《络合平衡》PPT课件.ppt
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1、Analytical chemistry,1,Complexometric titration第五章 络合滴定法,5.1 了解常用络合物的性质5.2 了解络合平衡常数的概念5.3 掌握副反应系数及条件稳定常数的概念5.4 了解金属离子指示剂的特性5.5 了解络合滴定法的基本原理5.6 掌握络合滴定中酸度控制的控制方法5.7 了解提高络合滴定选择性的途径 5.8 掌握络合滴定方式及其应用,教学要求,Analytical chemistry,2,概述,分析化学中的配合物(Complexometry):具有空轨道的中心离子作为电子对的接受体,d轨道与含有孤对电子的配位原子作为电子对的给予体,配位形成
2、配位键,1.简单配合物:Cu(NH3)42+Cu2+:中心离子,d轨道未充满,电子对接受体;N:配位原子,含有孤对电子,电子给予体;NH3:配位体,络合剂;4个N:配位数;4:配位体数.,Analytical chemistry,3,方法简介,作为配位滴定应的条件:生成的配合物组成一定;配合物稳定;反应快速;终点易观察(有适当的指示剂)。,以络合反应和络合平衡为基础的滴定分析方法,Analytical chemistry,4,5.1 常用络合物,简单络合剂:NH3,Cl-,F-,Cu2+-NH3 络合物,螯合剂:乙二胺,EDTA等,乙二胺-Cu2+,Analytical chemistry,5
3、,无机配合物很多,但配位反应用于分析的并不多,原因:K小,且逐级形成。,2.螯合物(Complex):多基配体组成,配位能力强,易形成稳定的多环状的可溶性配合物,常见的含有N,O,S配位原子的有机配体可用做滴定剂和掩蔽剂,Analytical chemistry,6,Analytical chemistry,7,EDTA及其特性,EDTA:乙二胺四乙酸(Ethylene-diamine tetraacetic acid),H4Y表示。EDTA性质:微溶于水,难溶于酸和一般有机溶剂,但易溶于氨性溶液或苛性碱溶液中,生成相应的盐溶液。常用乙二胺四乙酸二钠盐,Na2H2Y2H2O,习惯上也称EDTA
4、。Na2H2Y2H2O性质:一种白色结晶状粉末,无臭、无味、无毒、稳定、易精制,水溶液近中性。,Analytical chemistry,8,EDTA的结构,乙二胺四乙酸(H4Y),乙二胺四乙酸二钠盐(Na2H2Y),Analytical chemistry,9,乙二胺四乙酸的螯合物,特点:形成具有多个五原子螯合环 组成简单:配合比固定而简单,多数为1:1型,少数为2:1型 如:Mo()稳定性高 颜色 EDTA与金属离子生成的配合物易溶于水,滴定反应可在水中进行;EDTA与金属离子的配合能力与溶液酸度密切相关,Analytical chemistry,10,M-EDTA螯合物的立体构型,EDT
5、A 通常与金属离子形成1:1的螯合物多个五员环,Analytical chemistry,11,离子带色,形成MY也带色且颜色加深,可定性分析,CuY NiY CoY(深蓝)(蓝绿)(玫瑰)MnY CrY Cr(OH)Y2-(紫红)(深紫)(蓝)FeY Fe(OH)Y2-(黄)(褐),Analytical chemistry,12,EDTA的解离平衡,H6Y2 H+H5Y+H5Y H+H4YH4Y H+H3Y-H3Y-H+H2Y2-H2Y2-H+HY3-HY3-H+Y4-,Ka1=10-0.90,H+H5Y,H6Y,Ka2=10-1.60,H+H4Y,H5Y,Ka3=10-2.00,H+H3Y
6、,H4Y,Ka6=10-10.26,H+Y,HY,Ka5=10-6.16,H+HY,H2Y,Ka4=10-2.67,H+H2Y,H3Y,思考:什么时候以Y4-形式存在?,Analytical chemistry,13,某些金属离子与EDTA的形成常数,Analytical chemistry,14,1 络合物的稳定常数(K,)M+Y=MY,5.2 络合平衡常数,Analytical chemistry,15,逐级稳定常数 Ki,K 表示相邻络合物之间的关系,M+L=ML,ML+L=ML2,MLn-1+L=MLn,累积稳定常数 i,表示络合物与配体之间的关系,Analytical chemist
7、ry,16,2 溶液中各级络合物的分布,ML=1 M L,ML2=2 M L2,MLn=n M Ln,M+L=ML,ML+L=ML2,MLn-1+L=MLn,cM=M+ML+ML2+MLn=M(1+1 L+2 L2+n Ln),Analytical chemistry,17,分布分数,M=M/cM=1/(1+1L+2L2+nLn),ML=ML/cM=1L/(1+1L+2L2+nLn)=M1L,MLn=MLn/cM=nLn/(1+1L+2L2+nLn)=MnLn,Analytical chemistry,18,酸可看成质子络合物,Y4-+H+HY3-HY3-+H+H2Y2-H2Y2-+H+H3Y
8、-H3Y-+H+H4YH4Y+H+H5Y+H5Y+H+H6Y2+,K1=1010.26 1=K1=1010.26,1,Ka6,K2=106.16 2=K1K2=1016.42,1,Ka5,K3=102.67 3=K1K2K3=1019.09,1,Ka4,K4=102.00 4=K1K2K3K4=1021.09,1,Ka3,K5=101.60 5=K1K2.K5=1022.69,1,Ka2,K6=10 0.90 6=K1K2.K6=1023.59,1,Ka1,Analytical chemistry,19,M+Y=MY 主反应,副反应,OH-,L,H+,N,H+,OH-,MOH,MHY,MOHY
9、,NY,HY,M(OH)n,ML,MLn,H6Y,M,Y,MY,5.3副反应系数和条件稳定常数,Analytical chemistry,20,副反应系数:为未参加主反应组分的浓度X 与平衡浓度X的比值,用表示。,1 副反应系数,Analytical chemistry,21,M+Y=MY 主反应,副反应,OH-,L,H+,N,H+,OH-,MOH,MHY,MOHY,NY,HY,M(OH)n,ML,MLn,H6Y,M,Y,MY,Analytical chemistry,22,a 络合剂的副反应系数,Y:,Y(H):酸效应系数,Y(N):共存离子效应系数,H+,N,NY,HY,H6Y,Y,M+Y
10、=MY,Analytical chemistry,23,酸效应系数 Y(H):,Y,aY(H)=,Y,=(1+1H+2H+2+6H+6),Y,Y+HY+H2Y+H6Y,=,aY(H)1,aY(H)值可由Ka值计算,或直接查表。,Analytical chemistry,24,lg Y(H)pH图,lgY(H),EDTA的酸效应系数曲线,Analytical chemistry,25,*Y、Y、cY、Y、Y(H)之间的关系*,1.Y:平衡时未与M配位的EDTA总浓度;Y:游离浓度;cY:EDTA原始浓度2.当Y Y,则Y(H)1;Y 1 3.H+高,Y小,Y愈小,Y(H)愈大,副 反应愈严重.4
11、.当Y=Y,Y(H)=1,lgY(H)=0无副反应发生,Analytical chemistry,26,例2 求不同pH值下Y=?(Y=10-5mol/L),(1)pH=1.0 查表:lgY(H)=18.0,Y Y=10-23.0mol/L Y(H),(2)pH=5.0 lgY(H)=6.45Y=10-11.45 mol/L,(3)pH=12.0 lgY(H)=0.01,酸效应的影响小到可以忽略,Analytical chemistry,27,共存离子效应系数 Y(N),Y,aY(N)=1+KNYN,Y,Y,Y+NY,Y,aY(N)=1+KN1YN1+KN2YN2+KNnYNn=1+aY(N1
12、)+aY(N2)+aY(Nn)-n=aY(N1)+aY(N2)+aY(Nn)-(n-1),Y,Y,Y+N1Y+N2Y+NnY,多种共存离子,Analytical chemistry,28,Y的总副反应系数 Y,Analytical chemistry,29,例在pH=6.0时,滴Zn2+,试计算当cY=cZn=cCa=0.020mol/L时,Y(Ca)=?Y=?,(1)pH=6.0时 lgY(H)=4.65 Y(Ca)=1+KCaYCasp=1+1010.690.010=108.69(2)Y=Y(H)+Y(Ca)-1=104.65+108.691 Y Y(Ca)=108.69,Analytic
13、al chemistry,30,b 金属离子的副反应系数 M,M(OH)=1+1OH-+2OH-2+nOH-n,M(L)=1+1L+2L2+nLn,Analytical chemistry,31,多种络合剂共存,M(L)=1+1L+2L2+nLn,M=M(L1)+M(L2)+M(Ln)-(n-1),Analytical chemistry,32,lgM(OH)pH,Analytical chemistry,33,c 络合物的副反应系数 MY,酸性较强 MY(H)=1+KMHYH+,碱性较强 MY(OH)=1+KM(OH)YOH-,Analytical chemistry,34,计算:pH=3.
14、0、5.0时的lg ZnY(H),KZnHY=103.0,pH=3.0,ZnY(H)=1+10-3.0+3.0=2,lgZnY(H)=0.3pH=5.0,ZnY(H)=1+10-5.0+3.0=1,lgZnY(H)=0,Analytical chemistry,35,结论:,H+,pH,lgY(H),lgKMY 主反应能力下降;OH-,pH,lgM(OH),lgKMY 主反应能力下降因为Y1,M1,所以 KMYKMY,Analytical chemistry,36,lg KMY=lgKMY-lgM-lgY+lg MY lgKMY-lgM-lgY,=lgKMY-lg(M(A1)+M(A2)+M(
15、An)-(n-1)-lg(Y(H)+Y(N)-1),2 条件稳定常数,Analytical chemistry,37,lgKZnYpH曲线,Analytical chemistry,38,KMY=,MY,MY,3 金属离子缓冲溶液,Analytical chemistry,39,5.4 金属指示剂,1.金属指示剂的作用原理 EDTA In+M MIn+M MY+In B色 A色 B色,要求:A、B色不同(合适的pH);反应快,可逆性好;稳定性适当,K(MIn)K(MY),Analytical chemistry,40,配位滴定法中金属指示剂的必备条件,(1)指示剂和金属离子组成的配合物要有适当
16、的稳定性。(2)在滴定的pH范围内,游离指示剂和指示剂-金属离子配合物两者的颜色有显著的差别。(3)指示剂和金属离子形成的配合物易溶于水。,Analytical chemistry,41,例 指示剂铬黑T(EBT)本身是两物质(弱有机酸),H3In pKa1 H2In-pKa2 HIn2-pKa3 In3-,紫红 3.9 紫 红 6.3 蓝 11.6 橙 pH,EBT使用pH范围:710,HIn2-蓝色-MIn-红色,Analytical chemistry,42,常用金属指示剂,Analytical chemistry,43,使用金属指示剂应注意,指示剂的封闭现象 若K(MIn)K(MY),
17、则封闭指示剂 Fe3+、Al3+、Cu2+、Co2+、Ni2+对EBT、XO有封闭作用;消除 1)干扰因素引起的,加掩蔽剂 2)被测离子本身引起的,改变滴定方式 若K(MIn)太小,终点提前,指示剂的氧化变质现象 EBT、Ca指示剂与NaCl配成固体混合物使用,指示剂的僵化现象(变化缓慢)PAN溶解度小,需加乙醇或加热 消除 1)加入有机溶剂,增大溶解度 2)加热,加快反应速度,趁热滴定,Analytical chemistry,44,常用金属离子指示剂一览表,EBT 7-10 红-蓝 Mg Zn Cd 1:100NaCl Pb Mn XO 6.3 红-黄 Bi Th(1-3)0.5%水溶液
18、ZrO(1)Zn Pb Cd Hg(5-6)PAN 2-12 红-黄 Bi Th(2-3)0.1%乙醇液 Cu Ni(4-5)K-B 8-13 红-蓝 Mg Zn(10)1:100NaCl Ca(13)磺基水扬酸 23 紫红-无色 Fe3+2%水溶液 钙试剂 10-13 Ca 1:100NaCl,Analytical chemistry,45,金属离子指示剂变色点pMep 的计算,M+In=MIn,变色点:MIn=In故 pMep=lgKMIn=lg KMIn-lgIn(H)-lgM In(H)=1+H+/Ka2+H+2/Ka1Ka2(分布分数的倒数),Analytical chemistry
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