第4章定量分析的过程课后习题

第4章定量分析的过程1试述各类样品的采集方法。试样的制备过程一般包括几个步骤？解：（1）a固体样品的采集固体物料的化学成分分布和粒度往往不均匀，因此应按一定方式选取不同点进行采样，以保证所采试样的代表性。采样点的选择方法有多种。b液体试样的采集各类液体试样除易于流动、化学组成分布较均匀外，还有相对密度、挥发性、刺激性、腐蚀性等方面的特性差异。c气体试样的采集气体试样的化学成分通常较稳定，不需采取特别的措施保存。对于用吸附剂采集的试样，可通过加热或用适当的溶剂萃取后用于分析。用其他方法采集的气体试样一般不需制备即可用于分析。（2）将固体原始试样处理成实验室试样的的这一处理过程称为试样的制备，一般需要经过破碎、过筛、混合、缩分等步骤。2．分解试样常用的方法大致可分为哪两类？什么情况下采用熔融法？答：溶解法和熔融法。用酸不能分解或分解不完全的试样常采用熔融分解法。3.简述各溶（熔）剂对试样分解的作用：HCI,HF,HClO4,H3PO4,NaOH,KOH,Na2CO3,K2S2O7答:1.盐酸(HCl)盐酸是分解试样的最重要的溶剂，其主要优点在于生成的金属氯化物除银,铅等少数金属外,大多数溶于水,Cl-与许多金属离子生成的配位离子具有助溶作用。它可以溶解金属活泼顺序中氢以前的铁，钴，镍，铬，锌等活泼金属及多数金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐和多种硫化物。利用盐酸的强酸性，Cl-的弱还原性及配位性可以分解二十多种天然矿物,如石灰石,白云石,菱镁石,磷灰石,赤铁矿,闪锌矿等。当用重量法测定水泥熟料及以碱性矿渣为混合材的硅酸盐水泥中的二氧化硅,通常也用盐酸来分解。盐酸和过氧化氢的混合溶剂可以溶解钢、铝、钨、铜及合金等。用盐酸溶解砷、锑、硒、锗的试样，生成的氯化物在加热时易挥发而造成损失，应加以注意。盐酸和Br2的混合溶剂具有很强的氧化性，可有效地分解大多数硫化矿物。2.氢氟酸(HF)氢氟酸是较弱的酸，但具有强的配位能力。氢氟酸主要用来分解硅酸盐,使其生成挥发性的SiF4。在分解硅酸盐和含硅化合物时，常与硫酸混合使用。HF与As、B、Te、Al、Fe(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)、W(Ⅴ)、Nb(Ⅴ)等能生成挥发性的氟化物或配合物，因此氢氟酸也可用于含As、B、Te、Fe等试样的分解。3.磷酸(H3PO4)磷酸是无氧化性的、不挥发的中性酸，PO43-具有较强的配位能力,在高温（约200℃）下具有很强的溶解能力，能溶解很多其它酸不能溶解的矿石，如铬铁矿，钛铁矿，铝矾土，金红石（TiO2）和许多硅酸盐矿物（如高岭土、云母、长石等）。在钢铁分析中，含高碳、高铬、高钨的合金钢等用磷酸溶解效果较好，需注意加热溶解过程中温度不宜过高，时间不宜过长，以免析出难溶性焦磷酸盐,一般应控制在500~600℃，时间在5min以内。4.高氯酸(HClO4)（课本上没有）高氯酸是已知酸中的最强酸,沸点为203℃,它具有强的酸效应,热浓高氯酸是强的氧化剂和脱水剂(冷的或稀的高氯酸无氧化性而有强酸效应),除钾,铷,铯等少数离子外,一般金属离子的高氯酸盐均溶以水.高氯酸分解试样时,用它蒸发赶掉低沸点酸后,残渣易溶于水,高氯酸广泛应用于分解试样和测定方解石,白云石,菱镁石,玻璃及含有碱土金属试样中的SiO2,硅酸凝胶析出比较完全,纯净,性能优于盐酸和硫酸.但在加热浓的高氯酸时,遇有机物易发生爆炸,应特别注意.高氯酸价格较贵,一般在必要时才使用.高氯酸用于分解不锈钢,耐热合金,铬铁矿等,能把铬氧化为Cr2O72-,钒氧化为VO3-,硫氧化为SO42-.用高氯酸氧化铬成为Cr2O72-,再滴加盐酸(或NaCl)时,能使Cr2O72-转化为CrO2Cl2(氯化铬酰)挥发除去.此外,As,Sb,Sn等元素在高氯酸或它的混合酸中溶解时也产生挥发性物质.热浓高氯酸遇有机物时由于激烈地氧化作用常会引起爆炸,所以在用热浓高氯酸处理含有机物试样时,应先用浓硝酸破坏有机物,然后再加入高氯酸.此外,金属铋遇高氯酸也会发生爆炸.5.焦硫酸钾(K2S2O7)焦硫酸钾是一种酸性熔剂,熔点419℃,适于分解难熔的金属氧化物,如:TiO2,Al2O3,Fe2O3等。焦硫酸钾可以分解铬铁矿、刚玉、磁铁矿、红宝石、钛的氧化物、中性或碱性的耐火材料等，也常用来分解分析过程中已灼烧过的混合氧化物。熔融时焦硫酸钾在约300℃开始熔化,约于450℃时开始分解放出三氧化硫，分解产生的三氧化硫与中性或碱性的氧化物作用生成可溶性硫酸盐,K2S2O7对铂坩埚稍有腐蚀,熔样宜在瓷坩埚中进行.熔块用热的酸性溶液浸取(如1+9的硫酸溶液),可防止钛的水解.有时,要加入酒石酸或草酸等试剂,以防止金属离子水解。6.碳酸钠(Na2CO3)碳酸钠是碱性熔剂,熔点是849℃,常常将碳酸钠和碳酸钾试剂按1+1（质量比）混合使用,这样可使熔点降低至700℃左右.它们是分解硅酸盐,硫酸盐,酸性矿渣等试样最常用的重要熔剂，作为碱性熔剂的Na2CO3与硅酸盐一起熔融时,硅酸盐便被分解为碱金属硅酸钠,铝酸钠等的混合物.熔融物用热水提取，再用盐酸处理,则分解成各种金属氯化物并析出硅酸的胶状沉淀，可以用重量法测其SiO2,滤液可供测定铁、铝、钙、镁等组分。4.氢氧化钠(钾)(NaOH,KOH)氢氧化钠和氢氧化钾都是强碱性熔剂,熔点较低,分别为321℃和404℃，常用于分解硅酸盐、磷酸盐矿物、钼矿石和耐火材料。该熔剂熔点低，熔融比较稳定,速度快，熔块易分解。用氢氧化钠或氢氧化钾作熔剂时，一般用银坩埚作熔器,熔融所需氢氧化钠的质量与试样的种类以及质量有关.一般为试样量的10～20倍,熔融温度在600～700℃,熔融时间20～30min.采用热水在烧杯中将熔块脱出,溶解,然后用一定量盐酸分解浸取物。4、测定锌合金中Fe、Ni、Mg的含量宜采用什么溶剂溶解试样？答：由于Zn呈两性，而Fe、Ni、Mg都不溶于碱，可用NaOH或KOH溶液溶解试样，除去Zn的干扰，Fe、Ni、Mg分别以氢氧化物的形式沉淀，然后过滤，再用酸溶解沉淀，制成分析试液。5．某种物料，如各个采样单元间标准偏差的估计值为0.61%，允许误差为0.48%，测定8次，置信水平选定为90%，则采样单元数应该为多少？解：n=(0.48%90.1%1.60)2=5.830≈66.已知铅锌的k值为0.1，若矿石的最大直径为30mm，则最少采取试样多少千克才具有代表性？采取锰试样15kg，经粉碎后矿石的最大颗粒直径为2mm，设k为0.3，则可缩分至多少千克？解：d=30，mmk=0.1，最小采样量为：mQ≥kd2=0.1×(30)2=90Kg.d=2mm，k=0.3,最小采样量为：mQ≥kd2=0.3×(2)2=1.2Kg.15Kg样品缩分n次后剩余量为：mQ=15×（）n≥1.2得n=3，mQ=15×（）3=1.875≈1.9Kg。答：90Kg，1.9Kg7计算配置下列溶液需溶质的质量：（1）0.1000molL-1Na2CO3标准溶液500mL(2)0.1000molL-1邻苯二甲酸氢钾标准溶液100mL(3)0.0200molL-1K2Cr2O7标准溶液500mL(4)0.10molL-1NaOH标准溶液1000mL(5.3000g,2.0422g,2.9418g,4.0g)解：（1）m=cVM=0.1000×0.5×106g=5.3000g(2)m=cVM=0.1000×0.1×204.22=2.0422g(3)m=cVM=0.0200×0.5×294.18=2.9418g(4)m=cVM=0.10×1.0×40=4.0g8．用基准无水Na2CO3标定HCl溶液浓度时，称取0.9980gNa2CO3，用溶液，HCl溶液滴定至甲基橙指示剂有黄色变为橙色即为终点，消耗HCl37.74ml，计算HCl浓度。（0.4989mol/L）解:Na2CO3与HCl的反应如下：。Na2CO3+2HCl===H2O+CO2↑+2NaClnHCl=2nNa2CO3cHCl=vHClnNa2CO32=37.74ml106g/mol10009980.02g=0.4989mol/L9.在硫酸介质中，用KMnO4溶液滴定基准物Na2C2O4201.0mg，消耗其体积30.00ml，计算KMnO4标溶液的浓度。（0.02000molL-1）解：2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2+8H2OnKMnO4=nMnO4-=52nNa2C2O4=52nC2O42-=52422422OCNaOCNaMn=52molg/499.15201.12298.22g10201.0-3=0.0006molcKMnO4=Vn=Lmol31000.300006.0=0.02000molL-110称取工业纯碱试样1.5300g，加水溶解后转入250ml容瓶中定容。移取此试液25.00ml，以甲基橙为指示试剂，用0.1000mol．L-1HCl标准溶液滴定至终点，消耗HCl24.68ml，求试样中Na2CO3的含量？解：该反应用甲基橙做指示试剂反应的终产物是NaCl。HCl与纯碱的反应如下：2HCl+Na2CO3＝2NaCl+CO2↑+H2OnHCl=2nNa2CO3或nHCl=n1/2Na2CO3已知m=1.5300g,ms=0.1m=0.15300gcHCl=0.1000mol．L-1,VHCl=24.68ml,M1/232CONa=53.00g.mol-1,则ω32CONa=SCONaHClHClmMVC3221=15300.099.1051068.241000.0213=85.49%或ω32CONa=SHClHClmMVCCONa3221=15300.0531068.241000.03=85.49%11．要加多少毫升水到1L0.2000molL-1HCl溶液中，才能使稀释后的HCl溶液对CaO的滴定度THCl/CaO为0.005000gmL-1？解:CaO与HCl的反应如下：CaO+2HCl===CaCl2+H2O由题意知：在新配好的HCl溶液中，1mL该溶液能与0.005000gCaO反应，则1mLHCl溶液中所含的HCl为：nHCl=2×MCaOmCaO=2×56.080.005000=1.783×10-4mol即该溶液的浓度为0.1783molL-1。由1L0.2000molL-1HCl溶液配制浓度为0.1783molL-1的溶液，体积为：V2=c2c1V1=0.17832000.01=1.122L△V=1.122L-1L=0.122L12.今有KHC2O4•H2C2O4•2H2O溶液，取该溶液25.00mL，用0.1000molL-1NaOH溶液滴定，耗去20.00mL。若取该溶液25.00mL，用KMnO4溶液滴定，好去25.00mL，计算KMnO4溶液的浓度。解：设KHC2O4•H2C2O4•2H2O溶液的浓度为：C（KMnO4）由题意：HC2O4-+H2C2O4+3OH-=3H2O+2C2O42-2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O3OH-→2C2O42-→（）MnO4-n（MnO4-）=n（OH-）=×0.1×0.02=5.33×10-4molC（KMnO4）==0.02134mol•L-1答：0.02134mol•L-113．0.25g不纯CaCO3试样（不含干扰物质）溶于25.00mL0.2600molL-1HCl溶液中，过量酸耗去6.50mL0.2450molL-1NaOH溶液进行返滴定，求试样中CaCO3的质量分数。（98.24%）解:本题为返滴定法，先加入过量的HCl标准溶液，将CaCO3中的CO2除去后，再用NaOH标准溶液返滴剩余的HCl，由此计算CaCO3的质量分数。因为31CaCOHCl2nn所以HClHClNaOHNaOHCaCO3-1()1CaCO321000mgg(0.260025.000.24506.50)100.0920.251000100%100%98.24%scVcVMm