仪器分析第四版课后题答案414.docx
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仪器分析第四版课后题答案414
第四章习题解答
1.电位测定法的根据是什么?
对于一个氧化还原体系:
Ox+ne-=Red
根据能斯特方程式:
E=E0Ox/Red+TR/nFlog（aOx/aRed）
对于纯金属,活度为1,故上式变为:
可见,测定了电极电位,即可测定离子的活度（或浓度）,这就是电位测定法的理论依据.
2.何谓指示电极及参比电极?
试各举例说明其作用.
解:
指示电极:
用来指示溶液中离子活度变化的电极,其电极电位值随溶液中离子活度的变化而变化,在一定的测量条件下,当溶液中离子活度一定时,指示电极的电极电位为常数.例如测定溶液pH时,可以使用玻璃电极作为指示电极,玻璃电极的膜电位与溶液pH成线性关系,可以指示溶液酸度的变化.
参比电极:
在进行电位测定时,是通过测定原电池电动势来进行的,电动势的变化要体现指示电极电位的变化,因此需要采用一个电极电位恒定,不随溶液中待测离子活度或浓度变化而变化的电极作为基准,这样的电极就称为参比电极.例如,测定溶液pH时,通常用饱和甘汞电极作为参比电极.
3.为什么离子选择性电极对欲测离子具有选择性?
如何估量这种选择性?
解:
因为离子选择性电极都是由对特定离子有特异响应的敏感膜制成.
可以用选择性电极的选择性系数来表征.
称为j离子对欲测离子i的选择性系数.
4.为什么离子选择性电极对欲测离子具有选择性?
如何估量这种选择性?
解:
离子选择性电极是以电位法测量溶液中某些特定离子活度的指示电极.各种离子选择性电极一般均由敏感膜及其支持体,内参比溶液,内参比电极组成,其电极电位产生的机制都是基于内部溶液与外部溶液活度不同而产生电位差.其核心部分为敏感膜,它主要对欲测离子有响应,而对其它离子则无响应或响应很小,因此每一种离子选择性电极都具有一定的选择性.
可用离子选择性电极的选择性系数来估量其选择性.
5.直接电位法的主要误差来源有哪些?
应如何减免之?
解:
误差来源主要有:
（1）温度,主要影响能斯特响应的斜率,所以必须在测定过程中保持温度恒定.
（2）电动势测量的准确性.一般,相对误差%=4nDE,因此必须要求测量电位的仪器要有足够高的灵敏度和准确度.
（3）干扰离子,凡是能与欲测离子起反应的物质,能与敏感膜中相关组分起反应的物质,以及影响敏感膜对欲测离子响应的物质均可能干扰测定,引起测量误差,因此通常需要加入掩蔽剂,必要时还须分离干扰离子.
（4）另外溶液的pH,欲测离子的浓度,电极的响应时间以及迟滞效应等都可能影响测定结果的准确度.
6.为什么一般来说,电位滴定法的误差比电位测定法小?
解:
直接电位法是通过测量零电流条件下原电池的电动势,根据能斯特方程式来确定待测物质含量的分析方法.而电位滴定法是以测量电位的变化为基础的,因此,在电位滴定法中溶液组成的变化,温度的微小波动,电位测量的准确度等对测量影响较小.
7.简述离子选择性电极的类型及一般作用原理
解:
主要包括晶体膜电极;非晶体膜电极和敏化电极等.晶体膜电极又包括均相膜电极和非均相膜电极两类,而非晶体膜电极包括刚性基质电极和活动载体电极,敏化电极包括气敏电极和酶电极等.
晶体膜电极以晶体构成敏感膜,其典型代表为氟电极.其电极的机制是:
由于晶格缺陷（空穴）引起离子的传导作用,接近空穴的可移动离子运动至空穴中,一定的电极膜按其空穴大小、形状、电荷分布，只能容纳一定的可移动离子，而其它离子则不能进入，从而显示了其选择性。
活动载体电极则是由浸有某种液体离子交换剂的惰性多孔膜作电极膜制成的。
通过液膜中的敏感离子与溶液中的敏感离子交换而被识别和检测。
敏化电极是指气敏电极、酶电极、细菌电极及生物电极等。
这类电极的结构特点是在原电极上覆盖一层膜或物质，使得电极的选择性提高。
典型电极为氨电极。
以氨电极为例，气敏电极是基于界面化学反应的敏化电极，事实上是一种化学电池，由一对离子选择性电极和参比电极组成。
试液中欲测组分的气体扩散进透气膜，进入电池内部，从而引起电池内部某种离子活度的变化。
而电池电动势的变化可以反映试液中欲测离子浓度的变化。
8.列表说明各类反应的电位滴定中所用的指示电极及参比电极,并讨论选择指示电极的原则.
反应类型指示电极参比电极
酸碱滴定玻璃电极甘汞电极
氧化还原滴定铂电极甘汞电极
沉淀滴定离子选择性电极或其它电极玻璃电极或双盐桥甘汞电极
络合滴定铂电极或相关的离子选择性电极甘汞电极
选择指示电极的原则为指示电极的电位响应值应能准确反映出离子浓度或活度的变化.
11.某钠电极,其选择性系数KNa+,H+=30.如用此电极测定pNa等于3的钠离子溶液,并要求测定误差小于3%,则试液的pH必须大于多少?
解:
30×aH+/10-3<0.03
aH+<10-6
故:
pH>6
12.用标准加入法测定离子浓度时,于100mL铜盐溶液中加入1mL0.1mol.L-1Cu（NO3）2后,电动势增加4mV,求铜的原来总浓度.
13.解:
（a） 根据上表,以E/V为纵坐标，以V/mL为横坐标，作图，即可得到如左图所示的滴定曲线．
V/mL?
pH/?
VV/mL?
pH/?
VV/mL?
pH/?
V
11.000.1315.251.3215.756.0
13.000.24515.555.4015.902.9
14.500.4415.6511.916.500.689
（b）利用DpH/DV=（pH2-pH1）/（V2-V1）求得一阶微商，与相应的滴定体积列入下表．
然后，以DpH/DV对V作图，即可得到下页所示的一阶微商－V曲线．
（c）从（b）表数据可以计算如下的二阶微商，可以看出终点应该介于15.60-15.70之间．
V/mL?
2pH/?
V2V/mL?
2pH/?
V2
12.000.057515.4016.32
13.750.1315.6065
14.8751.17315.70-1.532
0.10:
（65+1.532）=x:
65
x=0.098?
0.10
故终点体积为15.60+0.0.098=15.698（mL）
（d）0.1000×50.00=C×15.70
C=0.03140mol.L-1
（e）同例题中求终点电位方法相同
8.24+（9.43-8.24）×65/（65+1.532）=9.40
（f）由于
所以,滴定到一半时溶液的pH即为该弱酸的离解常数.
滴定到一半时,体积为15.698/2=7.85mL,从pH–V曲线查得pH=5.60
亦即离解常数pKa=5.60
14.解:
（a）参考教材p137.
（b）结合（a）中求得的aF-及上表中VLa=0.00mL时的电动势，采用下式即可求得K’：
（c）利用上式可求得加入50.00mL后，E=-0.1118V时的CF-
（d）利用（a）求得的Vep,即可求得加入50.00mL滴定剂后游离La3+的浓度。
（e）利用（c）（d）分别求得的CF-及CLa3+利用下式计算：
Ksp=[La3+][F-]3
第六章库仑分析法习题解答
1.以电解法分析金属离子时,为什么要控制阴极的电位?
解:
由于各种金属离子具有不同的分解电位，在电解分析时，金属离子又大部分在阴极上析出，因此需要控制阴极的电位，以便不同金属离子分别在不同的电位析出，从而实现分离的目的。
2.库仑分析法的基本依据是什么？
为什么说电流效率是库仑分析发关键问题？
在库仑分析中用什么方法保证电流效率达到100%？
解：
根据法拉第电解定律，在电极上发生反应的物质的质量与通过该体系的电量成正比，因此可以通过测量电解时通过的电量来计算反应物质的质量，这即为库仑分析法的基本原理。
由于在库仑分析法中是根据通过体系的电量与反应物质之间的定量关系来计算反应物质的质量的，因此必须保证电流效率100%地用于反应物的单纯电极反应。
可以通过控制电位库仑分析和恒电流库仑滴定两种方式保证电流效率达到100%。
3.电解分析和库仑分析在原理、装置上有何异同之处？
解：
电解分析与库仑分析在原理、装置上有许多共同之处，都需要通过控制分解电压或阴极电位来实现不同金属离子的分离，库仑分析也属于电解分析的范畴。
不同的是通常的电解分析是通过测量电解上析出的物质的质量来进行定量分析，而库仑分析是通过测量通过体系的电量来进行定量测定。
在测量装置上，二者也有共同之处，均需要有阴极电位控制装置，不同之处在于库仑分析中需要在电解回路中串联一个库仑计以测量通过体系的电量。
4.试述库仑滴定的基本原理。
解：
库仑滴定是一种建立在控制电流电解基础之上的滴定分析方法。
在电解过程中，于试液中加入某种特定物质，以一定强度的恒定电流进行电解，使之在工作电极上（阳极或阴极）电解产生一种试剂，此试剂与被测物质发生定量反应，当被测物质反应完全后，用适当的方法指示终点并立即停止电解。
然后根据所消耗的电量按照法拉第定律计算出被测物质的质量：
5.在控制电位库仑分析法和恒电流库仑滴定中,是如何测定电量的?
解:
在控制电位库仑分析法中,是用精密库仑计来测定电量的.
在恒电流库仑滴定中,由于电流是恒定的,因而通过精确测定电解进行的时间及电流强度,即可计算出电量.
6.在库仑滴定中,1mA.s-1相当于下列物质多少克?
（1）OH-,
（2）Sb（III到V价）,（3）Cu（II到0价）,（4）As2O3（III到V价）.
解:
根据法拉第电解定律,
得:
（1）mOH-=1×10-3×1×17.01/（96487×2）=17.01×5.18×10-9
=8.8×10-8g
（2）mSb=121.75×5.18×10-9=6.31×10-7g
（3）mCu=63.55×5.18×10-9=3.29×10-7g
（4）mAs2O3=197.84×5.18×10-9/2=5.13×10-7g
7.在一硫酸铜溶液中,浸入两个铂片电极,接上电源,使之发生电解反应.这时在两铂片电极上各发生什么反应?
写出反应式.若通过电解池的电流强度为24.75mA,通过电流时间为284.9s,在阴极上应析出多少毫克铜?
解:
阴极:
Cu2++2e=Cu↓
阳极:
4OH--4e=2H2O+O2↑
故:
m=it×MCu/（2×96487）=2.322mg
8.10.00mL浓度越为0.01mol.L-1的HCl溶液,以电解产生的OH-滴定此溶液,用pH计指示滴定时pH的变化,当到达终点时,通过电流的时间为6.90min,滴定时电流强度为20mA,计算此HCl溶液的浓度.
解:
根据题意:
m/M=20×10-3×6.90×60/96487=8.58×10-5mol
故:
CHCl=8.58×10-3mol.L-1
9.以适当方法将0.854g铁矿试样溶解并使之转化为Fe2+后,将此试液在-1.0V（vs.SCE）处,在铂阳极上定量地氧化为Fe3+,完成次氧化反应所需的电量以碘库仑计测定,此时析出的游离碘以0.0197mol.L-1Na2S2O3标准溶液滴定时消耗26.30mL.计算试样中Fe2O3的质量分数.
解:
1molFe2+~1mole~1/2molI2~1molS2O32-
1molFe2O3~2molFe~2molS2O32-
设试样中FeO3的摩尔数为x,
则:
1:
2=x:
（0.0197×26.30）
x=2.59×10-4mol
W%=159.69×2.59×10-4×100/0.854=4.84%
10.上述试液若改为以恒电流进行电解氧化,能否根据在反应时所消耗的电量来进行测定?
为什么?
解:
不行,难以维持电流效率为100%（原因参见教材第189页）
第七章习题解答
1.摄谱仪由哪几部分构成？
各组成部件的主要作用是什么？
解：
摄谱仪是用来观察光源的光谱的仪器，主要由照明系统、准光系统、色散系统及投影系统构成。
照明系统的作用是将光源产生的光均匀地照明于狭缝上。
准光系统的作用是将通过狭缝的光源辐射经过准光镜变成平行光束照射在分光系统（色散系统上）。
色散系统为棱镜或光栅，其作用是将光源产生的光分开，成为分立的谱线。
投影系统的作用是将摄得的谱片进行放大，并投影在屏上以便观察。
在定量分析时还需要有观测谱线黑度的黑度计及测量谱线间距的比长仪。
2.简述ICP的形成原理及其特点。
解：
ICP是利用高频加热原理。
当在感应线圈上施加高频电场时，由于某种原因（如电火花等）在等离子体工作气体中部分电离产生的带电粒子在高频交变电磁场的作用下做高速运动，碰撞气体原子，使之迅速、大量电离，形成雪崩式放电，电离的气体在垂直于磁场方向的截面上形成闭合环形的涡流，在感应线圈内形成相当于变压器的次级线圈并同相当于初级线圈的感应线圈耦合，这种高频感应电流产生的高温又将气体加热、电离，并在管口形成一个火炬状的稳定的等离子体焰矩。
其特点如下：
（1）工作温度高、同时工作气体为惰性气体，因此原子化条件良好，有利于难熔化合物的分解及元素的激发，对大多数元素有很高的灵敏度。
（2）由于趋肤效应的存在，稳定性高，自吸现象小，测定的线性范围宽。
（3）由于电子密度高，所以碱金属的电离引起的干扰较小。
（4）ICP属无极放电，不存在电极污染现象。
（5）ICP的载气流速较低，有利于试样在中央通道中充分激发，而且耗样量也较少。
（6）采用惰性气体作工作气体，因而光谱背景干扰少。
3.何谓元素的共振线、灵敏线、最后线、分析线，它们之间有何联系？
解：
由激发态向基态跃迁所发射的谱线称为共振线（resonanceline）。
共振线具有最小的激发电位，因此最容易被激发，为该元素最强的谱线。
灵敏线（sensitiveline）是元素激发电位低、强度较大的谱线，多是共振线（resonanceline）。
最后线（lastline）是指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观察到的几条谱线。
它也是该元素的最灵敏线。
进行分析时所使用的谱线称为分析线（analyticalline）。
由于共振线是最强的谱线，所以在没有其它谱线干扰的情况下，通常选择共振线作为分析线。
5.光谱定性分析的基本原理是什么？
进行光谱定性分析时可以有哪几种方法？
说明各个方法的基本原理和使用场合。
解：
由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发下，可以产生各自的特征谱线，其波长是由每种元素的原子性质决定的，具有特征性和唯一性，因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素是否存在，这就是光谱定性分析的基础。
进行光谱定性分析有以下三种方法：
（1）比较法。
将要检出元素的纯物质或纯化合物与试样并列摄谱于同一感光板上，在映谱仪上检查试样光谱与纯物质光谱。
若两者谱线出现在同一波长位置上，即可说明某一元素的某条谱线存在。
本方法简单易行，但只适用于试样中指定组分的定性。
（2）对于复杂组分及其光谱定性全分析，需要用铁的光谱进行比较。
采用铁的光谱作为波长的标尺，来判断其他元素的谱线。
（3）当上述两种方法均无法确定未知试样中某些谱线属于何种元素时，可以采用波长比较法。
即准确测出该谱线的波长，然后从元素的波长表中查出未知谱线相对应的元素进行定性。
6.光谱定性分析摄谱时，为什么要使用哈特曼光阑？
为什么要同时摄取铁光谱？
解：
使用哈特曼光阑是为了在摄谱时避免由于感光板移动带来的机械误差，从而造成分析时摄取的铁谱与试样光谱的波长位置不一致。
摄取铁光谱是由于铁的光谱谱线较多，而且每条谱线的波长都已经精确测定，并载于谱线表内，因此可以用铁个谱线作为波长的标尺，进而确定其它元素的谱线位置。
8.光谱定量分析的依据是什么？
为什么要采用内标？
简述内标法的原理。
内标元素和分析线对应具备哪些条件？
为什么？
解：
在光谱定量分析中，元素谱线的强度I与该元素在试样中的浓度C呈下述关系：
I=aCb
在一定条件下，a,b为常数，因此
logI=blogC+loga
亦即谱线强度的对数与浓度对数呈线性关系，这就是光谱定量分析的依据。
在光谱定量分析时，由于a,b随被测元素的含量及实验条件（如蒸发、激发条件，取样量，感光板特性及显影条件等）的变化而变化，而且这种变化往往很难避免，因此要根据谱线强度的绝对值进行定量常常难以得到准确结果。
所以常采用内标法消除工作条件的变化对测定结果的影响。
用内标法进行测定时，是在被测元素的谱线中选择一条谱线作为分析线，在基体元素（或定量加入的其它元素）的谱线中选择一条与分析线均称的谱线作为内标线，组成分析线对，利用分析线与内标线绝对强度的比值及相对强度来进行定量分析。
这时存在如下的基本关系：
logR=log（I1/I2）=b1logC+logA
其中A=a1/I2
内标元素和分析线对应具备的条件
①内标元素与被测元素在光源作用下应有相近的蒸发性质；
②内标元素若是外加的，必须是试样中不含或含量极少可以忽略的。
③分析线对选择需匹配；
两条原子线或两条离子线,两条谱线的强度不宜相差过大。
④分析线对两条谱线的激发电位相近。
若内标元素与被测元素的电离电位相近，分析线对激发电位也相近，这样的分析线对称为“均匀线对”。
⑤分析线对波长应尽可能接近。
分析线对两条谱线应没有自吸或自吸很小，并不受其它谱线的干扰。
⑥内标元素含量一定的。
9.何谓三标准试样法？
解：
三标准试样法就是将三个或三个以上的标准试样和被分析试样于同一实验条件下，在同一感光板上进行摄谱。
由每个标准试样分析线对的黑度差与标准试样中欲测成分含量c的对数绘制工作曲线，然后由被测试样光谱中测得的分析线对的黑度差，从工作曲线中查出待测成分的含量。
10.试述光谱半定量分析的基本原理，如何进行？
解：
光谱半定量分析主要有三种方法．
（１）谱线呈现法，当分析元素含量降低时，该元素的谱线数目也会逐渐减少，可以根据一定实验条件下出现特征谱线的数目来进行半定量分析．
（２）谱线强度比较法．可以将被测元素配制成不同浓度的标准系列，然后分别与试样同时摄谱，并控制相同的摄谱条件，通过比较被测元素的灵敏线与标准试样中该元素的相应谱线的黑度，用目视进行比较，进行半定量分析．
（３）均称线对法选择基体元素或样品中组成恒定的某元素的一些谱线做为待测元素分析线的均称线对（激发电位相近的谱线），通过二者的比较来判断待测成分的近似含量。
第八章习题解答（原子吸收）
1.简述原子吸收分光光度法的基本原理，并从原理上比较发射光谱法和原子吸收光谱法的异同点及优缺点．
解：
AAS是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线的吸收作用来进行定量分析的方法．
AES是基于原子的发射现象，而AAS则是基于原子的吸收现象．二者同属于光学分析方法．
原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服。
由于原于的吸收线比发射线的数目少得多，这样谱线重叠的几率小得多。
而且空心阴极灯一般并不发射那些邻近波长的辐射线经，因此其它辐射线干扰较小。
原子吸收具有更高的灵敏度。
在原子吸收法的实验条件下，原子蒸气中基态原于数比激发态原子数多得多，所以测定的是大部分原子。
原子吸收法比发射法具有更佳的信噪比
这是由于激发态原子数的温度系数显著大于基态原子。
2．何谓锐线光源？
在原子吸收光谱分析中为什么要用锐线光源？
解：
锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源，如空心阴极灯。
在使用锐线光源时，光源发射线半宽度很小，并且发射线与吸收线的中心频率一致。
这时发射线的轮廓可看作一个很窄的矩形，即峰值吸收系数K?
在此轮廓内不随频率而改变，吸收只限于发射线轮廓内。
这样，求出一定的峰值吸收系数即可测出一定的原子浓度。
3．在原子吸收光度计中为什么不采用连续光源（如钨丝灯或氘灯），而在分光光度计中则需要采用连续光源？
解：
虽然原子吸收光谱中积分吸收与样品浓度呈线性关系，但由于原子吸收线的半宽度很小，如果采用连续光源，要测定半宽度很小的吸收线的积分吸收值就需要分辨率非常高的单色器，目前的技术条件尚达不到，因此只能借助锐线光源，利用峰值吸收来代替．
而分光光度计测定的是分子光谱，分子光谱属于带状光谱，具有较大的半宽度，使用普通的棱镜或光栅就可以达到要求．而且使用连续光源还可以进行光谱全扫描，可以用同一个光源对多种化合物进行测定．
4．原子吸收分析中，若产生下述情况而引致误差，应采用什么措施来减免之？
（１）光源强度变化引起基线漂移，
（２）火焰发射的辐射进入检测器（发射背景），
（３）待测元素吸收线和试样中共存元素的吸收线重叠．
解：
（1）选择适宜的灯电流，并保持灯电流稳定，使用前应该经过预热．
（2）可以采用仪器调制方式来减免，必要时可适当增加灯电流提高光源发射强度来改善信噪比．
（3）可以选用其它谱线作为分析线．如果没有合适的分析线，则需要分离干扰元素．
5．原子吸收分析中，若采用火焰原子化法，是否火焰温度愈高，测定灵敏度就愈高？
为什么？
解:
不是.因为随着火焰温度升高,激发态原子增加,电离度增大,基态原子减少.所以如果太高,反而可能会导致测定灵敏度降低.尤其是对于易挥发和电离电位较低的元素,应使用低温火焰.
6．石墨炉原子化法的工作原理是什么？
与火焰原子化法相比较，有什么优缺点？
为什么？
解:
石墨炉原子化器是将一个石墨管固定在两个电极之间而制成的,在惰性气体保护下以大电流通过石墨管,将石墨管加热至高温而使样品原子化.
与火焰原子化相比,在石墨炉原子化器中,试样几乎可以全部原子化,因而测定灵敏度高.对于易形成难熔氧化物的元素,以及试样含量很低或试样量很少时非常适用.
缺点:
共存化合物的干扰大,由于取样量少,所以进样量及注入管内位置的变动会引起误差,因而重现性较差.
7．说明在原子吸收分析中产生背景吸收的原因及影响，如何避免这一类影响？
解:
背景吸收是由于原子化器中的气态分子对光的吸收或高浓度盐的固体微粒对光的散射而引起的,它们属于一种宽频带吸收.而且这种影响一般随着波长的减短而增大,同时随着基体元素浓度的增加而增大,并与火焰条件有关.可以针对不同情况采取不同的措施,例如火焰成分中OH,CH,CO等对光的吸收主要影响信号的稳定性，可以通过零点调节来消除，由于这种吸收随波长的减小而增加，所以当测定吸收波长位于远紫外区的元素时，可以选用空气－H2,Ar-H2火焰．对于火焰中金属盐或氧化物、氢氧化物引起的吸收通常利用高温火焰就可消除。
有时，对于背景的吸收也可利用以下方法进行校正：
（1）邻近线校正法;
（2）用与试液组成相似的标液校正；（3）分离基体．
8．背景吸收和基体效应都与试样的基体有关，试分析它们的不同之处．
解：
基体效应是指试样在转移、蒸发过程中任何物理因素的变化对测定的干扰效应。
背景吸收主要指基体元素和盐分的粒子对光的吸收或散射，而基体效应则主要是由于这些成分在火焰中蒸发或离解时需要消耗大量的热量而影响原子化效率，以及试液的黏度、表面张力、雾化效率等因素的影响。
9．应用原子吸收光谱法进行定量分析的依据是什么？
进行定量分析有哪些方法？
试比较它们的优缺点．
解：
在一定的浓度范围和一定的火焰宽度条件下，当采用锐线光源时，溶液的吸光度与待测元素浓度成正比关系，这就是原子吸收光谱定量分析的依据。
常用两种方法进行定量分析：
（１）标准曲线法：
该方法简便、快速，但仅适用于组成简单的试样。
（２）标准加入法：
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