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02 第二章 滴定分析法概述.ppt

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本课件为滴定分析法概论,先说明滴定分析的定义、化学计量点与终点误差,再给出适用反应的三项条件与常用滴定方式,随后介绍基准物质的要求、标准溶液的直接法与间接法配制,最后系统讲解物质的量浓度、滴定度与含量计算的通式。

第二章滴定分析法概论教学指导页,列出滴定反应条件与滴定方式、基准物质与标准溶液等四节内容
滴定分析法教学目标页,要求了解滴定反应条件与滴定方式、掌握指示剂变色原理与滴定分析计算
滴定分析法定义页,说明标准溶液滴定至化学计量点并解释滴定剂、滴定终点与终点误差
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第1页:第二章 滴定分析法概论 教学指导

  • 滴定反应的条件与滴定方式
  • 基准物质和标准溶液
  • 标准溶液浓度的表示方法
  • 滴定分析法计算

第2页:第二章 教学目标与重点难点

教学目标
了解滴定反应的条件与滴定方式;掌握指示剂变色原理、变色区间;掌握指示剂的选择;掌握滴定分析法计算。
  • 重点与难点:滴定反应的条件与滴定方式
  • 重点与难点:指示剂的选择
  • 重点与难点:滴定分析法计算

第3页:滴定分析法的基本概念

滴定分析法
将已知准确浓度的试剂溶液即标准溶液,通过滴定管滴加到待测组分溶液中,直到两者恰好完全定量反应,根据浓度和消耗体积算出待测组分含量的方法。
滴定剂 / 滴定
滴加的溶液称为滴定剂,滴加溶液的操作过程称为滴定。
化学计量点
标准溶液与待测组分恰好定量反应完全的一点。
滴定终点
利用指示剂颜色突变或仪器测试判断化学计量点到达而停止滴定的一点。
终点误差
滴定终点与理论化学计量点不吻合所引起的误差。

第4页:滴定分析法的特点、分类与反应条件

滴定分析法常用于测定含量≥1%的常量组分,快速、简便、准确度高,在生产实际和科学研究中应用非常广泛。

  • 主要分类:酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法、沉淀滴定法
  • 条件一:反应必须定量完成,通常要求达到99.9%以上,无副反应
  • 条件二:反应速率要快,速率慢时应采取措施提高

第5页:滴定反应的条件与滴定方式

  • 条件三:能用比较简便的方法确定滴定终点,凡满足上述要求的反应均可用于滴定分析
  • 滴定方式:直接滴定之外,返滴定法、置换滴定法、间接滴定法的应用进一步扩展了滴定分析的应用范围

第6页:基准物质及其要求

基准物质
能用于直接配制或标定标准溶液的物质。实际应用中大多数标准溶液先配成近似浓度,再用基准物质标定其准确浓度。
  • 足够的纯度,≥99.9%
  • 试剂性质稳定
  • 物质的组成与化学式相符合
  • 摩尔质量应尽可能大

第7页:常用基准物质

能够满足上述要求的物质称为基准物质。滴定分析法中常用的基准物质有:

  • 邻苯二甲酸氢钾 KHC8H4O4
  • Na2B4O7·10H2O
  • 无水 Na2CO3、CaCO3
  • 金属锌、铜
  • K2Cr2O7、KIO3、As2O3、NaCl

详见表2-1所列常用基准物质及其适用对象。

第8页:常用基准物质一览表

本页为表2-1“滴定分析中常用的基准物质”,系统列出常用基准物质的名称、干燥条件及可标定的对象。

本页表格数据未从源文件提取到文字,需对照课件原图人工补充。

第9页:标准溶液的配制方法

直接法
准确称取一定量基准物质,溶解后定量转移入容量瓶,稀释至刻度摇匀,根据质量和容积计算准确浓度。
间接法
不符合基准物质条件的试剂,先配成近似所需浓度的溶液,再用基准物质或另一种标准溶液标定其准确浓度。

例如HCl易挥发且纯度不高,只能粗略配成近似浓度溶液,然后以无水碳酸钠为基准物质标定其准确浓度。

第10页:物质的量及其单位摩尔

物质的量 n
单位为摩尔(mol),一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012 kg C-12的原子数目相等。

基本单元可以是原子、分子、离子、电子及其它基本粒子,或是这些基本粒子的特定组合。物质B的物质的量与质量的关系为 nB = mB / MB(式2-1),式中mB为质量,MB为摩尔质量。

第11页:物质的量浓度

物质的量浓度 cB
简称浓度,指单位体积溶液所含溶质的物质的量。表达式为 cB = nB / V(式2-2),式中nB为物质的量,V为溶液体积。

第12页:物质的量与质量的计算关系

  • 由式(2-2)得溶质的物质的量:nB = cBV
  • 由式(2-1)得溶质的质量:mB = nBMB
  • 两式合并得:mB = cBVMB

第13页:滴定度

滴定度 T待测物/滴定剂
与1 mL滴定剂溶液相当的待测物质的质量(单位为g),单位g·mL-1。滴定消耗V mL标准溶液时,被测物质质量 m = TV(式2-5)。

例如用K2Cr2O7标准溶液测定Fe,TFe/K2Cr2O7 = 0.003489 g·mL-1,消耗滴定剂24.75 mL,则试样含铁 m = 0.003489 × 24.75 = 0.08635 g。

滴定度也可用每毫升标准溶液中所含溶质的质量表示,如TNaOH = 0.0040 g·mL-1,这种表示在配制专用标准溶液时普遍应用。

第14页:滴定分析计算的依据

滴定分析计算因选取的基本单元不同而有两种方法。若选取分子、离子或原子作为反应物的基本单元,则计算依据为:滴定到化学计量点时,各物质的物质的量之间关系恰好符合化学反应式所表示的化学计量关系。

待测物溶液体积VA、浓度cA,到达化学计量点时消耗浓度为cB的滴定剂体积VB。

第15页:溶液稀释与基准物标定

  • 浓溶液稀释为稀溶液:c1V1 = c2V2,c1、V1为稀释前的浓度和体积,c2、V2为稀释后所需浓度和体积
  • 实际应用中常用基准物质标定溶液浓度,基准物往往是固体,必须准确称取其质量m,溶解后再用于标定待测溶液浓度

第16页:例题:无水碳酸钠标定盐酸浓度

例题:准确称取基准物无水Na2CO3 0.1098 g,溶于20~30 mL水中,采用甲基橙作指示剂标定HCl溶液浓度,到达化学计量点时用去VHCl 20.54 mL,计算cHCl。(Na2CO3摩尔质量105.99 g·mol-1)

滴定反应:Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2,即 nHCl = 2nNa2CO3。

说明:原文未给出计算结果,按页中数据补算——n(Na2CO3) = 0.1098 / 105.99 ≈ 1.036×10-3 mol,c(HCl) ≈ 2 × 1.036×10-3 / 0.02054 ≈ 0.1009 mol·L-1。

第17页:重铬酸钾标定硫代硫酸钠的计量关系

用K2Cr2O7标定Na2S2O3时两者并不直接反应:酸性溶液中先由K2Cr2O7与过量KI反应析出I2,再用Na2S2O3滴定析出的I2。

  • Cr2O72- + 6I- + 14H+ → 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O
  • I2 + 2S2O32- → 2I- + S4O62-

1 mol K2Cr2O7产生3 mol I2,1 mol I2与2 mol Na2S2O3反应,故K2Cr2O7与Na2S2O3按1∶6摩尔比反应,即 nNa2S2O3 = 6nK2Cr2O7。

第18页:待测物含量的计算

若称取试样的质量为mS,测得待测物的质量为mA,则待测物A的质量分数为两者之比。

由式(2-7)并根据 nB = mB / MB 即可求得待测物的质量,进而代入质量分数表达式。

第19页:例题:工业纯碱纯度测定

例题:称取工业纯碱试样0.2648 g,用0.2000 mol·L-1的HCl标准溶液滴定,甲基橙为指示剂,消耗VHCl 24.00 mL,求纯碱的纯度。

式(2-11)是滴定分析中计算被测物含量的一般通式,按该式代入即可求得结果。

说明:原文未给出计算结果,按页中数据补算——n(HCl) = 0.2000 × 0.02400 = 4.800×10-3 mol,n(Na2CO3) = 2.400×10-3 mol,以Na2CO3(M = 105.99)计纯度约 96.1%。

第20页:纯碱纯度的计算结果

根据式(2-11)代入上页数据,即可求得工业纯碱中以Na2CO3计的质量分数。

说明:原文本页未列出算式与结果,按上页数据计算,纯碱纯度约为96.1%。

第21页:例题:铁矿石中铁含量测定

例题:称取铁矿石试样0.1562 g,试样分解后经预处理使铁呈Fe2+状态,用0.01214 mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液滴定,消耗20.32 mL,计算试样中Fe的质量分数;若用Fe2O3表示,其质量分数为多少?

反应中 nFe = 6nK2Cr2O7。

说明:原文未给出计算结果,按页中数据补算——w(Fe) ≈ 52.9%,换算为 w(Fe2O3) ≈ 75.7%。

第22页:基本单元的选取:酸碱反应

假如选取分子、离子或这些粒子的某种特定组合作为反应物的基本单元,则计算依据为:滴定到化学计量点时,被测物质的物质的量与标准溶液的物质的量相等。

对于质子转移的酸碱反应,根据反应中转移的质子数确定基本单元,即以转移一个质子的特定组合作为基本单元。例如H2SO4与NaOH的反应中,NaOH转移一个质子取NaOH为基本单元,H2SO4转移两个质子取½H2SO4为基本单元。

第23页:质子转移数与物质的量相等

由于反应中H2SO4给出的质子数必定等于NaOH接受的质子数,因此根据质子转移数选取基本单元后,酸碱反应到达化学计量点时两反应物的物质的量相等。

第24页:氧化还原反应的基本单元

氧化还原反应是电子转移的反应,其基本单元的选取应根据反应中转移的电子数。

例如KMnO4与Na2C2O4的反应中,MnO4-得到五个电子,C2O42-失去两个电子,因此选取⅕KMnO4和½Na2C2O4作基本单元,1 mol氧化剂和1 mol还原剂反应时转移1 mol电子。

第25页:例题:高锰酸钾溶液浓度标定

例题:称取0.1500 g Na2C2O4基准物,溶解后在强酸溶液中用KMnO4溶液滴定,用去20.00 mL,计算该溶液的浓度 cKMnO4。

分别选取⅕KMnO4、½Na2C2O4作基本单元,反应到达化学计量点时两反应物物质的量相等。

说明:原文未给出计算结果,按页中数据补算——n(Na2C2O4) = 0.1500 / 134.00 ≈ 1.119×10-3 mol,n(KMnO4) = 2/5 × n(Na2C2O4) ≈ 4.478×10-4 mol,c(KMnO4) ≈ 0.02239 mol·L-1。

第26页:两种计算方法的比较与结论

选择基本单元的标准不同,所列计算式也不相同。总之:

  • 取一个分子或离子作为基本单元时,列出反应物A、B的物质的量nA与nB的数量关系要考虑反应式的系数比
  • 从反应式系数出发,以分子或离子的某种特定组合为基本单元(如½H2SO4、1/6 KBrO3)时,则 nA = nB
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