中南大学工科化学实验教案03现代分析

分光光度法实验邻二氮菲分光光度法测定铁(条件实验)光度法测定试样中铁含量实验课时：4学时实验类型：综合性实验教学对象：本科生一、目的与要求1．掌握邻二氮菲分光光度法测定微量铁的方法原理。2．学会分光光度法中测定条件的选择方法。3．了解722型分光光度计的构造和使用方法。4．学会工作曲线的制作和样品的测定。二、方法与原理铁的吸光光度法所用的显色剂较多，有邻二氮菲（又称邻菲啰啉，菲绕林）及其衍生物、磺基水杨酸、硫氰酸盐、5－Br－PADAP等。其中邻二氮菲分光光度法的灵敏度高，稳定性好，干扰容易消除，因而是目前普遍采用的一种方法。在pH为2～9的溶液中，Fe2＋与邻二氮菲（Phen）生成稳定的橘红色络合物Fe（Phen）32＋：其中lgβ3＝21.3，摩尔吸光系数ε508＝1.1×104L·mol-1·cm-1。当铁为＋3价时，可用盐酸羟胺还原：32222222422FeNHOHHClFeNHHOClCu2＋、Co2＋、Ni2＋、Cd2＋、Hg2＋、Mn2＋、Zn2+等离子也能与Phen生成稳定络合物，在少量情况下，不影响Fe2＋的测定，量大时可用EDTA隐蔽或预先分离。三、内容提要1.条件试验（1）吸收曲线的制作和测量波长的选择用吸量管吸取0.0mL和1.0mL铁标准溶液分别注入两个50mL容量瓶（或比色管）中，各加入1mL盐酸羟胺溶液，摇匀。再加入2mLPhen，5mLNaAc，用水稀释至刻度，摇匀。放置10min后，用1cm比色皿，以试剂空白（即0.0mL铁标准溶液）为参比溶液，在440～560nm之间，每隔10nm测一次吸光度，在最大吸收峰附近，每隔5nm测量一次吸光度。在坐标纸上，以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A与λ关系的吸收曲线。从吸收曲线上选择测定Fe的适宜波长，一般选用最大吸收波长λmax。（2）溶液酸度的选择取8个50mL容量瓶（或比色管），用吸量管分别加入1mL铁标准溶液，1mL盐酸羟胺，摇匀，再加入2mLPhen，摇匀。用5mL吸量管分别加入0.0mL，0.2mL，0.5mL，1.0mL，1.5mL，2.0mL，2.5mL和3.0mL1mol·L-1NaOH溶液，用水稀释至刻度，摇匀。放置10min。用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在选择的波长下测定各溶液的吸光度。同时，用pH计测量各溶液的pH。以pH为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A与pH关系的酸度影响曲线，得出测定铁的适宜酸度范围。（3）显色剂用量的选择取7个50mL容量瓶（或比色管），用吸量管各加入1mL铁标准溶液，1mL盐酸羟胺，摇匀，再分别加入0.1mL，0.3mL，0.5mL，0.8mL，1.0mL，2.0mL，4.0mLPhen和5mLNaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。放置10min。用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在选择的波长下测定各溶液的吸光度。以所取Phen溶液体积V为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A与V关系的显色剂用量影响曲线。得出测定铁时显色剂的最适宜用量。（4）显色时间在一个50mL容量瓶（或比色管）中，用吸量管加入1mL铁标准溶液，1mL盐酸羟胺，摇匀。再加入2mLPhen，5mLNaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。立刻用1cm比色皿，以蒸馏水为参比溶液，在选定的波长下测量吸光度。然后依次测量放置5min，10min，30min，60min，120min，……后的吸光度。以时间t为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A与t关系的显色时间影响曲线。得出铁与邻二氮菲显色反应完全所需要的适宜时间。2、邻二氮菲分光光度法测定微量铁（1）标准曲线的制作在5支50mL比色管中，分别加入0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mL100g/mL铁标准溶液，再加入1.00mL10%盐酸羟胺溶液，2.00mL0.15%邻二氮菲溶液和5.0mLNaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。由绘制的标准曲线，重新查出某一适中铁浓度相应的吸光度，计算Fe2＋－Phen络合物的摩尔吸光系数ε。（2）试样中铁含量的测定准确吸取适量试液于50mL容量瓶（或比色管）中，按标准曲线的制作步骤，加入各种试剂，测量吸光度。从标准曲线上查出和计算试液中铁的含量（单位为μg·mL-1）。四、难点分析吸光光度法的实验条件，如测量波长，溶液酸度、显色剂用量、显色时间、温度、溶剂以及共存离子干扰及其消除等，都是通过实验来确定的。本实验在测定试样中铁含量之前，先做部分条件试验，以便初学者掌握确定实验条件的方法。条件试验的简单方法是：变动某实验条件，固定其余条件，测得一系列吸光度值，绘制吸光度－某实验条件的曲线，根据曲线确定某实验条件的适宜值或适宜范围。五、教学要点1.课前准备：掌握朗伯－比耳定律，学习确定实验条件的方法，预习邻二氮菲分光光度法测定微量铁的方法原理。2.预习指导：学习如何选择吸光光度分析的实验条件（酸度、显色剂用量、显色时间），了解吸收曲线的制作及最大吸收波长的选择，工作曲线的绘制方法。3.课堂提问邻二氮菲分光光度法测定微量铁时为何要加入盐酸羟胺溶液？吸收曲线与标准曲线有何区别？邻二氮菲与铁的显色反应，其主要条件有哪些，如何确定？加各种试剂的顺序能否颠倒？4.课堂演示722型分光光度计的操作方法，比色皿的洗涤和使用方法。5.个别巡回指导六、思考题1.本实验量取各种试剂时应分别采用何种量器较为合适？为什么？2.试对所做条件实验进行讨论并选择适宜的测量条件。3.怎样用分光光度法测定水样中的全铁和亚铁的含量？4.制作标准曲线和进行其它条件实验时，加入试剂的顺序能否任意改变？为什么？答案要点：1、取Fe3+溶液时必须用吸量管，因为吸量管有刻度，是准确的量器，取不同体积时，不用频繁更换。其它试剂也可采用吸量管，因为所取的体积较少，没有小体积的移液管。2、最大吸收波长在520nm，2、显色剂用量选择在1-2mL.3、显色的酸度控制在pH4.5-8.78之间。4、显色后放置时间10min以上。3、第一，测全铁时先用盐酸羟胺还原3价铁为2价，控制pH值，显色后测定。第二，测亚铁时不用还原，控制pH值，直接显色测定。4、不行。因为，只有2价铁参与显色反应，加盐酸羟胺的目的是把试样中的3价铁还原为2价，所以要先加入盐酸羟胺。混合碱样的分析实验课时：4学时实验类型：综合性实验教学对象：本科生一、目的与要求1．了解混合碱分析的原理及方法；2．学会利用V1和V2的数值判断混合碱的组成；3．学会混合碱分析的分析结果计算。二、方法与原理混合碱一般指NaOH、NaHCO3及Na2CO3三种物质之间的相互混合。当用双指示剂法进行测定，酚酞变色时，NaOH全部被反应，Na2CO3被转化为NaHCO3，混合体系中的NaHCO3不反应。再加入甲基橙，继续用HCl滴定，NaHCO3被转化为CO2和H2O。即，酚酞变色时：NaOH＋HCl＝NaCl＋H2ONa2CO3＋HCl＝NaHCO3＋NaCl甲基橙变色时：NaHCO3＋HCl＝NaCl＋CO2＋H2O根据酚酞变色时消耗的HCl的体积V1及甲基橙变色时消耗的体积V2，根据V1和V2的关系，即可判断出混合碱组成及其含量。例如，由上述反应式可知，当混合碱为NaOH和Na2CO3时，用双指示剂法滴定时，V1＞V2，NaOH消耗标准溶液的体积为(V1－V2)，碳酸钠消耗标准酸的体积为2V2。根据所消耗标准酸的体积及其浓度，就可分别求出混合碱中各组分的含量。三、内容提要1．准确地称取混合碱样两份，加水制样；2．用双指示剂法进行滴定；3．判断混合碱样的组成；4．计算混合碱样各组分的含量。四、难点分析由于第一化学计量点附近被测体系具有一定的缓冲性，而且用酚酞作指示剂时终点为近无色，初学者一般难以把握，而第一终点把握不好又直接影响第二终点的准确度，因此，第一终点准确与否是本次实验成败的关键。五、教学要点1.课前准备：计算混合碱滴定的滴定曲线，确定两个化学计量点的突跃范围，查阅常见酸碱指示剂的变色范围，根据指示剂的选择原则指导学生选择合适的酸碱指示剂。2.预习指导：重结晶法提纯的基本原理？一般包括哪些步骤？每一步的操作要点是什么？如何判断固体有机物的纯度？3.课堂提问指名回答问题，酸碱滴定的基本原理、化学计量点的计算、酸碱指示剂的选择依据？4.课堂演示移液管的使用：移液管的洗涤、润洗、洗耳球的正确使用，刻度的观察和溶液的转移。滴定管的使用：滴定管的洗涤、润洗、读数、调零、活塞上油、活塞的操作要点、滴定速度的控制。5.个别巡回指导六、注意事项1、指示剂的加入量2、终点颜色的判断。3、接近终点时滴定速度一定要慢，终点变化最好的控制半滴。七、思考题1．混合碱组成判断的依据是什么？2．在搞清楚混合碱样的组成后，如何进行各组分含量的计算？水的总硬度的测定实验课时：4学时实验类型：综合性实验教学对象：本科生一、目的与要求1．掌握络合滴定法的原理及其应用。2.熟悉络合滴定法中的直接滴定法、滴定条件的选择及指示剂的应用。3．了解水的硬度的概念及其表示方法。二、方法与原理水的总硬度是指水中钙镁离子的总量。测定水的硬度常采用配位滴定法，用EDTA溶液滴定水中Ca、Mg总量，然后换算为相应的硬度单位。用EDTA滴定钙镁离子总量时，一般是在pH=10的NH3—NH4Cl缓冲溶液中进行，以铬黑T(EBT)为指示剂。化学计量点前，Mg2＋与铬黑T形成酒红色络合物，滴入EDTA后，金属离子逐步被络合，当达到反应化学计量点时，已与指示剂络合的金属离子被EDTA夺出，游离出指示剂，使溶液由酒红色变为纯蓝色。滴定过程反应如下：滴定前：EBT+Mg２＋=Mg-EBT(蓝色)(酒红色)滴定时：EDTA+Ca2+=Ca-EDTA(无色)EDTA+Mg2+=Mg-EDTA(无色)终点时:EDTA+Mg-EBT=Mg-EDTA+EBT(酒红色)(蓝色)若水样中存在Fe3+，Al3+等微量杂质时，可用三乙醇胺进行掩蔽，Cu２+Pb２+、Zn２+等重金属离子可用Na2S或KCN掩蔽。水硬度的测定分为水的总硬度以及钙-镁硬度，前者是测定Ca、Mg总量，后者是分别测定Ca、Mg分量。如测定钙硬度，可控制pH介于12～13之间，选用钙指示剂进行测定。镁硬度可由总硬度减去钙硬度求出。三、内容提要1．EDTA溶液的配制天平称取计算量的EDTA二钠盐于200ml烧杯中，加水温热溶解，冷却。2．EDTA的标定用CaCO3为基准物质，铬黑T为指示剂标定EDTA3．水总硬度的测定取水样100mL于锥形瓶中，加HCl1~2滴酸化水样，煮沸数分钟以除去CO2，冷却后加入5mL1∶1三乙醇胺(若水样中含有重金属离子，则加入1mL2%Na2S溶液掩蔽)，5mL氨性缓冲溶液，2～3滴铬黑T(EBT)指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。注意接近终点时应慢滴多摇。平行测定三次，计算水的总硬度，以度(°)和mmol·L-1两种方法表示分析结果。附：钙硬度和镁硬度的测定取水样100mL于250mL锥形瓶中，加入2mL6mol·L-1NaOH溶液，摇匀，再加入0.01g钙指示剂，摇匀后用0.005mol·L-1EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。计算钙硬度。由总硬度和钙硬度求出镁硬度。四、难点分析络合反应受到各种因素的影响，如酸度、共存阳离子等，这些因素直接影响络合反应的完全程度。同时，金属指示剂在使用中也可能由于干扰离子的存在出现封闭或僵化现象。因此实验中要注意缓冲溶液的使用和干扰离子的掩蔽。指示剂变化的pMep应尽量与化学计量点的pMsp一致。五、教学要点1.课前准备：预习实验，理解络合滴定的基本原理，了解各种副反应对滴定的影响，计算滴定突跃，掌握金属指示剂的选择原则及消除指示剂封闭的方法，熟悉准确滴定和分别滴定的判别式。2.预习指导：副反应对络合滴定的影响，缓冲溶液的选择和使用，各种水样的处理以及总硬度和钙镁分硬度的测定方法。3.课堂提问络合滴定中副反应（如酸效应、络合效应、共存离子效应等）对主反应有何影响？络合滴定中为什么需要使用缓冲溶液，如何选择？钙