页数:78页文件大小:686.5 KB来源: 分析化学ppt课件
本课件梳理分析化学常用法定计量单位与溶液浓度的六种表示方法,给出一般溶液的配制计算;以滴定分析的化学计量关系演练标准溶液配制、标定与滴定度换算,并讲解可疑值取舍与平均值的置信区间。
化验分析数据处理及结果计算
本章讲述分析化学法定计量单位与计算基础、溶液浓度与滴定度表示、滴定分析法计算,以及分析结果的判断与数据处理。
教学指导
第一节 分析化学法定计量单位及计算基础——一、法定计量单位
1971 年第 14 届国际计量大会规定的 SI 基本单位:
| 量的名称 | 单位名称 | 符号 |
|---|---|---|
| 长度 | 米 | m |
| 质量 | 千克(公斤) | kg |
| 时间 | 秒 | s |
| 电流 | 安[培] | A |
| 热力学温度 | 开[尔文] | K |
| 物质的量 | 摩[尔] | mol |
| 光强度 | 坎[德拉] | cd |
二、分析化学中常用法定计量单位——1、物质的量
例题:
2、质量:习惯上称为重量,用符号 m 表示,单位为 kg,在分析化学上常用 g、mg 和 μg 表示。
换算关系:1 kg=1000 g;1 g=1000 mg;1 mg=1000 μg。
3、体积:体积或容积用符号 V 表示,SI 单位为立方米(m3),在分析化学上常用 L、mL 和 μL 表示。
换算关系:1 m3=1000 L;1 L=1000 mL;1 mL=1000 μL。
说明:源文件写作「1 mg=1000 μL」,应为「1 mL=1000 μL」之笔误,此处按体积单位换算修正。
4、摩尔质量
常用物质的摩尔质量
| 名称 | 化学式 | 式量 | 基本单元 | MB |
|---|---|---|---|---|
| 盐酸 | HCl | 36.46 | HCl | 36.46 |
| 硫酸 | H2SO4 | 98.08 | 1/2 H2SO4 | 49.04 |
| 氢氧化钠 | NaOH | 40.00 | NaOH | 40.00 |
| 氨水 | NH3·H2O | 35.05 | NH3·H2O | 35.05 |
| 碳酸钠 | Na2CO3 | 105.99 | 1/2 Na2CO3 | 53.00 |
| 氯化钠 | NaCl | 58.45 | NaCl | 58.45 |
| 高锰酸钾 | KMnO4 | 158.04 | 1/5 KMnO4 | 31.61 |
说明:源文件表格列数为 5 列,此处按「名称、化学式、式量、基本单元、MB」还原,其中硫酸、碳酸钠、高锰酸钾按其在滴定分析中常用的基本单元给出。
5、摩尔体积
6、密度
7、元素的相对原子质量
8、物质的相对分子质量
三、溶液浓度表示方法
1、物质的量浓度
2、质量分数
3、质量浓度
4、体积分数
说明:源文件本页末句「质量分数表示 mg/g、μg/g、ng/g」与上页重复,疑为排版残留,未计入本页要点。
5、比例浓度
6、滴定度(Titer)——两种表示方法之一
6、滴定度——两种表示方法之二
分析化学中常用的量及其单位的名称和符号
| 量的名称 | 符号 | 单位名称 | 单位符号 |
|---|---|---|---|
| 物质的量 | nB | 摩[尔] | mol、mmol |
| 质量 | m | 千克 | kg、g、mg、μg |
| 体积 | V | 立方米 | m3、L、mL |
| 摩尔质量 | MB | 千克每摩[尔] | kg/mol、g/mol |
| 摩尔体积 | Vm | 立方米每摩[尔] | m3/mol、L/mol |
| 密度 | ρ | 千克每立方米 | kg/m3、g/mL |
| 相对原子量 | Ar | — | 量纲为 1 |
| 相对分子量 | Mr | — | 量纲为 1 |
分析化学中常用的量及其单位的名称和符号(续)
| 量的名称 | 符号 | 单位名称 | 单位符号 |
|---|---|---|---|
| 物质的量浓度 | cB | 摩每立方米 | mol/m3、mol/L |
| 质量分数 | ωB | — | 量纲为 1 |
| 质量浓度 | ρB | 千克每立方米 | kg/m3、g/L、g/mL |
| 体积分数 | φB | — | 量纲为 1 |
| 滴定度 | T | 克每毫升 | g/mL |
说明:源文件将滴定度的符号写作 Vm,与摩尔体积符号重复,此处按通行写法记为 T。
四、一般溶液的配制和计算——1、物质的量浓度溶液的配制和计算
2、质量分数溶液的配制和计算
3、质量浓度溶液的配制和计算:欲配制 20 g/L 亚硫酸钠溶液 100 mL,如何配制?
4、体积分数溶液的配制和计算:欲配制 φ(C2H5OH)=3% 的 H2O2 溶液 500 mL,如何配制?
5、比例浓度溶液的配制和计算:欲配制 (2+3) 乙酸溶液 1 L,如何配制?
第二节 滴定分析法计算
一、滴定分析计算的依据
滴定分析仪器
本页以图片形式展示滴定分析所用仪器,源文件未提取到具体名称,建议对照原图补充。
二、标准溶液浓度的计算——1、标准溶液的配制
2、基准物质(standard substance):直接配制或标定标准溶液的物质。应具备下列条件:
常用的基准物质
| 名称 | 化学式 | 使用前的干燥条件 |
|---|---|---|
| 碳酸钠 | Na2CO3 | 270~300 ℃ 干燥 2~2.5 h |
| 邻苯二甲酸氢钾 | KHC8H4O4 | 110~120 ℃ 干燥 1~2 h |
| 重铬酸钾 | K2Cr2O7 | 研细,100~110 ℃ 干燥 3~4 h |
| 草酸钠 | Na2C2O4 | 130~140 ℃ 干燥 1~1.5 h |
| 氧化锌 | ZnO | 800~900 ℃ 干燥 2~3 h |
| 硝酸银 | AgNO3 | 在浓硫酸干燥器中干燥至恒重 |
| 氯化钠 | NaCl | 500~650 ℃ 干燥 40~45 min |
例 1:配制 0.02000 mol·L-1 K2Cr2O7 标准溶液 250.0 mL,需称取多少克 K2Cr2O7?
解:已知 M=294.2 g·mol-1,n = m/M
m = n·M = c·V·M = 0.02000 mol·L-1 × 0.2500 L × 294.2 g·mol-1 = 1.471 g
思考:结果应保留几位有效数字?
怎样配制?准确称量 1.47 g(±10%)K2Cr2O7 基准物质于容量瓶中,溶解、定容,再计算出其准确浓度。
例 2:已知浓盐酸的密度为 1.19 g·mL-1,其中 HCl 含量为 37%。计算:
(1)解:已知 MHCl=36.46 g·mol-1
cHCl = [1.19 g·mL-1 ×(1.0×103 mL)× 0.37] / 36.46 g·mol-1 = 12 mol·L-1
注意计算结果的有效数字位数。
(2)解:根据稀释定律(nHCl)前 =(nHCl)后,即(cHCl·VHCl)前 =(cHCl·VHCl)后
VHCl = 0.1 mol·L-1 ×(1.0×103 mL)/ 12 mol·L-1 = 8 mL
如何配制 0.1 mol·L-1 HCl 溶液?
用 10 mL 量筒量取 9 mL 浓盐酸,注入 1000 mL 水中,摇匀,贴上标签,备用。
3、标定溶液浓度的有关计算
例 3:用基准无水碳酸钠标定 HCl 溶液的浓度,称取 0.2023 g Na2CO3,滴定至终点时消耗 HCl 溶液 37.70 mL,计算 HCl 溶液的浓度。
解:已知 M(Na2CO3)=105.99 g·mol-1
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O
cHCl = 2(m/M)/ VHCl = 2 ×(0.2023 g / 105.99 g·mol-1)/(37.70×10-3 L)
cHCl = 0.1012 mol·L-1
例 4:要求在标定时用去 0.10 mol·L-1 NaOH 溶液 20~25 mL,问应称取基准试剂邻苯二甲酸氢钾(KHP)多少克?如果改用草酸(H2C2O4·2H2O)作基准物质,又应称取多少克?
要求:相对误差小于 0.1%。
解:已知 MKHP=204.22 g·mol-1
NaOH + KHP = NaKP + H2O,nKHP = nNaOH
(1)V=20 mL:mKHP = 0.10 mol·L-1 × 20×10-3 L × 204.22 g·mol-1 = 0.41 g
(2)V=25 mL:mKHP = 0.10 mol·L-1 × 25×10-3 L × 204.22 g·mol-1 = 0.51 g
即消耗 20~25 mL NaOH 时,KHP 的称取量约为 0.41~0.51 g。
解:已知 M(H2C2O4·2H2O) = 126.07 g·mol-1
2NaOH + H2C2O4 = Na2C2O4 + 2H2O,(m/M)= 1/2(cV)NaOH
由此可知:在标定同一浓度的 NaOH 溶液时,若分析天平的绝对称量误差一定,采用摩尔质量较大的邻苯二甲酸氢钾作为基准试剂,可以减少称量的相对误差。
算一算:V=20 mL 时,mKHP = 0.41 g,而草酸 m = 0.13 g。
如何配制 0.1 mol·L-1 NaOH 溶液?
称取 120 g NaOH 固体,溶于 100 mL 水中,摇匀,注入聚乙烯容器中,密闭放置至清亮。用塑料管虹吸 5 mL 上层清液,注入 1000 mL 无二氧化碳的水中,摇匀,贴上标签备用。
例 5:准确量取 30.00 mL HCl 溶液,用 0.09026 mol·L-1 NaOH 溶液滴定,到达化学计量点时消耗 NaOH 溶液的体积为 31.93 mL,计算 HCl 溶液的浓度。
解:NaOH + HCl = NaCl + H2O,cHCl·VHCl = cNaOH·VNaOH
cHCl = 0.09026 mol·L-1 × 32.93 mL / 30.00 mL = 0.09908 mol·L-1
说明:源文件题干给出消耗 NaOH 体积为 31.93 mL,而计算式中为 32.93 mL,结果 0.09908 mol·L-1 系按 32.93 mL 算得,两者不一致,建议对照原课件核对。
3、物质的量浓度与滴定度之间的换算
例 6:HCl 标准溶液的浓度为 0.09908 mol·L-1,HCl 标准溶液对 NaOH 的滴定度 THCl/NaOH(g·mL-1)为多少?
解:已知 M(NaOH) = 40.00 g·mol-1,HCl + NaOH = NaCl + H2O,nHCl = nNaOH
THCl/NaOH = 0.09908 mol·L-1 ×(1.00×10-3 L)× 40.00 g·mol-1 = 0.00396 g·mL-1
三、滴定分析法计算实例
例 7:准确移取食用白醋 25.00 mL,置于 250 mL 容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度、摇匀。移取上述溶液 50 mL 置于 250 mL 三角瓶中,加入酚酞指示剂,用 0.1000 mol·L-1 NaOH 标准溶液滴定至微红色,计算每 100 mL 食用白醋中含醋酸的质量。
解:NaOH + HAc = NaAc + H2O,MHAc = 60.00 g·mol-1
例 8:测定铝盐中铝含量。称取样品 0.2500 g,溶解后加入 EDTA 标准溶液,c(EDTA)=0.05000 mol·L-1,V(EDTA)=25.00 mL。选择适当条件,用 c(Zn2+)=0.02000 mol·L-1 标准溶液返滴定,用去 V(Zn2+)=21.50 mL,求铝的含量。
解:Al3+ + H2Y2- → AlY- + 2H+;Zn2+ + H2Y2- → ZnY2- + 2H+
Al3+ ~ H2Y2- ~ Zn2+
第三节 分析结果数据处理——复习
一、分析结果的判断
例:测得一组数据如下,30.56 是否为可疑值?
| 序号 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ |
|---|---|---|---|---|---|
| 测得值 | 30.18 | 30.56 | 30.23 | 30.35 | 30.32 |
二、分析结果数据的取舍——1、4d 法(4 乘平均偏差法)
2、Q 检验法
说明:源文件表 8-1 的具体数值未随文本提取,建议对照原课件表格补充。
示例:将测定数据按大小顺序排列 30.18、30.23、30.32、30.35、30.56。
可疑值出现在末项:Q计算 =(xn-xn-1)/(xn-x1) = 0.55
查表(P=99%):Q=0.82,Q计算 < Q,故 30.56 保留。
例题:标定 NaOH 标准溶液时测得 4 个数据:0.1016、0.1019、0.1014、0.1012(mol/L),试用 Q 检验法确定 0.1019 是否应舍去(置信度 90%)。
3、格鲁布斯(Grubbs)法
示例:数据排列为 30.18、30.23、30.32、30.35、30.56,计算平均值与标准偏差,可疑值在末端。
T =(xn-x̄)/ S = 1.53
查表:T0.99,5 = 0.64,结论为 T < Tp,n,可疑值保留。
说明:源文件中 T 计算值 1.53 与所列表值 0.64 及「T<Tp,n 保留」的判断相互矛盾,且 0.64 更接近 Q 检验的临界值,建议对照原课件与格鲁布斯临界值表核对。
格鲁布斯(Grubbs)法——注意事项
4、三种方法的比较
练习
5 次测定试样中 CaO 的百分含量分别为 46.00、45.95、46.08、46.04、46.23(%),试用 Q 检验法和格鲁布斯法检验 46.23 是否舍去(P=95%)。
三、平均值精密度的表示方法
平均值的标准偏差 Sx̄ = S / √n
说明:源文件该公式缺失,此处按通行定义 Sx̄=S/√n 补充。
例题:进行污水中铁含量测定,结果如下:67.48、67.47、67.47、67.43、67.40 mg/L。
求:平均偏差、标准偏差和平均值的标准偏差。
四、平均值的置信区间
说明:源文件该表达式缺失,此处按通行公式 μ=x̄±t·S/√n 补充。
例题:测定水中镁杂质含量,结果如下:
| 测定结果(mg/L) | |d| = |x-x̄| | d2 =(x-x̄)2 |
|---|---|---|
| 60.04 | 0.01 | 0.0001 |
| 60.11 | 0.06 | 0.0036 |
| 60.07 | 0.02 | 0.0004 |
| 60.03 | 0.02 | 0.0004 |
| 60.00 | 0.05 | 0.0025 |
说明:源文件 d2 列存在字符粘连,此处按 x̄=60.05 mg/L 的偏差平方值还原,建议对照原课件核对。
n=5,平均值的置信区间 = 60.05 ± 0.05
即在 P=95% 的置信度下,真实值落在 60.00~60.10 mg/L 范围内。
作业:P316 第 13 题。
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