無機(jī)分析教案不可第14章

1、1第十四章 滴定分析法概述教案(教案提供:)一、教學(xué)內(nèi)容：第十四章滴定分析法概述二、教學(xué)目的：掌握化學(xué)計(jì)量點(diǎn)、滴定終點(diǎn)及終點(diǎn)誤差的基本概念；掌握滴定分析對(duì)化學(xué)反應(yīng)的要求及滴定方式；掌握標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法、基準(zhǔn)物質(zhì)的用途及其應(yīng)符合的條件,了解常用基準(zhǔn)物質(zhì)的干燥條件和應(yīng)用范圍;掌握滴定度的表示方法;掌握滴定分析的定量依據(jù)及各種計(jì)算。三、教學(xué)重點(diǎn)：化學(xué)計(jì)量點(diǎn)、滴定終點(diǎn)及終點(diǎn)誤差的基本概念；滴定分析對(duì)化學(xué)反應(yīng)的要求及滴定方式；標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法、基準(zhǔn)物質(zhì)的用途及其應(yīng)符合的條件；滴定度的表示方法；滴定分析的定量依據(jù)及各種計(jì)算。四、學(xué)習(xí)難點(diǎn)：滴定方式，基準(zhǔn)物質(zhì)的用途及其應(yīng)符合的條件，滴定度的表示方法；滴定

2、分析的定量依據(jù)及各種計(jì)算。五、教學(xué)方法：重點(diǎn)講授+練習(xí)教學(xué)進(jìn)程新課導(dǎo)入：滴定分析法是化學(xué)分析中重要的分析方法之一，主要用于常量組分的測(cè)定，有時(shí)也可以測(cè)定微量組分。與重量分析比較，滴定分析法操作簡(jiǎn)便、快速，準(zhǔn)確度也比較高。一般情況下測(cè)定的相對(duì)誤差約為0.1。因此具有很大的實(shí)用價(jià)值。第十四章滴定分析法概述幾個(gè)概念滴定分析法：將已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液用滴定管滴加到被測(cè)物質(zhì)的溶液中，直到所加試劑與被測(cè)物質(zhì)按照反應(yīng)式的化學(xué)計(jì)量關(guān)系反應(yīng)完全時(shí)為止，然后根據(jù)所用試劑溶液的體積和濃度算出被測(cè)成分的含量。滴定劑：由滴定管滴加到被測(cè)物質(zhì)溶液中去的試劑溶液滴定：將滴定劑通過滴定管逐滴地加到被滴定物質(zhì)溶液中的操作過程

3、。標(biāo)準(zhǔn)溶液：已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液化學(xué)計(jì)量點(diǎn)：當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溶液與被測(cè)物質(zhì)按照反應(yīng)式的化學(xué)計(jì)量關(guān)系恰好反應(yīng)完全時(shí)。滴定終點(diǎn)：指示劑變色終止滴定時(shí)。終點(diǎn)誤差：由于指示劑不一定恰好在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)變色，所以化學(xué)計(jì)量點(diǎn)與滴定終點(diǎn)不一定恰好吻合，由此引起的誤差。滴定分析的相對(duì)誤差為0.1第一節(jié) 滴定分析對(duì)化學(xué)反應(yīng)的要求及滴定方式一、滴定分析對(duì)化學(xué)反應(yīng)的要求能用于滴定分析的化學(xué)反應(yīng)必須具備以下條件：（1）反應(yīng)要定量地完成。即按一定的反應(yīng)式進(jìn)行，無副反應(yīng)，反應(yīng)的完全程度達(dá)到 99.9以上。2反應(yīng)要迅速。能在瞬間完成，有些較慢的反應(yīng)，可通過加熱或加催化劑等方法來提高反應(yīng)速率。有適當(dāng)?shù)闹甘镜味ńK點(diǎn)的方法。如利用合適的指

4、示劑或其它方法。滴定方式直接滴定法 如果標(biāo)準(zhǔn)溶液與被測(cè)物質(zhì)的反應(yīng)能夠滿足以上條件，就可以用標(biāo)準(zhǔn)溶液直接滴定被測(cè)物質(zhì)，這種方式叫直接滴定法。它是最基本和最常用的方式。例如用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定HCl溶液，用O4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Fe2+溶液等。返滴定法 當(dāng)?shù)味▌┡c被測(cè)物質(zhì)反應(yīng)較慢，或找不到合適的指示劑，或被滴定物為固體時(shí)，可先往被測(cè)物質(zhì)中準(zhǔn)確地加入過量標(biāo)準(zhǔn)溶液，待反應(yīng)完成后，再用標(biāo)準(zhǔn)溶液作滴定劑滴定剩余的標(biāo)準(zhǔn)溶液, 此稱為返滴定法。例如測(cè)定石灰石中的CaCO3時(shí)，可在樣品中準(zhǔn)確加入過量HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液，待反應(yīng)完全后，再用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴定剩余的HCl，根據(jù)HCl與NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的量即可算出Ca

5、CO3的含量。置換滴定法 當(dāng)反應(yīng)不能按一定的反應(yīng)式進(jìn)行時(shí)，可先用適當(dāng)?shù)脑噭┡c待測(cè)物反應(yīng)，置換出一種能被滴定的生成物，然后再用標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定此生成物，這種滴定方式稱為置換滴定法。例如在酸性溶液中，K2Cr2O7會(huì)將S2O32-氧化為S4O62-及SO42-等的混合物，它們之間沒有一定的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，所以不能用Na2S2O3直接滴定K2Cr2O7。但是若在K2Cr2O7的酸性溶液中加入過量KI，則K2Cr2O7與KI定量反應(yīng)。Cr2O72- + 6I- + 14H+ 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O生成的I2可以用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，其反應(yīng)式如下：2S2O32- + I2 S4O62-

6、+ 2I-間接滴定法 當(dāng)被測(cè)物質(zhì)不與滴定劑直接起反應(yīng)時(shí)，可以利用既能和被測(cè)物質(zhì)直接起反應(yīng)又能和滴定劑直接起反應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行滴定，從而間接地測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的含量，稱為間接滴定法。例如Ca2+不能直接用氧化劑或還原劑滴定，但可先利用C2O42- 使Ca2+ 沉淀為 CaC2O4，過濾、將沉淀洗凈后用H2SO4溶解，再用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定生成的H2C2O4，從而間接測(cè)定Ca2+。第二節(jié) 滴定分析的標(biāo)準(zhǔn)溶液一、標(biāo)準(zhǔn)溶液和基準(zhǔn)物質(zhì)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的方法：有兩種方法，即直接法和間接法。1. 直接法 準(zhǔn)確稱取一定量的基準(zhǔn)物質(zhì)，溶解后定量轉(zhuǎn)移到容量瓶中，稀釋、定容到一定體積，計(jì)算出該物質(zhì)的準(zhǔn)確濃度。配制方法：準(zhǔn)確

7、稱量，無損轉(zhuǎn)移，精確定容，充分搖勻?；鶞?zhǔn)物質(zhì)：能用直接法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液或標(biāo)定溶液濃度的物質(zhì)。 基準(zhǔn)物質(zhì)必須具備的條件：(1)物質(zhì)的組成應(yīng)與化學(xué)式完全相符合（包括結(jié)晶水）。 (2)純度高。一般要求純度大于 99.9。(3)物質(zhì)的性質(zhì)必須穩(wěn)定。例如烘干時(shí)不分解，稱量時(shí)不吸濕，不吸收空氣中的CO2，不被空氣氧化等。3(4)試劑參加滴定反應(yīng)時(shí)按反應(yīng)式定量進(jìn)行，沒有副反應(yīng)。除以上條件外，為了減小稱量的相對(duì)誤差，最好還要有較大的摩爾質(zhì)量。常用基準(zhǔn)物質(zhì)見表 14.1說明：基準(zhǔn)物質(zhì)不但用于直接法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，還可以用于標(biāo)定溶液的濃度。2. 間接法又稱標(biāo)定法：此法是先粗略地配制成接近所需濃度的溶液，然后通過標(biāo)定來

8、測(cè)定它的準(zhǔn)確濃度。即粗稱量，粗配制，然后標(biāo)定。例如欲配制 0.1molL-1NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液，先配成約為 0.1molL-1的溶液（質(zhì)量用臺(tái)天平稱取，體積用量筒量?。?，然后用該溶液滴定經(jīng)分析天平準(zhǔn)確稱量的KHC8H4O4基準(zhǔn)物質(zhì)，根據(jù)兩者完全作用時(shí)NaOH溶液的用量和KHC8H4O4的質(zhì)量算出NaOH溶液的濃度。說明：有時(shí)，也可以用另一種標(biāo)準(zhǔn)溶液來標(biāo)定，不過這種標(biāo)定方法不如用基準(zhǔn)物質(zhì)直接標(biāo)定好二、標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的表示方法物質(zhì)的量濃度c(B)滴定度T(B/A) 滴定度表示 體積標(biāo)準(zhǔn)溶液A所相當(dāng)?shù)谋粶y(cè)物質(zhì)B的質(zhì)量 ，符號(hào)為T（B/A）,為g mL-1 。例如, 用來測(cè)定 Fe 含量的K2Cr2O7

9、標(biāo)準(zhǔn)溶液，若它的滴定度 T （ Fe/K2Cr2O7 ） = 0.005580gmL-1，則表示 1mL K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于 0.005580gFe。若用此K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定某試樣中Fe的含量時(shí)用去 22.50mL，則試樣中Fe的含量為 0.005580 gmL-122.50mL = 0.1256g另一種表示方法：當(dāng)每次測(cè)定所稱取試樣的質(zhì)量固定不變時(shí)，滴定度還可用 1mL標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。例如某 K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液的T（Fe/K2Cr2O7）=0.0100/mL，表示稱取某固定量的試樣用此溶液滴定時(shí)，每消耗 1mL K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于試樣的含

10、量為 1.00。三、滴定分析的計(jì)算一、滴定分析計(jì)算的依據(jù)和基本公式設(shè)滴定劑 A 與被測(cè)物質(zhì) B 的反應(yīng)為aA + bB cC + dD當(dāng)?shù)味ǖ竭_(dá)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，A 和 B 剛好作用完全，此時(shí)所消耗的 A 的物質(zhì)的量 n(A)和 B 的物質(zhì)的量 n(B)之比等于它們的化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比：n(A) : n(B) a :bb或 n(B) = a n(A)(14.1)根據(jù)物質(zhì)的量 n 和溶液的濃度 c 、體積 V 及物質(zhì)的質(zhì)量 m 之間的關(guān)系，由式（14.1）c(B)V(B) =m(B) = b c(A)V(A)(14.2)M (B)a4可舉例用已知濃度的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定H2SO4溶液的濃度，其反應(yīng)式

11、為H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O當(dāng)?shù)味ㄟ_(dá)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，c(H SO ) V(H SO ) = 1 c(NaOH)V(NaOH)24242c(H SO ) = c(NaOH)V (NaOH)242V (H SO )24又如返滴定法測(cè)定氨水中的NH3含量時(shí), 取一定體積(Vs)氨水加到過量的HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液中, 剩余的HCl用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴定, 則c(HCl)V (HCl) - c(NaOH)V (NaOH)c(NH3) =VS稀釋公式：c1V1 = c2V2(14.3)式（14.2）還可用于計(jì)算配制一定濃度和體積的溶液時(shí)所需試劑的質(zhì)量。根據(jù)物質(zhì) B 的濃度 c(B)和

12、體積 V(B)及摩爾質(zhì)量 M(B)，由式（14.2）可知, 所需試劑的質(zhì)量m(B) = c(B)V(B) M(B)(14.4)在計(jì)算試樣中含被測(cè)物質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(B)時(shí)，若稱取試樣的質(zhì)量為ms，根據(jù)式(14.2)m(B)bc(A)V (A)M (B)w(B) =m=am(14.5)ss計(jì)算中涉及到兩個(gè)或兩個(gè)以上的反應(yīng)時(shí),應(yīng)從總的反應(yīng)中找出實(shí)際參加反應(yīng)的物質(zhì)的量之間的關(guān)系。例如在酸性溶液中以K2Cr2O7為基準(zhǔn)物標(biāo)定Na2S2O3溶液的濃度時(shí)，反應(yīng)分兩步進(jìn)行: 首先，在酸性溶液中K2Cr2O7與過量的KI反應(yīng)析出I2：(1)Cr O 2- + 6I- + 14H+ 2Cr3+ + 3I2 +

13、7H2O27然后用Na2S2O3溶液滴定析出的I2：(2)2S O 2- + I2 S O 2- + 2I-2346在反應(yīng)（1）中I-被氧化為I2，在反應(yīng)（2）中I2又被還原為I-，結(jié)果并未發(fā)生變化。實(shí)際上總的反應(yīng)相當(dāng)于K2Cr2O7氧化了Na2S2O3。 在反應(yīng)（1）中，1mol K2Cr2O7與 6mol I- 反應(yīng)生成了 3mol I2 ，而在反應(yīng)（2）中 1mol I2 和 2mol Na2S2O3反應(yīng)。由此可知，K2Cr2O7與Na2S2O3反應(yīng)時(shí)物質(zhì)的量之比為 16 ， 故n(Na2S2O3) =6 n(K2Cr2O7)。又如用KMnO4法測(cè)定Ca2+時(shí)，經(jīng)過以下幾步反應(yīng)：(1)C

14、a2+ + C O 2- CaC2O4 24(2)CaC2O4 + 2H+ Ca2+ + H2C2O45(3)2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O此處Ca2+ 與 C2O42- 反應(yīng)的物質(zhì)的量之比是 11,而C2O42-與KMnO4反應(yīng)的物質(zhì)的量之比是 52 , 故n(Ca2+) = 5 n(KMnO )24四、計(jì)算實(shí)例物質(zhì)的量濃度與滴定度之間的換算例 1有一KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，已知其濃度為 0.02010molL-1 ，求其T(Fe/KMnO4)和T(Fe2O3/KMnO4)。解 此滴定反應(yīng)是5Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5Fe3+

15、 + Mn2+ + 4H2On(Fe) = 5n(KMnO4)n(Fe O ) = 5 n(KMnO )2 324T(Fe/KMnO ) =m(Fe)= n(Fe)M (Fe) = 5n(KMnO4 )M (Fe)4V (KMnO )V (KMnO )V (KMnO )4445c(KMnO )V (KMnO )M (Fe)=44V (KMnO 4 )5 0.02010 mol L1 1 10-3 L 55.85 g mol-1=1mL=0.005613gmL-15 c(KMnO )V (KMnO )M (Fe O )T(Fe O /KMnO ) = 244232 34V (KMnO )45 0

16、.02010 mol L1 1 10-3 L 159.7 g mol-1= 21mL=0.008025gmL-1配制溶液的計(jì)算例3欲配制 0.02000molL-1K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液 250.0mL，問應(yīng)稱取 K2Cr2O7多少克？解 用直接法配制該標(biāo)準(zhǔn)溶液，需準(zhǔn)確稱取基準(zhǔn)K2Cr2O7，并定容至 250.0mL。m(K2Cr2O7) = c(K2Cr2O7)V(K2Cr2O7)M(K2Cr2O7)= (0.020000.2500294.18)g= 1.471g例 425.00mL H2SO4溶液需要用 40.00mL的NaOH來中和, NaOH的濃度為 0.1500molL-1, 求H2

17、SO4的濃度。解H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O6H2SO4與 NaOH的化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比為 12。由式（14.2）c（H SO ）V（H SO ）= 1 c(NaOH)V (NaOH)24242c(NaOH)V (NaOH)0.1500 mol L-1 40.00 mLc(H 2SO 4 ) 2V (H SO )2 25.00 mL24= 0.1200molL-1例 5 標(biāo)定HCl溶液時(shí),稱取硼砂(Na2B4O710H2O)0.4703g, 用HCl溶液滴定至終點(diǎn), 消耗HCl溶液 25.20mL, 求此HCl溶液的濃度。解 硼砂與 HCl 的反應(yīng)為Na2B4O7 +

18、2HCl + 5 H2O 4H3BO3 + 2NaCl由式（14.2）m(Na 2 B4 O7 10 H 2O) = c(HCl)V (HCl)M (Na 2 B4 O7 10 H 2 O)2c(HCl) =2m(Na 2 B4 O7 10 H 2 O)M (Na 2 B4 O7 10 H 2 O)V (HCI)=2 0.4703 g381.37 g mol-1 0.02520 L= 0.09787molL-14. 稱量范圍的估算例 6 測(cè)定鐵礦中的鐵含量時(shí),稱出樣品后用酸溶解,并將Fe3+還原為Fe2+,然后在一定條件下用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Fe2+。已知該鐵礦的含鐵量約為 70,所用

19、K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為 0.01643molL-1, 若要使消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液控制在40mL 之內(nèi), 問最多只能稱取多少克鐵礦樣品?并計(jì)算稱量的相對(duì)誤差是多少?解 滴定反應(yīng)為Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O由式（14.2）m(Fe) = 6c(Cr O 2- )V (Cr O 2- )M (Fe)2727m (Fe) = 6c( Cr O 2- )V( Cr O 2- )M(Fe)2727= 60.01643molL-10.040L55.85gmol-10.22g鐵礦的質(zhì)量最多為 0.2270 = 0.31g70.0002 g稱量相對(duì)誤

20、差(Er) = 0.31g = 0.016例7 用無水Na2CO3來標(biāo)定0.1molL-1HCl, 如果要使滴定時(shí)消耗的HCl在 2535mL,無水Na2CO3的稱量范圍是多少?解 由式(14.2)m(NaCO3 ) = c(HCl)V (HCl)M (Na 2CO3 )2設(shè) 25mLHCI消耗的Na2CO3質(zhì)量為m1，35mLHCl消耗的Na2CO3質(zhì)量為m2，則c(HCl)V (HCl)M (Na CO )0.1mol L-1 0.025 L106 g mol-1m1 = 23 =220.13gc(HCl)V (HCl)M (NaCO )0.1mol L-1 0.035 L106 g mol-1m2 = 3 =220.19g故Na2CO3的質(zhì)量范圍為 0.130.19g5. 分析結(jié)果的計(jì)算例 9 用KMnO4法測(cè)定硫酸亞鐵 的含量。稱取試樣 0.8239g,滴定時(shí)消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液 30.27mL, KMnO4濃度為 0.01948molL-1。計(jì)算鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。解 滴定反應(yīng)為MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + H2O由式(14.5)得w(Fe)=m(Fe) = 5c(KMnO 4