第四章 滴定分析方法及应用配位滴定法
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15
二、配位滴定基本原理
2.金属离子的配位效应和配位效应系数
配位效应 :由于其他配位剂存在,使金属离子参加主反应能 力降低的现象。
M+Y L ML L ML2 L MY L 主反应 辅助配位效应引起的副反应
MLn
配位效应系数αM(L):表示未与Y参加反应的各种金属离子总 浓度[M′]与游离金属离子[M] 总浓度之比:
HOOCH2C N OOCH2C H
+
CH2 CH2
N H CH COOH 2
+
CH2COO
-
在强酸性溶液中,两个羧酸根可再接受 H+ 而形 成 H6Y2+ ,因此 EDTA 可看作六元酸,在溶液中 有六级离解平衡。
5
一、概 述
HOOCCH 2
+ N H
CH 2
CH2
Βιβλιοθήκη Baidu
HOOCCH 2
EDTA在水溶液中的六级离解平衡:
CH2COOH
CH2COOH
6
一、概 述
EDTA在碱性溶 液中与金属离子配 位能力较强。 Y4高 水 溶 液 的 pH pH>10.26 HY3H2Y2H3 YH4 Y H5 Y+ 低
7
有效配位 型体
EDTA
EDTA在 水溶液 中的存 在型体
H6Y2+
一、概 述
(三)乙二胺四乙酸与金属离子配位反应的特点 1.配合物稳定 除一价碱金属离子外,EDTA能与大多数 金属离子形成非常稳定的配合物,而且大多数配合物可 溶于水。 2.计量关系简单 一般情况下EDTA与大多数金属离子反 应的配位比为1﹕1。 3.配位反应速度快 除与少数金属离子反应外,一般与大 多数金属离子反应都能迅速完成。 4.配合物的颜色 EDTA与无色金属离子形成的配合物仍 为无色,而与有色金属离子形成配合物则颜色加深。
21
二、配位滴定基本原理
由上例可知,在pH=2.0时滴定Zn2+,由于酸效应 严重,lgK′ZnY仅为2.71,ZnY配合物在此条件下很不稳 定,配位反应进行不完全,不适合滴定。 而在pH=5.0时滴定Zn2+,酸效应影响程度大幅度下降, lgK′ZnY达到10.05,表明ZnY配合物在此条件下相当稳 定,配位反应进行完全。 这说明在配位滴定中,选择和控制酸度有着重要的意 义。
-
+ H+ HY
Y N NY H+ MHY
MY OH
-
ML ML2
M(OH)Y
M(OH)2? H2Y
MLn 辅助配 位效应
M(OH)n 羟基配 位效应
H6Y 酸效应 干扰离 子效应 混合配位效应
不利于主反应进行
利于主反应进行
副反应的发生程度以副反应系数α 加以描述
12
二、配位滴定基本原理
1.酸效应及酸效应系数
一、概 述
第四节配位滴定法
一、概 述
配位滴定法:是以配位反应为基础的滴定分析法。
配位反应:通常是金属离子与配位剂反应生产配合物的反应。
滴定的配位反应必须具备的条件 1.生成的配合物必须稳定且可溶于水。 2.配位反应必须按一定的计量关系进行,这是定量计算的基础。 3.配位反应迅速,反应瞬间完成。
M(L) ,Y ( H ) , K 'MY , 配合物稳定性
仅考虑酸效应对MY的稳定性的影响 则上式可简化为: lgK′MY=lgKMY-lgα Y(H)
19
二、配位滴定基本原理
难点释疑 条件稳定常数与稳定常数的区别: 条件稳定常数 K′MY 表示在存在副反应的情况下的实 际稳定常数,能反映在此情况下MY的实际稳定性和主反应 进行的实际程度。即:条件稳定常数的大小,表示MY在受 副反应影响的情况下的稳定性,及主反应在受副反应影响 的情况下所能进行到的程度。 稳定常数 KMY 的大小仅仅能表示在忽略副反应的情况 下,理论上MY的稳定性和主反应在理论上进行到的程度。
pH , [ H ] , [Y 4 ] Y ( H ) , 副反应越严重 pH , [ H ] , [Y 4 ] Y ( H ) , 副反应减小 pH 12 Y ( H ) 1, 配合物稳定
从表4-15中可以查出不同pH时的酸效应系数。同 时看出,酸效应系数随溶液pH减小而增大,反之亦 然。
9
二、配位滴定基本原理 表4-14 EDTA与金属离子的配合物的稳定常数(20℃) 金属离子
Na+ Li+ Ag+ Ba2+ Mg2+ Be2+ Ca2+ Mn2+
lgK稳
1.66 2.79 7.32 7.86 8.64 9.20 10.69 13.87
金属离子
Fe2+ Ce3+ Al3+ Co2+ Pt3+ Cd2+ Zn2+ Pb2+
20
二、配位滴定基本原理
例:计算pH=2和pH=5时,ZnY的条件稳定常数,并说 明其意义。 pH=2.0时,查表4-15,求得lgαY(H)=13.79 pH=5.0时,查表4-15,求得lgαY(H)=6.45
' lg K ZnY lg K ZnY lg Y(H) ' pH 2时, lg K ZnY 16.50 13.79 2.71 ' pH 5时, lg K ZnY 16.50 6.45 10.05
从表 4-14 可见,大多数金属离子与 EDTA 形成稳定 的配合物。在无外界因素影响时,可用 KMY 大小来判断 配位反应完成的程度和是否用于滴定分析。
但是在配位滴定中 M 和 Y 的反应常受到其他因素的 影响。
11
二、配位滴定基本原理
(二)副反应与副反应系数
主反应: 副反应: L M OH MOH
4.有适当的方法指示化学计量点。
1
一、概 述
金属离子与无机配位剂发生配位反应的特点: 使用无机配位剂难以确定反应的计量关系和滴定终 点,因此很难应用于滴定分析。
使用有机配位剂符合配位滴定法的条件。因此在配 位滴定中得到广泛应用。目前应用最多的是氨羧配 位剂。配位滴定法使用的最多的氨羧配位剂是乙二 胺四乙酸,简称EDTA。
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二、配位滴定基本原理
3.配合物条件稳定常数
配位反应
副反应系数
M+Y
M
MY
MY
Y
在没有副反应发生时,KMY 作为稳定常数,可用来判断配 位反应完成的程度。 有副反应发生时,引入条件稳定常数 K MY 表示配合物反 应的实际程度:
稳定常数 K MY
[MY] [M][Y]
条件稳定常数 K
8
二、配位滴定基本原理
二、配位滴定基本原理
(一)配位平衡 EDTA配合物的稳定常数
M +
Y
MY
KMY =
反应的平衡常数为:
MY M Y
KM Y为金属与 EDTA生成的配合物的稳定常数, 各种配合物都有其一定的稳定常数,又称绝对 稳定常数,不同金属离子与EDTA的配合物的稳 定常数见表4-14。
2. 最低酸度(最高 pH) : 随着酸度的降低 , 金属离子会产生水解效应析出氢氧化物沉淀而影 响滴定,此酸度为最低酸度。 最低酸度可用氢氧化物溶度积常数来求算 。
OH
n
KSP(MOH) CM
最低酸度 pH 14 pOH
25
三、配位滴定条件的选择
PH值自左至右由小到大
最低 PH
13
二、配位滴定基本原理
酸效应系数:量度由H+引起的酸效应程度
酸效应系数αY(H)与[H+]的关系见表4-15
Y H ) 表4-15 EDTA在不同pH时的酸效应系数(lg
14
二、配位滴定基本原理
α Y(H)越大,表示参加配位反应的有效 离子浓度[Y]越小,即酸效应引起的副反应 越严重。
23
三、配位滴定条件的选择
(一)酸度的选择 1.最高酸度(最低pH):当溶液酸度达到某一限 度时,因酸效应影响,使lg K MY <8,不能满足准确 滴定的条件,此时,就不能准确滴定的调节。因此, 当 MY 的 lgKMY 刚好等于 =8 ,此时溶液的酸度为最高酸 度。
24
三、配位滴定条件的选择
适宜滴定酸度范围
最高 PH
酸度过大, 酸效应严 重,不适 合滴定。
最 高 酸 度
最 低 酸 度
碱性过大, 会导致金 属离子与 氢氧根离 子沉淀。
26
三、配位滴定条件的选择
(二)掩蔽及解蔽作用
1.掩蔽法 : 加入一种试剂干扰离子反应,使溶液中的干扰离子的浓 度降低至很小,以致不能与 EDTA发生配位反应,从而消除共存 离子的干扰。 掩蔽剂 :加入的试剂。 配位掩蔽法 掩蔽方法根据反应类型不同可分为 沉淀掩蔽法 氧化还原掩蔽法 配位掩蔽法:是利用配位反应降低干扰离子浓度以消除干扰。 沉淀掩蔽法:是在溶液中加入一种沉淀剂与干扰离子生成一种难 溶性的物质来降低干扰离子浓度以消除干扰。 氧化还原掩蔽法:是利用氧化还原反应来改变干扰离子的价态以 消除干扰。
乙二胺四乙酸的结构
利用EDTA难溶于酸和一般有机溶剂,易溶于氨 水和氢氧化钠等碱性溶液等性质,常制备成相应的钠 盐,其化学名称为乙二胺四乙酸的二钠盐,用 Na2H2Y· 2H2O表示,也简称EDTA。EDTA钠盐为白色 粉末状结晶,有较好的水溶性。
4
一、概 述
(二)乙二胺四乙酸在水溶液中的电离平衡 在水溶液中,EDTA分子中互为对角线的两个羧 基上的 H+ 会转移到氮原子上,形成双偶极离子。
22
三、配位滴定条件的选择
三、配位滴定条件的选择
通常将lgcMK’MY≥6或lgK’MY≥8作为判断能否进行准 确滴定的条件。 在实际分析中,由于分析试样往往比较复杂,被测 溶液中可能存在多种离子,在滴定时产生干扰。为 使EDTA能够准确滴定,必须控制一定条件,减小 各类副反应的影响,同时提高方法的选择性。
H6Y2+ H5Y+ H4Y H3YH2Y2HY3H5Y+ + H+ H4Y + H+ H3Y- + H+ H2Y2- + H+ HY3- + H+ Y4- + H+ pKa1 =0.9 pKa2 =1.6 pKa3 =2.0 pKa4 =2.67 pKa5 =6.16 pKa6 =10.26
+ N H
' MY
[MY'] [M'][Y ']
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二、配位滴定基本原理
K MY
称为配合物的条件稳定常数,与稳定常数和副反应系数的关系 MY MY KMY = K MY = M Y M Y
[Y '] [M '] 由 Y(H) 和 M(L) [Y] [M] KMY MY K MY 得出 K MY M L Y H M L M Y H Y lg K MY lg KMY lg Y H lg M L
lgK稳
14.33 15.98 16.11 16.31 16.40 16.40 16.50 18.30
金属离子
Ni2+ Cu2+ Hg2+ Sn2+ Cr3+ Fe3+ Bi3+ Co3+
lgK稳
18.56 18.70 21.80 22.11 23.40 25.10 27.94 36.00
10
二、配位滴定基本原理
2
一、概 述
知识链接
氨羧配位剂以氨基二乙酸〔—N(CH2COOH)2〕 为基体的一类有机配位剂的总称,其中含有配位能 力很强的氨基氮和羧基氧两种配位原子,能与多数 金属离子形成稳定的可溶性配位物。由于这类有机 配位剂的出现,克服了无机配位剂的缺点,使配位 滴定法得到迅速的发展。
3
一、概 述
(一)乙二胺四乙酸的结构与性质
酸效应 :由于溶液中 H+与 Y发生副反应,使配位剂参加的 主反应能力降低的现象 :
M+Y H+ HY H+ H2Y H+ H+ H6Y 酸效应引起的副反应 MY 主反应
酸效应系数αY(H):表示在一定pH时未参加配位反应的 EDTA各种型体总浓度 Y与游离滴定液的平衡浓度 Y 之比: [Y'] α Y(H) [Y]
M M L M
16
二、配位滴定基本原理
配位效应系数:量度配位效应对主反应影响的程度。
[L] M M(L) ,副反应程度高 [L] M M(L) ,副反应程度低
若配位剂L的配位能力越强,表示金属离子被 L配位得 越完全,游离金属离子浓度 [M]越小, M (L) 越大,即配 位效应引起的副反应程度越严重。
27
三、配位滴定条件的选择
(二)掩蔽及解蔽作用
2. 解蔽作用:采用掩蔽法对某一离子进行滴定后,再加入 一种试剂,将已被掩蔽的离子释放出来,这种方法称为 解蔽。 解蔽剂 :具有解蔽作用的试剂。
二、配位滴定基本原理
2.金属离子的配位效应和配位效应系数
配位效应 :由于其他配位剂存在,使金属离子参加主反应能 力降低的现象。
M+Y L ML L ML2 L MY L 主反应 辅助配位效应引起的副反应
MLn
配位效应系数αM(L):表示未与Y参加反应的各种金属离子总 浓度[M′]与游离金属离子[M] 总浓度之比:
HOOCH2C N OOCH2C H
+
CH2 CH2
N H CH COOH 2
+
CH2COO
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在强酸性溶液中,两个羧酸根可再接受 H+ 而形 成 H6Y2+ ,因此 EDTA 可看作六元酸,在溶液中 有六级离解平衡。
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一、概 述
HOOCCH 2
+ N H
CH 2
CH2
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HOOCCH 2
EDTA在水溶液中的六级离解平衡:
CH2COOH
CH2COOH
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一、概 述
EDTA在碱性溶 液中与金属离子配 位能力较强。 Y4高 水 溶 液 的 pH pH>10.26 HY3H2Y2H3 YH4 Y H5 Y+ 低
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有效配位 型体
EDTA
EDTA在 水溶液 中的存 在型体
H6Y2+
一、概 述
(三)乙二胺四乙酸与金属离子配位反应的特点 1.配合物稳定 除一价碱金属离子外,EDTA能与大多数 金属离子形成非常稳定的配合物,而且大多数配合物可 溶于水。 2.计量关系简单 一般情况下EDTA与大多数金属离子反 应的配位比为1﹕1。 3.配位反应速度快 除与少数金属离子反应外,一般与大 多数金属离子反应都能迅速完成。 4.配合物的颜色 EDTA与无色金属离子形成的配合物仍 为无色,而与有色金属离子形成配合物则颜色加深。
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二、配位滴定基本原理
由上例可知,在pH=2.0时滴定Zn2+,由于酸效应 严重,lgK′ZnY仅为2.71,ZnY配合物在此条件下很不稳 定,配位反应进行不完全,不适合滴定。 而在pH=5.0时滴定Zn2+,酸效应影响程度大幅度下降, lgK′ZnY达到10.05,表明ZnY配合物在此条件下相当稳 定,配位反应进行完全。 这说明在配位滴定中,选择和控制酸度有着重要的意 义。
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+ H+ HY
Y N NY H+ MHY
MY OH
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ML ML2
M(OH)Y
M(OH)2? H2Y
MLn 辅助配 位效应
M(OH)n 羟基配 位效应
H6Y 酸效应 干扰离 子效应 混合配位效应
不利于主反应进行
利于主反应进行
副反应的发生程度以副反应系数α 加以描述
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二、配位滴定基本原理
1.酸效应及酸效应系数
一、概 述
第四节配位滴定法
一、概 述
配位滴定法:是以配位反应为基础的滴定分析法。
配位反应:通常是金属离子与配位剂反应生产配合物的反应。
滴定的配位反应必须具备的条件 1.生成的配合物必须稳定且可溶于水。 2.配位反应必须按一定的计量关系进行,这是定量计算的基础。 3.配位反应迅速,反应瞬间完成。
M(L) ,Y ( H ) , K 'MY , 配合物稳定性
仅考虑酸效应对MY的稳定性的影响 则上式可简化为: lgK′MY=lgKMY-lgα Y(H)
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二、配位滴定基本原理
难点释疑 条件稳定常数与稳定常数的区别: 条件稳定常数 K′MY 表示在存在副反应的情况下的实 际稳定常数,能反映在此情况下MY的实际稳定性和主反应 进行的实际程度。即:条件稳定常数的大小,表示MY在受 副反应影响的情况下的稳定性,及主反应在受副反应影响 的情况下所能进行到的程度。 稳定常数 KMY 的大小仅仅能表示在忽略副反应的情况 下,理论上MY的稳定性和主反应在理论上进行到的程度。
pH , [ H ] , [Y 4 ] Y ( H ) , 副反应越严重 pH , [ H ] , [Y 4 ] Y ( H ) , 副反应减小 pH 12 Y ( H ) 1, 配合物稳定
从表4-15中可以查出不同pH时的酸效应系数。同 时看出,酸效应系数随溶液pH减小而增大,反之亦 然。
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二、配位滴定基本原理 表4-14 EDTA与金属离子的配合物的稳定常数(20℃) 金属离子
Na+ Li+ Ag+ Ba2+ Mg2+ Be2+ Ca2+ Mn2+
lgK稳
1.66 2.79 7.32 7.86 8.64 9.20 10.69 13.87
金属离子
Fe2+ Ce3+ Al3+ Co2+ Pt3+ Cd2+ Zn2+ Pb2+
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二、配位滴定基本原理
例:计算pH=2和pH=5时,ZnY的条件稳定常数,并说 明其意义。 pH=2.0时,查表4-15,求得lgαY(H)=13.79 pH=5.0时,查表4-15,求得lgαY(H)=6.45
' lg K ZnY lg K ZnY lg Y(H) ' pH 2时, lg K ZnY 16.50 13.79 2.71 ' pH 5时, lg K ZnY 16.50 6.45 10.05
从表 4-14 可见,大多数金属离子与 EDTA 形成稳定 的配合物。在无外界因素影响时,可用 KMY 大小来判断 配位反应完成的程度和是否用于滴定分析。
但是在配位滴定中 M 和 Y 的反应常受到其他因素的 影响。
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二、配位滴定基本原理
(二)副反应与副反应系数
主反应: 副反应: L M OH MOH
4.有适当的方法指示化学计量点。
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一、概 述
金属离子与无机配位剂发生配位反应的特点: 使用无机配位剂难以确定反应的计量关系和滴定终 点,因此很难应用于滴定分析。
使用有机配位剂符合配位滴定法的条件。因此在配 位滴定中得到广泛应用。目前应用最多的是氨羧配 位剂。配位滴定法使用的最多的氨羧配位剂是乙二 胺四乙酸,简称EDTA。
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二、配位滴定基本原理
3.配合物条件稳定常数
配位反应
副反应系数
M+Y
M
MY
MY
Y
在没有副反应发生时,KMY 作为稳定常数,可用来判断配 位反应完成的程度。 有副反应发生时,引入条件稳定常数 K MY 表示配合物反 应的实际程度:
稳定常数 K MY
[MY] [M][Y]
条件稳定常数 K
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二、配位滴定基本原理
二、配位滴定基本原理
(一)配位平衡 EDTA配合物的稳定常数
M +
Y
MY
KMY =
反应的平衡常数为:
MY M Y
KM Y为金属与 EDTA生成的配合物的稳定常数, 各种配合物都有其一定的稳定常数,又称绝对 稳定常数,不同金属离子与EDTA的配合物的稳 定常数见表4-14。
2. 最低酸度(最高 pH) : 随着酸度的降低 , 金属离子会产生水解效应析出氢氧化物沉淀而影 响滴定,此酸度为最低酸度。 最低酸度可用氢氧化物溶度积常数来求算 。
OH
n
KSP(MOH) CM
最低酸度 pH 14 pOH
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三、配位滴定条件的选择
PH值自左至右由小到大
最低 PH
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二、配位滴定基本原理
酸效应系数:量度由H+引起的酸效应程度
酸效应系数αY(H)与[H+]的关系见表4-15
Y H ) 表4-15 EDTA在不同pH时的酸效应系数(lg
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二、配位滴定基本原理
α Y(H)越大,表示参加配位反应的有效 离子浓度[Y]越小,即酸效应引起的副反应 越严重。
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三、配位滴定条件的选择
(一)酸度的选择 1.最高酸度(最低pH):当溶液酸度达到某一限 度时,因酸效应影响,使lg K MY <8,不能满足准确 滴定的条件,此时,就不能准确滴定的调节。因此, 当 MY 的 lgKMY 刚好等于 =8 ,此时溶液的酸度为最高酸 度。
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三、配位滴定条件的选择
适宜滴定酸度范围
最高 PH
酸度过大, 酸效应严 重,不适 合滴定。
最 高 酸 度
最 低 酸 度
碱性过大, 会导致金 属离子与 氢氧根离 子沉淀。
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三、配位滴定条件的选择
(二)掩蔽及解蔽作用
1.掩蔽法 : 加入一种试剂干扰离子反应,使溶液中的干扰离子的浓 度降低至很小,以致不能与 EDTA发生配位反应,从而消除共存 离子的干扰。 掩蔽剂 :加入的试剂。 配位掩蔽法 掩蔽方法根据反应类型不同可分为 沉淀掩蔽法 氧化还原掩蔽法 配位掩蔽法:是利用配位反应降低干扰离子浓度以消除干扰。 沉淀掩蔽法:是在溶液中加入一种沉淀剂与干扰离子生成一种难 溶性的物质来降低干扰离子浓度以消除干扰。 氧化还原掩蔽法:是利用氧化还原反应来改变干扰离子的价态以 消除干扰。
乙二胺四乙酸的结构
利用EDTA难溶于酸和一般有机溶剂,易溶于氨 水和氢氧化钠等碱性溶液等性质,常制备成相应的钠 盐,其化学名称为乙二胺四乙酸的二钠盐,用 Na2H2Y· 2H2O表示,也简称EDTA。EDTA钠盐为白色 粉末状结晶,有较好的水溶性。
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一、概 述
(二)乙二胺四乙酸在水溶液中的电离平衡 在水溶液中,EDTA分子中互为对角线的两个羧 基上的 H+ 会转移到氮原子上,形成双偶极离子。
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三、配位滴定条件的选择
三、配位滴定条件的选择
通常将lgcMK’MY≥6或lgK’MY≥8作为判断能否进行准 确滴定的条件。 在实际分析中,由于分析试样往往比较复杂,被测 溶液中可能存在多种离子,在滴定时产生干扰。为 使EDTA能够准确滴定,必须控制一定条件,减小 各类副反应的影响,同时提高方法的选择性。
H6Y2+ H5Y+ H4Y H3YH2Y2HY3H5Y+ + H+ H4Y + H+ H3Y- + H+ H2Y2- + H+ HY3- + H+ Y4- + H+ pKa1 =0.9 pKa2 =1.6 pKa3 =2.0 pKa4 =2.67 pKa5 =6.16 pKa6 =10.26
+ N H
' MY
[MY'] [M'][Y ']
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二、配位滴定基本原理
K MY
称为配合物的条件稳定常数,与稳定常数和副反应系数的关系 MY MY KMY = K MY = M Y M Y
[Y '] [M '] 由 Y(H) 和 M(L) [Y] [M] KMY MY K MY 得出 K MY M L Y H M L M Y H Y lg K MY lg KMY lg Y H lg M L
lgK稳
14.33 15.98 16.11 16.31 16.40 16.40 16.50 18.30
金属离子
Ni2+ Cu2+ Hg2+ Sn2+ Cr3+ Fe3+ Bi3+ Co3+
lgK稳
18.56 18.70 21.80 22.11 23.40 25.10 27.94 36.00
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二、配位滴定基本原理
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一、概 述
知识链接
氨羧配位剂以氨基二乙酸〔—N(CH2COOH)2〕 为基体的一类有机配位剂的总称,其中含有配位能 力很强的氨基氮和羧基氧两种配位原子,能与多数 金属离子形成稳定的可溶性配位物。由于这类有机 配位剂的出现,克服了无机配位剂的缺点,使配位 滴定法得到迅速的发展。
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一、概 述
(一)乙二胺四乙酸的结构与性质
酸效应 :由于溶液中 H+与 Y发生副反应,使配位剂参加的 主反应能力降低的现象 :
M+Y H+ HY H+ H2Y H+ H+ H6Y 酸效应引起的副反应 MY 主反应
酸效应系数αY(H):表示在一定pH时未参加配位反应的 EDTA各种型体总浓度 Y与游离滴定液的平衡浓度 Y 之比: [Y'] α Y(H) [Y]
M M L M
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二、配位滴定基本原理
配位效应系数:量度配位效应对主反应影响的程度。
[L] M M(L) ,副反应程度高 [L] M M(L) ,副反应程度低
若配位剂L的配位能力越强,表示金属离子被 L配位得 越完全,游离金属离子浓度 [M]越小, M (L) 越大,即配 位效应引起的副反应程度越严重。
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三、配位滴定条件的选择
(二)掩蔽及解蔽作用
2. 解蔽作用:采用掩蔽法对某一离子进行滴定后,再加入 一种试剂,将已被掩蔽的离子释放出来,这种方法称为 解蔽。 解蔽剂 :具有解蔽作用的试剂。