第八章配位平衡和配位滴定法ppt课件.ppt

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1、8.1 配位化合物的基本概念*8.2 配合物的价键理论8.3 配位平衡8.4 螯合物8.5 配位滴定法概述8.6 影响金属配合物稳定性的因素8.7 配位滴定的基本原理（单一金属离子的滴定）8.8 金属离子指示剂8.9 提高配位滴定选择性的方法8.10 配位滴定的方配位滴定的方式和应用,第八章 配位平衡与配位滴定法,学习要求 1. 掌握配位化合物的定义、组成、命名和分类； 2. 掌握配位化合物价健理论； 3. 掌握配位平衡和配位平衡常数的意义及其有关计算，理解配位平衡的移动及与其他平衡的关系； 4. 了解螯合物形成的条件和特殊稳定性 5. 理解配位滴定的基本原理 ，配位滴定所允许的最低pH和酸效

2、应曲线，金属指示剂； 6. 掌握配位滴定的应用。,第八章 配位化合物与配位滴定,8.1 配位化合物的基本概念,一、 配位化合物的组成,CuSO4+4NH3 = Cu(NH3)4SO4,主要含有Cu(NH3)42+和SO42-，几乎检查不出有Cu2+和NH3,1 .中心离子或原子(也称形成体) 有空轨道 过渡金属 、硼、硅、磷(如NaBF4和NH4PF6以及中性原子作形成体(如Ni(CO)4 、Fe(CO)5)。,2. 配位体和配位原子 有孤电子对 NaBF4中BF4-是配位体, F为配位原子. a 单基配位体(一个配位体中只有一个配位原子) 含氮配位体 NH3 、 NCS- 含氧配位体 H2O

3、 、 OH- 含卤素配位体 F- 、 CI- 、 Br- 、 I- 含碳配位体 CN- 、 CO 含硫配位体 SCN- b 多基配位体(一个配位体中有两个或两个以上的配位原子) 乙二胺NH2一CH2一CH2一NH2简写为en 草酸根C2O42- (简写为ox)等。,3配位数 与中心离子直接以配位键结合的配位原子个数称为中心离子的配位数。AIF63- 配位数6 、 Cu(NH3)4SO4配位数4 、 Co(NH3)2(en)2(NO3)3配位数6 中心离子的电荷：+1 +2 +3 +4常见的配位数： 2 4(或6) 6(或4) 6(或8),4. 配离子的电荷 配离子的电荷等于中心离子电荷与配位体

4、总电荷的代数和 如 K2PtCI4,二、 配位化合物的命名,1.外界: 配位阳离子“某化某”或“某酸某” Co(NH3)6Br3 三溴化六氨合钻() Co(NH3)2(en)2(NO3)3 硝酸二氨二（乙二胺）合钴（） 配位阴离子配位阴离子“酸”外界K2SiF6 六氟合硅()酸钾2.内界:配位数配位体名称合中心离子(用罗马数字表示氧化数)，用二、三、四等数字表示配位体数。不同配位名称之间用圆点“”分开。 阴离子次序为：简单离子复杂离子有机酸根离子。 中性分子次序为：H2ONH3有机分子。,例：1配位阴离子配合物 K2SiF6 六氟合硅()酸钾 NaCo(CO)4 四羰基合钴()酸钠,2配位阳离

5、子配合物 Co(NH3)6Br3 三溴化六氨合钻() Co(NH3)2(en)2(NO3)3 硝酸二氨二（乙二胺）合钴（）,3中性配合物 PtCI2(NH3)2 二氯二氨合铂() Ni(CO)4 四羰基合镍,一ONO 亚硝酸根 一NO2 硝基一SCN 硫氰酸根 一NCS 异硫氰酸根,82 配合物的价健理论,美国 鲍林价键理论的主要内容是：,1配合物的中心离子M同配位体L之间以配位键结合， 表示为 ML配位体 ，配位原子提供孤对电子，中心离子提供空轨 道。,2中心离子用能量相近的轨道杂化，以杂化的空轨道形成配位 键。配位离子的空间结构、配位数、稳定性等，主要决定于 杂化轨道的数目和类型。,配合物

6、的杂化轨道和空间构型,3根据轨道参加杂化的情况，配合物可分为外轨型和内轨型。,a 配位原子电负性较小，如C (在CN-,CO中)，N (在NO2-中) 等，形成内轨型配合物。键能大，稳定。,b 配位原子的电负性较大，如卤素、氧等，形成外轨型配合 物。键能小，不稳定。,可通过对配合物磁矩的测定来确定内、外轨型,m为磁矩，SI单位为Am2; n为分子中未成对电子数;B为玻尔磁子，是衡量磁矩值的物理常量，B= 9.27407810-24Am2 。,表 磁矩的理论值与未成对电子数的关系,外轨型配合物磁矩不变；内轨型配合物磁矩变小。如果配合物分子中配位体没有未成对电子，则其磁矩为零。,8.3 配位平衡,

7、Cu(NH3)4SO4H2O = Cu(NH3)42+SO42-+H2O,NaOH,Cu(OH)2,无Cu2+ ?,NaS,有黑色CuS生成,有Cu2+,一、 配位平衡常数,1. 稳定常数,Kf为配合物的稳定常数，Kf值越大，配离子越稳定 。,2. 不稳定常数,Cu(NH3)42+ Cu2+ +4NH3,Kd为配合物的不稳定常数或解离常数。Kd 值越大表示配离子越容易解离，即越不稳定。,3. 逐级稳定常数,金属离子M能与配位剂L形成MLn型配合物，这种配合物是逐步形成的，这类稳定常数称为逐级稳定常数Kf,n,M+L ML， 第一级逐级稳定常数为：,ML+L ML2 ， 第二级逐级稳定常数为：,

8、MLn-1+L MLn ， 第n级逐级稳定常数为：,4. 累积稳定常数（n）,最后一级累积稳定常数就是配合物的总的稳定常数,例 比较0.10molL-1Ag(NH3)2+溶液和含有0.2molL-1NH3的0.10molL-1Ag(NH3)2+溶液中Ag+的浓度。,解：设0.10molL-1Ag(NH3)2+溶液中Ag+的浓度为x molL-1。根 据配位平衡，有如下关系 Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)22+ 起始浓度/molL-! 0 0 0.1 平衡浓度/mo1L-1 x 2x 0.1-x 由于c(Ag+)较小，所以（0.1-x）molL-!0.1molL-!,将平衡浓度 代入稳定常

9、数表达式得：,设在0.2molL-1NH3存在下，Ag+的浓度为ymolL-1,则： Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)22+ 起始浓度/molL-! 0 0.2 0.1 平衡浓度/mo1.L-1 y 0.2+2y 0.1-y 由于c(Ag+)较小，所以（0.1-y）molL-!0.1molL-! , 0.2+2y0.2 molL-!, 将平衡浓度代入稳定常数表达式：,二、配位平衡的移动,Mn+ + x L- MLx(n-x),水解,酸效应,沉淀,氧化还原,1. 酸度的影响,2.沉淀影响,3.氧化还原的影响,1. 酸度的影响,Fe3+ + 6F- FeF63- + 6H+ 6HF,总反应为：

10、FeF63- +6H+ Fe3+ + 6HF,Kf越小，即生成的配合物稳定性越小；Ka越小, 即生成的酸越弱，K就越大。,Fe3+ + 6F- FeF63- + 3OH- Fe(OH)3,2. 沉淀反应对配位平衡的影响,Cu(NH3) 42+ Cu2+ + 4NH3 + S2- CuS,总反应为： Cu(NH3)42+ + S2- CuS+ 4NH3,既要考虑配位体的酸效应，又要考虑金属离子的水解效应。,可知Kf越小，Ksp越小，则生成沉淀的趋势越大，反之则生成沉淀的趋势越小。,例 0.2molL-1AgNO3溶液lmL中，加入0.2molL-1的KCI溶液lmL，产生AgCl沉淀。加入足够的

11、氨水可使沉淀溶解，问氨水的最初浓度应该是多少?,解:假定AgCl溶解全部转化为Ag(NH3)2+，若忽略Ag(NH3)2+的离解，则平衡时Ag(NH3)2+的浓度为0.1molL-,C1-的浓度为01mol.L-。反应为：AgCl+2NH3 Ag(NH3)2+Cl-,在溶解的过程中要消耗氨水的浓度为20.1=0.2molL-1，所以氨水的最初浓度为 2.22+0.2=2.42molL-1,3.配离子之间的移动,例：在血红色溶液Fe(SCN)3中加入NaF， F-和SCN-争夺Fe3+ ，溶液中同时存在两个配位平衡，即：Fe(SCN)3 = 3SCN- + Fe3+Fe + 6F- = FeF6

12、3-总的反应为：Fe（SCN）3 + 6F- = FeF63- + 3SCN-KJ =Kf (FeF63- ) / Kf (Fe(SCN)3),4.氧化还原反应与配位平衡,Fe(SCN)63- 6SCN- + Fe3+ + Sn2+ Fe2+ + Sn4+,总反应为 2Fe(SCN)63- + Sn2+ 2Fe2+ + 12SCN- +Sn4+,Fe3+ + e Fe2+ (Fe3+Fe2+)0.771V I2 + 2e 2I- (I2I-)0.536V Fe3+可以把I-氧化为I2，其反应为 Fe3+ + I- Fe2+ + 1/2I2 加入F- ,Fe3+立即与F-形成了FeF63- ,总

13、反应： Fe2+ + 1/2I2 + 6F- FeF63-+ I-,思考题: 在反应2Fe3+2I- 2Fe2+I2中,若加入CN-,问新的反应 2Fe(CN)63-+ 2I- 2Fe(CN)64-+I2能否进行?,8.4 螯合物,中心离子与多基配位体键合而成，并具有环状结构的配合物称为螯合物,8.4.1 螯合物的形成,NH2CH2CH2NH2 简写为 en,二（乙二胺）合铜（）离子 五六元环张力最小,85 配位滴定法概述,一、配位滴定法的特点,EDTA是一个四元酸，通常用H4Y表示 .常见的还有氨三乙酸(NTA)、环己烷二胺四乙酸(CyDTA)和乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)等。,用于配

14、位滴定的反应必须符合完全、定量、快速和有适当指示剂来指示终点等要求。常用氨羧配位剂,二、乙二胺四乙酸在溶液中的解离平衡,H2Y2- H+ + HY3-,H6Y2+ H+ + H5Y+,H5Y+ H+ + H4Y,H4Y H+ + H3Y-,H3Y- H+ + H2Y2-,HY3- H+ + Y4-,EDTA各种型式的分布系数与溶液pH的关系,在pH 12的溶液中，主要以Y4-型存在,三、乙二胺四乙酸与金属离子的配位平衡,EDTA Ca 螯合物的立体结构,M + Y MY,EDTA分子中具有六个配位原子，EDTA ：中心离子=1：1,EDTA与无色金属离子形成的配合物也是无色的；而与有色金属离子

15、形成配合物的颜色一般加深。例如，Cu2+显浅蓝色，而CuY2-为蓝色，Ni显浅绿色，而NiY2-为蓝绿色，,四、乙二胺四乙酸配合物的条件平衡常数,主反应 M + Y MY OH- L H+N H+OH-副反应 M(OH) ML HY NY MHY MOHY : : : M(OH)n MLn H6Y,产物MY发生副反应对滴定反应是有利的， 金属离子M和配位剂Y的副反应都不利于滴定反应。,8.6 影响金属配合物稳定性的因素,1酸效应,酸度升高，酸效应系数Y(H)增大，与金属离子配位能力越小。,酸效应系数Y(H)是指未参加配位反应的 EDTA各种存在形体的总浓度c(Y)与能直接参与主反应的Y4-的平

16、衡浓度c(Y4-)之比,EDTA在不同pH条件时的酸效应系数,2配位效应,配位效应系数M(L)它是指未与滴定剂Y4-配位的金属离子M的各种存在形体的总浓度c(M)与游离金属离子浓度c(M)之比,总 M =M(L) + M(OH),3.配合物的条件平衡常数,lgKf=lg Kf lgM(L) lgY(H),副反应系数越大，Kf越小。这说明了酸效应和配位效应越大，配合物的实际稳定性越小。,EDTA滴定Ca2+的滴定曲线 金属离子浓度对滴定曲线的影响,8.7 配位滴定的基本原理,一、滴定曲线,lgKf 对滴定曲线的影响,1. pH值越大，滴定突跃越大， pH值越小，滴定突跃越小 。 2. MY配合物

17、的条件稳定常数越 大;突跃范围也越大 。,要想滴定误差0.1则必须c(M)Kf(MY)106。当金属离子浓度c(M)=0.01molL-1时，lgKf(MY)8,二、 配位滴定所允许的最低pH和酸效应曲线,若金属离子没发生副反应 lgKf=lg Kf- lgY(H) lgKf(MY)8 lg Kf- lgY(H) 8 lgY(H) lg Kf - 8查表得相应的pH值，即为滴定某一金属离子所允许的最低pH值,如:lg Kf(MgY)=8.64 , lgY(H) 8.64-8=0.64, 最低pH值为9.7 lg Kf(CaY)=11.0, lgY(H) 11.0-8=3 , 最低pH值为7.3

18、 lg Kf(FeY)=24.23, lgY(H) 24.23-8=16.23,最低pH值为1.3。, 可以找出单独滴定某一金属离子所需的最低pH值。 可以看出在一定pH值时，哪些离子被滴定，哪些离子有干扰从而可以利用控制酸度，达到分别滴定或连续滴定的目的。,EDTA 的酸效应曲线,8.8 金属指示剂,一、 金属指示剂的变色原理,M + In MIn 金属离子 (甲色) (乙色),MIn + Y MY + In (乙色) (甲色),金属指示剂必须具备的条件,（1）甲色、乙色有明显差别 如：EBT + Mg2+ EBT-Mg MY + EBTpH：911 （兰色） （酒红色） （兰色）（2）In

19、与M配位灵敏，且有选择性；（3）K稳（MIn）大小合适，即,（4）MIn易溶于水。,100,二、常用的金属指示剂,1. 铬黑T（EBT）,铬黑T是弱酸性偶氮染料，其化学名称是1-(1-羟基-2萘偶氮)-6硝基-2-萘酚-4-磺酸钠,-H+ -H+ H2In- HIn2- In3- +H+ +H+ （红色） (蓝色) （橙色） pH12,在pH值为711的溶液里指示剂显蓝色 ，与红色有极明显的色差，pH值在910.5之间最合适。,铬黑T可作Zn2+、Cd2+、Mg2+、Hg2+等离子的指示剂 例: Mg2+ + HIn2- MgIn- + H+ (蓝色) （红色） Mg2+ + HY3- MgY

20、2- + H+ MgIn- + HY3- MgY2- + HIn2- （红色） (蓝色) 红色紫色蓝色,2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)-3-萘甲酸,也称钙红。黑紫色粉末,此指示剂的水溶液在pH8时为酒红色，在pH为8.013.7时为蓝色，而在pH为1213之间与Ca2+形成酒红色的配合物, 可用于Ca2+、Mg2+共存时作测Ca2+的指示剂(pH=12.5)，,三、使用指示剂中存在的问题,1 指示剂的封闭现象 某些金属离子与指示剂形成的配合物(MIn) 比相应的金属离子与乙二胺四乙酸配合物(MY)更稳定, 在滴定其他金属离子时，若溶液中存在这

21、些金属离子，则溶液一直呈现这些金属离子与指示剂形成的配合物MIn的颜色，即使到了化学计量点点也不变色，这种现象称为指示剂的封闭现象(blocking)。 例如在pH=10时以铬黑T为指示剂滴定Ca2+，Mg2+总量时，Al3+、Fe3+、Cu2+、Co2+、Ni2+会封闭铬黑T使终点无法确定。这时就必须将它们分离或加入掩蔽剂以消除干扰。,2指示剂的僵化现象 有些指示剂本身或金属离子与指示剂形成的配合物在水中的溶解度太小，使滴定剂与金属-指示剂的配合物交换缓慢，终点拖长，这种现象称为指示剂的僵化。解决办法是加入有机溶剂或加热以增大其溶解度，从而加快反应速度，使终点变色明显。,3指示剂的氧化变质现

22、象 金属指示剂大多为含有双键的有色化合物，易被日光，氧化剂，空气所分解，在水溶液中多不稳定，日久会变质。如铬黑T在Mn()、Ce()存在下，会很快被分解褪色。为了克服这缺点，常配成固体混合物，加入还原性物质如抗坏血酸、羟胺等，或临用时才配制。,8.9 提高滴定选择性的方法,1. 干扰离子存在时准确滴定的判别式,lgc(M)KMY6,同时满足以上两式，则滴定M时N不干扰。,2. 消除干扰的方法,1) 控制溶液酸度进行分步滴定,例:能否控制酸度分别滴定Pb2+,Bi3+，(浓度均为 0.010mol/l)?如何控制？,(lgKPbY=18.04, lgKBiY=27.94),如Fe3+、Al3+共

23、存，皆为0.01molL-1， lgK =25.116.1=9.05，故可选择滴定Fe3+而Al3+不干扰。,解：只考虑酸效应，无其它副反应时，,可控制酸度选择滴定, 先滴定Bi3+ 由lgc BiKBiY6 求得最小pH = 0.7 因Bi3+在PH2水解析出开始沉淀 故适宜酸度为pH=0.72， 通常在pH=1,以XO为指示剂滴定Bi3+, 再滴定Pb2+,由lgc PbKPbY6 ，求出滴定Pb2+的适宜酸度为PH=3.3 5.1 ， 可在PH=5，以XO为指示剂滴定Pb2+，,2) 用掩蔽的方法进行分别滴定,当M与N两种配合物的Kf相差不大lgK5，不能用控制酸度的方法选择测定，可加入

24、一种试剂使之与N反应,降低其浓度以消除干扰,如用EDTA滴定Ca2+、Mg2+时，用三乙醇胺掩蔽Fe3+、Al3+。,对掩蔽剂的要求：,A. K干掩K干Y,B. 不与被测离子反应，即使反应必须 KM掩KMY,C. 掩蔽剂适用的pH范围与滴定的pH范围一致, 配位掩蔽法, 氧化还原掩蔽法, 沉淀掩蔽法, 解蔽方法,加入一种试剂，使已被掩蔽剂配位的干扰离子重新释放出来。,Ca2+,Mg2+混合体系,在pH=12时, 成Mg(OH)2沉淀,掩蔽Mg2+,Bi3+,Fe3+混合体系,加入Vc, 生成Fe2+,掩蔽Fe3+,解蔽:,铜样,Pb2+Zn(CN)42Cu(CN)42,氨性酒石酸 KCN,EB

25、TEDTA,pbY2,Zn(CN)42Cu(CN)42,甲醛,Zn2+,EDTA,ZnY2,=Zn2+4H2C +OH-,CN,OH,4HCHO+Zn(CN)42+H2O,8.10配位滴定的方式和应用,直接滴定法,1) 配位滴定的方式,简单.方便.准确. 例. 水中硬度测定. 1升水中每10mg CaO为1, 生活用水一般不超过25,一、滴定方式,1直接滴定 当金属离子与乙二胺四乙酸的反应满足滴定要求时就可以直接进行滴定。这种方法是将分析溶液调节至所需酸度，加入其他必要的辅助试剂及指示剂，直接用乙二胺四乙酸进行滴定，然后根据消耗标准溶液的体帜，计算试样中被测组分的含量。这是配位滴定中最基本的方

26、法。,2返滴定 当被测离子与乙二胺四乙酸反应缓慢，被测离子在滴定的pH值下会发生水解；被测离子对指示剂有封闭作用，又找不到合适的指示剂时；无法直接滴定，而应改用返滴定法。例如，用乙二胺四乙酸滴定Al3+时,由于A13+与Y4-配位缓慢；在酸度较低时，Al3+发生水解，使之与乙二胺四乙酸配位更慢，A13+又封闭指示剂，因此不能用直接法滴定。,3置换摘定法 以金属离子N的配合物作试剂，与被分析离子M发生置换反应。置换出的金属离子N用乙二胺四乙酸滴定。,间接滴定法 有些金属离子与Y4-形成的配合物不稳定，而非金属离子则不与Y4-形成配合物。若被测离子能定量地沉淀为有固定组成的沉淀，而沉淀中另一种金属

27、离子能用乙二胺四乙酸滴定，这样可通过滴定后者来间接求得检测离子的含量。,二、提高配位滴定选择性的方法,1控制酸度 溶液的酸度对乙二胺四乙酸配合物的稳定性有很大影响。故在某些情况下，适当控制酸度常常可以提高滴定的选择性。,2掩蔽法 加入一种试剂，使干扰离子生成更为稳定的配合物，或发生氧化还原反应以改变干扰离子的价态，或生成微溶沉淀以消除干扰，这些方法称为掩蔽法 。加入的试剂称为掩蔽剂 ，按反应类型不同，可分为：,配位掩蔽法氧化还原掩蔽法 沉淀掩蔽法,3解蔽法 所谓解蔽是指被掩蔽物质从其掩蔽形式中释放出来，恢复其参与某一反应的能力。如Zn2+、Mg 2+共存时，可在pH=10的缓冲溶液中加入氰化钾

28、，使Zn2+形成Zn(CN)42- 配离子而被掩蔽。先用乙二胺四乙酸单独滴定Mg2+。然后在滴定过Mg2+的溶液中加入甲醛溶液，以破坏Zn(CN)42-配离子，使Zn2+释放出来而解蔽，反应中释放出来的Zn2+，可用乙二胺四乙酸继续滴定。,三、 配位滴定的应用,1乙二胺四乙酸标准溶液的配制和标定 常用的乙二胺四乙酸标准溶液浓度为0.010.05molL-1。乙二胺四乙酸标准溶液常采用间接法配制。先配成近似所需的浓度，再用基准物质金属锌、ZnO、CaCO3或MgSO47H2O等来标定它的浓度。,2. 水中钙镁的测定 乙二胺四乙酸测定水中钙、镁常用的方法是先测定钙、镁总量，再测定钙量，然后由钙、镁

29、总量和钙的含量，求出镁的含量。 钙、镁总量的测定 取一定定体积水样，调节pH=10，加铬黑T指示剂，然后用乙二胺四乙酸滴定。铬黑T和 Y4-分别都能和Ca2+、Mg2+生成配合物。它们的稳定性顺序为 CaY2-MgY 2-MgIn-CaIn- 被测试液中先加入少量铬黑T，它首先与Mg2+结合生成酒红色的MgIn-配合物。滴入乙二胺四乙酸时，先与游离Ca2+配位，其次与游离Mg2+配位最后夺取MgIn-中的Mg2+而游离出EBT，溶液由红经紫到蓝色，指示终点的到达。,钙的测定 取同样体积的水样，用NaOH溶液调节到pH=12，此时M2+以Mg(OH)2沉淀析出，不干扰Ca2+的测定。再加入钙指示剂，此时溶液呈红色。再滴入乙二胺四乙酸，它先与游离Ca2+配位，在化学计量点时夺取与指示剂配位的Ca2+，游离出指示剂，溶液转变为蓝色，指示终点的到达。从消耗标准溶液的体积和浓度计算Ca的量。,本章小节,1.EDTA的结构及其配合物的特点；2.概念：酸效应、酸效应系数、金属指示剂、 僵化现象、封闭现象3.金属指示剂的变色原理；4.金属离子被准确滴定的条件；5.测定水中钙、镁离子含量时溶液颜色的变化 情况。,