分析化学四川大学和华东理工大学第六版总结.docx
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分析化学四川大学和华东理工大学第六版总结
第二章误差和分析数据处理
第一节误差
一、系统误差
定义:
由于某种确定的原因引起的误差,也称可测误差
二、偶然误差
定义:
由一些不确定的偶然原因所引起的误差,也叫随机误差.偶然误差的出现服从统计
规律,呈正态分布。
三、过失误差
1、过失误差:
由于操作人员粗心大意、过度疲劳、精神不集中等引起的。
其表现是出现离群值或异常值。
2、过失误差的判断——离群值的舍弃
在重复多次测试时,常会发现某一数据与平均值的偏差大于其他所有数据,这在统计学上称为离群值或异常值。
离群值的检验方法:
(1)Q检验法:
该方法计算简单,但有时欠准确。
X离群X相邻
Q
Xmax-Xmin
设有
n
个数据,其递增的顺序为
x
x,
x
n-1
x
n,其中
x
1或
x
n可能为离群值。
1
2⋯
当测量数据不多(n=3~10)时,根据测定次数和要求的置信度,
查表得到Q表值;若Q>Q
表,则舍去可疑值,否则应保留。
(2)G检验法:
该方法计算较复杂,但比较准确。
G
X离群
X
若G>G表,则舍去可疑值,否则应保留
S
第二节测量值的准确度和精密度
一、准确度与误差
1.准确度:
指测量结果与真值的接近程度,反映了测量的正确性,越接近准确度越高。
系统误差影响分析结果的准确度。
2.误差:
准确度的高低可用误差来表示。
误差有绝对误差和相对误差之分。
(1)绝对误差:
测量值x与真实值μ之差
(2)相对误差:
绝对误差占真实值的百分比二、精密度与偏差
1.精密度:
平行测量值之间的相互接近程度,反映了测量的重现性,越接近精密度越高。
偶然误差影响分析结果的精密度。
2.偏差精密度的高低可用偏差来表示。
偏差的表示方法有
(1)绝对偏差:
单次测量值与平均值之差:
dxix
n
xi-x
(2)平均偏差:
绝对偏差绝对值的平均值
d
i1
n
(3)相对平均偏差:
平均偏差占平均值的百分比:
drd100%
x
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n
x)2
(xi
(4)标准偏差
S
i1
n
1
(5)相对标准偏差(RSD,
CV)RSD
S
又称变异系数
100%
x
三、准确度与精密度的关系
1.准确度高,一定要精密度好
2.精密度好,不一定准确度高。
只有在消除了系统误差的前提下,精密度好,准确度才会高
五、提高分析结果准确度的方法
1、消除系统误差的方法
(一)选择恰当的分析方法,消除方法误差
(二)校准仪器,消除仪器误差
(三)采用不同方法,减小测量的相对误差
(四)空白实验,消除试剂误差
(五)遵守操作规章,消除操作误差
2、减小偶然误差的方法:
增加平行测定次数,用平均值报告结果,一般测3~5次。
第三节有效数字及其运算法则
规定
(1)改变单位并不改变有效数字的位数。
20.30ml0.02030L
(2)在整数末尾加0作定位时,要用科学计数法表示。
例:
3600→3.6×103两位→3.60×103三位
(3)在分析化学计算中遇到倍数、分数关系时,视为无限多位有效数字。
(4)pH、pC、logK等对数值的有效数字位数由小数部分数字的位数决定。
[H+]=6.3×10-12[mol/L]→pH=11.20
两位
(5)首位为8或9的数字,有效数字可多计一位。
例
92.5可以认为是
4位有效数。
三、有效数字的运算法则
(一)加减法:
以小数点后位数最少的数为准(即以绝对误差最大的数为准)
例:
50.1+1.45+0.5812=
52.1
(二)乘除法:
以有效数字位数最少的数为准(即以相对误差最大的数为准)
例:
0.0121×25.64×1.05782
=
0.328
(三)乘方、开方:
结果的有效数字位数不变
(四)对数换算:
结果的有效数字位数不变
第四节
分析数据的统计处理
注意:
1.置信度越大且置信区间越小时,数据就越可靠
2.置信度一定时,减小偏差、增加测量次数以减小置信区间
3.在标准偏差和测量次数一定时,置信度越大,置信区间就越大
显著性检验
(一)F检验:
比较两组数据的方差(S2),确定它们的精密度是否存在显著性差异,用于判断两组数据间存在的偶然误差是否显著不同。
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检验步骤:
S12
计算两组数据方差的比值
F,F
(S1S2)
S22
查单侧临界临界值F,f
比较判断:
1
f
2
FF
FF
a,f1,f2
a,f1,f2
两组数据的精密度不存在显著性差别,
S1
与S2相当。
两组数据的精密度存在着显著性差别,
S2
明显优于S1。
(二)t检验:
将平均值与标准值或两个平均值之间进行比较,以确定它们的准确度是否
存在显著性差异,用来判断分析方法或操作过程中是否存在较大的系统误差。
1.平均值与标准值(真值)比较检验步骤:
x
a)计算统计量t,tnb)查双侧临界临界值tP,f
S
比较判断:
1)当t≥tP,f时,说明平均值与标准值存在显著性差异
2)当t
2.平均值与平均值比较:
两个平均值是指试样由不同的分析人员测定,或同一分析人员用不同的方法、不同的仪器测定。
检验步骤:
x1x2
n1
n2
计算统计量
t,t
n1
n2
sR
s12n1
1s22n21
式中SR称为合并标准偏差:
sR
n1
n22
查双侧临界临界值tP,f(总自由度
f=n1+n2-2)
比较判断:
当t≥tP,f
时,说明两个平均值之间存在显著性差异
当t时,说明两个平均值之间不存在显著性差异,
两个平均值本身可能没有系统误差
存在,也可能有方向相同、大小相当的系统误差存在。
注意:
要检查两组数据的平均值是否存在显著性差异,
必须先进行
F检验,确定两组数据
的精密度无显著性差异。
如果有,则不能进行
t
检验。
第三章滴定分析
基本概念:
标准溶液:
已知准确浓度的试剂溶液
滴定剂:
用于滴定的标准溶液
化学计量点:
滴定剂(标准溶液)与待测物质按化学计量关系恰好完全反应的那一点,简称计量点。
(理论值)
指示剂:
能在计量点附近发生颜色变化的试剂
滴定终点:
滴定分析中指示剂发生颜色改变的那一点(实测值)终点误差(滴定误差):
滴定终点与化学计量点不一致造成的误差
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分类:
滴定分析法可分为酸碱滴定,沉淀滴定,氧化-还原滴定,配位滴定。
大多数滴定都
是在水溶液中进行的,若在水以外的溶剂中进行,称为非水滴定法。
第一节滴定反应条件和滴定方式
一、滴定反应条件
1.有确定的化学计量关系2.反应定量完成3.反应速度要快4.有适当的方法确定滴定终点二、滴定方式
1.直接滴定法:
用标准溶液直接滴定被测物质溶液。
2.剩余滴定法(返滴定法):
先准确加入过量的标准溶液,与被测物完全反应后,再用另外一个标准溶液滴定剩余的标准溶液。
如碳酸钙的测定
CaCO3+2HCl=CO2+H2O+CaCl2NaOH+HCl=NaCl+H2O
3.置换滴定法:
先用适当试剂与待测物质反应,定量置换出另一种物质,再用标准溶液去
滴定该物质的方法。
4.间接滴定法:
将被测物通过一定的化学反应转化为另一种物质,再用滴定剂滴定。
第二节基准物质与标准溶液
一、基准物质:
能用于直接配制或标定标准溶液的物质
基准物质具备的条件:
1.组成与化学式相符;2.具有较大的摩尔质量;3.纯度高;4.性质稳定
常用的基准物质有Na2CO3、KHC8H4O4、Na2B4O7·10H2O,CaCO3、K2Cr2O7、H2C2O4·2H2O、
NaCl、Zn等
二、标准溶液的配制与标定
1、直接法:
准确称取一定量的基准物质,溶解,转移到容量瓶中,稀释至刻度。
根据基准物质的质量和容量瓶的体积算出标准溶液的准确浓度。
2、间接法(标定法):
先配制成一种近似于所需浓度的溶液,再利用基准物质或另一标准
溶液来确定该溶液的准确浓度。
mB(g)
TA/B(g/ml)
三、滴定度:
VA(ml)
TA/B指每毫升滴定剂溶液相当于待测物的质量(
g/ml)(A指滴定剂,B指待测物)
滴定剂的量浓度与滴定度的换算
b
b
CAMB
aA+bB=cC+dD
nB
nATA/B
a
1000
滴定剂
被测物
a
第三节
滴定分析中的计算
被测物质含量的计算
被测组分的含量是指被测组分(
mA)占样品质量(
S)的百分比
(1)直接滴定法
A%
acT
VT
MA
100%
tS
1000
(2)返滴定法
t1
a
MA
[(cV)T1-(cT)T2]
A%
t2
t1
100%
S1000
第四章
酸碱滴定法
第一节水溶液中的酸碱平衡
一、酸碱溶液中各型体的分布
(一)分布系数:
溶液中某型体的平衡浓度在溶质总浓度所占的比例,以
i表示
i
i式中:
i为某种型体
c
第4页共16页
(二)弱酸(弱碱)各型体的分布系
一元弱酸CHAA
HA-
Ka
HA
HA
H
A
Ka
HA
C
H
Ka
A
HAA1
C
HKa
二元弱酸C
H2A
HA
A
H2A
2
H
H2
A
2
HA
C
H
HKa1Ka1Ka2
A2
Ka1Ka2
HA
HKa1
C
2
H
HKa1Ka1Ka2
A2
H
2
C
HKa1Ka1Ka2
弱酸(弱碱)各型体的分布系数与溶液的酸度和酸碱的离解常数有关,而与分析浓度无关。
(三)水溶液中酸碱平衡的处理方法
1、质量平衡(物料平衡):
在一个化学平衡体系中,某一组分的分析浓度等于该组分各种存在型体的平衡浓度之和,称为质量平衡
Cmol/LNa
2CO溶液的质量平衡式Na
2C和H2CO3
HCO3
2
C
CO3
3
2、电荷平衡:
在一个化学平衡体系中,正离子电荷的总和与负离子电荷的总和相等,称为
电荷平衡
2
Cmol/LNa
23
Na
H
OH
HCO
3
2CO
CO水溶液的电荷平衡式:
3
3、质子平衡:
酸碱反应达平衡时,酸失去的质子数等于碱得到的质子数,称为质子平衡
质子参考水准:
能参与质子交换的组分的初始形态以及溶剂水。
例:
写出Na(NH4)HPO4水溶液的质子条件式
得质子产物
参考水准
失质子产物
4+
-H+
—→
3
+H+
NH
NH
H2PO4-
-H+
←—
2-
3-
H3PO4
+2H
—→PO4
←+—
HPO4
++
+H
+
-H
+
-
H
O(H)
H
O
←—
2
—→OH
3
PO43
H
H2PO4
2H3PO4
NH3
OH
二、酸碱溶液中pH的计算
(1)当CaKa≥20Kw,同时Ca/Ka≥500时,最简式:
H
caKa
(2)弱酸HA(浓度为Camol/L)与共轭碱A-(浓度为Cbmol/L
)的PH计算
当Ca≥20[H
+
],C≥
+
H
Ca
20[H]时
Ka
b
Cb
Cb
pHpKalg
Ca缓冲溶液
第二节基本原理
一、酸碱指示剂
(一)变色范围
指示剂的理论变色范围是:
pH=pKHIn±1
第5页共16页
由于人眼对深色比浅色灵敏,实际变色范围与理论推算的的变色范围并不完全相同。
pKa
实际范围
酸色
碱色
甲基橙
3.4
3.1~4.4
红
黄
甲基红
5.1
4.4~6.2
红
黄
酚酞
9.1
8.0~10.0
无
红
(二)影响指示剂变色范围的因素
1.指示剂的用量;2.温度;3.中性电解;4.滴定程序二、滴定曲线
在滴定过程中,我们把计量点附近溶液某种参数(如PH)的急剧变化称为滴定突跃
滴定百分率为99.9%至100.1%即滴定相对误差为±0.1%时,溶液某种参数(如PH)
的变化范围称为滴定突跃范围。
滴定突跃范围是选择指示剂的重要依据。
酸碱指示剂的选择原则:
指示剂的变色范围要全部或至少有一部分落在滴定突跃范围内。
三、滴定突跃与指示剂选择
一、
(1)影响滴定突跃范围的因素:
对于强酸强碱,溶液浓度越大,突跃范围越大,可供选择的指示剂愈多;浓度越小,
-4
突跃范围越小,可供选择的指示剂就越少。
当突跃范围小于0.4PH时(C=10mol/L)
对于弱酸弱碱的滴定,浓度越大、离解常数越大,则突跃范围就越大,反之则越小。
-8
(2)指示剂的选择
强酸强碱的滴定,计量点时溶液呈中性,突跃范围横跨酸性区和碱性区,突跃范围较大,酸性范围内和碱性范围内变色的指示剂都可以考虑选用。
强碱滴定弱酸,计量点时溶液呈弱碱性,突跃范围较小,位于碱性区,碱性范围内变色的指示剂可以考虑选用。
强酸滴定弱碱,计量点时溶液呈弱酸性,突跃范围较小,位于酸性区,酸性范围内变色的指示剂可以考虑选用。
强酸强碱准确滴定的条件:
C
104mol/L
一元弱酸弱碱准确滴定的条件:
CaKa
108,
CbKb
108
多元酸准确(分步)滴定的条件
:
①当CaKai<10-8时,第i
级离解的H+不能准确滴定,没有滴定突跃
②当CaKai≥10-8时,若Kai/Kai+1
≥104,则第i级离解的H+可以准确滴定,有滴定突
跃;若Ka/Kai+1<
104,则第i
级离解的H+不能准确滴定,没有滴定突跃
例:
用1mol/LNaOH滴定20.00ml1mol/LH3PO4
Ka
6.9
103,
Ka
2
6.2
108,
Ka
4.81013
1
3
103
CaKa
1
6.910
3
6.910
3
10
8
Ka1
6.9
5.1
4
108
10
10
1
1
1
6.2108
3.1108
Ka2
6.2
CaKa2
108
2
Ka2
6.2
108
5.4
4
4.8
1013
10
10
Ka
3
1
CaKa3
1
4.8
1013
1.6
1013
108
3
1mol/L的H3PO4可以用NaOH准确分步进行滴定,有两个滴定突跃。
第6页共16页
对于H3PO4的滴定,第一计量点:
H3PO4
NaOH
NaH2PO4
H2O
H
Ka
Ka
2
6.9
103
6.2
108
2.1105
1
pH
4.68
可选甲基橙、甲基红指示剂
第二计量点:
NaH2PO4
NaOH
Na2HPO4
H2O
H
Ka2
Ka3
6.2
108
4.8
1013
1.7
1010
pH
9.77
可选酚酞、百里酚酞指示剂
多元碱的滴定:
多元碱准确(分步)滴定的条件与多元酸相同。
第五章
配位滴定法
配位滴定对反应的要求:
配位比恒定;配合物稳定性高;反应迅速;
有适当方法确定
终点。
配位剂种类:
无机配位剂,有机配位剂
配位滴定最常使用的是
氨羧配位剂(使用最广的是乙二胺四乙酸
EDTA)
EDTA配合物特点:
1.配位比简单
2.稳定性高3.
水溶性好4.
大多无色
第一节
配位平衡
一、配合物的稳定常数
KMY
MY
M+Y=MY
M
Y
式中:
KMY为一定温度时金属—
EDTA配合物的稳定常数,此值越大,配合物越稳定;
[M]为
未参加配位反应的金属离子浓
度;[MY]为生成的配合物浓度;
[Y]为未参加配位反应的配位剂
浓度。
二、配位反应的副反应
1.EDTA的副反应和副反应系数
主反应:
M
+
Y
MY
副反应:
L
OH-
H+
N
H+
OH-
ML
MOH
HY
NY
MHY
M(OH)Y
ML2
M(OH)2?
H2Y
酸效应与酸效应系数
MLn
M(OH)n
H6Y
+
4-
由于H
与Y的结合使主反应的
辅助配
羟基配
酸效应
干扰离
混合配位效应
程度降低,这种现象称为酸效应。
位效应
位效应
子效应
酸效应的大小用酸效应系数
Y(H)来衡量。
Y(H)≥1,酸度越高(
PH越小),酸效应系数就越大,酸效应就越强
(Y(H)=1即为没有副反应)
三、配合物的条件稳定常数
KMY'
MY'
M'
Y'
把M'
M
M、Y'
Y
Y、MY'
MYMY代入上式,得
没有副反应时
MY
'
'
M