容量分析的概念和原理课件.pptx
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1、容量分析法的基本概念及其分类容量分析法的基本概念及其分类 容量分析法又称为滴定分析法,是将一种已知准确浓度的试剂(即标准溶液)滴加到被测物质的溶液中,或者是将被测物质的溶液滴加到标准溶液中,直到所加的试剂与被测物质按化学计量关系定量反应完为止,然后根据标准溶液的浓度和用量,计算被测物质的含量。容量分析涉及的基本概念有以下七个:1.滴定分析由滴定剂的浓度和体积,计算被测组分的含量,这种分析方法称之为滴定分析。(计算基础化学反应)2.滴定滴加标准溶液的操作过程,称之为滴定。3.标准溶液已知其准确浓度的溶液。4.化学计量点滴入的标准溶液和待测组分恰好完全反应之点。5.指示剂化学计量点前后发生颜色变化
2、的试剂。6.滴定终点(ep)指示剂变色之点。7.终点误差由化学计量点和终点不一致引起的误差。第1页/共24页 滴定反应的条件反应要定量完成、无副反应。反应要迅速。有适当的指示剂指示终点。滴定法分类滴定法分类 酸碱滴定法以质子传递反应为基础的滴定分析法。测定对象:酸、碱、弱酸盐、弱碱盐。络合滴定法以络合反应为基础的滴定分析法 测定对象:金属离子 氧化还原滴定法以氧化还原反应为基础的滴定分析法。测定对象:.具氧化还原性物质直接测定 非氧化还原性物质间接测定 沉淀滴定法以沉淀反应为基础的滴定分析法 测定对象:Ag+、X-、SCN-等第2页/共24页容量分析基本原理及其应用 (一)酸碱滴定法:基本原理
3、:酸碱滴定法是基于酸碱反应的滴定分析方法,也叫中和滴定法。其中,常用的标准溶液是浓度为0.1 molL1的HCl和NaOH溶液。在酸碱滴定中,最重要的是选择合适的指示剂来指示滴定终点。为此,必须了解滴定过程中溶液pH的变化情况,特别是化学计量点前后一定准确度范围内(如相对误差为0.1%)溶液pH的变化情况。酸碱滴定法的应用 (1)双指示剂测烧碱NaOH,Na2CO3的含量 准确称取一定量的试样加水溶解,先以酚酞为指示剂,用已知浓度的盐酸标准溶液滴定至红色刚消去,记下盐酸的体积为V1(mL)设其浓度为c。这时NaOH被全部中和,而Na2CO3则被中和到NaHCO3。然后再加入甲基橙,继续用盐酸滴
4、定至溶液由黄色变为橙色,这一滴定过程用盐酸体积为V2(mL)。由酸碱反应知,把Na2CO3滴定到NaHCO3和NaHCO3滴定到NaCl消耗盐酸的量是相等的。已知Na2CO3的分子量是106.0 gmol1,NaOH的分子量为40.00 gmol1,则有第3页/共24页 Na2CO3(%)=(c V2 106.0)(试样质量g1000)100%NaOH(%)=(c(V1 V2)40.00)(试样质量g1000)100%(2)双指示剂测纯碱中Na2CO3和NaHCO3的含量 用酚酞作指示剂,把Na2CO3滴定到NaHCO3,所用盐酸的体积为V1,再用甲基橙作指示剂,把NaHCO3滴定到NaCl,
5、消耗盐酸的体积为V2。那么原样品混合物中NaHCO3消耗盐酸的体积是V2 V1。据此可求得Na2CO3和NaHCO3的含量。(3)铵盐中氮含量的测定 铵盐加浓NaOH蒸馏,使NH4+转化成NH3,再用硼酸吸收NH3。NH3+H3BO3=NH4+H2BO3-然后用甲基橙作指示剂,用标准盐酸溶液滴定,H2BO3-到H3BO3,溶液呈粉红色为滴定终点。硼酸作为NH3的吸收剂,只要求过量,把NH3全部吸收就行了,不要求准确的量。铵盐加浓NaOH蒸馏出的NH3,也可用过量的已知浓度的盐酸或硫酸吸收,再用甲基橙作指示剂用标准NaOH溶液滴定过量的酸来求氮的含量。第4页/共24页 (二)络合滴定法(配位滴定
6、法)基本原理:络合滴定法是以络合反应为基础的滴定分析方法。络合滴定所用的指示剂是金属指示剂,在酸性条件下可用二甲酚橙(XO)作指示剂,可测定Bi3+、Pb2+、Zn2+、Al3+等金属离子;在碱性条件下(pH=10),可用铬黑T(EBT)作指示剂,可测定Zn2+、Pb2+、Ca2+、Mg2+等金属离子。络合滴定法的应用 (1)水的总硬度(钙和镁离子总量)测定 取一定体积的水样(V水),加入氨缓冲溶液(控制pH=10)和铬黑T指示剂,用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色,即达终点。记下所用EDTA标准溶液的体积(VEDTA)。照下式计算水的硬度:硬度(m molL1)=(VEDTACE
7、DTA1000)V水 注意:水中Fe3+、Al3+、Mn2+、Cu2+、Pb2+等离子量略大时会发生干扰,需加掩蔽剂。(具体方法见水和废水监测分析方法P416页)第5页/共24页 (2)石灰石中钙和镁的测定 试样经酸溶解,在pH=10时,直接滴定溶液中钙和镁离子总量方法同(1)。在pH12.5时,镁离子生成氢氧化物沉淀,可单独滴定钙离子。方法如下:取一定体积的试样,加适量掩蔽剂(5%酒石酸钾钠和1:2三乙醇胺溶液),加20%NaOH溶液,控制pH12.5,再加一定量的铜试剂。摇匀后,加入钙指示剂,用EDTA标准溶液滴定至溶液由红色变为纯蓝色,即达终点。记下所用EDTA标准溶液的体积。计算试样中
8、含CaO的质量分数。(3)铝盐中铝的测定 铝离子与EDTA络合速率甚慢,故不能直接滴定。测定时都是在pH=3的条件下,加入过量的EDTA,使铝离子完全络合,此时其他金属离子(如铁等)也络合。再调整pH=56,用铜盐(或锌盐)标准溶液返滴过量的EDTA。然后利用氟离子能与铝离子生成更稳定的络合物这一性质,加入氟化铵,置换出与铝络合的EDTA,再用铜盐标准溶液滴定。(三)氧化还原滴定法 基本原理:氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴定分析方法。在氧化还原滴定中,随着滴定剂的不断滴入,物质的氧化型和还原型的浓度逐渐改变,在化学计量点附近发生突变。氧化还原滴定的终点可用指示剂或通过反应物自身的颜色
9、变化来确定。第6页/共24页 氧化还原滴定法的应用 (1)高锰酸钾作氧化剂进行的滴定反应(见高锰酸盐指数测定方法)高锰酸钾是一种强的氧化剂,本身又具有颜色,在一些滴定反应中不需要再加指示剂。高锰酸钾作为氧化剂,其还原产物与溶液的酸度有关。在强酸性溶液中,MnO4-被还原到Mn2+;在焦磷酸盐或氟化物存在下,MnO4-被还原到Mn(III)的配合物;在弱酸性、中性、弱碱性溶液中,MnO4-被还原到MnO2;在强碱溶液中,MnO4-被还原到MnO42-。KMnO4标准溶液浓度的确定是以草酸钠来标定的。在H2SO4溶液中,MnO4-C2O42-反应如下:2 MnO 4-+5 C2O 42-+16H+
10、=2Mn2+10CO2+8H2O 高锰酸钾作标准溶液可直接滴定具有还原性的物质,如H2O2,C2O42-,NO 2-,Fe2+等。第7页/共24页 (2)重铬酸钾作氧化剂进行的滴定反应(见化学需氧量测定方法)K2Cr2O7也是一种强氧化剂,在酸性溶液中,Cr2O72+被还原成Cr3+。重铬酸钾法的优点是:K2Cr2O7试剂易于提纯,可以直接称量后配制标准溶液,不必进行标定;K2Cr2O7相当稳定,可以长期保存;在酸性溶液中,Cr2O72-作氧化剂,不会把Cl氧化,故不受溶液中的Cl干扰。使用K2Cr2O7滴定时,需使用氧化还原指示剂,如二苯胺磺酸钠等。(3)碘量法(见溶解氧的测定方法)碘量法是
11、以I2作为氧化剂或以I 作为还原剂进行滴定分析的方法。I2是较弱的氧化剂,能与一些较强的还原剂作用;I 是中等强度的还原剂,能被许多氧化剂氧化。因此,碘量法分为直接和间接两种方法。直接碘量法:一些还原性物质可用I2标准溶液直接滴定。例如,亚硫酸盐可用直接碘量法测定。反应为:第8页/共24页 I2+SO32-+H2O=2I+SO42-+2H+间接碘量法:氧化性物质把I氧化为I2,然后用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2。这种方法叫间接碘量法,其反应为:I2+2S2O 32-=2I +S4O62-用一定量的过量的I2还可氧化甲醛、葡萄糖、硫脲、丙酮等有机物质,再用标准Na2S2O3溶液滴定过量I
12、2,从而可求有机物含量。碘量法中常使用的标准溶液有Na2S2O3和I2。硫代硫酸钠可用KIO3,KBrO3,K2Cr2O7等基准物质进行标定。如KIO3作基准物质时,它在酸性溶液中于KI发生反应为 IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O 定量析出的I2以淀粉作指示剂,用Na2S2O3滴定。以此为基础,计算Na2S2O3的浓度。(四)沉淀滴定法 基本原理:沉淀滴定法是以沉淀反应为基础的滴定分析法。用于沉淀滴定法的沉淀反应必须符合下列条件:沉淀的溶解度很小;沉淀反应必须定量且迅速的发生;能采用适当的方法确定滴定终点。目前,比较有实际意义的、应用较多的是利用生成微溶性银盐的沉淀反应,如利用Ag+
13、Cl-=AgCl和 Ag+SCN =AgSCN 进行的沉淀滴定法,此法称为银量法。银量法主要用于测定Cl、Br、I、Ag+及SCN 等。第9页/共24页 沉淀滴定法的应用 在此,我们介绍一种银量法。莫尔法用铬酸钾作指示剂(见氯化物测定方法的硝酸银滴定法)此法是在中性或弱碱性溶液中,以K2CrO4为指示剂,用AgNO3标准溶液直接滴定Cl(或Br)。AgCl的溶解度比Ag2CrO4小,根据分步沉淀原理,当向含Cl的溶液中滴入 AgNO3时,首先沉淀析出的是AgCl;当AgCl定量沉淀后,稍过量一点的 AgNO3溶液与CrO42-生成砖红色的Ag2CrO4沉淀,即为滴定终点。反应如下 Ag+Cl=
14、AgCl(白色)2Ag+CrO 42-=Ag 2CrO4(砖红色)莫尔法中指示剂的用量和溶液的酸度是两个主要问题。第10页/共24页 指示剂的用量 在实际工作中,若CrO42-的浓度太高,颜色太深,会影响终点的判断;但CrO42-的浓度太低,又会使终点出现过缓,影响滴定的准确度。实验证明加入K2CrO4的浓度以5.0 103 molL1为宜。这样实际使用的CrO42-的浓度较计算值偏低,那么要使Ag2CrO4沉淀析出,必然要使AgNO3溶液过量得稍多一点。这样的话也不致引起较大的误差,完全可以满足滴定分析的要求。溶液的酸度 H2CrO4的Ka2为3.210 7,酸性较弱,因此Ag2CrO4易溶
15、于酸,即 Ag2CrO4+H+=2Ag+HCrO4-所以滴定不能在酸性溶液中进行。但如果溶液的碱性太强,又将产生Ag2O沉淀。此法测定的最适宜的PH值范围为6.5-10.5之间。若试液碱性太强,可用稀HNO3中和,酸性太强,可用NaHCO3、CaCO3或者Na2B4O7等中和。当溶液中的铵盐存在时,要求溶液的酸度范围更窄,PH值为6.5-7.2之间。这是因为PH值再大时,便有相当数量的NH3释放出来,使AgCl和Ag2CrO4的溶解度增大,影响滴定。第11页/共24页 莫尔法的适用范围 莫尔法能直接滴定Cl或Br,当两者共存时,滴定的是Cl和Br的总量。从原则上讲,此方法可应用于滴定I及SCN
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