化工分析(第二版)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：姜洪文、王英健 主编 张美娜 副主编

出版社：化学工业出版社

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化工分析(第二版)试读：

前言

本次修订除保持第一版的基本结构和编写特色外，理论上进行了适当的精简，调整了部分章节，同时按现行国家标准对相关内容进行了更新。调整更新的主要内容如下：

1.章节的变化，教材由原来的十二章调整为现在的十一章，同时将第一版中的第三章化工产品质量保证与标准化调整到第一章化工分析基础知识，作为第五节内容。

2.依据JJG 196—2006《常用玻璃仪器检定规程》，对第二章第二节中的常用量器和第三节中容量仪器校准及实验3的内容进行了替换，保证滴定分析基本操作精准和规范。

3.对酸碱滴定法、配位滴定法、电化学分析等理论内容的论述进行了适当地精简，突出实用性。

4.实验项目的变化，在保证掌握化工分析基本操作技术和基本检验方法的前提下，实验项目由原来的36个调整为现在的29个，同时对个别实验项目及内容作了替换和调整，并依据GB/T 601—2016《化学试剂　标准滴定溶液的制备》，对相关实验内容进行了修正，使教材在内容上始终保持着科学性和先进性。

5.补充了思考与练习题除简答题外的参考答案，以便学生复习巩固所学知识，自检学习效果。

此次修订工作分别由吉林工业职业技术学院张美娜（第一～三章、第九～十一章），辽宁石化职业技术学院王英健（第四～八章）完成。全书由姜洪文统稿。

这次教材的修订，得到了化学工业出版社和吉林工业职业技术学院分析检验专业同仁的大力支持，在此表示诚挚的谢意。对于书中可能存在的不妥之处，欢迎读者给予指正。姜洪文2018年6月于吉林工业职业技术学院第一版前言

在实施科教兴国战略的今天，高等职业教育担负着培养生产、管理、经营、服务第一线需要的高技能人才的重任。面对高职院校化工类专业教学改革和学生就业的需求，笔者编写了这本《化工分析》教材，作为化工高等职业院校工艺类专业教学用书，也可以供与分析化验有关的其他专业或在职分析化验人员学习参考。

本教材针对化工生产企业从事分析检验工作所需的专业知识和操作技能的要求，按照够用和实用的原则，以化学分析和常用仪器分析的基础知识为主线，着力编写了分析操作技术和分析方法应用方面的内容。本教材在编写结构上具有如下特点：

1. 指出各章的“学习目标”和“重点与难点”。“学习目标”是指学完每章内容后所应达到的最终目的； “重点与难点”是指相对较重要和较难理解的知识点或较难掌握的操作技能。明确“学习目标”和“重点与难点”，有利于学生主动学习，提升技能教学水平。

2.编入了新型分析仪器。如电子分析天平、数字显示的酸度计、紫外-可见分光光度计和气相色谱仪等，并适当介绍应用日渐突出的高效液相色谱仪，以更符合现代生产实际和学生就业的需要。

3. 采用最新的国家标准来规范分析化学术语（GB/T 14666—2003），执行GB/T 601—2002等标准规定来制备标准滴定溶液和制剂。一律采用法定计量单位。

4.实验项目实用性强。其项目的确定以兼顾基本操作训练和化工产品质量检验为基本原则，注重贯彻国家标准，删去陈旧的实验，编入国家标准中规定的一些通用分析方法。

5.突出能力培养。在每个实验项目后都编有相应的“思考与讨论”，每章后列出了“思考题与习题”，以检验与追踪学生的学习目标是否达到或学生自己对所学知识和技能进行自查，培养学生判断问题和解决问题的能力。

参加本书编写工作的有姜洪文 （第一～四、十、十一章）、王英健（第五～九章）、张美娜（第十二章），全书由姜洪文统一修改定稿。

吉林工业职业技术学院张振宇担任主审，并提出一些建设性意见，在此深深致谢。

由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，恳请同行与读者批评指正。编者2007年12月第一章　化工分析基础知识学习目标1.明确化工分析中定量分析的过程；2.掌握误差和分析数据处理的方法；3.掌握一般溶液的配制方法；4.具备实验室工作的安全基本知识；5.掌握我国标准的划分与表示形式；6.了解采用国际标准和国外先进标准的程度划分。重点与难点1.化工分析中误差和分析数据处理；2.试剂溶液的配制计算与配制技术；3.实验室安全知识；4.标准化的意义和内涵。第一节　化工分析的任务和方法一、化工分析的任务和作用

化工分析是以分析化学的基本原理和方法为基础，完成化工生产过程中化学成分监测和化工产品质量检验任务的一门学科。

在化工生产过程中，物料的基本组成是已知的，化工分析主要是对原料、中间产物和最终产品进行定量分析，以评定原料和产品的质量，监控生产工艺过程是否正常进行，从而达到最经济地使用原料和燃料、减免废品和次品、避免生产事故发生和保护环境的目的。

应当指出，分析检验不仅在化学、化工领域起着重要的作用，而且对国民经济和科学技术的发展都具有重大的实际意义。例如，在农业生产方面，土壤普查、灌溉用水水质的化验、农作物营养的诊断、农药残留量的分析以及新品种培育和遗传工程的研究等，都是以分析检验结果作为判断的重要依据；在环境保护方面，为了探讨与人类生存和发展密切相关的环境变化规律并制定环保措施，对大气和水质变化进行监测、对生态平衡进行研究以及评价和治理工农业生产对环境产生的“三废”污染（废液、废渣、废气）和综合利用等，都需要进行大量的分析检测工作；在科学技术领域，凡是涉及化学变化的内容，几乎都离不开分析检验。可以说，分析检验是人们认识物质世界和指导生产实践的“眼睛”。二、定量分析的方法

1.定量分析的过程

进行定量分析，首先需要从批量的物料中采出少量有代表性的试样，并将试样处理成可供分析的状态。固体样品通常需要溶解制成溶液。若试样中含有影响测定的干扰物质，还需要预先分离，然后才能对待测组分进行分析。因此，定量分析的全过程一般包括采样与制样、试样分解和分析试液的制备、分离及测定、分析结果的计算及评价等四个步骤。（1）采样与制样

采样的基本原则是分析试样要有代表性。

对于固体试样，一般经过粉碎、过筛、混匀、缩分，得到少量试样，烘干保存于干燥器中备用。（2）试样分解和分析试液的制备

定量分析常采用湿法分析。对于水不溶性的固体试样，可以采用酸、碱溶解或加热熔融的方法制成分析试液。（3）分离及测定

常用的分离方法有沉淀分离、萃取分离、离子交换、色谱分离等。要求分离过程中被测组分不丢失。

分离干扰组分之后得到的溶液，就可以按指定的分析方法测定待测组分的含量。分离或掩蔽是消除干扰的重要方法。（4）分析结果的计算及评价

根据分析过程中有关反应的计量关系及分析测量所得数据，计算试样中待测组分的含量，并对分析结果的可靠性进行评价。

2.定量分析方法的分类

化工分析的内容十分丰富，涉及的领域非常广泛，可根据化工生产过程、试样用量、取样方式、待测组分含量，分析原理等进行分类。（1）按化工生产过程分类

分为原材料分析、中间产物控制分析和产品分析。（2）按试样用量分类

分为常量分析、半微量分析和微量分析。需要的试样量为：常量分析＞0.1g、半微量分析0.01～0.1g、微量分析0.0001～0.01g。（3）按取样方式分类

分为在线分析和离线分析。在线分析是分析仪器安装在生产线上，在线取样分析。这种方法因为在线，容易实现从取样到分析的自动化。离线分析是取样后到实验室进行分析，再报告分析结果。（4）按待测组分含量分类

分为常量组分分析（含量在1%以上）、微量组分分析（含量在0.01%～1%之间）、痕量组分分析（含量在0.01%以下）。（5）按分析原理分类

分为化学分析和仪器分析两大类。

①化学分析。化学分析是以物质的化学反应为基础的分析方法。对于采用的化学反应，可用通式表示为：X（待测组分）+R（试剂）P（反应产物）

由于采取的测定方法不同，化学分析又分为滴定分析法和称量分析法。

a.滴定分析法又称容量分析法。将一种已知准确浓度的试剂溶液R滴加到待测物质溶液中，直到所加试剂恰好与待测组分X定量反应为止。根据试剂溶液R的用量和浓度计算待测组分X的含量。例如工业硫酸纯度的测定，就是把已知准确浓度的NaOH溶液滴加到试液中，直到全部HSO都生成NaSO为止（这时指示剂变色）。由NaOH溶2424液的浓度和用去的体积计算出工业硫酸的纯度。

b.称量分析法又称重量分析法。通过加入过量的试剂R，使待测组分X完全转化成一难溶的化合物，经过滤、洗涤、干燥及灼烧等一系列步骤，得到组成固定的产物P，称量产物P的质量，就可以计算出待测组分X的含量。例如试样中S含量的测定，样品溶解后，在试液中加入过量的BaCl试剂，使S生成难溶的BaSO沉淀，经过24滤、洗涤、灼烧后，称量BaSO的质量，就可以计算出试样中S4的含量。

②仪器分析。仪器分析是以物质的物理或物理化学性质为基础的分析方法。通过专用仪器来测定其含量，故称为仪器分析法。它包括光学分析、电化学分析、色谱分析等方法。

a.光学分析法。以物质的光学性质为基础建立起来的分析方法称为光学分析法。如高锰酸钾溶液浓度越大，颜色越深，吸收光的程度越大，利用溶液的这种吸光性质可作锰的比色分析和分光光度分析。属于这类分析法的还有紫外分光光度法、红外分光光度法和原子吸收光谱法等。

b.电化学分析法。以物质的电学或电化学性质为基础建立起来的分析方法称为电化学分析法。如果一项滴定分析不是以指示剂变色来指示滴定终点，而是借助于溶液电极电位的变化关系来确定滴定终点，则称为电位滴定法。属于电化学分析法的还有直接电位法、库仑分析法和极谱分析法等。

c.色谱分析法。以物质在不同的两相（流动相和固定相）中吸附或分配特性为基础建立起来的分析方法称为色谱分析法。例如，流动的氢气携带少量空气样品通过一根装有分子筛吸附剂的柱管后，可将空气分离为氧和氮，并能对各组分进行定性、定量分析，这种方法就是气相色谱法。属于这类分析方法的还有高效液相色谱法、纸色谱法和薄层色谱法等。

化学分析历史悠久，方法成熟，准确度高（误差≤0.1%），灵敏度较低，适用于试样中常量组分（1%以上）的测定，尤其是滴定分析操作简便、快速，准确度亦较高，是广泛应用的一种定量分析技术。仪器分析速度快，灵敏度高，适宜于低含量组分的测定。从整体看，化学分析是仪器分析的基础，仪器分析中关于试样预处理和方法准确度的校验等往往需要应用化学分析来完成；而仪器分析是化学分析的发展，二者之间必须互相配合，互相补充。

本书主要讨论在化工分析中普遍应用的两大定量分析方法——化学分析法和仪器分析法。第二节　误差和分析数据处理一、定量分析中的误差

定量分析的目的是通过一系列的分析步骤获得待测组分的准确含量。事实上，在对同一试样进行多次重复测定时，测定结果并不完全一致，即使对已知成分的试样用最可靠的分析方法和最精密的仪器，并由技术十分熟练的分析人员进行多次重复测定，测得数值与已知值也不一定完全吻合。这种差别在数值上的表现就是误差。

1.误差的分类及产生原因

误差按其性质可分为系统误差和随机误差两类。（1）系统误差

系统误差是由一些固定的、规律性的因素引起的误差。此类误差造成测定结果偏高或偏低，具有单向性，可以通过校正进行补偿或减小。系统误差决定了分析结果的准确度。系统误差按其来源分为以下几种。

①方法误差。由于测定方法不完善而带来的误差，例如滴定反应不完全产生的误差。

②试剂误差。由于试剂不纯带来的误差。

③仪器误差。由于仪器本身不精密、不准确引起的误差。例如，玻璃容器刻度不准确、天平砝码不准确等。

④操作误差。由于操作人员操作不规范或主观偏见带来的误差。例如，滴定管读数时视线不水平或对滴定终点颜色判断不准确等。（2）随机误差

随机误差是由于某些难以控制的偶然因素所造成的误差。这种误差无规律性，是随机出现的。通过增加平行测定次数可减小随机误差。随机误差决定了分析结果的精密度。

2.定量分析的准确度与精密度（1）准确度与误差

分析结果的准确度是指试样的测定值与真实值之间的符合程度。它说明测定值的正确性，通常用误差的大小表示。绝对误差（E）=测定值（x）-真实值（μ）　　（1-1）i

显然，绝对误差越小，测定值与真实值越接近，测定结果越准确。但绝对误差不能反映误差在真实值中所占的比例。例如，用分析天平称量两个试样的质量各为1.6380g和0.1637g，假定这两个试样的真实值分别为1.6381g和0.1638g，则二者称量的绝对误差皆为-0.0001g；而这个绝对误差在第一试样质量中所占的百分率，仅为第二个样品质量中所占百分率的1/10。说明在绝对误差相同时，被称量物质的质量越大，称量的准确度也越高。因此用绝对误差在真实值（或测定值）中所占的百分率可以更确切地比较测定结果的准确度。这种表示误差的方法称为相对误差，即：　　（1-2）

绝对误差和相对误差都有正、负之分。正值表示分析结果偏高；负值表示分析结果偏低。绝对误差与测量值的单位相同；相对误差没有单位，常用百分数表示。

必须指出，为了消除系统误差的影响，在工作中经常加以校正值。可以采用已知含量的标准物作为标准试样，按照给定的测定方法和步骤进行测定，得到测定值。校正值就等于标准试样测定中，真值与测定值之差：Δ=μ-x　　（1-3）s

式中　Δ——校正值；

μ——标准试样的真实值；

x——标准试样的测定值。s

在测定未知试样时，其测定值加校正值等于真实值。μ=x+Δ　　（1-4）i（2）精密度与偏差

在定量分析中，待测组分的真实值一般是不知道的，这样，衡量测定结果是否准确就有困难，因此常用测定值的精密度来表示分析结果的可靠性。精密度是指在同一条件下，对同一试样进行多次测定的各测定值之间相互符合的程度。通常用偏差的大小表示精密度。

①绝对偏差。简称偏差，它等于单次测定值与n次测定值的算术平均值之差。　　（1-5）

式中　d——绝对偏差；i

x——单次测定值；i——n次测定值的算术平均值。

②平均偏差。平均偏差等于绝对偏差绝对值的平均值，用下式表示：　　（1-6）

式中　d——单次测定的绝对偏差；i——平均偏差；

n——测定次数。

③相对平均偏差。指平均偏差在算术平均值中所占的百分率，用下式表示：　　（1-7）

④样本标准偏差。实际工作中常采用有限次测定的均方根偏差S来表示精密度，称为样本标准偏差，简称为样本偏差。　　（1-8）

⑤相对标准偏差。指样本偏差在平均值中所占的百分率。　　（1-9）

样本偏差S是表示偏差的最好方法，数学严格性高，可靠性大，能显示出较大的偏差。【例1-1】 标定某溶液浓度的四次结果是：0.2041mol/L、0.2049mol/L、0.2039mol/L和0.2043mol/L。计算其测定结果的平均值、平均偏差、相对平均偏差、样本偏差和相对标准偏差。

解

滴定分析测定常量组分时，分析结果的相对平均偏差一般＜0.2%。（3）准确度与精密度的关系

从上面叙述可知，表征系统误差的准确度与表征随机误差的精密度是不同的，二者的关系可用靶图（见图1-1）加以解释。图1-1　靶图

①测定的精密度好，准确度也好。这是测定工作中要求的最好结果，它说明系统误差和随机误差都小。也就是说，在消除系统误差的情况下，操作人员规范操作会得到较好的准确度和精密度。

②测定的精密度好，但准确度不好。这是由于系统误差大、随机误差小造成的。

③测定的精密度不好，但准确度好。这种情况少见，是偶然碰上的。

④测定的精密度不好，准确度也不好。这是由于系统误差和随机误差都大引起的。

在确定消除了系统误差的前提下，精密度可表达准确度。通常要求常量分析结果的相对误差小于0.1%～0.2%。（4）提高分析结果准确度的方法

由误差产生的原因看出，要提高分析结果的准确度，必须减小整个测定过程中的误差。系统误差的减免可采取对照试验、空白试验和校正仪器等方法来实现。随机误差的减免则必须严格控制测定条件、细心操作，并适当增加平行测定次数取其平均值作为测定结果。

①对照试验。对照试验是检验系统误差的有效方法。将已知准确含量的标准样，按照待测试样同样的方法进行分析，所得测定值与标准值比较，求出校正值，在待测试样的测定值上加入校正值，就可使测定结果更接近真值。

②空白试验。在不加试样情况下，按有试样时同样的操作进行的试验，叫作空白试验。所得结果称为空白值。从试样的测定值中扣除空白值，就能得到更准确的结果。例如，确定标准溶液准确浓度的试验，国家标准规定必须做空白试验。

③校正仪器。对于分析的准确度要求较高的场合，应对测量仪器进行校正，利用校正值计算分析结果。例如，用未加校正的滴定管滴定就会引入终点滴定误差，若用校正后的滴定管即可加以补正。

④增加平行测定份数。取同一试样几份，在相同的操作条件下对它们进行测定，叫作平行测定。增加平行测定份数，可以减小随机误差。对同一试样，一般要求平行测定2～4份，以获得较准确的结果。

⑤选择合适的分析方法。化学分析法准确度高，用于常量组分测定；仪器分析法灵敏度高，用于微量组分分析。二、分析结果的表示

1.定量分析结果的表示

按照我国现行国家标准的规定，定量分析的结果分别用质量分数、体积分数或质量浓度表示。（1）质量分数（w）B

物质中某组分B的质量（m）与物质总质量（m）之比，称为BB的质量分数（通常以%表示）。　　（1-10）

例如，某铁矿中含Fe为34.98%。（2）体积分数（φ）B

气体或液体混合物中某组分B的体积（V）与混合物总体积B（V）之比，称为B的体积分数（以%表示）。　　（1-11）

例如，工业乙醇中乙醇的体积分数为95.0%。（3）质量浓度（ρ）B

气体或液体混合物中某组分B的质量（m）与混合物总体积B（V）之比，称为B的质量浓度。　　（1-12）

其常用单位为克每升（g/L）或毫克每升（mg/L）。例如，乙酸溶液中乙酸的质量浓度为360g/L。

2.分析结果的报告

不同的分析任务，对分析结果准确度要求不同，平行测定次数和分析结果的报告也不同。（1）两个平行试样测定结果

在例行分析和生产中间控制分析中，一个试样一般做2个平行测定。如果两次分析结果之差不超过允许差（某一项指标的平行测定结果之间的绝对偏差不得大于某一数值，这个数值就是允许差）的2倍，则取平均值报告分析结果；如果超过允许差的2倍，则须再做一份分析，最后取两个差值小于允许差2倍的数据，以平均值报告结果。【例1-2】 某产品中微量水的允许差为0.05%，样品平行测定结果分别为0.56%、0.64%，应如何报告分析结果？

解　因0.64%-0.56%=0.08%＜2×0.05%

故应取0.64%与0.56%的平均值0.60%报告分析结果。（2）多个平行试样测定结果

对于同一试样进行多次测定结果的报告，应以多次测定的算术平均值或中位值x报告结果，并报告样本偏差。中位值是指一组测定m值按大小顺序排列时中间项的数值，当n为奇数时，正中间的数只有一个；当n为偶数时，正中间的数有两个，中位值是指这两个值的平均值。【例1-3】 分析某矿石中铁量时，测得下列数据：34.45%、34.30%、34.20%、34.50%、34.25%。计算这组数据的算术平均值、中位值和样本偏差。

解　将测得数据按大小顺序列成下表：

由此得出

中位值x=34.30%m

算术平均值

样本偏差

3.有效数字的意义及其运算规则

定量分析结果的获得是经过一系列的测量环节和计算的全过程达到的。这不仅需要准确地测定，而且还需要正确地记录和计算。实际上，要求记录的数字不但能够表示数量的大小，还要正确地反映出测定时的准确程度。所以，在记录实验数据和计算分析结果时应当注意数字处理问题。（1）有效数字的意义

有效数字是指在测量中实际能测量到的数字，在有效数字中只有最末一位数字为估计值，其余数字都是准确的。因此，有效数字的位数取决于测量仪器、工具和方法的精度。例如，用万分之一分析天平称量物质的质量为0.5180g，这样记录正确，与该天平称量所达到的准确度相适应。在数字“0.5180”中，小数点后三位是准确的，第四位“0”是可疑的，可能有上下一个单位的误差，它表明试样实际质量在（0.5180±0.0001）g之间。把结果记为0.518g是错误的，因为它表明试样实际质量在（0.518±0.001）g之间，显然与仪器的自身测量精度不符。可见，数据的位数不仅表示数据的大小，而且反映了测量的准确程度。下面列出在分析测量中能得到的有效数字及位数：“0”在数据中具有双重意义。当用来表示与测量精度有关的数字时，是有效数字；当用它只起定位作用而与测量精度无关时，则不是有效数字。即在数据首位不是有效数字，在数据之间的“0”和小数末尾的“0”都是有效数字。

关于有效数字及其位数应说明下面几个问题。

①有效数字首位数≥8时，可多计算1位有效数字。例如，0.0998mol/L的浓度可看成四位有效数字。

②pH的有效数字的位数，取决于小数部分的位数，整数部分不++计算为有效数字。因为pH=-lg［H］，对数的整数部分为［H］数+据中10的多少次方，起定位作用，只有小数部分才是［H］有效数字的位数，因此pH=4.30是两位有效数字。

③单位换算时要注意有效数字的位数，不能混淆。例如，1.25g≠31250mg，应为1.25×10mg。

④非测量数据应视为有足够多位的有效数字。例如，测定次数n=4、溶液稀释10倍等，此处的4和10应视为有足够多位的有效数字。（2）有效数字运算规则

有效数字运算规则包括两方面内容，即数字修约规则和数据运算规则。

①数字修约规则。在处理数据过程中，常会遇到各测量值的数字位数不同的情况，根据有效数字的要求，常常要弃去多余的数字，然后再进行计算。把弃去多余数字的处理过程称为数字的修约。国家标准规定采用“四舍六入五留双”的规则进行修约。当尾数≥6时则入，尾数≤4时则舍。当尾数恰为5，而其后面的数均为0时，若5的前一位是奇数则入，是偶数（包括“0”）则舍；倘若5后面还有不为0的任何数时皆入。例如，将下列数据修约到两位有效数字：3.1483.1；0.7360.742.5492.5； 76.517775.5076； 7.0507.0

修约数字时，只能对原始数据进行一次修约到需要的位数，不能逐级积累修约。如7.5489修约到两位应是7.5，不能修约成7.5497.557.6。

②数据运算规则。在用测量值进行运算时，每个测量值的误差都要传递到结果中去。于是，在处理数据时应做到合理取舍，既不能因舍弃某一尾数使准确度受到影响，又不能无原则地保留过多位数使计算复杂。在运算过程中应遵守以下规则。

a.加减法。几个数据相加或相减时，它们的和或差的有效数字位数的保留，应以小数点后位数最少（绝对误差最大）的数据为准。例如：0.015+34.37+4.3235=0.02+34.37+4.32=38.71

上面相加的三个数据中，34.37小数点后位数最少，绝对误差最大。故以34.37为准，将其他数据修约到小数点后两位，然后进行计算。如果在三个数据相加时，把小数点后第三、四位都加进去就毫无意义了。

b.乘除法。几个数据相乘除时，它们的积或商的有效数字位数的保留，应以各数据中有效数字位数最少（相对误差最大）的数据为准。例如，0.1034×2.34，对于0.1034，其相对误差为；而对2.34，其相对误差为。因此这两个数应以2.34的三位有效数

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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