分析化学和定量分析 上册(中文改编版)

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内容简介: 本书是在《分析化学和定量分析》英文版基础上编译而成的。全书14章包括,分析化学概述、良好的实验室规范、质量和体积的测量、分析结果的数据处理、分析方法的表征和选择、化学反应和化学平衡、酸碱反应、酸碱滴定法、络合物的形成、化学溶解和沉淀、络合滴定法和沉淀滴定法、氧化还原反应、氧化还原滴定法、重量分析。每章末都附有习题,最后还附有参考答案。  本书可作为高等理工院校和师范院校化学、应用化学等专业的分析化学教材,也可供其他有关专业,如化工、食品、生物、医药等专业的师生及分析测试工作者和自学者参考使用。


目录: 中译本序言
作者简介
译者的话
原版前言
致谢
第1章 分析化学概述1
1.1 引言:神秘的化学家1
1.2 化学分析的历史2
1.2A 化学分析的起源2
1.2B 现代世界的化学分析3
1.3 化学分析中使用的一般术语5
1.3A 相关样品的术语5
1.3B 相关方法的术语5
1.4 化学分析提供的信息7
1.5 本文概述8
习题9
参考文献10
第2章 良好的实验室规范12
2.1 引言:质量问题12
2.1A 良好的实验室规范的概述14
2.1B 建立良好的实验室规范14
2.2 实验室安全16
2.2A 常见的实验室安全问题16
2.2B 识别化学危险品17
2.2C 化学品的信息来源21
2.2D 化学品的妥善处理21
2.3 实验室记录本22
2.3A 推荐的实验室记录本使用规范22
2.3B 电子记录本和电子表格25
2.4 实验数据报告26
2.4A 计量的SI体系26
2.4B 有效数字29
习题31
参考文献36
第3章 质量和体积的测量38
3.1 引言:J. J. Berzelius38
3.2 质量的测量39
3.2A 质量的测定39
3.2B 实验室天平的种类41
3.2C 质量测量的推荐方法43
3.3 体积的测量45
3.3A 体积的测定45
3.3B 测量体积容器的类型46
3.3C 体积测量的推荐方法49
3.4 样品、试剂和溶液51
3.4A 样品和试剂的组成51
3.4B 溶液的制备55
习题58
参考文献63
第4章 分析结果的数据处理65
4.1 引言:带我出去看球赛吗65
4.1A 实验误差的种类66
4.1B 准确度和精密度66
4.2 描述实验结果67
4.2A 确定最有代表性的数据67
4.2B 报告一组结果的变化68
4.3 误差的传递69
4.3A 加法和减法69
4.3B 乘法和除法70
4.3C 对数、反对数和指数71
4.3D 混合计算72
4.4 样本分布和置信区间72
4.4A 描述大数据集的变化72
4.4B 描述小数据集的变化73
4.5 实验结果比较76
4.5A 数据比较的一般要求76
4.5B 实验结果与参考值的比较77
4.5C 两个或更多的实验结果的比较78
4.5D 实验结果的变化比较80
4.6 检测离群值81
4.6A 处理离群值的一般方法81
4.6B 离群值的统计检验81
4.7 确定实验结果83
4.7A 线性回归83
4.7B 拟合度84
习题88
参考文献95
第5章 分析方法的表征和选择96
5.1 引言:文兰地图96
5.2 方法的表征与检验98
5.2A 准确度与精密度98
5.2B 分析响应100
5.2C 分析方法的其他性质103
5.3 质量控制104
5.3A 质量控制的一般要求104
5.3B 制作与使用控制图104
5.4 样品采集与制备105
5.4A 样品采集105
5.4B 样品制备106
习题109
参考文献113
第6章 化学反应和化学平衡115
6.1 引言:长期预测是…115
6.1A 化学反应和转换的类型115
6.1B 化学反应117
6.2 化学活度117
6.2A 什么是化学活度117
6.2B 分析方法中的化学活度121
6.3 化学平衡125
6.3A 什么是化学平衡125
6.3B 解决化学平衡问题128
习题134
参考文献137
第7章 酸碱反应139
7.1 引言:雨,雨停了139
7.1A 什么是酸或碱141
7.1B 为什么酸和碱在化学分析中很重要142
7.2 酸和碱简介142
7.2A 强酸和弱酸142
7.2B 强碱和弱碱144
7.2C 水的酸碱性144
7.3 溶液的酸碱性147
7.3A 什么是pH147
7.3B 影响pH的因素149
7.4 估计简单的酸碱溶液的pH值149
7.4A 一元强酸和强碱149
7.4B 一元弱酸和弱碱151
7.5 缓冲溶液和多元酸碱体系154
7.5A 缓冲溶液154
7.5B 多元酸碱体系157
7.5C 两性离子162
习题167
参考文献174
第8章 酸碱滴定法176
8.1 引言:滴定分析法的发展176
8.1A 什么是酸碱滴定法176
8.1B 酸碱滴定法在分析化学中怎样应用178
8.2 酸碱滴定法181
8.2A 配制标准滴定剂和样品溶液181
8.2B 滴定184
8.2C 确定滴定终点185
8.3 预测和优化酸碱滴定法188
8.3A 酸碱滴定法的描述188
8.3B 强酸和强碱的滴定曲线189
8.3C 弱酸和弱碱的滴定曲线192
8.3D 进一步了解酸碱滴定法196
习题201
参考文献207
第9章 络合物的形成209
9.1 引言:蛋黄酱里含有什么209
9.1A 什么是络合物210
9.1B 络合物在分析方面有哪些应用210
9.2 简单的金属-配体络合物210
9.2A 什么是金属-配体络合物211
9.2B 金属-配体络合物的形成常数213
9.2C 金属-配体络合物分布的预测215
9.3 螯合剂与金属形成的螯合物218
9.3A 什么是螯合剂218
9.3B 螯合效应218
9.3C 乙二胺四乙酸219
9.3D 副反应的处理221
9.4 其他类型的络合物223
9.4A 络合物形成的一般性描述223
9.4B 其他络合物的举例224
习题226
参考文献232
第10章 化学溶解和沉淀235
10.1 引言:与胃癌抗争235
10.1A 什么是溶解度235
10.1B 什么是沉淀236
10.1C 在分析化学中溶解度和沉淀为什么那么重要237
10.2 化学溶解度238
10.2A 化学溶解度由什么决定238
10.2B 如何描述化学溶解度240
10.2C 如何测定化合物的溶解度245
10.3 化学沉淀246
10.3A 沉淀过程246
10.3B 利用溶度积来检测沉淀247
10.3C 其他物质和反应对沉淀的影响248
习题250
参考文献256
第11章 络合滴定法和沉淀滴定法257
11.1 引言:水的硬度是多少257
11.1A 什么是络合滴定法和沉淀滴定法257
11.1B 络合滴定法和沉淀滴定法在分析化学中的应用259
11.2 络合滴定法260
11.2A 滴定剂和标准溶液260
11.2B 辅助络合剂和掩蔽剂的使用263
11.2C 滴定终点的确定264
11.2D 络合滴定的预测和优化267
11.3 沉淀滴定法270
11.3A 滴定剂和标准溶液270
11.3B 滴定终点的确定 271
11.3C 沉淀滴定的预测和优化274
习题278
参考文献283
第12章 氧化还原反应285
12.1 引言:拯救亚利桑那号战舰285
12.1A 什么是氧化还原反应285
12.1B 氧化还原反应在分析化学中的应用287
12.2 氧化还原反应的一般原理287
12.2A 氧化还原反应的描述287
12.2B 氧化还原反应的鉴别287
12.2C 氧化还原反应程度的预测289
12.3 电化学电池292
12.3A 电化学电池的描述292
12.3B 电化学电池行为的描述294
12.4 能斯特方程296
12.4A 能斯特方程的使用296
12.4B 氧化还原反应的电势计算299
12.4C 样品基质和副反应的影响301
习题305
参考文献311
第13章 氧化还原滴定法313
13.1 引言:化学需氧量313
13.1A 什么是氧化还原滴定法313
13.1B 氧化还原滴定在化学分析中的应用315
13.2 氧化还原滴定操作316
13.2A 滴定剂和样品的制备316
13.2B 确定滴定终点318
13.3 氧化还原滴定的预测与优化321
13.3A 氧化还原滴定计算的一般步骤321
13.3B 氧化还原滴定曲线形状的估计 321
13.3C 滴定分数的使用325
13.4 氧化还原滴定的实例328
13.4A 使用铈盐的滴定328
13.4B 使用高锰酸盐的滴定328
13.4C 使用重铬酸盐的滴定329
13.4D 使用碘的滴定331
习题333
参考文献338
第14章 重量分析339
14.1 引言:元素周期表339
14.1A 什么是重量分析339
14.1B 重量分析在分析化学中如何应用340
14.2 传统的重量分析法341
14.2A 一般方法341
14.2B 沉淀的过滤342
14.2C 沉淀的烘干和称量345
14.2D 获得高质量沉淀的方法345
14.3 重量分析的实例 348
14.3A 银与氯化物的沉淀348
14.3B 铁与氢氧化物的沉淀349
14.3C 镍与丁二酮肟的沉淀350
14.3D 燃烧分析351
14.3E 热重分析353
习题356
参考文献360
附录362
附录A362
附录A.1 材料安全数据表示例362
附录A.2 评估结果的有效数字369
附录A.3 当量浓度371
附录A.4 误差传递公式的推导372
附录A.5 最小二乘法分析376
附录A.6 项目摘要和测试描述及比较数据378
附录A.7 平衡的氧化还原反应379
附录A.8 比尔定律的推导382
附录A.9 分离度方程的推导384
附录B385
附录B.1 估计在水温为25℃时有机离子个体的活度系数①385
附录B.2 不同种类的盐在水中的溶度积①386
附录B.3 酸在水中的离解常数389
附录B4.1 各种螯合剂和金属离子的形成常数394
附录B4.2 金属离子与不同的配体的累积形成常数( β )395
附录B.5 还原半反应的标准电位①397
附录C401
参考文献405
部分习题答案406


前言: 译者的话
美国内布拉斯加大学的David S. Hage与James
D. Carr是著 名的分析化学家,他们合著的《Analytical Chemistry and
Quantitative Analysis》一书(本书英文版)是他们在分析化学与仪器分析上多年教学经验全面而系统的总结。目前,国外很多大学的分析化学与仪器分析课程均采用这本教材,国内也有部分大学采用此书作为教材或教学参考书。
与同类著作相比,这本书所具有的最大特点就是可读性好,此外,本书还具有系统性强、结构清晰完整、内容新颖的特点。与国内一些分析化学及仪器分析教材相比,本书在讲解分析化学以及各种仪器方法的基本概念和基本理论上不遗余力,花费大量篇幅并通过具体实例与应用深入浅出地介绍包括实验操作、习惯养成在内的分析化学的许多内容,而这一点恰恰是一些国内教材的薄弱环节,这是值得我们借鉴和将其翻译成中文的主要原因。
本书英文版的仪器分析部分并不含核磁共振波谱分析与质谱分析内容,只是在某些章节中作为引申内容将其简介给读者。考虑到当前国际上核磁共振波谱法与质谱法的迅猛发展以及在生物大分子分析方面的广泛应用,我们在本书的翻译过程中加入了这两部分内容,力图给读者一个较为完整的仪器分析基本知识结构框架。
为了更加适应国内高校分析化学课程教学大纲的需要,我们将本书英文版编译后分成上、下册出版。上册为分析化学基础部分,共14章;下册为仪器分析部分,共11章。同时,根据内容对部分章节做了调整。具体如下:英文版的第1~6章为上册的第1~6章,第8章为上册的第7章,第12章为上册的第8章,第9章为上册的第9章,第7章为上册的第10章,第13章为上册的第11章,第10章为上册的第12章,第15章为上册的第13章,第11章为上册的第14章;英文版的第14章为下册的第1章,第16章为下册的第2章,第17章为下册的第3章,第18章为下册的第4章,第19章为下册的第5章,第20章为下册的第6章,第21章为下册的第7章,第22章为下册的第8章,第23章为下册的第9章,下册的第10、11章为译者增加的内容。
作为一本能使读者在较短时间内全面了解、熟悉和掌握当代分析化学与仪器分析基本理论与主要应用的优秀教材和专业参考书,本书中译本的问世必将对我国分析化学与仪器分析教育工作带来新的思路和素材。感谢机械工业出版社对本书中译本出版的支持,感谢沈阳师范大学化学系许多同学在翻译和校对过程中所付出的辛勤努力。由于时间仓促、译者水平有限,文中定有不当或欠妥之处,还望读者批评指正。
原版前言
本书编写的目的是让学生了解化学分析的基本实验方法,并且适当地选择和使用这些方法,包括物品的正确使用和维护,如天平、实验室玻璃器皿的使用与维护和相关记录本,以及评估和比较实验结果的数学工具。本书综述了化学平衡的基本主题、基本原理,以及对重量分析法和滴定分析法等传统分析方法的正确使用,介绍了常见的仪器分析方法,如光谱学、色谱法和电化学方法等。本书与其他教材的一个重要区别是试图组织和衡量材料,以使它们能够更好地反映这些方法在现今分析实验室中的相对重要性。
本书在章节安排上分成几组常见的主题,这个安排可以使学生以各种方式轻松地从一个主题过渡到另一个主题。例如,学生可以在第6~10章中,学习需要的化学平衡知识,并进行相关计算的训练,这样可使学生在这个领域有一个坚实的基础来学习后面的章节;以便掌握重量分析法和滴定分析法等技术。教师希望学生在学习讨论仪器方法之前,首先通过第一组各章学习一些传统的常用的化学分析方法,然后再讨论电化学、光谱或色谱法等仪器分析方法。我们相信在教材中使用这种格式会给教师的教学带来最大的灵活性。本书既可以作为介绍分析化学的一个学期用教材,也可以作为介绍常见的定量分析和仪器分析方法的两个学期用教材。这种方式使本书成为灵活且更实用的工具,可以作为分析化学基础课程的教材,符合美国化学学会(American Chemical Society,ACS)2008年的报告:“化学本科专业教育:ACS学士学位项目指南和评价过程”(Undergraduate Professional Education in Chemistry:ACS Guidelines and Evaluation Procedures for Bachelor’s Degree Programs)。
本书编写的一个潜在目标就是让学生了解分析化学在科学发展中扮演的角色和在日常生活中的作用。为了做到这一点,我们在每一章节都使用真实的例子来说明所讨论的原理。这种方式也符合最近的指导方针——鼓励带着问题学习或研究性学习。本书的特殊部分包括用专栏来介绍化学分析的重要发展历史和常见的分析化学在实际问题中的应用。本书已经超越了许多常见的标准的无机分析和有机分析教材,包括环境科学、污染监测和药物科学的工业生产过程、食品检测和临床分析等领域。这样做是希望阅读本书的学生认识到分析化学是一门重要的、不断变化的学科,也使学生具有在科学探索过程中创建和使用分析化学方法的能力。
本书和其他教科书相比,一个关键的区别就是学生学习每个主题的方法不同。例如,许多章节以开放的场景开头,在该场景中,学生需要使用一个特定的分析方法来提出一个问题或一组问题,然后通过他们需要的和要使用的方法做一系列主题来介绍这个方法,从而指导学生。这种风格是将其他定量分析的文章进行总结和创新,采用比传统的话题方法更利于学生学习的风格。这种风格的另一个优点是帮助学生更容易地了解主题的价值和作用。学生可以通过分散在整个章节和每章末尾的相关问题进行强化训练,其中的大多数问题可以通过初等代数来解决;但在每章的结尾也有“挑战问题’,其中部分涉及电子表格的使用和一些更深层次研究的材料。每章的结尾还有一个“讨论专题和报告”,为教师和学生提供了去探索本章中相关材料和方法的机会,但这通常不会在传统的定量分析课程中出现。“挑战问题”和“讨论专题和报告”旨在提高学生在分析化学领域进行探究和开放式调查的能力。这些部分有很多论文写作,以及关于批判性思维和与化学分析相关专题的讨论。
致谢
本书不仅仅是我们工作的结晶,还包括许多人的支持、建议和思考。首先要感谢我们的家人对这个项目的支持和帮助。Jill、Ben、Brian和Bethany在许多方面的帮助,Rosalind给予J. D. Carr的支持。整理本书花了很长一段时间。所有家庭成员对撰写书稿提供的时间和支持是至关重要的,他们在校对、绘制图表和获取照片方面也提供了很多帮助,在此表示感谢。特别感谢Jill在编辑和校对本书期间给予的帮助。
许多学生为本书的撰写提供了资料、评论和帮助。这些学生包括 (按姓氏的字母顺序排列):Jeanethe
Anguizola、John Austin、Omar
Barnaby、Sara Basiaga、Raychelle
Burks、Jianzhong Chen、Sike Chen、Mandi Conrad、Abby Jackson、Jiang Jang、Krina Joseph、Liz Karle、Ankit Mathur、Annette Moser、Mary Anne Nelson、Corey Ohnmacht、Efthimia Papastavros、Erika Pfaunmiller、Shen Qin、John Schiel、Matt Sobansky、Sony Soman、Stacy Stoll、David Stoos、Zenghan Tong、Michelle Yoo和Hai Xuan。对这些现在和未来的教师和领导者们在分析化学的投入非常感谢,因为我们试图创作一本在课堂教学中能够有效利用的教材。
也有许多现任和前任的同事为本书的编写给予了不同方式的贡献。对Carlos Castro-Acuna, Paul
Kelter和Jody在早期工作中的投入和努力表示感谢。我们也感谢Richard Stratton在这个项目早期阶段给予的鼓励和支持。感谢Daniel
Armstrong、Chad Briscoe、Ronald
Cerny、Carrie Chapman、Barry
Cheung、William Clarke、Patrick
Dussault、Don Johnson、Rebecca
Lai、Robert Powers、Peggy Ruhn、Ed Schmidt和John Stezowkski对特定专题的有价值的评论。
在此也感谢培生出版社专业人员帮助我们把想法和手稿变成了作品。特别感谢出版商Dan Kaveney、助理编辑Laurie Hoffman和生产项目经理Maureen Pancza,以及Micah Petillo和GEX出版服务的工作人员。我们感谢William C. Wetzel博士 (托马斯 莫尔学院,Thomas More
College)在审查本书准确性时给予的宝贵投入和努力。我们也感谢Bill McLaughlin博士在这个项目中提供的优秀的自主开发的补充材料,我们相信,这将大大增加这本书对学生学习分析化学的影响。
最后,我们要感谢所有汇编部分的评论者。我们感谢以下审查全部或部分手稿的化学家:Lawrence A.
Bottomley(佐治亚理工学院,Georgia Institute of Technology),Heather A. Bullen(北肯塔基大学,Northern Kentucky
University), James Cizdziel (密西西比大学,University of Mississippi),Darlene
Gandolfi (曼哈顿维尔学院,Manhattanville College),James G. Goll (埃奇伍德学院,Edgewood College),Harvey Hou [麻省大学(University of Massachusetts),达特茅斯],Elizabeth Jensen (阿奎那斯学院,Aquinas College),Mark Jensen [康考迪亚大学(Concordia College),穆尔黑德],Irene Kimaru(圣约翰菲社学院,St. John Fisher College),Abdul Malik(南佛罗里达大学,University of Sound Florida),Stephanie Myers(奥古斯塔州立大学,Augusta Sate University),Niina j.
Ronkainen-Matsuno(班尼迪克大学,Benedictine University),Brian E. Rood(莫瑟尔大学,Mercer University), Clayton Spencer(伊利诺伊学院,Illinois College),Cynthia Strong(康奈尔大学,Cornell College),Matthew A. Tarr(新奥尔良大学,University of New
Orleans), Jason R. Taylor(罗伯茨卫斯理学院,Roberts Wesleyan College),Lindell Ward(印第安纳波利斯大学,University of Indianapolis),William C.
Wetzel (托马斯莫尔学院,Thomas
More College)和 Xiaohong Nancy Xu(欧道明大学,Old Dominion University)。
戴维S.哈格  
詹姆斯D.卡尔


媒体评论: 美国内布拉斯加大学的David S. Hage与James D.
Carr是著 名的分析化学家,他们合著的《Analytical Chemistry and
Quantitative Analysis》一书(本书英文版)是他们在分析化学与仪器分析上多年教学经验全面而系统的总结。目前,国外很多大学的分析化学与仪器分析课程均采用这本教材,国内也有部分大学采用此书作为教材或教学参考书。
与同类著作相比,这本书所具有的特点就是可读性好,此外,本书还具有系统性强、结构清晰完整、内容新颖的特点。与国内一些分析化学及仪器分析教材相比,本书在讲解分析化学以及各种仪器方法的基本概念和基本理论上不遗余力,花费大量篇幅并通过具体实例与应用深入浅出地介绍包括实验操作、习惯养成在内的分析化学的许多内容,而这一点恰恰是一些国内教材的薄弱环节,这是值得我们借鉴和将其翻译成中文的主要原因。
本书英文版的仪器分析部分并不含核磁共振波谱分析与质谱分析内容,只是在某些章节中作为引申内容将其简介给读者。考虑到当前国际上核磁共振波谱法与质谱法的迅猛发展以及在生物大分子分析方面的广泛应用,我们在本书的翻译过程中加入了这两部分内容,力图给读者一个较为完整的仪器分析基本知识结构框架。
为了更加适应国内高校分析化学课程教学大纲的需要,我们将本书英文版编译后分成上、下册出版。上册为分析化学基础部分,共14章;下册为仪器分析部分,共11章。同时,根据内容对部分章节做了调整。具体如下:英文版的第1~6章为上册的第1~6章,第8章为上册的第7章,第12章为上册的第8章,第9章为上册的第9章,第7章为上册的第10章,第13章为上册的第11章,第10章为上册的第12章,第15章为上册的第13章,第11章为上册的第14章;英文版的第14章为下册的第1章,第16章为下册的第2章,第17章为下册的第3章,第18章为下册的第4章,第19章为下册的第5章,第20章为下册的第6章,第21章为下册的第7章,第22章为下册的第8章,第23章为下册的第9章,下册的第10、11章为译者增加的内容。
作为一本能使读者在较短时间内全面了解、熟悉和掌握当代分析化学与仪器分析基本理论与主要应用的优 秀教材和专业参考书,本书中译本的问世必将对我国分析化学与仪器分析教育工作带来新的思路和素材。感谢机械工业出版社对本书中译本出版的支持,感谢沈阳师范大学化学系许多同学在翻译和校对过程中所付出的辛勤努力。