[科普中國(guó)]-容量分析

簡(jiǎn)史

容量分析是古老的分析方法，1729年法國(guó)C.J.日夫魯瓦最早使用容量分析，用純碳酸鉀測(cè)定乙酸的濃度，他將乙酸逐滴加到一定量的碳酸鉀溶液中，直到不再發(fā)生氣泡為止。到了19世紀(jì)，由于成功地合成了各類指示劑，容量分析得到廣泛的應(yīng)用。

此法將一種已知濃度的試劑溶液滴加到被測(cè)物質(zhì)溶液中，根據(jù)完成化學(xué)反應(yīng)所消耗的試劑量來確定被測(cè)物質(zhì)的量。能用于容量分析的化學(xué)反應(yīng)必須符合一定條件，其中最重要的是反應(yīng)物間有確定的化學(xué)計(jì)量關(guān)系。容量分析使用的工具非常簡(jiǎn)單，一般有滴定管、容量瓶、移液管、刻度吸量管等；同時(shí)還具有方便、迅速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于常量組分測(cè)定和大批樣品的例行分析。通常容量分析分為酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定和非水滴定等目視滴定方法； 此外還有目前廣泛使用的儀器滴定法，如電位滴定、電導(dǎo)滴定和光度滴定等。按滴定方式分則有直接滴定、置換滴定、間接滴定和返滴定等。

滴定分析原理容量分析法通常是將一定體積的待測(cè)組分溶液X置于錐形瓶中，然后將某種試劑R的標(biāo)準(zhǔn)溶液通過滴定管逐滴加到錐形瓶中。設(shè)X與R之間的化學(xué)反應(yīng)為：aX+bR=cP

當(dāng)所加入的R與X的物質(zhì)的量的比值恰好等Fa/b葉時(shí)，則停止滴加。這一過程稱為滴定。該反應(yīng)稱為滴定反應(yīng)。根據(jù)R的濃度CR和所消耗的體積VR，以及X的體積VX，再根據(jù)X與R之間的計(jì)量關(guān)系a/b，便可求得X的濃度：

當(dāng)所滴加的試劑與待測(cè)組分的物質(zhì)的量之間的關(guān)系恰好符合滴定反應(yīng)式所表示的 二者的計(jì)量關(guān)系時(shí)，稱滴定到達(dá)了等當(dāng)點(diǎn)，又叫化學(xué)計(jì)量點(diǎn)。理論上滴定到達(dá)等當(dāng)點(diǎn)就應(yīng)停止，但在等當(dāng)點(diǎn)時(shí)體系往往沒有任何外部特征可被覺察，因此通常必須借助于所加指示劑的顏色改變來確定實(shí)際的滴定終點(diǎn)。

如果所利用的化學(xué)反應(yīng)完全程度較高，反應(yīng)按一定的反應(yīng)式進(jìn)行，即反應(yīng)物間有確定的計(jì)量關(guān)系，反應(yīng)速度快，又有適當(dāng)?shù)姆椒ù_定終點(diǎn)，則可采用直接滴定法進(jìn)行滴定。通常所說的滴定分析就是指直接滴定法。如鹽酸滴定氫氧化鈉，氫氧化鈉滴定乙酸等。如果所利用的化學(xué)反應(yīng)不符合上述條件，或沒有合適的化學(xué)反應(yīng)，則往往可采用返滴定法或間接滴定法。例如，用鹽酸滴定碳酸鈣時(shí)：

2HCl+CaCO3=CaCl2+CO2+H2O

由于碳酸鈣要先溶解后反應(yīng)，速度較慢，故不適于用鹽酸直接滴定。但可采用返滴定法，即先加入一定過量的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，并加熱使碳酸鈣完全溶解和反應(yīng)，冷至室溫后再用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的鹽酸。根據(jù)所加鹽酸與氫氧化鈉的物質(zhì)的量之差，便可測(cè)得碳酸鈣的含量。又如不能用氧化還原滴定法直接滴定溶液中的Ca，但可采用間接滴定法，即先將Ca沉淀為草酸鈣：

Ca+C2O4=CaC2O4↓

將沉淀分離洗滌后溶于鹽酸，生成的草酸再用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定：

2MnO4+5H2C2O4+6H=2Mn+10CO2+8H2O

由此可間接測(cè)得Ca的含量。2

分類及特點(diǎn)滴定分析法根據(jù)所依據(jù)的反應(yīng)的不同，又分為酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、沉淀滴定法和氧化還原滴定法等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液計(jì)量方法的不同，滴定分析又可以分為容量滴定法和重量滴定法。容量滴定法即使用容量滴定管計(jì)量反應(yīng)所用標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積；而重量滴定法則使用重量滴定管和分析天平來計(jì)量所用標(biāo)準(zhǔn)溶液的重量。滴定分析法通常用于常量分析，有時(shí)也做微量分析。滴定分析法準(zhǔn)確度較高，在一般情況下測(cè)定的相對(duì)誤差為0.2%左右，與重量分析法相比，簡(jiǎn)便、快速，所以，在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中有很大實(shí)用價(jià)值。

滴定點(diǎn)的確定在容量分析中，要準(zhǔn)確稱量被分析試樣的重量，或準(zhǔn)確地量取試樣溶液的體積。把試樣溶于 適當(dāng)?shù)娜軇┲?，并進(jìn)行一些預(yù)處理，必 要時(shí)進(jìn)行分離，然后將所得溶液進(jìn)行滴定。滴定時(shí)，滴定劑溶液中的一個(gè) 組分與被測(cè)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。為滿 足容量分析的要求，這些反應(yīng)必須迅速，而且需要準(zhǔn)確地知道被測(cè)物質(zhì)有 多少分子或離子與滴定劑分子或離子發(fā)生了反應(yīng)。

在容量分析中，需要測(cè)出什么時(shí)候所加入的試劑分子或離子的數(shù)目和被測(cè)物質(zhì)相當(dāng)。滴定中的這一點(diǎn)稱為等當(dāng)點(diǎn)。確定等當(dāng)點(diǎn)，可用目視法以有色指示劑或試劑來進(jìn)行。或用某些物理化學(xué)方法來測(cè)量。當(dāng)指示劑改變顏色時(shí)，就到了滴定的終點(diǎn)，測(cè)量出恰 在這點(diǎn)時(shí)所加滴定劑溶液的體積。但滴定的終點(diǎn)和等當(dāng)點(diǎn)有時(shí)并不一致。

例如在變色之前，指示劑本身可能消耗少量的滴定劑，或者滴定劑在溶液中的濃度明顯地超過等當(dāng)點(diǎn)時(shí)應(yīng)有的 濃度，指示劑才改變顏色。在滴定中，為了減小判斷的終點(diǎn)和真正的等當(dāng)點(diǎn)之間的誤差，要謹(jǐn)慎地選擇指示劑，選好確定終點(diǎn)的方法。為了計(jì)算與所用 去的滴定劑的體積或重量所相當(dāng)?shù)奈?質(zhì)的量，必須準(zhǔn)確知道滴定劑的濃度。 確定滴定劑準(zhǔn)確濃度的方法有：稱取一定量的試劑和一定體積的滴定劑溶液起反應(yīng)；或者用滴定劑去滴定一定重量的已知其組成的試樣。