EDTA溶液的配制及标定（铬黑T法）

EDTA溶液的配制及标定（铬黑T法）
实验十一 EDTA溶液的配制与标定（铬黑T法）
一、实验目的
1、学习配制Zn2+标准溶液,EDTA标准溶液；
2、学会以Zn为工作基准试剂,铬黑T为指示剂标定EDTA标准溶液；
3、巩固直接称量、准确配制溶液、准确移取溶液、滴定等基本操作。

二、实验原理
1、用EDTA二钠盐配制EDTA标准溶液的原因；
EDTA是四元酸，常用H4Y表示，是一种白色晶体粉末，在水中的溶解度很小，室温溶解度为0.02g/100g H2O。

因此，实际工作中常用它的二钠盐
Na2H2Y·2H2O, Na2H2Y·2H2O的溶解度稍大,在22℃（295K）时，每100g水中可溶解11.1g.
2、标定EDTA标准溶液的工作基准试剂，基准试剂的预处理；
实验中以纯金属Zn为工作基准试剂。

预处理：称量前一般应先用稀盐酸洗去氧化层，然后用水洗净，烘干。

3、滴定用的指示剂，指示剂的作用原理；
实验中以铬黑T作为指示剂。

作用原理：在pH=l0的条件下，滴定前，Zn2+与指示剂反应:
HIn2- + Zn2+ZnIn- + In3-
纯蓝色酒红色
滴定至终点时，反应为：
ZnIn- + H2Y2-HIn2- + ZnY2- + H+
酒红色纯蓝色
此时，溶液从酒红色变为纯蓝色，变色敏锐。

4、用何种缓冲溶液及其原因；
实验是以NH3·H2O-NH4Cl为缓冲溶液。

原因：实验中所用的指
示剂是铬黑T，
p K a2=6.3 p K a3=11.55
H2In-HIn2-In3-
紫红蓝橙
若pH<6.3或pH>11.5，由于指示剂本身接近于红色而不能使用。

根据实验结果，使用铬黑T的最适宜酸度是pH=9～10.5，pH=10的缓冲液符合要求。

5、计算式。

C EDTA=mV Zn/0.25M Zn V EDTA
三、实验步骤
四、实验数据记录与处理
五问题与思考题
1.说明工作基准试剂锌在使用前的表面处理的方法和目的。

答：（1）处理方法：取适量锌片放在100mL烧杯中，用0.1mol·L-1HCl溶液（自配）清洗1min，（时间不宜过长，以免溶蚀过多的锌）再用自来水、纯水洗净，烘干（不可过分烘烤）、冷却。

（2）目的：除去表面的氧化物。

2.配制锌标准液的时候，若锌液转移至容量瓶中有部分流失了，会使标定的结果偏高还是偏低？如在容量瓶中稀释超过刻度，将使浓度的标定的结果是偏低还是偏高？
答：两种结果均使标定的结果偏高，因为两种情况都是锌标准液的浓度的降低，所以标定的时候所需的EDTA溶液的体积也将降低，从而导致计算的EDTA的浓度偏高。

3.若配好的锌溶液没有摇匀，将对标定产生什么后果？
答：将会使结果偏高。

4.为什么用乙二胺四乙酸的二钠盐配制EDTA溶液，而不用其酸？
答：乙二胺四乙酸H4Y（本身是四元酸），由于在水中的溶解度很小，通常把它制成二钠盐（Na2H2Y·2H2O），也称为EDTA或EDTA二钠盐。

EDTA相当于六元酸，在水中有六级离解平衡。

与金属离子形成螯合物时，络合比皆为1：1。

5.当用二甲酚橙为指示剂时，它变色的最适宜的酸度围在何处？用何种缓冲溶液？
答：pH =5-6围，一般用六亚甲基四胺—HCl缓冲溶液。

6.标定EDTA浓度的常用工作基准物质有哪些?应如何选择？
答;基准物质有很多：金属Zn、Cu、Bi以及ZnO、CaCO3、MgSO4·7H2O等。

金属锌的纯度很高，在空气中又稳定，Zn2+与ZnY2-均无色，既能在pH5-6以二甲酚橙为指示剂标定，又可以再pH 9-10的氨性溶液中以铬黑T为指示剂标定，终点都很敏锐，所以一般多采用金属锌为基准物质。

3．怎样溶解锌片，配制Zn2+标准溶液？
从烧杯口用滴管滴加5 mL1:1HCl（体积比），避免因剧烈反应而溅出溶液，放置。

待反应完全后，用洗瓶吹洗表面皿和杯壁，将溶液定量转移到250 mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。

4．怎样配制EDTA标准溶液？
EDTA二钠盐溶解速度较慢，溶解需要一定时间。

可在实验开始时，先称好EDTA，放在250 mL烧杯中，加入150 mL左右纯水，搅拌后盖上表面皿，放置，待EDTA 全溶后再转移到试剂瓶中，稀释到所需体积，摇匀。

EDTA标准溶液也可以提前一周配制。

5．、配制EDTA溶液时，为什么先在烧杯中溶解后转移到试剂中，能否直接在试剂瓶中溶解？
7．配位滴定中，为什么要用缓冲溶液？
因为EDTA本身是有机酸，在与Mn+的配位反应中有H+放出：
H2Y2- + Mn+ = MYn-4 + 2H+
随着反应的进行，溶液的酸度会增大，酸度的增加会影响已生成配合物的稳定性，也不能满足指示剂变色要求的最适宜酸度围，导致产生很大的误差。

因此，在测定中必须加入适量的缓冲溶液。

8．为什么要在pH=10的缓冲溶液中使用铬黑T？
金属指示剂通常是具有酸碱性质的有机染料，几乎都是有机多元酸，同时具有酸碱性，而且指示剂的不同物种又常具有不同的颜色。

铬黑T在溶液中存在下列酸碱平衡：
(p K a2=6.3) (p K a3=11.55）
H2In-HIn2-In3-
紫红纯蓝橙
由于铬黑T与金属离子形成的配合物显红色，从酸碱指示剂的变
色原理看，指示剂可在pH=6.3～11.5的条件下使用。

但根据实验结果，使用铬黑T的最适宜的酸度是9～10.5。

通常使用pH=10的氨性缓冲溶液。

9．如何调节溶液的pH为10？
在溶液中滴加1:1的氨水，边滴边搅，直至出现Zn(OH)2的白色沉淀，此时溶液的pH约为6.4，加入5 mL NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液（pH=10），此时溶液的pH
为10。

10．为什么要先用 1:1 氨水调节，后加pH=10的氨性缓冲溶液？
Zn2+标准溶液中酸过量，需先用1:1 氨水中和将pH提高。

若用缓冲溶液中和提高pH，因只用了缓冲对中的碱NH3·H2O，同时浪费了NH4Cl，又由于NH4Cl的存在，溶液pH的上升将比单用1:1氨水中和来得慢，因而费时费试剂。

因此，先用1:1氨水中和至一定的pH 值，再加缓冲溶液。

11、、如何滴加1:1氨水调节pH？
在Zn2+标准溶液中，滴加1:1氨水的速度要慢，滴1滴，搅几下。

因金属氢氧化物沉淀的形成需要时间，当颗粒小时，肉眼观察不到，往往是在不断搅拌的过程中慢慢出现白色混浊。

由于氨水既是弱碱，又是配体NH3的提供者，
NH3 + H2O NH3·H2O NH4+ + OH-
若氨水加快了，会造成白色沉淀尚未出现，后加的氨水已进入溶液，Zn2+与过量的氨水配位：4NH3 + Zn2+ Zn(NH3)42+ 导致再加氨水，沉淀不出现的现象，因此滴加时的要领是慢滴、多搅。

12．怎样掌握好终点？
加入铬黑T指示剂后，溶液为酒红色，是ZnIn-的颜色，随着EDTA标准溶液的滴入，EDTA先与游离Zn2+配位，近终点时，夺取部分ZnIn-中的Zn2+，释放出HIn2-，因此，当溶液颜色中透蓝的成份，为蓝紫色时，小心滴加1滴或半滴，多搅动直至红色成份消失，溶液呈纯蓝色即为终点。

由于配位反应速度慢于酸碱反应，因此当滴落点出现蓝色，消失慢时，要1滴多搅，否则终点易过。

⑴配合物的结构
除了极少数金属离子，如锆（IV）、钼（VI）等与EDTA形成2:1的配合物之外，周期表中绝大多数金属阳离子与EDTA均形成 1:1配合物MY，它的6个给电子基团（4个羧基和2个氨基）都可与金属离子配位，形成5个五元环的螯合物，结构式如下：
⑵EDTA配合物的颜色
无色金属离子与EDTA形成的配合物仍为无色，有色离子形成的配合物则使颜色加深。

当离子的量较大时会影响目视终点的观测。

下表是几种常见的配合物的颜色。

几种有色金属离子-EDTA配合物的颜色
配合物颜色配合物颜色
CoY-紫红Fe(OH)Y2-棕(pH≈6)
CrY-深紫FeY-黄
Cr(OH)Y2-蓝(pH>10) MnY2-紫
CuY2-蓝NiY2-蓝紫
⑶EDTA配位反应速率
EDTA与金属离子配位反应的速率在实际工作中也是一个需要考虑的问题。

许多离子反应极快，但也有个别离子较慢。

例如，在室温和酸性溶液中铬(III)不与EDTA反应，但加热至沸时则形成相当稳定的紫色配合物。

锆要在363K以上才与EDTA完全反应，而铁(III)和铝在室
温下与EDTA反应缓慢，前者需加热，后者需煮沸才能反应完全。

在配位滴定中可用各种方法指示终点，但是最简便、使用最广泛的是金属指示剂。

金属指示剂通常是同时具有酸碱性质的有机染料，它对金属离子的改变十分灵敏，在一定pH围，当金属离子浓度发生改变时，指示剂的颜色发生变化，用它可以确定滴定的终点。

⑴金属指示剂的作用原理
金属指示剂与被滴定金属离子反应，形成一种与指示剂本身颜色不同的配合物：
M+In=MIn
颜色甲颜色乙
滴入EDTA时，金属离子逐步被配位，当达到化学计量点时，已与指示剂配位的金属离子被EDTA夺出而释放出指示剂，引起溶液颜色的变化：
MIn+Y=MY +In
⑵金属指示剂应具备的条件
①在滴定要求pH下，In和MIn具有明显的颜色变化。

②显色反应灵敏迅速，有良好的变色可逆性。

③显色配合物的稳定性要适当。

它既要有足够的稳定性，但又要比MY配合物的稳定性小。

如果MIn稳定性太高，EDTA不能从MIn 中夺取M，导致即使过了化学计量点也不变色，失去指示剂的作用。

但MIn的稳定性也不能太低，否则会提前出现终点，而且变色不敏锐。

因此MIn的稳定性要适当，以避免终点过早或过迟到达。

一般要求K'(MIn)＞104，以便在近终点时[M]很小的情况下，MIn还能足够稳定。

④K'(MY)/ K'(MIn)＞102，否则在终点时不能立即置换出MIn中的In，使终点拖长，这种现象称为僵化作用。

若K'(MY)<k'(min)时，甚至不能变色，这种现象称为封闭作用，如fe3+、al3+、cu2+、ni2+等对铬黑t有严重的封闭作用。

此外，指示剂、min均应溶于水，指示剂本身应稳定，以便于保存，还应具有一定的选择性等。

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此外，指示剂、min均应溶于水，指示剂本身应稳定，以便于保存，还应具有一定的选择性等。

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⑶金属指示剂的封闭现象及其消除
指示剂应在化学计量点附近有敏锐的颜色变化，但在实际工作中，指示剂的颜色变化有时受到干扰，即达到化学计量点后，过量的EDTA 并不能夺取MIn中的金属离子，即不能破坏有色配合物，因而使指示剂在化学计量点附近没有颜色变化，这种现象称为指示剂的封闭现象。

产生指示剂封闭现象的原因，可能是由于溶液中某些离子的存在，与指示剂形成十分稳定的有色配合物，不能被EDTA破坏，因而产生封闭现象。

对于这种情况，通常需要加入适当的掩蔽剂来消除某些离子的干扰。

有时指示剂的封闭现象是由于有色配合物的颜色变化为不可逆反应所引起的。

在这里，金属-指示剂有色配合物的稳定性虽不及金属-EDTA配合物的稳定性高，但由于动力学方面的原因，有色配合物并不能很快地被EDTA破坏，即颜色变化为不可逆，因而产生封闭视象。

如果封闭现象是被滴定离子本身引起的，则可以先加入过量EDTA，然后进行返滴定，这样就可避免指示剂的封闭规象。

在配位滴定中，经常遇到Fe3+、Al3+、Th4+、Co2+、Ni2+、Cu2+等对某些指示剂的封闭作用，这时需要根据不同情况，采用不同的方法来消除其干扰。

例如，以铬黑T为指示剂，用EDTA 滴定Ca2+、Mg2+时，Fe3+Al3+对指示剂的封闭作用，可用三乙醇胺作掩蔽剂来消除；Cu2+、Co2+、Ni2+对指示剂的封闭作用，可用KCN或Na2S 等作掩蔽剂来消除。

有时金属离子与指示剂生成难溶性有色化合物，在终点时也与滴定剂置换缓慢，使终点拖长。

这时可加入适当的有机溶剂，增大其溶解度，使颜色变化敏锐。

例如，用PAN作指示剂时，加入少量乙醇，可使指示剂变色较明显。

也可以将溶液适当加热，加快置换速度，使指示剂变色较明显。

⑷常用金属指示剂
①铬黑T
铬黑T属于O,O′-二羟基偶氮类染料，简称EBT，化学名称是1-(1-羟基-2-萘偶氮基)-6-硝基-2-萘酚-4-磺酸钠，其结构式和有色配合物的结构式如下：
铬黑T溶于水时，磺酸基上的Na+全都解离，形成H2In-，它在溶液中有下列酸碱平衡：
p K a2=6.3 p K a3=11.55
H 2In-HIn2-In3-
紫红蓝橙
根据酸碱指示剂的变色原理，可近似估计出铬黑T在不同pH下的颜色如下：pH=p K a2=6.3时，[H2In-]=[HIn2-]，呈现蓝色与紫红色的混合色；pH<6.3时，[H2In-]>[HIn2-]，呈紫红色；pH=6.3～11.55 时，呈蓝色；pH>11.55时，呈橙色。

铬黑T与金属离子形成的配合物显红色。

可以预料，在pH<6.3和pH>11.55的溶液中，由于指示剂本身接近红色，故不能使用。

根据实验结果，使用铬黑T的最适宜酸度是
pH=9～10.5。

在pH=10的缓冲溶液中，用EDTA直接滴定Mg2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+和Hg2+等离子时，铬黑T是良好的指示剂，但Al3+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Ti4+等对指示剂有封闭作
用。

固体铬黑T性质稳定，但其水溶液只能保存几天。

这是由于发生聚合反应和氧化反应的缘故。

铬黑T的聚合反应如下：
n H 2In-(H2In-)n
紫红色棕色
在pH<6.5的溶液中，聚合更为严重。

指示剂聚合后，不能与金属离子显色。

在配制溶液时，如加入三乙醇胺，可减慢聚合速度。

在碱性溶液中，空气中的O2以及Mn(IV)和Ce4+等能将铬黑T 氧化并褪色。

加入盐酸羟氨或抗坏血酸等还原剂，可防止其氧化。

配制指示剂的另一方法是：将铬黑T与干燥的纯NaCl按1:100混合研细，密闭保存。

使用时用药匙取约0.1g，直接加于溶液中。

②二甲酚橙
二甲酚橙属于三苯甲烷类显色剂；化学名称是3,3′-双(二羧甲基氨甲基)-邻甲酚磺酞，简写为XO，其显色产物的结构式是：
二甲酚橙是紫色结晶，易溶于水，它有6级酸式解离。

其中H6In 至H2In4-都是黄色，HIn5-至In6-是红色。

在pH=5～6时，二甲酚橙主要以H2In4-形式存在。

H2In4-的酸碱解离平衡如下：p K a=6.3
H 2In4-HIn5- + H+
黄红
由此可知，pH>6.3时，它呈现红色；pH<6.3时，呈现黄色；pH=p K a=6.3时，呈现中间颜色。

二甲酚橙与金属离子形成的配合物都是红紫色，因此它只适用于在pH<6的酸性溶液中。

二甲酚橙可用于许多金属离子的直接滴定，如ZrO2+(pH<1)，Bi3+(pH=l～2)，
Th4+(pH=2.5～3.5)等，终点由红紫色转变为亮黄色，变色敏锐。

Al3+、Fe3+、Ni2+、Ti4+和pH为5～6时的Th4+对二甲酚橙有封闭作用，可用NH4F掩蔽Al3+、Ti4+，抗坏血酸掩蔽Fe3+，邻二氮菲掩蔽Ni2+，乙酰丙酮掩蔽Th4+、Al3+等，以消除封闭现象;
二甲酚橙通常配成2g·L-1的水溶液，大约稳定2～3周。

③ PAN
PAN属于吡啶偶氮类显色剂，化学名称是l-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚，其结构式和显色配合物如下：
纯的PAN是橙红色针状结晶，难溶于水，可溶于碱、氨溶液及甲醇、乙醇等溶剂中，通常配成1g·L-1乙醇溶液使用。

PAN的杂环氮原子能发生质子化，因而表现为二级酸式解离：
p K a1=1.9 p K a2=12.2
H 2In+HIn In-
黄绿黄淡红
由此可见，PAN在pH=1.9～12.2围呈黄色，而PAN与金属离子的配合物为红色，故PAN可在此pH值围使用。

PAN与Cu2+、Bi3+、Cd2+、Hg2+、Pb2+、Zn2+、Sn2+、In3+、Fe2+、Ni2+、Mn2+、Th4+和稀土金属离子形成红色螯合物。

但它们的水溶性差，大多出现沉淀，变色不敏锐。

为了加快变色过程，可加入乙醇，并适当加热。

CuY与PAN混合溶掖(即Cu-PAN指示剂)是一种广泛性的指示剂，它可与金属离子发生置换显色反应。

例如与Ca2+的反应：
CuY+ PAN +Ca2+CaY +Cu-PAN
蓝色黄色无色无色红色
CuY(log K CuY=18.8)较CaY(log K CaY=10.7)稳定，在没有PAN存在时，Ca2+不能置换CuY中的Cu2+。

但是当有PAN存在时，由于Cu-PAN也相当稳定，故相当于减小了CuY的条件稳定常数，因
此，这时候Ca2+很容易置换出CuY中的Cu2+，然后Cu2+与PAN 配位，显红色。

滴入EDTA时，先与Ca2+反应，当Ca2+反应完全后，过量1滴EDTA即可从Cu-PAN中夺出Cu2+，溶液由红色变为黄色，指示滴定终点已到。

在这里，滴定前加入的CuY和最后生成的CuY的量是相等的，故加入的CuY不影响滴定结果。

Ca2+与PAN并不显色，但加入CuY-PAN后，由于置换反应，因而可以指示滴定终点。

采用这种方法，可以滴定相当多的能与EDTA形成稳定配合物的金属离子。

在某些离子的连续滴定中，如果加入数种指示剂，往往发生颜色干扰，而采用Cu-PAN 则不需要再加其他指示剂，就可连续指示滴定终点，其优越性是显而易见的。

Ni2+对Cu-PAN有封闭作用。

④酸性铬蓝K
酸性铬蓝K的化学名称是1,8-二羟基2-(2-羟基-5-磺酸基-1-偶氮苯)-3,6-二磺酸萘钠盐，结构式为，
酸性铬蓝K在pH=8～13时呈蓝色，与Ca2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+等形成红色螯合物。

它对Ca2+的灵敏度较铬黑T高。

通常将酸性铬蓝K与萘酚绿B混合使用，简称K-B指示剂。

由于酸性铬蓝K的水溶液不稳定，故通常将指示剂用固体NaCl粉末稀释后使用。

混合指示剂中的萘酚绿B在滴定过程中没有颜色变化，只起衬托终点颜色的作用。

K-B指示剂可用于测定Ca2+、Mg2+总量，也可以用于单独测定Ca2+量，使用方便。

⑤钙指示剂
钙指示剂的化学名称是2-羟基-1-(2-羟基-4-磺酸基-1-萘偶氮基)-3-萘甲酸，结构式为:
纯的钙指示剂是紫黑色粉未，它的水熔液或乙醇溶液都不稳定，故一般取固体试剂用NaCl 粉末稀释后使用。

钙指示剂与Ca2+显红色，灵敏度高。

在pH=12～13滴定Ca2+时，终点呈蓝色。

钙指示剂受封闭的情况与铬黑T相似，但可用KCN 和三乙醇胺联合掩蔽，消除指示剂的封闭现象
该法以形成稳定配合物的配位反应为基础，常用氨羧鳌合剂类的乙二胺四乙酸的二钠盐（EDTA）为配位滴定剂，具有快速、准确、应用围广等优点。

EDTA能与大多数金属离子形成 1:1 配合物，利用配位滴定法已能直接或间接测定周期表多数元素。

EDTA可以制成工作基准试剂，直接配制准确浓度的标准溶液，但一般是用分析纯EDTA 先配制成近似浓度的溶液，然后进行标定，标定EDTA溶液用的工作基准试剂有锌、铜、铅、氧化锌、氧化钙、碳酸钙以及七水硫酸镁等，因为螯合剂本身是有机酸，在反应后有H+析出，例如:
H2Y2- + Al3+AlY- + 2H+
因此，随着配位反应的进行，溶液的酸度将增大，这不仅会影响已生成的配合物的稳定性，而且会破坏指示剂变色的最适宜酸度围，导致产生很大的误差。

因此，在测定溶液中必须加入适量的缓冲剂，以控制溶液的酸度，使其保持在能准确测定待测离子的pH围。

例如，用锌作工作基准试剂，以铬黑T（EBT）为指示剂标定EDTA时，用氨-氯化铵缓冲溶液（pH=10）。

在这里，使用pH=10的缓冲溶液，由于氨配合物的形成，水解效应可忽略，满足了该条件下配位滴定锌时对酸度的要求。

对指示剂铬黑T来说，由于溶液中，存在下列酸碱平衡：
p K a2=6.3 p K a3=11.55
H 2In-HIn2-In3-
紫红蓝橙
在pH=l0的条件下，滴定前，Zn2+与指示剂反应:
HIn2- + Zn2+ZnIn- + In3-
纯蓝色酒红色
滴定至终点时，反应为：
ZnIn- + H 2Y2-HIn2- + ZnY2- + H+
酒红色纯蓝色
此时，溶液从酒红色变为纯蓝色，变色敏锐。

若pH<6.3或pH>11.5，由于指示剂本身接近于红色而不能使用。

根据实验结果，使用铬黑T的最适宜酸度是pH=9～10.5，pH=10的缓冲液符合要求。

通常选用的标定条件，应尽可能与被测物的测定条件一致，以减少误差。

待测离子能够准确测定的条件是lg c≥6。

当待测溶液中同时含有几种离子时，首先根据配合物的稳定常数，判断能否利用控制酸度的方法，分别测定它们的含量；其次可以用配位掩蔽、沉淀掩蔽、氧化还原掩蔽等方法，选择在适当的pH下，将待测离子之外的其他离子进行化学掩蔽。

在配位滴定中，用金属离子指示剂指示滴定终点，常用的指示剂有铬黑T，二甲酚橙等，要求选用在实验条件下，能够进行终点指示，即变色敏锐，滴定结果正确的合适指示剂。

配位滴定中，采用什么样的滴定方式也是必须考虑的。

如不适合用直接滴定法的可以采用其他的滴定方式来解决。

例如，Al3+与EDTA的配位反应速率慢，本身又易水解或封闭指示剂，不能用直接滴定法，但可用返滴定法，即在试液中，先加入已知过量的EDTA标准液，在pH=7～8的条件下，煮沸溶液，使Al3+与EDTA完全配位，再用Zn2+标准液滴定过量的EDTA，根据两种标准溶液的浓度和用量，求得Al3+的含量。

而在焊锡中锡、铅含量的测定实验里，用返滴定法测定锡、铅总量后，Sn(IV)含量的测定采用置换滴定法，即加入氟化铵，由于SnF62-的形成，将EDTA从Sn(IV)-EDTA配合物中置换出来，再用Pb2+标准溶液滴定置换出的EDTA。

配位滴定法的缺点是干扰因素较多，实验条件严格，有些滴定的终点不易掌握等。