第3章 络合平衡和络合滴定法

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例如: KBiY=27.9 lgY(H)≤19.9 pH≥0.7 KMgY=8.7 lgY(H)≤0.7 pH≥9.7 KZnY=16.5 lgY(H)≤8.5 pH≥4.0
(2) 最低酸度(pH高限)
以不生成氢氧化物沉淀为限 对 M(OH)n
[OH ] n Ksp [M]
(3) 最佳酸度
pMt=pMsp 时的pH
累积 常数
β1
β2
β3
β4
β5
1010.26 1016.42 1019.09 1021.09 1022.69
β6 1023.59
某些金属离子与EDTA的形成常数
lgK
Na+ 1.7
lgK
lgK
Mg2+ 8.7 Ca2+ 10.7
Fe2+ 14.3 La3+ 15.4 Al3+ 16.1 Zn2+ 16.5 Cd2+ 16.5 Pb2+ 18.0 Cu2+ 18.8
溶液中各级络合物的分布
δM=[M]/CM = 1/(1+ 1 [L]+ 2 [L]2+…+ n [L]n)
δML=[ML]/CM = 1[L]/(1+ 1[L]+ 2[L]2+…+ n[L]n) = δM 1[L]
● ● ●
δMLn=[MLn]/CM = n[L]n/(1+ 1[L]+ 2[L]2+…+ n[L]n) = δM n[L]n
= lgKMY -lg( M(A1)+ M(A2) +…+ M(An)-(n-1))
- lg (Y(H) + Y(N) -1)
lgK’ZnY~pH曲线
lgK
16.5 15
10
lgKZnY
lgY(H)
lgK ZnY
lgK ZnY
5
lgZn(OH)
0
0246
8 10 12 14 pH
lgK´MY
18 16 14 12 10 8 6 4 20
3 混合金属离子的选择性滴定
1) 控制酸度分步滴定 M+N
• 能否分步滴定: △lgcK≥5, 如果浓度相等 △lgK ≥ 5 • 滴定的酸度范围:
pH低 Y(H) = Y(N)=KNYCN
pH高,不生成M沉淀
2) 使用掩蔽剂的选择性滴定 (△lgK<5)
• 配位掩蔽法 • 氧化还原掩蔽法 • 沉淀掩蔽法
EBT使用pH范围:8-10
11.6 橙 pH
常用金属指示剂
指示剂 铬黑T (EBT)
使用pH范 围
8-10
二甲酚橙 (XO)(6元酸) < 6
磺基水杨酸(SSal)
2
钙指示剂
10-13
PAN(Cu-PAN)
[1-(2-吡啶偶氮)-2-萘 酚]
2-12
In MIn 直接滴定M
蓝 红 Mg2+ Zn2+
MBE
[M] + [MY] = VM/(VM+VY)CM
[Y] +[MY] = VY/(VM+VY) CY
[MY] KMY= [M][Y]
KMY[M]2 + {KMY(CYVY-CMVM)/(VM+VY)+1}[M]
- VM/(VM+VY)CM = 0
——滴定曲线方程
sp时:CYVY-CMVM=0 K’MYCMsp 106
c(实际)=c(标定), c(Ca)无影响
结论: 标定与测定条件一致, 对结果无影响.
3.4 配位滴定条件的选择
1 配位滴定的终点误差
Et =
[Y]ep -[M ]ep CMsp
100
Et
=
10 pM - 10 - pM
K'MY CM sp
2 配位滴定中的酸度控制
H4Y 中Y4- 反应,一直产生H+ lgY(H) 金属离子与OH-反应生成沉淀 指示剂需要一定的pH值
H+
N
M+
Y
= MY
HY NY
● ●

Y(H): 酸效应系数
H6Y
aY(H)
=
[Y ] [Y]
Y
1 [H ]1 [H ]2 2 • • • [H ]6 6
Y(N): 共存离子效应系数 Y(N) = 1+ KNY[N]
Y = Y(H) + Y(N) -1 [Y'] [Y]Y(H)
lgY(H)
MHY M(OH)Y
酸性较强 αMY(H)= 1+ KMHY×[H+]
强酸碱性溶液中要 考虑,一般不考虑
碱性较强 αMY(OH)= 1+ KMOHY×[OH-]
3 条件稳定常数
[MY'] KMY = [M'][Y'] =KMY
MY MY
lg KMY = lgKMY - lgM - lgY + lg MY ≈ lgKMY - lgM - lgY
即:pM' = lgK'MY - 3.0
影响滴定突跃的因素
pM´ pM´
10
8 6
4
20
1p00M’=3.0+pc1M0s2p 00
8
浓度一定时, K´MY增 6 大10倍,突跃范围增
大一个单位。
4
20
K´MY一定, c(M)增 大10倍,突跃范围 增大一个单位。
pM’=lgK’MY-3.0
100
In(H)=1+[H+]/Ka2+[H+]2/Ka1Ka2
3 EDTA标准溶液的配制与标定
Na2H2Y·2H2O (乙二酸四乙酸二钠盐) 1: 直接配制, 需基准试剂, 用高纯水. 2: 标定法, 基准物质:Zn、Cu、Bi、CaCO3、
MgSO4·7H2O 等
水质量的影响: 1) Fe3+, Al3+等封闭指示剂,难以确定终点; 2) Pb2+, Zn2+, Ca2+, Mg2+等消耗滴定剂,
黄 红 Bi3+ Pb2+ Zn2+
无 紫红 Fe3+
蓝红 黄红
Ca2+ Cu2+(Co2+ Ni2+)
使用金属指示剂应注意
1 指示剂的封闭现象
若K MIn>K MY, 则封闭指示剂
Fe3+ 、Al3+ 、Cu2+ 、Co2+ 、Ni2+ 对EBT、 XO有封闭作用;
若K MIn太小, 终点提前
2. 指示剂的僵化现象
200
络合滴定法测定的条件
考虑到浓度和条件常数对滴定突跃的共同影响,用指示 剂确定终点时,
若ΔpM=±0.2, 要求 Et≤0.1%,
则需lgcsp·K MY≥6.0
若 cMsp=0.010mol·L-1时, 则要求 lgK ≥8.0
2 金属指示剂
金属指示剂的作用原理: 络合置换反应
EDTA
HIn+M MIn + M
lgKMY~pH曲线
Fe3+
Cu2+
Hg2+
Zn2+
lgKFeY=25.1 lgKCuY=18.8 lgKAlY=16.1
Al3+
Mg2+
24
6 8 10 12 14
pH
3.3 配位滴定基本原理
1 配位滴定曲线
M + Y = MY
EDTA加入,[M] or [M’] 不断减小,化学计量点时发生突跃
MLn-1 + L = MLn
Kn
=
[MLn ] [MLn-1][L]
K 表示相邻络合物之间的关系
累积稳定常数
1
=
K1
=
[ML] [M][L]
2
K1K2 =[[M[MM[M]L[]L[L2L]]2]

[ML2 ] [ML][L]
● ● ●
n
K1K2



Kn
[MLn ] [M][L]n
表示络合物与配体L之间的关系
pMsp pYsp
c(A)
pH iH
A
αM(OH)
ki βi
αM(A)
pH KNY [N]
αY(H) αY(N)
αM
αY
pMsp= pYsp
αM
CMsp
KMY KMY
αY
pMep
Et
已知铜氨络合物各级稳定常数为
K 1=1.4×104 K 3=7.1×102
K 2=3.0×103 K 4=1.3×102
lgK
Hg2+ 21.8 Th4+ 23.2 Fe3+ 25.1 Bi3+ 27.9 ZrO2+ 29.9
3.2 络合平衡
1 络合物的稳定常数(K, )
逐级稳定常数 Ki
M + L = ML
[ML] K1 = [M][L]
ML + L = ML2
● ● ●
K2
=
[ML2 ] [ML][L]
● ● ●
c(Zn2+)偏低. pH1滴定Bi3+: Pb2+ , Ca2+都不络合, c(实际)>c(标定),
c(Bi)偏低.
2. 以Zn2+为基准物质, EBT为指示剂, 标定 EDTA, 用以测定试液中Ca2+的含量.
pH10标定, Pb2+ , Ca2+都络合, pH10滴定, Pb2+ , Ca2+都络合,
酸碱 buffer
单一金属离子滴定的适宜pH范围 (1) 最高允许酸度(pH低限)
若ΔpM=±0.2, 要求 TE≤0.1%, 则lgcsp·K’(MY)≥6, 若csp=0.01mol·L-1,则 lgK’(MY)≥8 (不考虑αM) lgKMY’= lgKMY-lgαY(H)≥8, 有 lgαY(H) ≤lgKMY - 8 对应的pH即为pH低,
间接滴定法
返滴定法: 被测M与Y反应慢,易水解,封闭指示剂 置换法: 被测M与Y的络合物不稳定
例 铝合金中Al含量的测定
Zn2+
pH3~4
pH5~6 AlY F
Al3+ Y(过) ,Δ AlY+Y(剩) 冷却
ZnY △
lgK=16.1 XO
黄→红
Zn2+
Y置换 AlF6 ZnY
络合滴定处理思路
M = M(A1)+ M(A2) +-----+ M(An)-(n-1)
lg α M(OH)~pH
lg α M(OH)
18 16 14 12 10
8 6 4 2 0
0
Bi
24
Al
Zn
FeIII
Pb
Cd
Cu FeII
68 pH
10 12 14
(3)络合物的副反应系数αMY
M + Y = MY H+ OH-
降低[N]
M 、N共存时lgK'MY与pH的关系
(a)
(b)
lgY(H)
lgY(N)
lgY
lgK'MY
lg
pH
pH
3.5 络合滴定的方式及应用
பைடு நூலகம் 直接滴定法:
例 水硬度的测定: Ca2+、 Mg2+ lgKCaY=10.7,lgKMgY=8.7 在pH=10的氨性缓冲溶液中,EBT为指示剂,测 Ca2+、 Mg2+总量
第3章 络合平衡和络合滴定法
3.1 概述 3.2 络合平衡 3.3 络合滴定基本原理 3.4 络合滴定条件的选择 3.5 络合滴定的方式和应用
3.1 概述
以络合反应和络合平衡为基础的滴定分析方法
EDTA 乙二胺四乙酸 (H4Y)

HOOCH2C
CH2COO-


·· ··
NH+ C
C
NH+

H2
H2
2 络合反应的副反应
M
OH-
L
+Y
H+
MOH
● ● ● ● ● ●
ML
● ● ● ● ● ●
HY
● ● ● ● ● ●
=
MY 主反应
N
H+
OH-
NY
MHY MOHY 副


M(OH)n MLn H6Y
[M]
M
=
[M] [M]
[Y]
Y
[Y] [Y]
[MY]
MY
=
[(MY)] [MY]
(1)滴定剂的副反应系数
MY + HIn
A色
B色
要求: 指示剂与显色络合物颜色不同(合适的pH); 显色反应灵敏、迅速、变色可逆性好;
稳定性适当,K MIn<KMY
例指示剂铬黑T(EBT)本身是酸碱物质 H3In pKa1 H2In- pKa2 HIn2- pKa3 In3-
紫红 3.9 紫 红 6.3 蓝
HIn2-蓝色----MIn-红色
lgαY(H)~pH图
lgY(H)
可查表
EDTA的酸效应系数曲线
(2)金属离子的副反应系数 M
M
OH-
L
+ Y = MY
MOH ML




M(L) =1+1[L] +2[L]2+…+n[L]n


M(OH)n MLn
M
M(OH) =1 +1[OH]+ 2[OH]2+ …+ n[OH]n
若有n个副反应
PAN溶解度小, 需加乙醇或加热
3. 指示剂的氧化变质现象
2 金属离子指示剂颜色转变点pMt —滴定终点的计算
M + In = MIn [MIn]
K’MIn = [M][In’]
[MIn] lg K’MIn = pM + lg [In’]
变色点:[MIn] = [In]
pMt = lg KMIn = lg KMIn -lgIn(H)
pMsp = 1/2 ( lg KMY + pCMsp)
滴定突跃
sp前,-0.1%, 按剩余M浓度计
[M’]=0.1% cMsp
即:pM’=3.0+pcMsp
sp后,+0.1%, 按过量Y 浓度计
Y' = 0.1% csp M
M'
=
MY Y' K'MY
=
csp M
0.1%csp M K'MY
影响准确度.
若配制EDTA溶液的水中含有Pb2+, Ca2+, 判断下 列情况对测定结果的影响.
1. 以CaCO3为基准物质标定EDTA, 用以滴定试 液中的Zn2+ (Bi3+), XO为指示剂.
pH10标定, Pb2+,Ca2+与EDTA络合 pH5滴定Zn2+, Ca2+不络合, c(实际)>c(标定),
-OOCH2C
CH2COOH
EDTA的有关常数
离解 常数
Ka1 10-0.90
Ka2 10-1.60
Ka3 10-2.00
Ka4
Ka5
10-2.67 10-6.16
Ka6 10-10.26
逐级 常数
K1 1010.26
K2 106.16
K3 102.67
K4 102.00
K5 101.60
K6 100.90
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