋總€(gè)實(shí)驗(yàn)都由多個(gè)操作步驟所構(gòu)成，而每一步操作都可能對(duì)測(cè)定結(jié)果帶來影響，產(chǎn)生誤差。例如，稱量、試樣分解、試液轉(zhuǎn)移、分析測(cè)定和數(shù)據(jù)處理等等環(huán)節(jié)中，如不注意規(guī)

3、范操作或粗心大意、馬虎了事，都將造成實(shí)驗(yàn)的最后結(jié)果不正確。為達(dá)到上述教學(xué)目的，提出以下要求：（1）分析結(jié)果要準(zhǔn)確。為此，實(shí)驗(yàn)過程中一定要認(rèn)真操作，要做到“手到、眼到、心到”。（2）必須有專門的實(shí)驗(yàn)記錄本，用于寫預(yù)習(xí)報(bào)告及記錄所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：課前必須進(jìn)行預(yù)習(xí)，理解實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，明確實(shí)驗(yàn)順序，做好必要的預(yù)習(xí)記錄。未預(yù)習(xí)者不得進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。預(yù)習(xí)報(bào)告要求簡(jiǎn)單、明了、重點(diǎn)突出。（寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上，老師批閱，存檔）所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尤其是各種測(cè)量的原始數(shù)據(jù)，必須隨時(shí)記錄在實(shí)驗(yàn)記錄本上，不得記在其他任何地方，不得涂改原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（實(shí)事求是）。（3）保持室內(nèi)安靜，以利于集中精力做好實(shí)驗(yàn)。保持實(shí)驗(yàn)臺(tái)面清潔，儀器

4、擺放整齊、有序。（4）注意節(jié)約使用試劑、純水及自來水等。比如，洗儀器用水要遵循“少量多次”的原則。（5）愛護(hù)儀器，并保管好儀器，做好儀器使用登記。（6）每次實(shí)驗(yàn)完成后，須登記好實(shí)驗(yàn)結(jié)果后才能離開實(shí)驗(yàn)室。二、熟悉電子分析天平的基本操作，掌握減量法稱樣的技術(shù)三、介紹滴定管的使用1、滴定管的準(zhǔn)備（洗滌、檢漏及處理方法）2、裝液（滴定管氣泡的清除、初讀液面的調(diào)整、讀數(shù)的正確方法）3、滴定操作（酸式、堿式及操作注意事項(xiàng)）實(shí)驗(yàn)4-1 酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定1 基本原理酸堿滴定法是以酸堿反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法，一些能與酸或堿起定量反應(yīng)的物質(zhì)，在反應(yīng)等計(jì)量點(diǎn)具有明顯pH值變化時(shí)，均可用酸堿滴定法測(cè)定。酸堿

5、滴定法常用的標(biāo)準(zhǔn)溶液是鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液。由于濃鹽酸易揮發(fā)，固體的氫氧化鈉容易吸收空氣中水分和CO2，因此，一般先將它們配成近似需要濃度的溶液，然后選用適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定其準(zhǔn)確濃度。酸堿滴定法的標(biāo)準(zhǔn)溶液，通常只要標(biāo)定其中一種即可，另一種濃度則可進(jìn)行兩者的相互滴定，由兩者的體積比計(jì)算出來。本實(shí)驗(yàn)選用鄰苯二甲酸氫鉀來標(biāo)定NaOH溶液。滴定產(chǎn)物是呈弱堿性的C8H4O42，選用酚酞作指示劑。鹽酸濃度可通過HCl和NaOH的相互滴定，由兩者的體積比計(jì)算出來。2. 試劑： 用量筒取加鹽酸和蒸餾水（試劑瓶無刻度）。3. 酸堿溶液的相互滴定31 操作步驟: 要求掌握好終點(diǎn)的確定（注意觀察顏色的突變）和結(jié)果

6、的精密度。32 酸堿滴定管的使用（講解+示范）酸堿滴定管的準(zhǔn)備、操作溶液的裝入（潤(rùn)洗、氣泡的排除）、滴定管的讀數(shù)（必須讀到小數(shù)點(diǎn)后第二位，即估計(jì)到0.01mL）、滴定管的操作方法、滴定操作方法。4. NaOH溶液濃度的標(biāo)定4.1 操作步驟4.2 光電天平的使用及差減法稱量方法：可讓一同學(xué)操作，其他同學(xué)進(jìn)行判斷并隨時(shí)糾正，教員講評(píng)。要點(diǎn)：（1）粗稱（臺(tái)秤） （2）稱量瓶拿法、用稱量瓶倒物體方法 （3）取放物體、旋轉(zhuǎn)升降鈕及機(jī)械加碼時(shí)，動(dòng)作要輕。 （4）稱量時(shí)，待標(biāo)尺穩(wěn)定后，再讀數(shù)。 （5）使用完天平后，將儀器恢復(fù)原樣（將物體取出，砝碼放回砝碼盒中，關(guān)好邊門，將環(huán)碼指數(shù)盤恢復(fù)到零位置）。5. 注意

7、事項(xiàng)（1） 滴定管是否有漏滴現(xiàn)象？（2） 滴定管尖端部分是否有氣泡存在？（3） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括： 實(shí)驗(yàn)原理（用自己的語言簡(jiǎn)潔、中肯地表達(dá)出來）； 步驟、數(shù)據(jù)處理（按照書上144-145頁的格式書寫）； 誤差分析 思考題實(shí)驗(yàn)4-2 銨鹽中氮含量的測(cè)定1 講評(píng)實(shí)驗(yàn)4-1中出現(xiàn)的問題：（1） 某些同學(xué)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)和實(shí)驗(yàn)柜中物品擺放無序，出現(xiàn)了碰倒、摔壞儀器的情況。（2） 公用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有亂扔稱量紙、藥品的現(xiàn)象；（3） 蒸餾水使用較浪費(fèi)；（4） 天平使用完后未復(fù)原，還有砝碼在稱盤上。裹稱量瓶的紙條也隨手扔在天平旁邊，未歸還原位置；（5） 分析結(jié)果精密度較差的同學(xué)，應(yīng)分析誤差的原因。2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1 原理

8、間接滴定法之甲醛法：簡(jiǎn)便快速，廣泛使用。銨鹽是重要的化工原料，也用作化肥，其中對(duì)農(nóng)作物的有效成分是氮，工業(yè)生產(chǎn)中常用甲醛法酸堿滴定測(cè)定銨鹽中的含氮量。這些銨鹽是強(qiáng)酸弱堿鹽，它們易溶于水，但NH4+的酸性太弱（Ka=5.6×10-10），直接用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定有困難。 當(dāng)銨鹽與甲醛反應(yīng)時(shí)，可生成質(zhì)子化的六次甲基四胺和游離的H+，如下反應(yīng)：4NH4+ + 6HCHO = (CH2)6N4H+ + 3H+ + H2O 此反應(yīng)定量進(jìn)行，所生成的(CH2)6N4H+ (Ka=7.1×10-6 ) 和H+可用NaOH溶液直接滴定，以酚酞作指示劑，滴定至溶液呈穩(wěn)定的微紅色時(shí)，即為終點(diǎn)

9、。4NH4+ (CH2)6N4H+ + 3H+ 4 NaOH1 14mol NH4+置換出4mol H+，消耗4mol NaOH，即1mol NH4+與1mol NaOH相當(dāng)。根據(jù)此點(diǎn)，可列出氮含量求算的計(jì)算式。2.2 試劑： 市售甲醛（40%）2.3 甲醛溶液的預(yù)處理（ 提問：為什么要進(jìn)行此步？）2.4 銨鹽試樣含氮量測(cè)定（1） 提問：測(cè)定含氮量所消耗的NaOH溶液的體積，應(yīng)從哪步開始讀數(shù)？ 快近終點(diǎn)時(shí)，顏色變化為什么是紅黃淡紅色？（2） 講解：容量瓶、移液管的正確使用3. 注意事項(xiàng)（1） 記好自己所稱銨鹽試樣的標(biāo)號(hào)（稱量瓶上）；（2） 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)4-4；（3） 實(shí)驗(yàn)完成后，將剩余HCl和Na

10、OH溶液中和后，倒入下水道。實(shí)驗(yàn)4-4 水的總硬度的測(cè)定1 講評(píng)2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1 原理水的硬度是一種比較古老的概念，最初是指水沉淀肥皂的能力，使肥皂沉淀的主要原因是水中鈣鎂離子的總濃度。硬水對(duì)工業(yè)影響很大。例如，作為鍋爐用水生成的鍋垢影響傳熱，浪費(fèi)燃料，堵塞管道等等。各種工業(yè)對(duì)水的硬度都有一定的要求。硬水都要進(jìn)行軟化處理才能在工業(yè)上使用。飲用硬度過高的水會(huì)影響腸胃消化功能。采用絡(luò)合滴定法測(cè)量鈣、鎂含量，方法簡(jiǎn)便快速。在pH=10的氨性緩沖溶液中，以鉻黑T（EBT）為指示劑用EDTA直接滴定水中的鈣、鎂，直至溶液由紫紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樘m色即達(dá)終點(diǎn)。由于EBT與Ca、Mg形成的絡(luò)合物穩(wěn)定性不同：KMg-

11、EBT >KCa-EBT。由于EBT與Mg2+顯色反應(yīng)的靈敏度高，與Ca2+ 顯色反應(yīng)的靈敏度低，所以當(dāng)水樣中Mg2+含量較低時(shí)，用EBT作指示劑往往得不到敏銳的終點(diǎn)。這時(shí)可在未標(biāo)定的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入適量Mg2+，或在緩沖溶液中加入一定量MgEDTA鹽，利用置換滴定法原理改善終點(diǎn)。置換反應(yīng)： MgY + Ca2+ CaY + Mg2+ Mg2+ + EBT = Mg-EBT Mg-EBT（紫紅色） + Y = MgY + EBT（蘭色）2.2 試劑（1） EDTA：乙二胺四乙酸二鈉鹽的溶液（2） CaCO3標(biāo)準(zhǔn)溶液：應(yīng)防止反應(yīng)太快，使溶液濺出。反應(yīng)完后，應(yīng)用蒸餾水將表面皿背面吹洗3

12、-4遍。（3） Mg-EDTA溶液： 思考題3。2.3 EDTA溶液的標(biāo)定 提問：加入Mg-EDTA的作用？2.4 水樣的分析3 注意事項(xiàng) 絡(luò)合滴定確定終點(diǎn)的反應(yīng)是置換反應(yīng)，速度較慢，因此臨近終點(diǎn)時(shí)要充分振蕩，滴定速度放慢，以防滴過。實(shí)驗(yàn)4-8 銅鹽中銅的測(cè)定（碘量法）1 講評(píng)2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1 原理碘量法是無機(jī)物和有機(jī)物分析中應(yīng)用都比較廣泛的一種氧化還原滴定法。很多含銅物質(zhì)（銅礦、銅鹽、銅合金）中銅含量的測(cè)定都采用間接碘量法。其測(cè)定依據(jù)是：在中性或弱酸性（pH34）的條件下，Cu2+可以被KI還原為CuI，并定量析出I2。反應(yīng)產(chǎn)生的I2以淀粉為指示劑，用Na2S203標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色消失時(shí)

13、為終點(diǎn)。由于Na2S203溶液不穩(wěn)定，易分解，使用前需要標(biāo)定。通常用K2Cr2O7作基準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定Na2S203溶液的濃度。K2Cr2O7先與KI反應(yīng)析出I2，析出的I2再用K2Cr2O7溶液滴定。Cr2O72-與I-反應(yīng)較慢，為了加快反應(yīng)速度，保證反應(yīng)的定量進(jìn)行，通常把酸度控制在0.2-0.4M（強(qiáng)酸條件），暗處放置5分鐘，使反應(yīng)完全。還有加大I-的濃度，生成I3-離子。Question：反應(yīng)為什么應(yīng)在弱酸性或中性溶液中進(jìn)行？堿性條件下發(fā)生副反應(yīng)，使結(jié)果偏低。強(qiáng)酸條件下，使結(jié)果偏高。 KI為什么要過量？ I-不僅是還原劑，也是Cu+的沉淀劑和I2的絡(luò)合劑。加入過量的KI，一是為了加快反應(yīng)的速度

14、和提高反應(yīng)的完全程度。二是，I-與I2形成I3-，增大I2溶解度，降低I2揮發(fā)性。 臨近終點(diǎn)時(shí)為什么要加入KSCN或NH4SCN？2.2 試劑Na2S203溶液：分解原因是由于CO2、O2、微生物及光線的作用。配制時(shí)使用新煮沸過已冷卻的蒸餾水，棕色瓶保存。2.3 Na2S203溶液標(biāo)定碘量法滴定最好使用碘量瓶，或用錐形瓶+表面皿。即可防止生成的I2揮發(fā)，也可以減少I-被空氣中O2氧化。光線也會(huì)促使I-的氧化，所以放在暗處。 加水稀釋原因：稀釋主要是為了使溶液的酸度降低，使用于Na2S203滴定I2（pH34）。 為防止I2的揮發(fā)，剛開始滴定時(shí)速度可以稍快，但要避免劇烈搖動(dòng)，即慢搖快滴。快到終點(diǎn)

15、時(shí)，要慢滴，以防滴定過量。 淀粉指示劑應(yīng)在滴定終點(diǎn)前加入。 滴定結(jié)束后，如果溶液放置5分鐘之內(nèi)變蘭色，實(shí)驗(yàn)失敗，應(yīng)重做。2.3 銅鹽中銅含量的測(cè)定 NH4SCN應(yīng)在接近終點(diǎn)時(shí)加入。 生成的CuI沉淀往往略帶粉紅色，這與沉淀顆粒大小有關(guān)。實(shí)驗(yàn)4-10 氯化物含量的測(cè)定（莫爾法）1 講評(píng)2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1 原理 利用沉淀滴定法測(cè)定氯化物中氯含量，包括莫爾法、佛爾哈德法和法揚(yáng)司法三種。莫爾法是在中性或弱堿性（pH 6.510.5）溶液中，以K2CrO4為指示劑，用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定Cl-，稍過量的AgNO3與K2CrO4反應(yīng)生成磚紅色沉淀以指示終點(diǎn)。 從AgCl和Ag2CrO4的溶度積比較得：Ag2CrO4比AgCl溶度積小，但Ag2CrO4溶解度比AgCl反而大。所以用滴定時(shí)，溶液中先析出AgCl沉淀，過量的Ag-再與CrO42-生成磚紅色沉淀。 提問： （1）為什么莫爾法滴定時(shí)，溶液酸度必須控制在6.510.5？ 酸性太強(qiáng)，Ag2CrO4會(huì)溶解，無法指示終點(diǎn)。Ag2CrO4 + H+ 2Ag+ + HCrO4- 堿性太強(qiáng)，A