[科普中国]-容量分析

简史

容量分析是古老的分析方法，1729年法国C.J.日夫鲁瓦最早使用容量分析，用纯碳酸钾测定乙酸的浓度，他将乙酸逐滴加到一定量的碳酸钾溶液中，直到不再发生气泡为止。到了19世纪，由于成功地合成了各类指示剂，容量分析得到广泛的应用。

此法将一种已知浓度的试剂溶液滴加到被测物质溶液中，根据完成化学反应所消耗的试剂量来确定被测物质的量。能用于容量分析的化学反应必须符合一定条件，其中最重要的是反应物间有确定的化学计量关系。容量分析使用的工具非常简单，一般有滴定管、容量瓶、移液管、刻度吸量管等；同时还具有方便、迅速、准确等优点，特别适合于常量组分测定和大批样品的例行分析。通常容量分析分为酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定和非水滴定等目视滴定方法； 此外还有目前广泛使用的仪器滴定法，如电位滴定、电导滴定和光度滴定等。按滴定方式分则有直接滴定、置换滴定、间接滴定和返滴定等。

滴定分析原理容量分析法通常是将一定体积的待测组分溶液X置于锥形瓶中，然后将某种试剂R的标准溶液通过滴定管逐滴加到锥形瓶中。设X与R之间的化学反应为：aX+bR=cP

当所加入的R与X的物质的量的比值恰好等Fa/b叶时，则停止滴加。这一过程称为滴定。该反应称为滴定反应。根据R的浓度CR和所消耗的体积VR，以及X的体积VX，再根据X与R之间的计量关系a/b，便可求得X的浓度：

当所滴加的试剂与待测组分的物质的量之间的关系恰好符合滴定反应式所表示的 二者的计量关系时，称滴定到达了等当点，又叫化学计量点。理论上滴定到达等当点就应停止，但在等当点时体系往往没有任何外部特征可被觉察，因此通常必须借助于所加指示剂的颜色改变来确定实际的滴定终点。

如果所利用的化学反应完全程度较高，反应按一定的反应式进行，即反应物间有确定的计量关系，反应速度快，又有适当的方法确定终点，则可采用直接滴定法进行滴定。通常所说的滴定分析就是指直接滴定法。如盐酸滴定氢氧化钠，氢氧化钠滴定乙酸等。如果所利用的化学反应不符合上述条件，或没有合适的化学反应，则往往可采用返滴定法或间接滴定法。例如，用盐酸滴定碳酸钙时：

2HCl+CaCO3=CaCl2+CO2+H2O

由于碳酸钙要先溶解后反应，速度较慢，故不适于用盐酸直接滴定。但可采用返滴定法，即先加入一定过量的盐酸标准溶液，并加热使碳酸钙完全溶解和反应，冷至室温后再用氢氧化钠标准溶液滴定剩余的盐酸。根据所加盐酸与氢氧化钠的物质的量之差，便可测得碳酸钙的含量。又如不能用氧化还原滴定法直接滴定溶液中的Ca，但可采用间接滴定法，即先将Ca沉淀为草酸钙：

Ca+C2O4=CaC2O4↓

将沉淀分离洗涤后溶于盐酸，生成的草酸再用高锰酸钾标准溶液滴定：

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

由此可间接测得Ca的含量。2

分类及特点滴定分析法根据所依据的反应的不同，又分为酸碱滴定法、络合滴定法、沉淀滴定法和氧化还原滴定法等。根据标准溶液计量方法的不同，滴定分析又可以分为容量滴定法和重量滴定法。容量滴定法即使用容量滴定管计量反应所用标准溶液的体积；而重量滴定法则使用重量滴定管和分析天平来计量所用标准溶液的重量。滴定分析法通常用于常量分析，有时也做微量分析。滴定分析法准确度较高，在一般情况下测定的相对误差为0.2%左右，与重量分析法相比，简便、快速，所以，在生产实践和科学研究中有很大实用价值。

滴定点的确定在容量分析中，要准确称量被分析试样的重量，或准确地量取试样溶液的体积。把试样溶于 适当的溶剂中，并进行一些预处理，必 要时进行分离，然后将所得溶液进行滴定。滴定时，滴定剂溶液中的一个 组分与被测物质发生化学反应。为满 足容量分析的要求，这些反应必须迅速，而且需要准确地知道被测物质有 多少分子或离子与滴定剂分子或离子发生了反应。

在容量分析中，需要测出什么时候所加入的试剂分子或离子的数目和被测物质相当。滴定中的这一点称为等当点。确定等当点，可用目视法以有色指示剂或试剂来进行。或用某些物理化学方法来测量。当指示剂改变颜色时，就到了滴定的终点，测量出恰 在这点时所加滴定剂溶液的体积。但滴定的终点和等当点有时并不一致。

例如在变色之前，指示剂本身可能消耗少量的滴定剂，或者滴定剂在溶液中的浓度明显地超过等当点时应有的 浓度，指示剂才改变颜色。在滴定中，为了减小判断的终点和真正的等当点之间的误差，要谨慎地选择指示剂，选好确定终点的方法。为了计算与所用 去的滴定剂的体积或重量所相当的物 质的量，必须准确知道滴定剂的浓度。 确定滴定剂准确浓度的方法有：称取一定量的试剂和一定体积的滴定剂溶液起反应；或者用滴定剂去滴定一定重量的已知其组成的试样。