《大学化学 第1章 化学中的基本计量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学化学 第1章 化学中的基本计量（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第第 1 章章 化学中的基本计量化学中的基本计量CHAP. 1 BASIC STOICHIOMETRY IN CHEMISTRY前言：化学计量包括：测量 ( measurement )和计算 ( calculation ) ，化学是一门实验科学，而实验离不开计量，并且可能涉及多个计量过程。在计量过程中，误差总是客观存在的，并具有一定的规律，可以设法避免。通过计量得到的实验数据往往是有限的，而数据处理就是要对这些计量所得结果那个正确的表示和评价。 1.1 化学中的计量与化学计算1.1.1 化学中的计量与国际单位制1. 国际单位制（SI）：基本物理量：如质量 m、时间 t物理量分类 导出物理量：
2、如体积 V、压力 p基本单位：如质量的单位为 kgSI 单位 辅助单位：SI 构成 导出单位：如体积的单位 m3SI 词头：例如微 、纳 nSI 单位的十进倍数单位：如 10-6、10-92. 物质组成的量度：（1）物质的量浓度（或浓度）：是指单位体积溶液中所含溶质的物质的量。 例如：物质 B 的浓度，以符号 CB 或B表示，即：式中：nB 为物质 B 的物质的量，单位为 mol；V 为溶液的体积，单位为 dm3 或 L因此， CB 的单位为 moldm-3 或 mol L-1 （2）质量摩尔浓度：单位质量溶液所含溶质物质的量1B BnbKg溶剂（3）摩尔分数：物质 B 的物质的量与混合物的物
3、质的量之比（4）质量分数：某物质中 B 组分的质量与该物质总质量之比质量分数一般以 B 表示：式中：mB 为组分 B 的质量注意：使用质量分数时，分子与分母的单位必须一致物质的质量分数无量纲，一般采用数学符号%表述其结果（5）质量浓度：单位体积溶液中所含物质 B 的质量一般以符号 B 表示：注意：质量浓度没有量纲若物质 B 的质量以 g 为单位，溶液的体积以 L 为单位，则 B 的单位为 gL-1（6）滴定度（titer）：一般是指每毫升标准溶液（即滴定剂）所相当的待测组分的质量（g）滴定度一般以 T（待测组分/标准溶液）表示若待测组分 x 与标准溶液 B 之间按下式反应：aX + bB =
4、cC + dD那么物质 B 的滴定度与其浓度之间有如下关系： B BB B BnyxnB B BmnMB Bm mB Bm V3 /10x BBxaTC Mb例题：称取 1.000g 氢氧化钠样品，以 T(NaOH/H2SO4) = 0.04001 g mL-1 的硫酸标准溶液滴定，消耗 22.80 mL，求样品中氢氧化钠的质量分数。解： (NaOH) = m( NaOH) / m已知： T(NaOH/H2SO4) = 0.04001 g mL-1 表示：1mL H2SO4 标准溶液相当于 NaOH 0.04001 g 因此：m( NaOH) = 0.04001 g mL-1 22.80 mL
5、 = 0.9122 g即：(NaOH) = 0.9122 g / 1.000 g= 91.22%例题：已知浓盐酸的密度为 1.19 gmL-1，其中 HCl 含量约为 37% ，求每升浓盐酸中所含有的 n(HCl)。若要配制 c(HCl) = 0.2 mol L-1 的 HCl 溶液 1000mL，应量取浓盐酸多少毫升？解：因为：nB = mB / MB式中： mB 为溶质的质量； MB 为溶质的摩尔质量而 m (HCl) =(密度) V (含量)= 1.19 gmL-1 1000mL 37% = 440 g所以：n(HCl) = m(HCl)/ M(HCl)= 440/36.5 = 12 m
6、oL对于溶液稀释的计算，依据：稀释前后溶液所含溶质的物质的量不变。即：若稀释前后溶液浓度分别为 c1、c2，体积分别为 V1、V2，所含溶质的物质的量分别为 n1、n2，可得：n1 = n2c1 V1 = c2 V2所以：12 V1 = 0.2 1000由此解得： V1 = 17 mL例题：需配制 c(NaOH)=0.2 molL-1 的 NaOH 溶液 1000 mL，需称取 NaOH 多少克?解：mB = nBMBnB = cB V所以： m(NaOH) = n(NaOH )M(NaOH) V(NaOH)= 0.2 40 1000 10-3= 8 g1.1.2 滴定分析法概述1. 滴定分析
7、的基本过程：（1）基本过程：（2）基本概念：滴定：将滴定剂从滴定管低价到被测物质溶液中的过程滴定剂，或标准溶液：已知准确浓度的试剂溶液化学计量点：加入的滴定剂与被测组分正好作用完全的这一点滴定终点：指示剂刚好发生颜色变化的转变点终点误差：滴定终点与化学计量点不一定刚好符合，由此所引起的误差2. 滴定分析法的分类与滴定方式（1）滴定反应：滴定分析所依据的化学反应酸碱滴定法（acid-base titration）沉淀滴定法（precipitation titration）（2）分类： 配位滴定法（complexometric titration）氧化还原滴定法（redox titration）（
8、3）滴定反应所具备的要求：定量完成反应速率足够大终点确定有简便可靠的方法（4）滴定方式直接滴定法间接滴定法置换滴定法返滴定法3. 标准溶液的配制：（1）直接法：具备以下条件的物质（基准物）可以根据所需浓度和体积，称取一定量的物质，溶解后定量转移至容量瓶中定容，摇匀即成。足够的纯度基准物条件 组成与化学式完全符合稳定，且摩尔质量尽可能大（2）间接法（标定法）：先配制近似所需浓度的溶液，再用基准物或另一种已知准确浓度的标准溶液来确定它的准确浓度1.1.3 化学反应中的计量关系与化学计算1. 化学反应中的计量关系：对于确定的化学反应：aA + bB = cC + Dd物质 B 的量与物质 A 的量之
9、间有以下关系：式中，b/a 就是物质 B 与物质 A 之间反应的化学计量关系 2. 化学计算：BAbnna（1）基准物或样品称量范围确定的计算：被标定物与基准物作用的化学计量关系依据 被标定溶液的大致浓度或样品中待测组分的大致含量滴定体积一般要控制在 20-30 mL例题：使用基准 ZnO 标定 EDTA 溶液的浓度（约 0.02molL-1） ，为减小称量误差，将 ZnO 溶解后配成 250.0 mL 溶液，滴定时用移液管吸取 25.00 mL 进行，若要使滴定时消耗 EDTA 溶液的体积控制在 20-30 mL，问基准 ZnO 的称量范围应是多少克？（已知 Zn2+与 EDTA 按 1：1
10、 反应）解：因为：n(Zn2+) = n(EDTA) = c(EDTA)V(EDTA)m(ZnO)= n(ZnO)M(ZnO)所以：耗用滴定体积 20ml 时需 ZnO 的质量为：m(ZnO)= c(EDTA)V(EDTA) M(ZnO)/1000= 0.02 20 81/10000.03g同理： 耗用滴定体积 30ml 时需 ZnO 的质量为：m(ZnO)= 0.02 30 81/10000.05g若将 ZnO 溶解后配成 250.0ml 溶液，滴定时用移液管吸取 25.00ml， 则基准 ZnO 的称量范围是：m(ZnO)= 0.03 250/25 0.05 250/25 = 0.3 0.
11、5g（2）直接滴定法测定结果的计算：若滴定剂 B 与待测组分 A 的滴定反应为：aA + bB = cC + dD滴定时所称取的样品质量为 m，消耗浓度为 CB 的滴定剂体积为 VB，则样品中待测组分的质量分数为：其中：mA= nAMA nA= (a/b) nB = (a/b) cBVB 因此：mA= (a/b) cBVB MA AAm m样品中待测组分的质量分数：滴定方式待测组分质量分数计算的一般通式 例题：测定工业纯碱中 Na2CO3 含量时，称取 0.2648g 样品，以甲基橙为指示剂，用 0.1970 molL-1 的 HCl 标准溶液滴定，耗去 24.45ml，求纯碱中 Na2CO3
12、 的质量分数。解：已知此滴定反应为：2HCl + Na2CO3 = 2 NaCl + H2CO3所以：n(Na2CO3 )=1/2 n(HCl)可得：=0.9641 = 96.41%BBAAac V Mb m2323HCl1 2HClNa CONa COcVMm23310.1970 24.45 10106.02 0.2648Na CO 1.2 误差与有效数字1.2.1 计量或测定中的误差误差： 测定结果与真实结果之间的差值系统误差1. 误差的分类 随机误差过失误差2. 误差产生的原因和规律：a. 系统误差：一定的实验条件下，由于某个或某些因素按某一确定的规律起作用而形成的误差。（1）系统误差产
13、生的原因：方法误差：计量或测定方法 本身不完善导致如：指示剂选择不当仪器误差：仪器本身有缺陷或未调整至最佳状态所致如：仪器未校正或天平两臂不相等试剂误差：试剂不纯或所用去离子水不合格所致主观因素：操作人员某些主管因素所致（2）系统误差出现的规律：误差大小、正负在同一实验中固定，使结果系统偏高或系统偏低实验条件改变时，会按某一确定规律变化找出误差原因后可以设法减小或校正，因此，系统误差又称可测误差b. 随机误差：计量或测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。（1）随机误差产生的原因：很难找到确切的原因 （2）随机误差出现的规律： 随机误差的大小及正负在同一实验中不恒定，所以又称为“不定误差”。大小相等的正负误差出现的几率相等统计规律 小误差出现的机会多，大误差出现的机会少， 特大误差出现的机会更小，符合“正态分布”c. 过失误差：由于操作者粗心或未按照操作规程办事而造成的误差3. 误差的减免：（1）系统误差的减免：根据误差产生的原因采取不同的措施减免仪器的校正：实验前对使用的砝码、器皿或仪器进行校正空白实验：不加试样，按照试样测定步骤和分析条件进行空白值测定对照实验：用标准样品或者已知准确结果的样品代替试样 按与试样相同的方法、条件进行测定（2）随机误差的减免：适当增加测定次数（3）过失误差的减免：仔细、熟练、规范操作1.2.2 有效数字及其应用
