《分析化学》定量分析过程（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《分析化学》定量分析过程-讲义 1、了解试样的采取及制备方法。 知识点一 定量分析过程 定量分析的任务是测定物质中某种或某组分的含量。通常包括以下几个步骤。 1.试样的采取与制取采取的试样必须保证具有代表性和均匀性，即所分析的试样组成能代表整批物料的平均组成。 采样的通常方法是：从大批物料中的不同部分、深度选取多个取样点采样，然后将各点取得的样品粉碎之后混合均匀，再从混合均匀的样品中取少量物质(四分法)作为分析试样进行分析。 2.试样的分解 常采用湿法分析，最常用的是酸溶法；碱熔法；熔融法。 试样分解制备要求：试样分解完全；待测物质不损失；避免引入干扰杂质。 根据试样性质的不同，分解的方法亦不同。 3.测定 根据待测组分的性质、含量和对分析结果准确度的要求，选择合适的分析方法。 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，并对测定结果的准确 性作出评价。 定量分析的任务是测定物质中某种或某组分的含量，其步骤包括试样的采取与制取、试样的分解、测定以及分析结果的计算及评价。在试样的采取与制取过程中，以下哪种说法是正确的？。（ ） A. 只需从物料的表面选取一个取样点采样 B. 从大批物料中的不同部分、深度选取多个取样点采样，然后将各点取得的样品粉碎之后混合均匀，再从混合均匀的样品中取少量物质作为分析试样 C. 采样的样品无需考虑其代表性和均匀性 D. 从混合均匀的样品中取大量物质作为分析试样 【答案】B 【解析】试样的采取与制取采取的试样必须保证具有代表性和均匀性，即所分析的试样组成能代表整批物料的平均组成。采样的通常方法是：从大批物料中的不同部分、深度选取多个取样点采样，然后将各点取得的样品粉碎之后混合均匀，再从混合均匀的样品中取少量物质(四分法)作为分析试样进行分析。。 1. 在定量分析中，试样的分解是重要步骤之一。以下哪种方法不是定量分析常用的试样分解方法？（ ） A.湿法分析中的酸溶法 B.碱熔法 C.熔融法 D.半熔法 【答案】D 【解析】试样的分解常采用湿法分析，最常用的是酸溶法；碱熔法；熔融法。在试样分解方法中，半熔法（烧结法）通常可用于定性分析，但不适合用于精确定量分析。 2. 定量分析的主要任务是（ ） A.确定物质的颜色 B.测定物质中某种或某组分的含量 C.测量物质的重量 D.分析物质的结构 【答案】B 【解析】定量分析的任务是测定物质中某种或某组分的含量。 3. 试样分解制备有严格的要求，以下哪项不是试样分解制备的要求？（ ） A.试样分解完全 B.待测物质不损失 C.避免引入干扰杂质 D.试样分解速度要快 【答案】D 【解析】 试样分解速度要快不是试样分解制备的要求。 1. 选择合适的分析方法是定量分析中测定环节的关键。选择分析方法的依据不包括以下哪项？（ ） A.待测组分的性质 B.待测组分的含量 C.对分析结果准确度的要求 D.分析人员的个人喜好 【答案】D 【解析】定量分析过程应该根据待测组分的性质、含量和对分析结果准确度的要求，选择合适的分析方法。 4.分析结果的计算及评价。 2. 在分析结果的计算及评价阶段，需要根据什么来计算试样中待测组分的含量？（ ） A. 分析过程中有关反应的计量关系及分析测量所得数据 B. 试样的颜色和气味 C. 试样的质量大小 D. 试样的形状和状态 【答案】A 【解析】分析结果的计算及评价应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，并对测定结果的准确性作出评价。。 3. 关于试样的分解，以下说法正确的是：（ ） A. 不同性质的试样采用相同的分解方法 B. 试样分解时可以随意引入杂质 C. 试样分解不完全会影响测定结果的准确性 D. 只要待测物质不损失，试样分解的方法可以任意选择 【答案】A 【解析】根据试样性质的不同，分解的方法亦不同。。 · 试样的采取与制取：需确保试样具有代表性与均匀性，能代表整批物料平均组成。一般从大批物料不同部位、深度多点采样，粉碎混合后，用四分法选取少量作为分析试样。 · 试样的分解：常采用湿法分析，如酸溶法、碱熔法、熔融法等。要求试样分解完全，待测物质无损失，且不引入干扰杂质，具体方法依试样性质而定。 · 测定与结果处理：依据待测组分性质、含量及准确度要求选择合适分析方法，根据反应计量关系和测量数据计算待测组分含量，并对结果准确性作出评价。 知识点二 定性分析 定性分析旨在确定物质的组成成分，即所含元素、离子、官能团或化合物等。 1、试样的采集 代表性：所采集的试样要能够代表被分析的整体物质。例如，分析某矿石中元素成分，需要从矿石的不同部位，包括表层、内部，以及不同方向采集多个样品，以确保所采试样能反映该矿石整体的元素组成情况。 适量性：采集的试样量要足够进行后续的各项分析测试，但也不能过多造成浪费。试样量的确定需综合考虑分析方法的灵敏度、仪器设备的检测限以及后续可能需要进行的重复测试等因素。 2、试样的制备 粉碎：对于固体试样，常常需要将其粉碎以减小颗粒尺寸。这有助于增加试样的比表面积，使试样在后续的溶解、反应等过程中能够更加充分地与试剂接触，从而提高分析的准确性和可靠性。 混合：将粉碎后的试样充分混合，以保证其组成的均匀性。这是因为在采集试样时，即使尽量保证了代表性，但不同部位采集的样品之间仍可能存在一定的差异。通过充分混合，可以使这些差异在整体上得到平衡，从而确保所取的少量分析试样能够准确代表整个试样的组成。 3、初步试验 物理性质观察：包括观察试样的颜色、状态（固态、液态、气态）、气味、熔点、沸点等物理性质。这些物理性质往往可以为试样的组成提供重要线索。例如，硫酸铜溶液呈蓝色，通过观察溶液颜色可初步推测其中可能含有铜离子。 灼烧试验：取少量试样置于坩埚或铂丝上，用酒精灯或煤气灯进行灼烧，观察试样在灼烧过程中的变化，如颜色变化、是否产生气体、有无升华现象等。这些现象可以帮助判断试样中所含有的元素或化合物类型。例如，钠的化合物在灼烧时会使火焰呈黄色，通过观察火焰颜色可初步判断试样中是否含有钠元素。 4、阳离子分析 分组：根据阳离子与某些试剂反应生成沉淀或其他特征反应的性质，将常见阳离子分为若干组。例如，硫化氢系统分析法就是根据阳离子硫化物溶解度的差异，将常见阳离子分为五组。这种分组方法有助于简化分析步骤，提高分析效率。 鉴定：利用阳离子的特征反应来确定其存在。例如，银离子与氯离子反应会生成白色的氯化银沉淀，且该沉淀不溶于稀硝酸。因此，在试样中加入稀硝酸酸化后，再加入氯化钠溶液，若生成白色沉淀且该沉淀不溶于稀硝酸，则可初步判断试样中含有银离子。 5、阴离子分析 初步试验：通过与酸反应、氧化性还原性试验等初步判断阴离子的类型。例如，碳酸盐与酸反应会产生二氧化碳气体，将产生的气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则可初步判断试样中含有碳酸盐。 个别鉴定：针对不同阴离子的特性，采用特定的试剂和方法进行鉴定。例如，硫酸根离子的鉴定可采用在试样中加入稀盐酸酸化，排除碳酸根等离子的干扰后，再加入氯化钡溶液，若生成白色沉淀，则可初步判断试样中含有硫酸根离子。 6、有机定性分析 元素分析：确定有机物中所含的元素种类，如碳、氢、氧、氮、硫、卤素等。常用的方法有燃烧法、钠熔法等。例如，燃烧法可通过测定有机物燃烧后生成的二氧化碳和水的质量，来确定有机物中碳和氢的含量。 官能团鉴定：利用有机物中官能团的特征反应来确定其存在。例如，碳碳双键可与溴水发生加成反应，使溴水褪色；醛基可与银氨溶液发生银镜反应，或与新制氢氧化铜悬浊液反应生成砖红色沉淀。通过这些特征反应，可以判断有机物中是否含有相应的官能团。 应用场景相关知识点 材料科学领域：在材料研发过程中，定性分析可用于确定原材料的成分，评估其纯度和质量，从而为材料的制备和性能优化提供基础数据。例如，在半导体材料的研究中，需要精确分析材料中各种杂质元素的种类和含量，因为这些杂质会显著影响半导体的电学性能。通过定性分析技术，如电感耦合等离子体质谱（ICP - MS）等，可以准确检测出半导体材料中微量杂质元素的存在，为材料的质量控制和性能改进提供重要依据。 环境监测领域：定性分析在环境监测中起着至关重要的作用，它可以帮助我们了解环境中污染物的种类和来源，为环境质量评价和污染治理提供科学依据。例如，在水质监测中，通过对水样进行定性分析，可以检测出水中是否含有重金属离子（如铅、汞、镉等）、有机物（如农药、石油类化合物等）以及微生物等污染物。常用的定性分析方法包括原子吸收光谱法（AAS）、气相色谱 - 质谱联用技术（GC - MS）、微生物培养法等。这些方法可以准确地鉴定出水中污染物的种类和特性，为制定合理的水污染防治措施提供重要参考。 食品药品安全领域：在食品和药品的生产、加工和质量控制过程中，定性分析是确保产品质量和安全的重要手段。它可以用于检测食品和药品中的有效成分、杂质以及有害物质的存在，从而保障消费者的健康权益。例如，在药品质量检测中，需要对药品的活性成分进行定性鉴定，以确保药品的有效性和安全性。常用的定性分析方法包括高效液相色谱法（HPLC）、红外光谱法（IR）、核磁共振波谱法（NMR）等。这些方法可以准确地识别药品中的活性成分及其结构特征，为药品的质量控制和真伪鉴别提供重要依据。在食品检测方面，定性分析可用于检测食品中的添加剂、农药残留、兽药残留以及微生物污染等问题。例如，通过气相色谱法（GC）可以检测食品中的农药残留量，利用酶联免疫吸附测定法（ELISA）可以快速筛查食品中的兽药残留。这些定性分析方法的应用，有助于及时发现食品中的安全隐患，保障公众的饮食安全。 定性分析的主要目的是：（ ） A.确定物质的含量 B.确定物质的组成成分 C.确定物质的物理性质 D.确定物质的化学性质 【答案】B 【解析】定性分析旨在确定物质的组成成分，即所含元素、离子、官能团或化合物等。 1. 在试样的采集过程中，以下哪个因素不是必须考虑的？（ ） A.代表性 B.适量性 C.试样的颜色 D.分析方法的灵敏度 【答案】C 【解析】试样的颜色不是试样的采集过程中必须考虑的因素。 2. 试样制备过程中，粉碎试样的主要目的是：（ ） A. 减小颗粒尺寸 B. 增加试样的比表面积 C. 使试样在后续的溶解、反应等过程中能够更加充分地与试剂接触 D. 使试样更加美观 【答案】C 【解析】对于固体试样，常常需要将其粉碎以减小颗粒尺寸。这有助于增加试样的比表面积，使试样在后续的溶解、反应等过程中能够更加充分地与试剂接触，从而提高分析的准确性和可靠性。。 3. 在初步试验中，灼烧试验可以帮助判断试样中所含有的元素或化合物类型。以下哪个现象不是灼烧试验中可能观察到的？（ ） A.颜色变化 B.产生气体 C.升华现象 D.试样溶解 【答案】D 【解析】试样溶解现象不会发生在灼烧实验中。 1. 在阳离子分析中，硫化氢系统分析法是根据阳离子与硫化氢反应生成沉淀或其他特征反应的性质，将常见阳离子分为若干组。这种方法的主要优点是：（ ） A.提高分析的准确性 B.简化分析步骤，提高分析效率 C.增加分析的灵敏度 D.减少试剂的使用量 【答案】B 【解析】根据阳离子与某些试剂反应生成沉淀或其他特征反应的性质，将常见阳离子分为若干组。例如，硫化氢系统分析法就是根据阳离子硫化物溶解度的差异，将常见阳离子分为五组。这种分组方法有助于简化分析步骤，提高分析效率。。 2. 在阴离子分析中，以下哪种方法不是用于初步判断阴离子类型的？ ( ) A.与酸反应 B.氧化性还原性试验 C.加热试样 D.加入特定试剂 【答案】C 【解析】加热试样不能对阴离子类型进行初步的判断。 3. 在有机定性分析中，以下哪种方法不是用于元素分析的？（ ） A.燃烧法 B.钠熔法 C.银镜反应 D.加原子吸收光谱法 【答案】C 【解析】银镜反应是醛基的特征反应，用于检验醛基的存在，比如乙醛与银氨溶液在水浴加热条件下发生反应，生成乙酸铵、银单质、氨气和水，该反应的现象是在试管内壁形成一层光亮的银镜，并不是用于元素分析。 。 · 试样采集：需保证代表性，从不同部位采集样品；同时兼顾适量性，依据分析方法等因素确定合适试样量。 · 试样制备：固体试样常要粉碎以增大比表面积，再充分混合保证组成均匀。 · 初步试验：观察物理性质，如颜色、状态等；进行灼烧试验，根据颜色变化等判断所含元素或化合物。 · 阴阳离子分析：阳离子按与试剂反应性质分组，再利用特征反应鉴定；阴离子先通过与酸反应等初步判断类型，再针对特性个别鉴定。 知识点三 结构分析 一、光谱法进行结构分析 1. 紫外 - 可见光谱（UV - Vis） 它是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱。主要涉及的跃迁类型有 π→π*、n→π* 等。例如，含有共轭双键的化合物，其 π 电子离域程度增加，跃迁所需能量降低，吸收波长向长波方向移动（红移）。像苯环上的取代基会影响苯环的共轭体系，从而改变其紫外吸收峰的位置和强度。可用于推断化合物的共轭体系。如判断有机化合物中是否存在共轭双键、α,β - 不饱和羰基化合物等。还可以通过对比标准化合物的光谱图，对未知物进行初步的定性分析，计算化合物的摩尔吸光系数，用于定量分析。 2. 红外光谱（IR） 它是分子振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。不同的化学键（如 C - H、C = O、O - H 等）在红外区有特征的吸收频率。例如，羰基（C = O）的伸缩振动频率一般在 1650 - 1850 cm⁻¹ 之间，根据其具体的吸收峰位置还可以进一步区分醛、酮、羧酸等不同类型的羰基化合物。主要用于化合物的官能团鉴定。通过解析红外光谱图，可以确定分子中存在的官能团种类，如羟基（游离羟基在 3600 - 3650 cm⁻¹ 有尖峰，氢键缔合的羟基在 3200 - 3400 cm⁻¹ 有宽峰）、氨基等。也可以用于研究分子的结构，比如判断化合物是线性分子还是环状分子，因为环状分子的环张力会影响化学键的振动频率。 3. 核磁共振光谱（NMR） 它包括氢核磁共振（¹H - NMR）和碳核磁共振（¹³C - NMR）。在磁场作用下，原子核发生自旋能级分裂，当射频辐射的频率与原子核的进动频率相等时，就会发生共振吸收。对于 ¹H - NMR，化学位移是重要的参数，它与氢原子所处的化学环境有关。例如，连接在电负性较强的原子（如氧、氮等）上的氢原子，化学位移值较大。用于确定化合物中氢原子和碳原子的类型、数目和它们所处的化学环境。通过积分曲线可以确定不同类型氢原子的数目比例。例如，在乙醇（CH₃CH₂OH）的 ¹H - NMR 谱图中，甲基（CH₃）的氢原子化学位移在 0.9 - 1.5 ppm 左右，亚甲基（CH₂）的氢原子化学位移在 3.3 - 4.0 ppm 左右，羟基（OH）的氢原子化学位移在 1 - 5 ppm 左右，且积分曲线高度比为 3:2:1，与乙醇分子中三种氢原子的数目比一致。还可以通过耦合常数（J 值）来判断氢原子之间的相互关系，如相邻氢原子之间的耦合等。 4. 质谱（MS） 它是将化合物分子在高真空下电离成离子，然后通过质量分析器按质荷比（m/z）大小进行分离和检测。常见的电离方法有电子轰击电离（EI）、电喷雾电离（ESI）等。在 EI - MS 中，分子离子峰（M⁺）是化合物分子失去一个电子形成的离子峰，其质荷比等于化合物的相对分子质量。主要用于确定化合物的相对分子质量和分子式。通过解析质谱图中的碎片离子峰，可以推测化合物的结构。例如，对于有机化合物，根据特征的碎片离子峰可以推断分子中存在的官能团和化学键的断裂方式。如在醇类化合物的质谱中，常见的碎片离子峰是通过失去水分子（M - 18）⁺形成的。 二、色谱法与结构分析联用 1. 气相色谱 - 质谱联用（GC - MS） 气相色谱（GC）将混合物分离成单个组分，然后各组分依次进入质谱仪（MS）进行检测。GC 部分是基于不同物质在固定相和流动相之间的分配系数差异进行分离。广泛用于挥发性有机化合物的分析。可以对复杂的有机混合物进行分离和结构鉴定。例如，在环境分析中，用于检测空气中的挥发性有机污染物，如苯系物、多环芳烃等。通过 GC - MS 得到的总离子流色谱图（TIC）可以看出各组分的流出时间，再结合质谱图对各组分进行结构分析。 2. 液相色谱 - 质谱联用（LC - MS） 液相色谱（LC）利用溶质在固定相和流动相之间的分配、吸附等作用进行分离。LC - MS 联用技术结合了液相色谱的分离能力和质谱的结构鉴定能力。其接口技术是关键，如电喷雾接口等，它能将液相色谱流出的液体雾化并离子化后进入质谱仪。适用于分析高沸点、热不稳定、极性强的化合物。在药物分析中应用广泛，例如对药物代谢产物的研究。可以检测生物样品（如血浆、尿液等）中的药物及其代谢物的结构和含量。 三、X - 射线衍射法 X - 射线照射到晶体上时，会发生衍射现象。布拉格方程（nλ = 2d sinθ）是 X - 射线衍射的基本原理方程，其中 n 为衍射级数，λ 为 X - 射线波长，d 为晶面间距，θ 为衍射角。通过测量衍射角和 X - 射线的波长，可以计算晶面间距。主要用于确定晶体的结构，包括晶胞参数、原子在晶胞中的位置等。在材料科学、矿物学等领域应用广泛。例如，在药物晶型研究中，不同晶型的药物可能具有不同的物理和化学性质，通过 X - 射线衍射可以确定药物的晶型结构，从而研究其溶解性、稳定性等性质。 紫外 - 可见光谱（UV - Vis）是基于哪种跃迁产生的吸收光谱？（ ） A.分子内电子跃迁 B.分子振动和转动能级跃迁 C.原子核自旋能级分裂 D.分子间相互作用 【答案】B 【解析】紫外 - 可见光谱是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱。主要涉及的跃迁类型有 π→π*、n→π* 等。。 1. 在紫外 - 可见光谱中，含有共轭双键的化合物其 π 电子离域程度增加，会导致：（ ） A. 跃迁所需能量增加 B. 跃迁所需能量降低，吸收波长向长波方向移动（红移） C. 跃迁所需能量不变 D. 跃迁所需能量降低，吸收波长向短波方向移动（蓝移） 【答案】B 【解析】含有共轭双键的化合物，其 π 电子离域程度增加，跃迁所需能量降低，吸收波长向长波方向移动（红移）。 2. 红外光谱（IR）主要用于：（ ） A. 推断化合物的共轭体系 B. 官能团鉴定 C. 确定化合物中氢原子和碳原子的类型、数目和它们所处的化学环境 D. 确定化合物的相对分子质量和分子式 【答案】B 【解析】红外光谱主要用于化合物的官能团鉴定。 3. 在红外光谱中，羰基（C = O）的伸缩振动频率一般在哪个范围内？（ ） A.1000 - 1200 cm⁻¹ B.1650 - 1850 cm⁻¹ C.2000 - 2200 cm⁻¹ D.3000 - 3200 cm⁻¹ 【答案】B 【解析】羰基（C = O）的伸缩振动频率一般在 1650 - 1850 cm⁻¹ 之间，根据其具体的吸收峰位置还可以进一步区分醛、酮、羧酸等不同类型的羰基化合物。游离羟基在 3600 - 3650 cm⁻¹ 有尖峰，氢键缔合的羟基在 3200 - 3400 cm⁻¹ 有宽峰。 1. 核磁共振光谱（NMR）包括以下哪两种类型？（ ） A. 氢核磁共振（¹H - NMR）和碳核磁共振（¹³C - NMR） B. 氢核磁共振（¹H - NMR）和氮核磁共振（¹⁵N - NMR） C. 碳核磁共振（¹³C - NMR）和氧核磁共振（¹⁸O - NMR） D. 氮核磁共振（¹⁵N - NMR）和氧核磁共振（¹⁸O - NMR） 【答案】B 【解析】核磁共振光谱（NMR）包括氢核磁共振（¹H - NMR）和碳核磁共振（¹³C - NMR）。 2. 在核磁共振光谱中，化学位移与氢原子所处的化学环境有关。连接在电负性较强的原子（如氧、氮等）上的氢原子，化学位移值：（ ） A.较小 B.较大 C.不变 D.无法确定 【答案】B 【解析】对于 ¹H - NMR，化学位移是重要的参数，它与氢原子所处的化学环境有关。例如，连接在电负性较强的原子（如氧、氮等）上的氢原子，化学位移值较大。 3. 质谱（MS）主要用于：（ ） A. 推断化合物的共轭体系 B. 官能团鉴定 C. 确定化合物中氢原子和碳原子的类型、数目和它们所处的化学环境 D. 确定化合物的相对分子质量和分子式 【答案】D 【解析】质谱（MS）主要用于确定化合物的相对分子质量和分子式。 · 光谱法：阐述 UV - Vis、IR、NMR、MS 原理及结构分析应用。 · 色谱 - 质谱联用：借 GC 或 LC 分离，MS 鉴定结构，分别适用于挥发及高沸点等化合物分析。 · X - 射线衍射法：依据布拉格方程，通过衍射测量确定晶体结构，应用于多领域晶型研究 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$