滴定分析
分析化學是研究物質組成的測定方法與有關原理的一門科學。它分為定性分析和定量分析兩在部分。定性分析的任務是確定物質的組成成分;定量分析的任務是在定性分析的基礎上進一步確定各組成成分的相對含量。
定量分析通常可分為化學分析和儀器分析。化學分析是以物質化學性質為基礎的分析方法,它包括重量分析和滴定分析。儀器分析是以物質的物理或物理化學性質為基礎,應用特殊的檢驗儀器進行分析的方法。
滴定分析由于其簡便、快速等特點且有足夠的準確度,不僅在化學、化工領域有很大的實用性,醫藥衛生等工作中也有廣泛的應用。
第一節 滴定分析概念
一、滴定分析的特點和方法
滴定分析是通過“滴定”來實現的一種分析方法。在滴定過程中,使用的已知準確的溶液稱為標準溶液,被滴定的溶液叫做試樣溶液。當標準溶液與被測組成的反應恰好完全時,即為反應的理論終點,稱為化學計量點附近發生的、容易觀察到的變化來確定。若反應本身無此種變化,就須借助指示劑。指示劑所指示的反應終點稱為滴定終點。
滴定分析法是基于標準溶液與被測組分之間發生化學反應時,它們的量之間存在一定的化學計量關系,利用標準溶液的濃度和所消耗的體積來計算被測物質含量的一種方法。根據分析時所利用的化學反應不同,滴定分析又分為酸堿滴定法,氧化還原滴定法,配合滴定法和沉淀滴定法。
值得注意的是,并非所有的反應都可用于滴定分析,適合滴定分析的反應必須滿足以下條件:第一,該反應必須按一定的反應式進行,即必須具有確定的化學計量關系;第二,反應必須能夠定量地進行,通常要求達到99.9%以上;第三,必須有適當的方法確定反應的終點。此外要求反應能較快地進行。對于速度較慢的反應有時可通過加熱或加入催化劑來加速反應。
二、滴定分析的操作程序
(一)標準溶液的配制
1.直接配制法
直接稱取一定量的基準物質,溶解后轉入容量瓶中,稀釋定容。根據溶質的量和溶液的體積可計算出該溶液的準確濃度。
所謂基準物質是指那些能夠直接用來配制溶液的物質。它們必須符合下列條件:
(1)物質的組成應與化學式相符。若含結晶水,其結晶水的含量也應與化學式相符。
(2)試劑要純度高。一般含量在99.9%以上。
(3)試劑要穩定。如不易吸收空氣中的水分及二氧化碳,不易被空氣氧化等。
(4)有比較大的摩爾質量,以減少稱量所引起的相對誤差。
常用的基準物質有鄰酸氫鉀、草酸、碳酸鈉等。
2.間接配制法
由于大多數試劑不能滿足基準物質的條件,也就不能直接用來配制標準溶液。這時可先將它們配成近似所需濃度的溶液,再用下述方法標定其濃度,這種方法稱為間接配制法。
(二)標準溶液濃度的標定
標定是指用滴定方法確定溶液準確濃度的過程。可以用待標定溶液一定量的基準濃度,亦可以用待標定溶液和已知準確濃度的標準溶液進行相互滴定,比較出待測溶液的濃度。例如,欲標定鹽酸溶液的濃度,可稱取一定量的分析純碳酸鈉(基準物質)溶于水中,然后用此鹽酸溶液進行滴定:
2HCL+Na2CO3→2NaCL+H2O+CO2
當反應完全時,從用去此鹽酸溶液的體積和碳酸鈉的質量,即可求出鹽酸溶液的準確濃度。
(三)被測物質含量的測定
標準溶液的濃度確定后,即可對待測物質進行含量測定。例如,已標定的鹽酸溶液可以用來測定某些堿性物質含量;已標定的氧化劑溶液可以用來測定某些還原性物質相對含量。
三、滴定分析的計算方法
(一)方向方法
滴定分析中的計算主要包括標準溶液濃度的計算和被測定物質含量的計算。標準溶液的濃度常用物質的量濃度表示。物質B的濃度即可用下式求得:
cB=nB/Vb (7-1)
或 cBVB=mB/MB(7-2)
在上面式子中,mb 為物質B的質量(g);MB 為物質B的摩爾質量(gmol-1);VB為物質B溶液的體積(L);cB即為物質B的量濃度(molL-1)。
對于任一滴定反應:
aA+bB=dD+eE
若選取aA和bB作為基本單元,則有如下關系:
n(aA)=n(bB)(7-3)
上式表示:當達到化學計量點時,aA與bB的物質的量相等,即等物質的量規則。該規則是進行滴定分析計算的主要根據之一,由式(7-1)和式(7-3)得:
c(aA)V(A)=c(bB)V(B)
在實際工作中,為方便起見,常將A和B選作基本單元。
式(7-2)和(7-5)是滴定分析中兩個常用的計算式,下面通過實例介紹它們的應用。
例1 準確稱取基準物質K2 Cr2 O7 2.4530g,溶解后移入500ml容量瓶中,加水稀釋至刻度。求c(K2 Cr2 O7 )和 。
解:K2 Cr2 O7 的摩爾質量為294.2g.mol-1
例2 稱取分析純Na2 CO3 1.2738g,溶于水后稀釋成250mL,取該溶液25.00mL,用HCl溶液進行滴定,
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