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分析化學(xué)第一章緒論分析化學(xué)的任務(wù)和作用1.基本概念:分析化學(xué):研究物質(zhì)化學(xué)組成的分析方法及有關(guān)理論的一門(mén)科學(xué),是化學(xué)的一個(gè)重要分支。2.分析化學(xué)的任務(wù)可歸納為三大方面的主要任務(wù):鑒定物質(zhì)的化學(xué)組成(或成分)——定性分析(qualitativeanalysis)測(cè)定各組分的相對(duì)含量——定量分析(quantitativeanalysis)確定物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)分析(structuralanalysis)分析化學(xué)常量分析分析化學(xué)常量分析微量分析半微量分析試樣用量無(wú)機(jī)分析有機(jī)分析化學(xué)分析儀器分析分析對(duì)象測(cè)定原理定性分析定量分析分析任務(wù)例行分析仲裁分析具體要求結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析超微量分析超微量分析誤差和分析數(shù)據(jù)處理一、測(cè)量誤差及其表示方法基本概念和公式準(zhǔn)確度(accuracy):表示分析結(jié)果與真值的接近程度。準(zhǔn)確度的高低用誤差來(lái)表示。誤差有兩種表示方法,絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差絕對(duì)誤差(absoluteerror):測(cè)量值與真值之差稱為絕對(duì)誤差(δ)。-測(cè)量值,-真實(shí)值絕對(duì)誤差可以為正值,表示測(cè)量值大于真值;也可以為負(fù)值,表示測(cè)量值小于真值。測(cè)量值越接近真值,越小。反之,越大。相對(duì)誤差(relativeerror):絕對(duì)誤差與真值的比值稱為相對(duì)誤差。通常以%或‰表示。反映測(cè)量誤差在真實(shí)值中所占的比例。在分析工作中,常用相對(duì)誤差來(lái)衡量分析結(jié)果。系統(tǒng)誤差(systematicerror):由某種確定的原因造成的,一般有固定的方向和大小,重復(fù)測(cè)定時(shí)重復(fù)出現(xiàn),也稱為可定誤差(determinateerror)。根據(jù)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因,可以把它分為方法誤差、儀器(或試劑)誤差、操作誤差三種。特點(diǎn):以固定的大小和方向出現(xiàn),并具有重復(fù)性,可用加校正值的方法消除。偶然誤差(accidentalerror):由一些偶然的、不可避免的原因造成的誤差,也稱隨機(jī)誤差(indeterminateerror)。特點(diǎn):大小和方向(正負(fù))都不固定;服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律(正態(tài)分布);不能用加校正值的方法消除??梢酝ㄟ^(guò)增加平行測(cè)定次數(shù)減免。精密度(precision):平行測(cè)量的各測(cè)量值(實(shí)驗(yàn)值)之間相互接近的程度。各測(cè)量值之間越接近,精密度就越高;反之,精密度越低。精密度用偏差、相對(duì)平均偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示。實(shí)際工作中多用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。偏差(deviation,d):測(cè)量值與平均值之差稱為偏差。平均偏差(averagedeviation)::各單個(gè)偏差絕對(duì)值的平均值稱為平均偏差。相對(duì)平均偏差(relativeaveragedeviation):平均偏差在測(cè)量值的平均值中所占的百分?jǐn)?shù)。(使用平均偏差和相對(duì)平均偏差表示測(cè)定的精密度比較簡(jiǎn)單,但不能反映測(cè)量數(shù)據(jù)中的大偏差。衡量測(cè)量值分散程度用得最多的是標(biāo)準(zhǔn)偏差。)標(biāo)準(zhǔn)偏差(standarddeviation,S):有限次測(cè)量,各測(cè)量值對(duì)平均值的偏離程度。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relativestandarddeviation,RSD):標(biāo)準(zhǔn)偏差在平均值中占的百分?jǐn)?shù)。2.準(zhǔn)確度和精密度的關(guān)系測(cè)量結(jié)果的好壞應(yīng)從準(zhǔn)確度和精密度兩個(gè)方面衡量:(1)精密度是保證準(zhǔn)確度的先決條件。精密度差,所測(cè)結(jié)果不可靠,就失去了衡量準(zhǔn)確度的前提。(2)精密度好,不一定準(zhǔn)確度高。只有在消除了系統(tǒng)誤差的前提下,精密度好,準(zhǔn)確度才會(huì)高。3.誤差的傳遞(propagationoferror)4.提高分析準(zhǔn)確度的方法(如何減免分析過(guò)程中的誤差)為提高準(zhǔn)確度必須消除系統(tǒng)誤差,減少隨機(jī)誤差。(1)選擇恰當(dāng)?shù)姆治龇椒?。要根?jù)分析樣品的含量和具體要求來(lái)選擇方法,(2)減小測(cè)量誤差。分析過(guò)程中的每一步的測(cè)量誤差都會(huì)影響最后的分析結(jié)果結(jié)果,所以盡量減小各步的測(cè)量誤差。在消除系統(tǒng)誤差的前提下,每種儀器都有一個(gè)極值誤差,可以估算出最大極值誤差。(3)增加平行測(cè)定次數(shù),減小偶然誤差。(4)消除測(cè)量中的系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是造成平均值偏離真值的主要原因,根據(jù)來(lái)源不同,可以采用校準(zhǔn)儀器、做對(duì)照試驗(yàn)、做回收試驗(yàn)、做空白試驗(yàn)的方法消除系統(tǒng)誤差。二、有效數(shù)字及運(yùn)算法則1.基本概念有效數(shù)字:實(shí)際上能測(cè)量到的數(shù)字。反映測(cè)定的準(zhǔn)確程度。記錄原則:在記錄測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí),只允許保留一位可疑數(shù),末位數(shù)欠準(zhǔn)。也就是,有效數(shù)字的位數(shù)包括所有準(zhǔn)確數(shù)字和一位可疑數(shù)字。注意問(wèn)題:(1)數(shù)據(jù)中的“0”,位于數(shù)字中間的0是有效數(shù)字,在數(shù)字前面的“0”是定位用的,不是有效數(shù)字。很小的數(shù)字或很大的數(shù)字,常用10的冪次表示。(2)變換單位時(shí),有效數(shù)字的位數(shù)必須保持不變。(3)pH、pM、pK等值的有效數(shù)字僅取決于小數(shù)部分?jǐn)?shù)字的位數(shù)。因?yàn)檎龜?shù)代表原值的冪次。(4)首位數(shù)8的數(shù)字,其有效數(shù)字的位數(shù)可以多記一位。有效數(shù)字的修約規(guī)則(1)“四舍六入五成雙(或尾留雙)”。注意:尾數(shù)為5而后面是0時(shí),5前面是偶數(shù)則舍,為奇數(shù)則入;尾數(shù)為5而后面不是0時(shí),都入。(2)只允許對(duì)原測(cè)量值一次修約至所需位數(shù),不能分次修約。(3)在大量數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí),為防止誤差迅速累加,對(duì)參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)可先多保留一位有效數(shù)字,運(yùn)算后再將結(jié)果修約成與最大誤差數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)奈粩?shù)。(4)修約標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí),修約的結(jié)果應(yīng)使準(zhǔn)確度變得更差些。多數(shù)情況下取一位有效數(shù)字,最多二位。3.有效數(shù)字的運(yùn)算法則(1)加減法:幾個(gè)數(shù)據(jù)相加減時(shí),以絕對(duì)誤差最大的數(shù)據(jù)為準(zhǔn),修約其它數(shù)據(jù),使各數(shù)據(jù)的絕對(duì)誤差一致后再進(jìn)行加減運(yùn)算。一般以小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。(2)乘除法:幾個(gè)數(shù)據(jù)相乘除時(shí),以參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)中相對(duì)誤差最大的那個(gè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)進(jìn)行修約后再運(yùn)算。第三章重量分析法目的要求:掌握重量分析對(duì)沉淀的要求,影響沉淀純度的因素,沉淀?xiàng)l件、沉淀的稱量形式與結(jié)果計(jì)算。了解重量分析中的揮發(fā)法和萃取法,重點(diǎn)掌握沉淀法。掌握重量分析法的結(jié)果計(jì)算?;緝?nèi)容一、揮發(fā)法(了解)1.直接法利用加熱或其它方法使樣品中的被測(cè)組分氣化逸出。然后用適宜的吸收劑撿起全部吸收,稱量吸收劑的增重來(lái)確定被測(cè)成分的含量的方法。2.間接法利用加熱或其它方法使樣品中的被測(cè)組分氣化逸出后,稱量其殘?jiān)蓸悠返臏p量來(lái)確定該揮發(fā)組分的含量。常用于測(cè)定樣品中的水分。二、液-液萃取法(了解)分配定律利用被測(cè)組分在兩種互不相溶的溶劑中的分配系數(shù)的不同而達(dá)到分離與測(cè)定的目的。進(jìn)行萃取分離時(shí),當(dāng)溶質(zhì)A在兩相(有機(jī)相和水相)中達(dá)到平衡時(shí),稱為達(dá)到分配平衡。在兩相中的濃度之比稱為分配系數(shù),用K表示:用活度表示:2.分配比在實(shí)際測(cè)定中,用分配比D來(lái)表示溶質(zhì)在兩相中各種存在形式的總濃度之比。分配比隨溶質(zhì)A的濃度和有關(guān)試劑的濃度而改變。用分配比來(lái)估計(jì)萃取效率。3.萃取效率萃取的完全程度用萃取效率來(lái)表示。常用萃取百分率E%來(lái)表示。與分配比的關(guān)系為:%%%從公式可以看出:萃取百分率E%只與D有關(guān)。提高分配比,可以增大萃取率。實(shí)際中多采用多次萃取的方法。多次萃取是提高萃取效率的有效措施。若再用等體積V有ml的有機(jī)溶劑萃取n次,水相中剩余A的量是Wn克三、★沉淀法★(一)概述1.沉淀法:是利用沉淀反應(yīng)將被測(cè)組分以難溶化合物的形式從溶液中分離出來(lái),然后經(jīng)過(guò)濾、干燥、烘干或灼燒后,得到有固定組成的稱量形式,稱重后計(jì)算其含量的方法。2.沉淀形式和稱重形式沉淀的化學(xué)組成稱為稱為沉淀形式(pricipitationform)。沉淀經(jīng)干燥或灼燒處理后,供最后稱量的化學(xué)形式稱為稱量形式(weighingform)。3.對(duì)沉淀形式的要求(1)沉淀的溶解度要足夠小。沉淀溶解損失的量應(yīng)不超出分析天平的稱量誤差范圍(<±0.2mg)。(2)沉淀必須純凈,盡量避免混入雜質(zhì)。(3)沉淀應(yīng)易于過(guò)濾和洗滌。盡量獲得大顆粒沉淀。(4)沉淀應(yīng)易于轉(zhuǎn)化為稱量形式。4.對(duì)稱量形式的要求(1)稱量形式必須有確定的化學(xué)組成。(2)稱量形式要穩(wěn)定(3)稱量形式的式量要大,以減小稱量誤差,提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。(二)沉淀的形態(tài)與沉淀的形成1.沉淀的形態(tài)沉淀按照其物理性質(zhì)不同,可粗略地分成晶型沉淀和無(wú)定形沉淀(非晶型沉淀或膠狀沉淀)特點(diǎn):晶形沉淀:顆粒最大,內(nèi)部排列較規(guī)則,結(jié)構(gòu)緊密;無(wú)定性沉淀:沉淀顆粒小,由結(jié)構(gòu)疏松聚集在一起的微小沉淀顆粒組成,呈疏松的絮狀沉淀,整個(gè)沉淀體積龐大。在重量法中,希望得到晶形沉淀的顆粒大,無(wú)定形沉淀要緊密。2.沉淀的形成一般認(rèn)為在沉淀過(guò)程中,首先是構(gòu)晶離子在過(guò)飽和溶液中形成晶核,然后進(jìn)一步成長(zhǎng)為按一定晶格排列的晶形沉淀。晶核的形成有兩種情況:均相成核作用和異相成核作用晶核的長(zhǎng)大包括聚集過(guò)程和定向過(guò)程。(三)沉淀完全的程度與影響因素利用沉淀反反應(yīng)進(jìn)行重量分析時(shí),誤差的主要來(lái)源是沉淀的溶解損失,所以要求沉淀反應(yīng)盡可能地進(jìn)行完全。沉淀是否完全,取決于沉淀的溶解度的大小。溶解度越小,沉淀越完全;溶解度大,沉淀進(jìn)行的越不完全。重量法要求沉淀的溶解損失應(yīng)不超過(guò)分析天平的稱量絕對(duì)誤差<±0.2mg。影響沉淀溶解度的因素很多,如:同離子效應(yīng)、鹽效應(yīng)、酸效應(yīng)、配為效應(yīng)以及溫度、溶劑的極性等等。1.溶度積與溶解度溶解度沉淀MA在水中的溶解,有兩步平衡。MA(固)=MA(水)=M++A-第一步平衡可表示為:純固體在25℃時(shí)活度是1,則S0稱為固有溶解度。表示在一定溫度下,在有固相存在時(shí),溶液中以分子(或離子對(duì))形式存在的活度是一常數(shù),與物質(zhì)的本性有關(guān)。溶度積第二步電離平衡:Kap稱為難溶化合物的活度積常數(shù),簡(jiǎn)稱活度積。以濃度代替活度,Ksp稱為難溶化合物的溶度積常數(shù)在重量分析中由于難溶化合物的溶解度一般較小,溶液中的離子強(qiáng)度不大,通常可以忽略離子強(qiáng)度的影響,可以用溶度積Ksp代替活度積Kap。2.影響沉淀溶解度的因素(1)同離子效應(yīng)當(dāng)沉淀反應(yīng)達(dá)到平衡后,如果向溶液中加入含有某一構(gòu)晶離子試劑或溶液,可降低沉淀的溶解度。(2)配位效應(yīng)當(dāng)溶液中存在能與沉淀的構(gòu)晶離子形成配合物的配位劑時(shí),則沉淀平衡向沉淀溶解的方向移動(dòng),使沉淀的溶解度增大。這種現(xiàn)象稱為配位效應(yīng)。絡(luò)合效應(yīng)對(duì)沉淀溶解度的影響,與絡(luò)合劑的濃度及生成的絡(luò)合物的穩(wěn)定性有關(guān)。絡(luò)合物的濃度越大,生成的絡(luò)合物越穩(wěn)定,沉淀的溶解度越大。(3)水解作用有些構(gòu)晶離子能發(fā)生水解作用,使沉淀溶解。例如:MgNH4PO4(4)形成膠體溶液膠體微粒小,過(guò)濾時(shí),易透過(guò)濾紙引起損失。因此常加入適量電介質(zhì)以防止膠溶作用。(5)它影響因素溫度;溶劑;顆粒大小與結(jié)構(gòu)(四)沉淀的純凈在實(shí)際操作中,當(dāng)沉淀從溶液中析出時(shí),或多或少地會(huì)夾雜溶液中的其它組分,使沉淀不純。其中主要有兩種干擾方式,共沉淀和后沉淀。1.共沉淀產(chǎn)生共沉淀的原因主要有表面吸附、形成混晶和吸留。2.后沉淀當(dāng)沉淀析出后,與母液一起放置的過(guò)程中,溶液中的雜質(zhì)離子會(huì)慢慢的在沉淀表面上沉積,這種現(xiàn)象稱為后沉淀。3.提高沉淀純度的措施為減少因共沉淀和后沉淀造成的沾污,可以采取一下措施:(1)選擇適當(dāng)?shù)某恋聿襟E。(2)降低易被吸附的雜質(zhì)離子的濃度。必要時(shí)應(yīng)預(yù)先分離除去或掩蔽。(3)選擇適當(dāng)?shù)某恋韯?。?)再沉淀(五)沉淀的條件1.晶形沉淀的沉淀?xiàng)l件對(duì)于晶型沉淀,主要考慮如何得到較大的沉淀顆粒,以使沉淀純凈并易于過(guò)濾、洗滌。一般采用的沉淀?xiàng)l件是:沉淀反應(yīng)應(yīng)在適當(dāng)稀的溶液中進(jìn)行。在熱溶液中進(jìn)行沉淀。在不斷攪拌下緩慢滴加沉淀劑。陳化。2.無(wú)定性沉淀的沉淀?xiàng)l件對(duì)無(wú)定性沉淀主要考慮如何加快沉淀微粒的凝聚,使沉淀緊密,減少對(duì)雜質(zhì)的吸附。采用的沉淀?xiàng)l件是:沉淀反應(yīng)應(yīng)在比較濃的溶液中進(jìn)行,而且要較快地加入沉淀劑。在熱溶液中進(jìn)行沉淀。加入大量的電解質(zhì),防止沉淀的膠溶,沉淀時(shí)應(yīng)不斷攪拌。(5)不需要陳化。六、稱量形式與結(jié)果計(jì)算重量分析的分析結(jié)果常以百分含量表示。1.當(dāng)沉淀的稱量形式與被測(cè)組分的表示形式相同時(shí),當(dāng)沉淀的稱量形式與被測(cè)組分的表示形式不相同,七、沉淀法示例――氯化銀沉淀重量法次定氯化物的含量。第四章滴定分析概論目的要求:掌握滴定分析的特點(diǎn),滴定分析對(duì)反應(yīng)的要求,標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定,基準(zhǔn)物質(zhì)的條件,標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的表示方法和有關(guān)計(jì)算。一、基本概念1.滴定(titration):把標(biāo)準(zhǔn)溶液從滴定管中定量滴加到待測(cè)溶液中的過(guò)程。一般把標(biāo)準(zhǔn)溶液稱為滴定劑。2.化學(xué)計(jì)量點(diǎn)(stoichiometricpoint):當(dāng)?shù)稳氲臉?biāo)準(zhǔn)溶液與待測(cè)組分按化學(xué)反應(yīng)式所表示的化學(xué)計(jì)量關(guān)系完全作用時(shí),稱反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)計(jì)量點(diǎn),或稱等當(dāng)點(diǎn)(equivalentpoint)。3.標(biāo)準(zhǔn)溶液:已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液。4.基準(zhǔn)物質(zhì):能夠用于直接配制或標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)稱為基準(zhǔn)物質(zhì)。5.標(biāo)定(Standardization):利用基準(zhǔn)物質(zhì)或已知準(zhǔn)確濃度的溶液來(lái)確定標(biāo)準(zhǔn)溶液的操作過(guò)程,稱為標(biāo)定。二、標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的表示方法1.物質(zhì)的量濃度(摩爾濃度):?jiǎn)挝惑w積溶液中所含物質(zhì)的量(nB),稱為物質(zhì)的量濃度。用CB表示。2.物質(zhì)的量與質(zhì)量的關(guān)系:3.滴定度(T)有兩種表示方法:每毫升標(biāo)準(zhǔn)溶液中所含有的溶質(zhì)的質(zhì)量表示。例如:THCl=0.003646g/ml,表示每毫升HCl溶液中含有HCl的質(zhì)量為0.003646g。每毫升標(biāo)準(zhǔn)溶液所能滴定的被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量表示(TT/A)。例如:TNaOH/HCl=0.003646g/ml,表示每毫升NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液恰能與0.003646g的HCl反應(yīng)。三、主要計(jì)算公式1.滴定劑與待測(cè)物質(zhì)(溶液間)相互作用的計(jì)算。2.滴定劑與待測(cè)物質(zhì)(溶液與固體間)相互作用的計(jì)算如果體積用ml單位,則為:3.滴定度與滴定劑濃度之間的關(guān)系4.待測(cè)組分百分含量的計(jì)算重點(diǎn)與難點(diǎn)滴定分析法是目前完成化學(xué)分析任務(wù)最常用的一類分析方法,包括酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原滴定法和沉淀滴定法等,而化學(xué)平衡是分析化學(xué)中大多數(shù)基本分析方法(包括滴定分析)的理論基礎(chǔ)。1.在了解滴定分析法的特點(diǎn)和分類方法的基礎(chǔ)上,明確作為滴定分析的化學(xué)反應(yīng)所必須具備的條件:反應(yīng)必須定量完成;反應(yīng)必須迅速完成;必須有合適的指示劑或其他簡(jiǎn)單可靠的方法確定終點(diǎn)。2.掌握滴定分析中常用的滴定方式:(1)直接滴定法;(2)返滴定法;(3)置換滴定法;(4)間接滴定法。3.掌握標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、標(biāo)定及其濃度的表示方法。標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法:直接法和間接法。基準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)符合的條件:試劑組成和化學(xué)式完全相符。試劑的純度要足夠高,一般在99.9%以上;性質(zhì)穩(wěn)定,參加滴定反應(yīng)時(shí),無(wú)副反應(yīng);試劑最好有較大的摩爾質(zhì)量,可減小稱量的相對(duì)誤差。4.掌握滴定分析法的有關(guān)基本概念。5.掌握用反應(yīng)式中系數(shù)比的關(guān)系(或摩爾比的關(guān)系)解決滴定分析中有關(guān)量值計(jì)算;試樣或基準(zhǔn)物質(zhì)物質(zhì)稱取量的計(jì)算;各種滴定分析結(jié)果的計(jì)算。這是本章的一個(gè)難點(diǎn)。計(jì)算的一般步驟是:正確書(shū)寫(xiě)反應(yīng)物質(zhì)之間的反應(yīng)方程式;求出反應(yīng)物之間的化學(xué)計(jì)量關(guān)系——摩爾比;列出有關(guān)公式,正確計(jì)算。酸堿滴定法一、水溶液中的酸堿平衡1.酸堿的定義酸:凡是能給出質(zhì)子[H+]的物質(zhì)堿:凡是能接受質(zhì)子的物質(zhì);2.酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)酸堿質(zhì)子理論認(rèn)為,酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移。酸(HA)失去質(zhì)子,變成它的共軛堿;堿獲得質(zhì)子,變成它的共軛酸,質(zhì)子由酸轉(zhuǎn)移給了堿。也就是說(shuō),酸堿反應(yīng)是兩個(gè)共軛酸堿對(duì)之間相互作用。劑的質(zhì)子自遞反應(yīng)只發(fā)生在溶劑分子間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)稱為溶劑的質(zhì)子自遞反應(yīng)。反應(yīng)的平衡常數(shù),稱為溶劑的質(zhì)子自遞常數(shù),用KS表示。水的質(zhì)子自遞常數(shù)又稱為水的離子積常數(shù),用KW表示:KW=[H3O+][OH-]=1.0×10-14(KW是溫度的函數(shù),25℃)pKw=pH+pOH=144.酸堿的強(qiáng)度酸堿的強(qiáng)度表示酸或堿將質(zhì)子傳給溶劑或從溶劑奪取質(zhì)子的能力。在水溶液中酸堿的強(qiáng)度用其電離平衡常數(shù)Ka、Kb來(lái)衡量。酸(堿)的電離常數(shù)越大,表示它的酸性(堿性)越強(qiáng)。共軛酸堿對(duì)Ka和Kb的關(guān)系為:Ka×Kb=KwpKa+pKb=pKw二、溶液中酸堿組分的分布1.酸的濃度和酸度酸度:指溶液中H+離子的平衡濃度,常用pH表示。酸的濃度:也就是酸的分析濃度。指單位體積的溶液中含有某種酸的物質(zhì)的量。括未解離的和已解離的酸的濃度,用C表示。2.酸堿的分布系數(shù)分布系數(shù)(δ):溶液中的某種酸(堿)存在型體的平衡濃度占其總濃度的分?jǐn)?shù),稱為分布系數(shù),用δ表示。用δn表示電荷數(shù)為n的酸堿的分布系數(shù)。(1)一元弱酸(HA)溶液中各種型體的分布各型體的分布系數(shù)為:二元弱酸(H2A)溶液中各種型體的分布各型體的分布系數(shù)為:3.酸度對(duì)酸堿型體分布的影響在溶液中,某種酸(堿)的型體的平衡濃度,隨溶液中H+濃度(酸度)的變化而變化。以溶液的pH為橫坐標(biāo),分布系數(shù)δ為縱坐標(biāo),可以繪制出各種酸堿的δ—pH曲線。δ—pH曲線,可以直觀地描述溶液的酸度對(duì)酸堿各種型體分布的影響。圖:一元弱酸溶液(以HAc為例)和二元酸(以草酸H2C2O4為例)δ—pH曲線圖:H3PO4的δ—pH曲線三、酸堿溶液的pH計(jì)算質(zhì)子條件(protonbalanceequation,PBE)酸堿反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),酸失去的質(zhì)子數(shù)(質(zhì)子的量)等于堿得到的質(zhì)子數(shù)(質(zhì)子的量)。這種質(zhì)子等衡關(guān)系稱為質(zhì)子條件。其數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為質(zhì)子條件式。(由質(zhì)子條件,可以得到溶液中H+濃度與有關(guān)組分濃度的關(guān)系式,它是處理酸堿平衡有關(guān)計(jì)算問(wèn)題的基本關(guān)系式,是本章的核心,要求熟練掌握。)根據(jù)溶液中得失質(zhì)子的平衡關(guān)系列出質(zhì)子條件式。常用零水準(zhǔn)法列出質(zhì)子條件式。(1)選好零水準(zhǔn)的選擇:選擇溶液中大量存在并參加質(zhì)子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)為“零水準(zhǔn)”。也就是說(shuō),溶液中有關(guān)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的一切反應(yīng),都以它們?yōu)閰⒖迹榛鶞?zhǔn))。(2)根據(jù)質(zhì)子轉(zhuǎn)移數(shù)量相等的數(shù)量關(guān)系寫(xiě)出質(zhì)子條件式。寫(xiě)出質(zhì)子參考水準(zhǔn)得到質(zhì)子后的產(chǎn)物和失去質(zhì)子后的產(chǎn)物,將所有得質(zhì)子的產(chǎn)物寫(xiě)在等式的一邊,所有失去質(zhì)子的物質(zhì)寫(xiě)在等式的另一邊,就得到質(zhì)子條件式。2.酸堿溶液的pH計(jì)算步驟:寫(xiě)出有關(guān)的PBE,代入由分布系數(shù)導(dǎo)出的各種型體的的平衡濃度表達(dá)公式,整理得到[H+]計(jì)算的精確公式。根據(jù)具體情況對(duì)精確式進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,得到計(jì)算[H+]的近似式或最簡(jiǎn)式。實(shí)際上精確式用的較少,而最簡(jiǎn)式用得最多。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí),一定要抓住主要矛盾,具體問(wèn)題具體分析,做到靈活運(yùn)用,而不是生搬硬套。簡(jiǎn)化時(shí)一般考慮以下三方面略水的離解對(duì)[H+]的影響,刪去計(jì)算式中的Kw項(xiàng);略酸堿自身的離解對(duì)平衡濃度的影響,用分析濃度代替平衡濃度;在多元酸堿溶液中,通常一級(jí)電離最重要,即考慮能否將多元酸簡(jiǎn)化為一元酸進(jìn)行計(jì)算。四、酸堿指示劑1.指示劑的變色原理酸堿指示劑(acid-baseindicater)是一些有機(jī)弱酸或弱堿。在水溶液有如下平衡:HIn?H++In-其酸式型體HIn與堿式型體In-具有不同的顏色。[In-]/[HIn]決定溶液的顏色。比值[In-]/[HIn]是[H+]的函數(shù)。當(dāng)[H+]改變時(shí),[In-]/[HIn]也隨之改變。也就是說(shuō),酸堿指示劑的顏色變化是由溶液pH值的變化引起的。當(dāng)[In-]/[HIn]=1,即pH=pKin時(shí)稱為指示劑的理論變色點(diǎn)。一般認(rèn)為能夠看到顏色變化的指示劑濃度比[In-]/[HIn]的范圍是:10/11/10。也就是說(shuō),當(dāng)溶液的pH由pKin-1變到pKin+1時(shí),我們就能明顯地看到指示劑由酸色變到堿色。所以pH=pKin±1叫指示劑的理論變色范圍。2.影響指示劑變色范圍的因素:溫度;指示劑的用量;離子強(qiáng)度和溶劑等因素3.指示劑的選擇原則:指示劑的變色范圍越窄越好。指示劑的變色范圍與滴定突躍范圍有部分重合即可。4.混合指示劑在有的酸堿滴定類型中,pH突躍范圍很窄,使用一般的指示劑不能判斷終點(diǎn)。此時(shí),常采用混合指示劑。混合指示劑利用顏色互補(bǔ)原理,使滴定終點(diǎn)顏色變化敏銳。混合指示劑有兩類:一類是在某種指示劑中加入一種惰性染料。另一類是由兩種或兩種以上的指示劑混合而成,也可使指示劑變色敏銳,易于辨別。五、酸堿滴定的基本原理1.滴定曲線為了表征滴定反應(yīng)過(guò)程的變化規(guī)律,通過(guò)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算方法記錄滴定過(guò)程中pH隨標(biāo)準(zhǔn)溶液體積或反應(yīng)完全程度變化圖形,即可得到滴定曲線。(1)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的滴定曲線以NaOH滴定HCl為例來(lái)討論滴定過(guò)程。酸堿的濃度可以改變滴定突躍的范圍的大小。從下面的圖可以看出:在±0.1%的誤差范圍內(nèi),pH突躍范圍在4.30~9.70,△pH為5.4單位;凡是變色點(diǎn)pH在4.30~9.70范圍內(nèi)的指示劑均可選用;滴定突躍大小與溶液的濃度有關(guān)。酸堿濃度均增大10倍,滴定突躍范圍增加2個(gè)pH單位。滴定的終點(diǎn)誤差為(2)一元弱酸(堿)的滴定:包括強(qiáng)酸滴定一元弱堿和強(qiáng)堿滴定一元弱酸。以NaOH滴定HAc為例。圖:用NaOH滴定不同強(qiáng)度的一元酸的滴定曲線=1\*ROMANI:Ka=10-3,=2\*ROMANII:Ka=10-5,=3\*ROMANIII:Ka=10-7,=4\*ROMANIV:Ka=10-9滴定曲線的突躍范圍小于強(qiáng)酸堿滴定,如以0.1000mol/LNaOH滴定20.00ml0.1000mol/LHAc時(shí),滴定的突躍范圍為7.74~9.70,△pH為2單位滴定突躍與酸的濃度和強(qiáng)度成正比。弱酸弱堿能夠被準(zhǔn)確滴定的條件:CaKa>10-8或CbKb≥10-8(3)多元酸堿的滴定多元酸堿的滴定情況比較復(fù)雜,因?yàn)槎嘣釅A在水溶液中分步電離。滴定中主要解決的問(wèn)題是能否分步滴定以及如何選擇指示劑。如以NaOH滴定H3PO4為例,只能將分步滴定至H2PO4-和HPO42-,終點(diǎn)變色情況如下:第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí),pH=4.70,可選甲基紅為指示劑第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn),pH=9.70,可選酚酞為指示劑。多元酸堿的滴定的可行性:多元酸(堿)某一級(jí)離解的H+(OH-)若能被準(zhǔn)確滴定,則必須滿足CaKa≥10-8(CbKb≥10-8)。若能分步滴定,則必須滿足Ka1/Ka2>104(Kb1/Kb2>10-4)混合弱酸的滴定與多元酸的類似。2.滴定突越范圍這種在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近溶液pH值的突變稱為滴定突躍。突躍所在的pH范圍稱為滴定突躍范圍。它是選擇指示劑的依據(jù)。凡是變色范圍全部或部分落在滴定突躍范圍內(nèi)的指示劑都可以用來(lái)指示滴定終點(diǎn)。影響滴定突越范圍的因素:滴定突躍與酸的濃度和強(qiáng)度成正比。3.滴定終點(diǎn)誤差滴定終點(diǎn)誤差(titrationendpointerror):由于指示劑的變色不恰好在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)而使滴定終點(diǎn)和化學(xué)計(jì)量點(diǎn)不相符合引起的相對(duì)誤差,也叫作滴定誤差(titrationerror,TE)。(1)強(qiáng)酸(強(qiáng)堿)的滴定終點(diǎn)誤差以NaOH滴定HCl,終點(diǎn)誤差為用HCl滴定NaOH,終點(diǎn)誤差為(2)弱酸(弱堿)的滴定終點(diǎn)誤差以NaOH滴定弱酸HA的誤差計(jì)算公式:以HCl滴定一元弱堿(BOH)的誤差計(jì)算公式:。第六章沉淀滴定法目的要求:掌握銀量法中的鉻酸鉀指示劑法、鐵胺礬指示劑法和吸附指示劑法的基本原理、滴定條件,了解銀量法的應(yīng)用范圍。一、概述1.基本概念沉淀滴定法(precipitationtitration)是以沉淀反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。2.用于沉淀滴定的沉淀反應(yīng)必須具備的條件沉淀的溶解度必須很?。ā?0-6g/ml)。反應(yīng)速度足夠快并能夠定量完成。有適當(dāng)?shù)闹甘镜味ńK點(diǎn)的方法。沉淀的吸附現(xiàn)象不能影響終點(diǎn)的確定。二、銀量法(一)基本原理1.銀量法:以硝酸銀為標(biāo)準(zhǔn)溶液,滴定能與Ag+生成銀鹽沉淀的滴定分析方法。反應(yīng)通式:Ag++X-→AgX↓X=Cl-、Br-、I-、CN-、SCN-2.滴定曲線以加入的滴定劑的量(或滴定度)為橫坐標(biāo),以溶液中金屬離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)(pM)或陰離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)(pX)為縱坐標(biāo)繪制的曲線得到沉淀滴定曲線。滴定突躍范圍的大小,取決于沉淀的溶度積常數(shù)Ksp和溶液的濃度。Ksp越小,突越范圍越大。溶液的濃度降低,突躍范圍減小。3.分步滴定當(dāng)溶液中同時(shí)存在Cl-、Br-、I-時(shí),因?yàn)锳gCl、AgBr和AgI的溶度積差別較大,當(dāng)它們的濃度差別不大時(shí),利用分步沉淀原理可以分步滴定。溶度積最小的AgI先被沉淀,AgCl最后沉淀。滴定曲線上顯示三個(gè)突躍。(二)方法及應(yīng)用銀量法通常按照所用指示劑的不同來(lái)命名滴定方法。主要有三種方法:鉻酸鉀指示劑法(Mohr莫爾法)、鐵銨礬指示劑法(Volhard佛爾哈德法)和吸附指示劑法(Fajan法揚(yáng)司法)1.鉻酸鉀指示劑法用K2CrO4作指示劑,用硝酸銀作滴定劑,利用終點(diǎn)時(shí)稍微過(guò)量的Ag+與K2CrO4生成磚紅色Ag2CrO4沉淀來(lái)指示滴定終點(diǎn)到達(dá)方法。使用條件:要求K2CrO4指示劑要有足夠的濃度。在一般的滴定中,CrO42-的濃度約為5×10-3mol/L較合適,即50100ml滴定液中加入1ml5%的K2CrO4指示劑;K2CrO4指示劑只能在近中性和弱堿性溶液中進(jìn)行。適用范圍:常用于測(cè)定Cl-、Br-,在弱堿性溶液中還可測(cè)定CN-,而不宜測(cè)定I-和SCN-。2.鐵銨礬指示劑法是用鐵銨礬NH4Fe(SO4)2做為指示劑,以NH4SCN或KSCN為標(biāo)準(zhǔn)溶液,利用終點(diǎn)時(shí)稍微過(guò)量的SCN-與Fe3+生成紅色的配合物來(lái)指示滴定的終點(diǎn)的方法。包括直接滴定法和間接滴定法。(1)直接滴定法測(cè)定Ag+在酸性溶液中,以鐵銨礬作指示劑,用NH4SCN(或KSCN)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ag+。溶液中首先析出AgSCN白色沉淀,當(dāng)沉淀后,稍過(guò)量的SCN-才能與Fe3+生成紅色的配合物,即為滴定終點(diǎn)。使用條件:滴定時(shí)溶液的酸度(硝酸)一般控制在0.1~1mol/L之間。Fe3+的濃度一般控制在0.015mol/L;滴定時(shí)必須充分搖動(dòng)溶液,易溶液中的Ag+,使AgSCN沉淀吸附的Ag+釋放出來(lái)。(2)返滴定法測(cè)定鹵素離子向溶液中加入已知過(guò)量的AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液,以沉淀被測(cè)定的鹵素離子(X-),然后以鐵銨礬作指示劑,用NH4SCN(或KSCN)標(biāo)準(zhǔn)溶液返滴定過(guò)量的Ag+。使用條件:要在酸性溶液(稀硝酸)中進(jìn)行,防止Fe3+水解。用返滴定法測(cè)定Cl-時(shí),必須注意防止AgCl沉淀的轉(zhuǎn)化。適用范圍:鐵銨礬法最大的優(yōu)點(diǎn)是可以在酸性介質(zhì)中進(jìn)行,一般酸度大于0.3mol/L,可以避免PO43-、AsO43-、CrO42-等弱酸根離子的干擾,因此方法的選擇性高。3.吸附指示劑法(法揚(yáng)司法)是利用沉淀對(duì)有機(jī)染料吸附而改變其顏色來(lái)指示滴定終點(diǎn)的方法。一般以硝酸銀作滴定劑的方法。能夠被沉淀吸附的有機(jī)染料稱為吸附指示劑。使用條件:使沉淀保持膠狀,防止AgCl沉淀的凝聚。可以加入糊精、淀粉溶液等保護(hù)膠體;控制適當(dāng)?shù)乃岫?;?yīng)避免在強(qiáng)光照射下滴定。因?yàn)辂u化銀遇光易分解,析出銀呈灰黑色,影響終點(diǎn)的觀察。適用范圍:吸附指示劑種類很多,應(yīng)針對(duì)不同的被測(cè)離子,選用適當(dāng)?shù)奈街甘緞晒恻S作指示劑適于測(cè)定高含量的氯化物,曙紅適于測(cè)定Br-、I-和SCN-。重點(diǎn)與難點(diǎn):三種方法的基本原理、滴定條件和應(yīng)用。第七章配位滴定一、概述1.基本概念配位滴定法:也稱絡(luò)合滴定法,它是以配位反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法。主要用于金屬離子的測(cè)定。2.配位滴定反應(yīng)的基本要求適用于配位滴定反應(yīng)必須具備的條件:配位反應(yīng)要進(jìn)行完全。也就是說(shuō),形成的配合物要足夠穩(wěn)定。配位反應(yīng)要按一定的化學(xué)反應(yīng)式定量地進(jìn)行。反應(yīng)必須迅速要有適當(dāng)?shù)闹甘緞┲甘镜味ńK點(diǎn)。目前常用的配位滴定就是指以EDTA為絡(luò)合劑的滴定分析。二、基本原理(一)配位平衡穩(wěn)定常數(shù)和積累穩(wěn)定常數(shù)(1)ML型(1:1)配合物的穩(wěn)定常數(shù)K穩(wěn)和不穩(wěn)定常數(shù)K不穩(wěn)金屬離子與配體L形成配合物ML。例如:金屬離子與EDTA形成的金屬-EDTA配合物,在溶液中存在如下平衡:M+Y?MY反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為:K穩(wěn)越大,形成的配合物越穩(wěn)定。配合物的穩(wěn)定常數(shù)和不穩(wěn)定常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系。(2)MLn型配合物的逐級(jí)穩(wěn)定常數(shù)Kn和累積穩(wěn)定常數(shù)β金屬離子和配位劑形成MLn型配合物。在溶液中存在著一系列的配位平衡,各有自己相應(yīng)的穩(wěn)定常數(shù)。M+L?ML第一級(jí)穩(wěn)定常數(shù)ML+L?ML2第二級(jí)穩(wěn)定常數(shù)……MLn-1+L?MLn第n級(jí)穩(wěn)定常數(shù)將逐級(jí)穩(wěn)定常數(shù)相乘,則得到各級(jí)累積穩(wěn)定常數(shù)n?!詈笠患?jí)累積穩(wěn)定常數(shù)稱為總穩(wěn)定常數(shù)。累積常數(shù)將各級(jí)配位化合物的濃度[ML]、[ML2]直接與游離金屬離子的濃度[M]和游離配合劑的濃度[L]聯(lián)系起來(lái)。副反應(yīng)系數(shù)在配位反應(yīng)中,把被測(cè)金屬離子M與EDTA之間的配位反應(yīng)稱為主反應(yīng),而把酸度的影響、其它配位劑和干擾離子等的反應(yīng)都成為副反應(yīng)。主反應(yīng)和副反應(yīng)之間的平衡關(guān)系可以用下式表示:為了定量地描述副反應(yīng)進(jìn)行的程度,引入副反應(yīng)系數(shù)。(1)配位劑(EDTA)的副反應(yīng)系數(shù)YEDTA的酸效應(yīng)系數(shù)Y(H)由于H+的存在,在H+和Y之間發(fā)生副反應(yīng),使Y參加主反應(yīng)能力降低的現(xiàn)象稱為酸效應(yīng)。酸效應(yīng)的大小用酸效應(yīng)系數(shù)來(lái)衡量。表示在一定酸度下,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),未參加配位的EDTA的各種型體的總濃度與參加配位的Y4-的平衡濃度[Y]之比。Y(H)隨溶液pH的改變而改變。lgY(H)與溶液pH值的關(guān)系可以通過(guò)查表6-2得到。共存離子效應(yīng)系數(shù)Y(N)由于其它金屬離子N的存在使EDTA參加主反應(yīng)能力降低的現(xiàn)象稱為共存離子效應(yīng)。其副反應(yīng)的影響用副反應(yīng)系數(shù)Y(N)來(lái)表示。配位劑的總的副反應(yīng)系數(shù)Y可以用下式表示:(2)金屬離子M的副反應(yīng)系數(shù)αM(配位效應(yīng)系數(shù))由于其他配位劑L的存在使金屬離子與EDTA主反應(yīng)的能力下降的現(xiàn)象稱為配位效應(yīng)。配位效應(yīng)的大小用金屬離子的配位效應(yīng)系數(shù)M(L)表示。[M]表示游離金屬離子的平衡濃度,[M′]表示未與EDTA配位的金屬離子各種形式的總濃度。若M發(fā)生了P種副反應(yīng),則總的副反應(yīng)系數(shù)αM為:(3)配合物的MY的副反應(yīng)在溶液酸度較高時(shí),MY能與H+發(fā)生副反應(yīng),生成酸式配合物MHY。在堿度較高時(shí),MY能與OH-發(fā)生副反應(yīng),生成堿式配合物M(OH)Y,但是兩種副產(chǎn)物都不太穩(wěn)定,一般計(jì)算時(shí)配合物的MY的副反應(yīng)可以忽略不計(jì)。3.條件穩(wěn)定常數(shù)在一定條件下,校正了各種副反應(yīng)的影響后生成配合物的實(shí)際穩(wěn)定常數(shù)稱為條件穩(wěn)定常數(shù)K′MY。在實(shí)際工作中,并非所有的副反應(yīng)都同時(shí)存在,因此在計(jì)算K′MY應(yīng)根據(jù)具體情況計(jì)算出相關(guān)的副反應(yīng)系數(shù)后,再求得金屬離子和配位劑的總的副反應(yīng)系數(shù),然后計(jì)算K′MY.(二)配位滴定曲線滴定曲線在配位滴定中,隨著滴定劑EDTA的加入,金屬離子濃度逐漸減小,在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近發(fā)生突變,產(chǎn)生滴定突躍。由滴定劑的加入量與對(duì)應(yīng)的pM′作圖,也可以畫(huà)出滴定曲線。影響滴定突躍大小的因素(1)被測(cè)金屬離子種類不同,穩(wěn)定常數(shù)KMY也不同,KMY越大,突躍也越大;(2)被測(cè)金屬離子和滴定劑的濃度越大,突躍范圍越大;(3)M和Y發(fā)生的副反應(yīng)越多,K′MY越小,則突越范圍越?。?.化學(xué)計(jì)量點(diǎn)pM′值的計(jì)算在配位滴定中特別強(qiáng)調(diào)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)pM′值的計(jì)算,因?yàn)樗沁x擇指示劑的依據(jù)。4.金屬指示劑金屬指示劑的作用原理金屬指示劑是一種有機(jī)染料顯色劑,能與被滴定金屬離子反應(yīng),形成一種與染料本身顏色不同的配合物,以此來(lái)指示滴定終點(diǎn)。以In表示金屬指示劑,在溶液中呈現(xiàn)A色,它與金屬離子M形成的配合物MIn在溶液中呈現(xiàn)B的顏色。用EDTA滴定金屬離子為例,其變色機(jī)理可表示為:終點(diǎn)前:M+In=MIn溶液顏色B色終點(diǎn)時(shí):MIn+Y=MY+In溶液顏色A色加入指示劑后,指示劑與少量金屬離子形成有色配合物MIn,溶液顯B色。當(dāng)加入EDTA后,EDTA首先與游離的金屬離子發(fā)生配合,在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí),M離子的濃度降得很低,此時(shí),溶液的中EDTA就會(huì)奪取MIn中的金屬離子形成配合物MY釋放出指示劑(In)溶液由B色轉(zhuǎn)為A色,指示達(dá)到終點(diǎn)。(2)金屬指示劑必須具備的條件:①金屬指示劑與金屬離子生成的配合物MIn的顏色應(yīng)與指示劑In本身的顏色有明顯區(qū)別,終點(diǎn)變色明顯。②顯色反應(yīng)要靈敏、迅速,有良好的變色可逆性③顯色配合物MIn的穩(wěn)定性要適當(dāng)。一般要求KMY/KMIn>102。④金屬離子指示劑應(yīng)比較穩(wěn)定,便于儲(chǔ)存和使用。(3)常用金屬指示劑鉻黑T簡(jiǎn)稱EBT或BT;鈣指示劑(又稱鈣羧酸指示劑)簡(jiǎn)稱NN;二甲酚橙簡(jiǎn)稱XO;PAN要根據(jù)測(cè)定樣品的情況和要求,選擇不同的指示劑。(4)金屬指示劑顏色轉(zhuǎn)變點(diǎn)的pMt計(jì)算金屬指示劑是一種配位劑,并且大多是有機(jī)酸堿,所以存在酸效應(yīng),在溶液中的平衡關(guān)系M+In=MnH+HIn…..條件穩(wěn)定常數(shù):In(H)為In對(duì)酸的副反應(yīng)系數(shù)。以對(duì)數(shù)形式表示在[MIn]=[In]時(shí),溶液呈混合色,稱指示劑顏色轉(zhuǎn)變點(diǎn)的pM值,以pMt表示為:5.滴定終點(diǎn)誤差由于滴定終點(diǎn)和化學(xué)計(jì)量點(diǎn)不一致造成的誤差,稱為配位滴定的終點(diǎn)誤差。用TE%表示。終點(diǎn)誤差計(jì)算公式或稱為林邦(Ringbom)誤差公式)如下:其中,△pM'=pM'ep-pM'sp,終點(diǎn)誤差與CM(sp)(化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)金屬離子的濃度)、K'MY(條件穩(wěn)定常數(shù))和△pM'有關(guān)。CM(sp)和K'MY越大,終點(diǎn)誤差越小。△pM'越大,即滴定終點(diǎn)與化學(xué)計(jì)量點(diǎn)越遠(yuǎn),終點(diǎn)誤差越大。假設(shè)△pM'=±0.2,用等濃度的EDTA滴定初始濃度為C的金屬離子M。計(jì)算lgCK'MY分別為8、6、4時(shí)的終點(diǎn)誤差,分別為0.01%、0.1%和1%。6.能否準(zhǔn)確滴定的判據(jù)通常將lgCK'MY≥6作為能準(zhǔn)確滴定能夠的條件。即當(dāng)CM在10-2mol/L左右時(shí),條件穩(wěn)定常數(shù)K'MY≥8,才能用配位滴定準(zhǔn)確測(cè)定金屬離子。三、滴定條件的選擇提高配位滴定選擇性,可以通過(guò)控制酸度和使用掩蔽劑的方法。選擇滴定條件就是控制滴定條件使在此條件下的條件穩(wěn)定常數(shù)在108數(shù)量級(jí),即滿足lgKMY≥8。1.酸度的選擇最高酸度或最低pH值:lgY(H)=lgKMY-8,lgY(H)對(duì)應(yīng)的酸度;最低酸度:金屬離子開(kāi)始生成氫氧化物沉淀時(shí)的酸度,可以通過(guò)溶度積計(jì)算出pOH后得到。滴定的最適宜酸度范圍:最高酸度和最低酸度之間的范圍,在此范圍內(nèi)進(jìn)行滴定,滴定誤差≤±0.1%。最佳酸度:用指示劑指示終點(diǎn)時(shí),在最適宜酸度范圍內(nèi),當(dāng)pMt=pMsp時(shí)對(duì)應(yīng)的酸度。由于溶液的酸度影響金屬離子的條件穩(wěn)定常數(shù),所以調(diào)節(jié)適宜的酸度,可以提高配位滴定的選擇性。2.掩蔽劑的選擇如果金屬離子M和N的穩(wěn)定常數(shù)比較接近,就不能用控制酸度的方法進(jìn)行分別滴定。此時(shí),可以用加入適當(dāng)?shù)难诒蝿顾c干擾金屬離子發(fā)生反應(yīng),而不與被測(cè)離子反應(yīng),可以大大降低干擾離子的濃度,從而消除干擾。常用的掩蔽方法有配位掩蔽法、沉淀掩蔽法和氧化還原掩蔽法。配位掩蔽法是利用配位反應(yīng)降低或消除干擾離子的方法,是最常用的掩蔽方法。四、滴定方式與示例第八章氧化還原滴定法一、Nernst方程與氧化還原平衡1.Nernst方程物質(zhì)的氧化還原能力可以用它的有關(guān)的電對(duì)的電極電位來(lái)表征。電對(duì)的電極電位越高,其氧化形的氧化能力越強(qiáng);電對(duì)的電極電位越低,其還原形的還原能力越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè)可逆的氧化還原電對(duì)Ox+ne=Red它的電極電位滿足能斯特(Nernst)方程式:其中:0代表標(biāo)準(zhǔn)電極電位,n表示轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目;a代表氧化形和還原形的活度,單位為mol/L。2.條件電極電位在實(shí)際工作中,通常只知道氧化形和還原形的濃度。當(dāng)溶液的離子強(qiáng)度較大時(shí),則需要對(duì)濃度進(jìn)行校正。此外,氧化形和還原形在溶液中常發(fā)生副反應(yīng),如:酸效應(yīng)、配位效應(yīng)和沉淀的生成等,也會(huì)引起電位的改變。當(dāng)用分析濃度代替活度進(jìn)行計(jì)算時(shí),必須對(duì)上述各種因素進(jìn)行校正,引入相應(yīng)的活度系數(shù)和副反應(yīng)系數(shù)。則:0稱為條件電位。它是在一定條件下,當(dāng)氧化形和還原形物質(zhì)的分析濃度都是1mol/L時(shí),校正了離子強(qiáng)度和副反應(yīng)影響后的實(shí)際電位。根據(jù)條件電位可以判斷電對(duì)的實(shí)際氧化還原能力,在分析化學(xué)中更有實(shí)際意義。3.影響條件電位的因素從條件電位的定義式可以知道,影響條件電位的因素即影響電對(duì)物質(zhì)的活度系數(shù)和副反應(yīng)系數(shù)的因素。這些因素主要有鹽效應(yīng)、酸效應(yīng)、生成沉淀和生成配合物四個(gè)方面。(1)鹽效應(yīng)指溶液中的電解質(zhì)濃度對(duì)條件電位的影響作用。電解質(zhì)濃度的變化會(huì)改變?nèi)芤褐械碾x子強(qiáng)度,從而改變電對(duì)氧化形和還原形的活度系數(shù)。單純鹽效應(yīng)對(duì)條件電位的影響可按下式計(jì)算:在一般情況下,副反應(yīng)對(duì)電對(duì)的影響比鹽效應(yīng)大,估算條件電位時(shí),可以忽略鹽效應(yīng)的作用。(2)生成沉淀在溶液體系中,如果有與電對(duì)氧化形和還原形生成難溶沉淀的沉淀劑存在,將大大降低氧化形或還原形的濃度,導(dǎo)致電對(duì)的條件電位的改變。如果氧化形生成沉淀,條件電位將降低;若還原形生成難溶沉淀,條件電位將升高。(3)生成絡(luò)合物溶液中總有各種陰離子存在,它們常與金屬離子的氧化態(tài)、還原態(tài)形成穩(wěn)定性不同的絡(luò)合物。從而改變電對(duì)的電位。一般規(guī)律是:若氧化態(tài)形成的配合物越穩(wěn)定,條件電位降低;若還原態(tài)形成的配合物穩(wěn)定性越高,條件電位升高。(4)酸效應(yīng)不少氧化還原反應(yīng)有H+和OH-參加,有關(guān)電對(duì)的能斯特方程式中將包括H+和OH-項(xiàng),酸度直接影響電位值;一些物質(zhì)的氧化態(tài)或還原態(tài)是弱酸或弱堿,酸度的變化還會(huì)影響其存在形式,也會(huì)影響電位值。小結(jié):當(dāng)電對(duì)發(fā)生副反應(yīng)時(shí),氧化形和還原形的副反應(yīng)系數(shù)可以相差幾個(gè)甚至十幾個(gè)數(shù)量級(jí),遠(yuǎn)比活度系數(shù)的影響大得多,在這種情況下,電對(duì)的條件電位主要由副反應(yīng)的影響決定,鹽效應(yīng)可以忽略。副反應(yīng)的影響足夠大時(shí),還可以引起氧化還原反應(yīng)方向的改變,使反應(yīng)向相反的方向進(jìn)行。在討論明顯存在副反應(yīng)的滴定體系的氧化還原性質(zhì)時(shí),必需采用以條件電位表示的,而不能把分析濃度近似地當(dāng)作活度或平衡濃度進(jìn)行計(jì)算,否則,會(huì)引出錯(cuò)誤的結(jié)論。4.氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度就用氧化還原平衡常數(shù)來(lái)表示。平衡常數(shù)越大,表示反應(yīng)進(jìn)行的越完全。對(duì)于任意氧化還原反應(yīng):aOx1+bRed2=cRed1+dOx2當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)的平衡常數(shù)表達(dá)式:平衡常數(shù)可以用有關(guān)電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位求得。用條件電位代替標(biāo)準(zhǔn)電位:表示兩電對(duì)的條件電位K相差越大,氧化還原反應(yīng)的條件穩(wěn)定常數(shù)越大,反應(yīng)進(jìn)行的越完全。(1)對(duì)于1:1類型的反應(yīng)Ox1+Red2=Red1+Ox2當(dāng)達(dá)到化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí),要求生成物與剩余反應(yīng)

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