四章配位滴定法.ppt
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1、2023/7/1,制作人:刘开敏,1,第四章 配位滴定法,学习指导第一节 概述第二节 金属离子指示剂第三节 滴定条件的选择第四节 EDTA标准滴定溶液的配制和标定第五节 配位滴定方法及应用,2023/7/1,制作人:刘开敏,2,学习指导,一、了解1.EDTA的性质及其与金属离子的配位能力和特点2.酸效应曲线3.配位滴定曲线的绘制及影响滴定突跃大小的因素4.配位滴定的最佳酸度5.配位滴定中常用的掩蔽剂及其使用条件6.常用的金属指示剂及其使用条件(溶液酸度和适用的金属离子),2023/7/1,制作人:刘开敏,3,二、理解1.金属指示剂的封闭和僵化及其消除方法2.单一金属离子直接配位滴定时溶液酸度的
2、控制(酸度范围及其计算)3.有其他离子共存时配位滴定溶液酸度的控制(适宜的酸度范围及其计算)4.提高配位滴定选则性的方法,2023/7/1,制作人:刘开敏,4,三、掌握1.稳定常数、离解常数、逐级稳定常数、逐级离解常数、累积稳定常数、累积离解常数、总稳定常数、总离解常数、配位反应中的主反应、副反应等概念的含义2.配位平衡中各型体浓度的计算3.配位平衡中酸效应、配位效应系数的含义及其计算4.配位化合物的条件稳定常数的含义及其计算5.单一金属离子的直接配位滴定和混合金属离子分别配位滴定的条件6.金属指示剂的作用原理、理论变色点、变色范围和选择原则7.EDTA标准溶液的配制和标定8.配位滴定法的应用
3、实例(铅铋合金、水硬度等)的测定原理、条件、步骤和结果计算,2023/7/1,制作人:刘开敏,5,第一节 概述,一、配位滴定法二、配位剂的类型三、乙二胺四乙酸及其配合物四、配合物的稳定常数五、影响配位平衡的主要因素六、条件稳定常数七、金属离子缓冲溶液,2023/7/1,制作人:刘开敏,6,一、配位滴定法,1.配位滴定法的概念:利用生成配合物的反应 进行滴定分析的方法称为配位滴定法。例如:用AgNO3溶液滴定CN,反应如下:Ag+2CN=Ag(CN)2 滴定至化学计量点时,再加一滴AgNO3溶液,则:Ag+Ag(CN)2=AgAg(CN)2 生成白色的AgAg(CN)2沉淀,指示终点到达。,20
4、23/7/1,制作人:刘开敏,7,2.配位滴定法对配位反应的要求(配位反应应具备的条件)配位反应必须完全,即形成的配合物要相当稳定(稳定常数足够大)。配合物的稳定性是以配合物的稳定常数K稳表示。在上例中:,18时,K稳=1021.1K稳 越大,配合物越稳定,如:Ag(CN)2-的K稳=1021.1;Ag(NH3)2+的K稳=107.46显然,Ag(CN)2-配离子比Ag(NH3)2+配离子稳定,更适用于配位滴定。,2023/7/1,制作人:刘开敏,8,由于稳定性(K稳)不同,形成配合物次序也不同。例如:在含有NH3和CN-的溶液中加入Ag+,应先形成Ag(CN)2,配位完全后,若Ag+过量,会
5、形成Ag(NH3)2+分步配位的条件是:两者稳定常数相差足够大。可以利用形成更稳定配合物的配位剂把较不稳定的配合物中的配位剂置换出来。例如:在Ag(NH3)2+的溶液中加入CN-,则CN-可将NH3置换出来,而形成Ag(CN)2:Ag(NH3)2+2CN=Ag(CN)2+2NH3,2023/7/1,制作人:刘开敏,9,在一定条件下,配位反应要按照一定的化学计量关系定量进行,即金属离子与配位剂的比例(配位比或配位数)恒定,只形成一种配位数的配合物。配位反应要迅速。有适当的方法确定滴定终点。,2023/7/1,制作人:刘开敏,10,二、配位剂的类型,1.无机配位剂能用于配位滴定的无机配位剂并不多由
6、于:多数无机配位剂为单基配位体(只含有一个配位原子),与金属离子配位时,有分级配位现象。例如:Cd2+与CN配位,会生成Cd(CN)+、Cd(CN)2、Cd(CN)3、Cd(CN)42-四种配合物(离子),配位比不固定,且上述四种配合物的K稳 分别为105.48、105.14、104.56、103.58,相差不大,不能分步配位,只有在配位剂过量时,才能形成配位数最多的配合物。一般仅用于掩蔽剂、辅助试剂和显色剂。,2023/7/1,制作人:刘开敏,11,2.有机配位剂多数有机配位剂为多基配位体(含有两个或两个以上配位原子),减少了分级配位的现象。氨羧配位剂:以氨基二乙酸基团-N(CH2COOH)
7、为基体,含有配位能力很强的氨氮和羧氧两种配位原子。常用的有如下几种:乙二胺四乙酸(EDTA):,环己烷二胺四乙酸(DCTA):,2023/7/1,制作人:刘开敏,12,乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA):,乙二胺四丙酸(EDTP):,三乙基四胺六乙酸(TTHA):,2023/7/1,制作人:刘开敏,13,三、EDTA及其配合物,1.EDTA的结构、性质 结构:EDTA为四元酸,表示为H4Y,结构为:,性质:EDTA在水溶液中具有双偶极离子的结构:,2023/7/1,制作人:刘开敏,14,如果溶液酸度足够高,则这种双偶极离子又可以接受H+,而形成H6Y2+(六元酸),存在六级离解平衡。在任何水溶
8、液中EDTA总是以七种形式中存在的:H6Y2+、H5Y+、H4Y、H3Y-、H2Y2-、HY3-、Y4-,其分布 系数与溶液 的pH 有关,如图:,2023/7/1,制作人:刘开敏,15,EDTA为白色无水结晶,溶解度很小(在22时,100mL水能溶解0.02g)。故常用它的二钠盐(Na2H2Y2H2O)作为滴定剂(22时,100mL水能溶解11.1g),其饱和水溶液的浓度约为0.3mol/L。如何计算?,2023/7/1,制作人:刘开敏,16,三、EDTA及其配合物,2.EDTA与金属离子配位的特点EDTA几乎能与所有金属离子配位,在配位滴定中应用广泛。EDTA与金属离子配位时,形成五个五元
9、环,具有特殊的稳定性:,四个五元环:,一个五元环:,具有这种环状结构的配合物称为螯合物,只有形成五元环或六元环的螯合物才很稳定,而且所形成的环越多越稳定。,2023/7/1,制作人:刘开敏,17,EDTA与不同价态的金属离子形成配合物时,配位比简单,一般生成1:1配合物。例如:Zn2+、Fe3+、Sn4+与EDTA的配位反应分别为:Zn2+H2Y2-=ZnY2-+2H+Fe3+H2Y2-=FeY-+2H+Sn4+H2Y2-=SnY+2H+EDTA分子中具有六个可与金属离子形成配位键的原子(两个氨基氮和四个羧基氧)。只有极少数金属离子如Zr4+、Mo5+生成2:1配合物。,2023/7/1,制作
10、人:刘开敏,18,由于EDTA分子中含有四个亲水性羧氧基团,所以生成的配合物易溶于水。生成配合物的颜色:无色金属离子与EDTA生成无色配合物,可用指示剂指示点;有色金属离子与EDTA生成配合物的颜色加深,不利于终点的研究。EDTA与金属离子的配位能力与溶液酸度、温度和其它配位剂等外界条件的变化有关,也影响配合物的稳定性。,2023/7/1,制作人:刘开敏,19,四、配合物的稳定常数,1.ML型(1:1型)配合物配位反应为:M+L=ML其稳定常数即为反应的平衡常数:,例如:Ca2+与EDTA的反应:Ca2+Y4-=CaY2-,2023/7/1,制作人:刘开敏,20,影响配合物稳定常数K稳的因素有
11、:K稳与金属离子本身的性质有关碱金属:K稳 一般较小。例如:lgKNaY=1.66碱土金属:lgK稳=811过渡元素、稀土元素、Al3+的配合物:lgK稳=1519三价、四价金属离子、Ga2+、Hg2+、Sn2+等配合物:lgK稳 20K稳与配合物的性质有关。K稳与溶液的性质(酸度、温度、辅助配位剂等)有关。,2023/7/1,制作人:刘开敏,21,2.MLn型(1:n型)配合物逐级稳定常数:MLn的逐级形成反应:M+L=ML 第一级稳定常数:ML+L=ML2 第二级稳定常数:MLn-1+L=MLn 第n级稳定常数:,2023/7/1,制作人:刘开敏,22,累积稳定常数:,总稳定常数,2023
12、/7/1,制作人:刘开敏,23,【例题4-1】求pH=12的5.010-3mol/L的CaY溶液中,Ca2+的浓度pCa为多少?解:查表得 lgKCaY=10.69,即KCaY=1010.69,由于Ca=Y;CaY2-=c(CaY)故:,pCa=6.50,2023/7/1,制作人:刘开敏,24,五、影响配位平衡的主要因素,1.配位反应的副反应主反应:M+Y=MY副反应:水解效应:M+OH-=M(OH)=M(OH)n配位效应:M+L=ML=MLn酸效应:Y+H+=HY=H6Y共存离子效应:Y+N=NY混合配位效应:MY+H+=MHY=MHnY MY+OH-=M(OH)Y=M(OH)nY,2023
13、/7/1,制作人:刘开敏,25,2.酸效应和酸效应系数Y(H)酸效应:由于H+的存在,而使EDTA参与主反应能力降低的现象。酸效应大小用酸效应系数Y(H)表示:,K为EDTA的各级离解常数。由上式可见,Y(H)与溶液酸度有关。溶液酸度越小,Y(H)越小,则EDTA的有效浓度Y越大,配位剂配位能力越强。Y(H)是判断EDTA能否准确滴定某金属离子的重要参数。,2023/7/1,制作人:刘开敏,26,【例题4-2】计算pH=2.0时EDTA的Y(H)解:已知EDTA的各级累积稳定常数lg分别为:10.26、16.42、19.09、21.09、22.69、23.59,将pH=2.0 即H+=10-2
14、.0代入公式得:Y(H)=1+10-2.01010.26+10-4.01016.42+10-6.01019.09+10-8.01021.09+10-10.01022.69+10-12.01023.59=1013.51=3.24 1013,2023/7/1,制作人:刘开敏,27,3.共存离子效应和共存离子效应系数 共存离子效应:由于共存离子N与EDTA的反应降低了Y的平衡浓度的现象。共存离子效应系数:,2023/7/1,制作人:刘开敏,28,【例题4-3】当pH=6.0时,含Zn2+和Ca2+的浓度均为0.010mol/L的EDTA溶液中的Y(Ca)和Y为多少?解:将Zn2+与Y的反应看作主反应
15、,Ca2+离子作为共存离子,Ca2+与Y的副反应系数为Y(Ca),酸效应系数为Y(H),总副反应系数为Y 查表得:KCaY=1010.69;pH=6.0时,Y(H)=104.65,代入公式得:Y(Ca)=1+KCaYCa2+Y(Ca)=1+1010.690.010108.7 Y=Y(H)+Y(Ca)-1=104.65+108.7-1108.7,2023/7/1,制作人:刘开敏,29,4.配位效应及配位效应系数 配位效应:由于其它配位剂的存在,使金属离子与EDTA反应能力降低的现象。配位效应系数:M(L)=M/M=1+1L+2L2+nLn5.配合物MY的副反应 在酸度较高时生成酸式配合物MHY;
16、在酸度较低时生成碱式配合物MOHY。由于这两种配合物一般不太稳定,则计算中可以忽略不计。,2023/7/1,制作人:刘开敏,30,六、条件稳定常数,考虑副反应后的实际稳定常数用KMY表示:lgKMY=lgKMY+lgMY-lgM-lgY 由于一般情况下配合物的副反应可以忽略不计,上式可以简化为:lgKMY=lgKMY-lgM lgY,2023/7/1,制作人:刘开敏,31,【例题4-4】计算pH=5.00,AlF63-的浓度为0.10mol/L,溶液中游离的F-的浓度为0.010mol/L时EDTA与Al3+的配合物的条件稳定常数。解:因为 lgKAlY=lgKAlY-lgAl(F)-lgY(
17、H)查表得:pH=5.00时,lgY(H)=6.45;lgKAlY=16.3;累积稳定常数lg分别为:6.1、11.15、15.0、17.7、19.4、19.7。则:Al(F)=1+1F-+2F-2+6F-6=109.93 故:lgKAlY=16.3 6.45 9.93=-0.08,2023/7/1,制作人:刘开敏,32,七、金属离子缓冲溶液,具有控制溶液中金属离子浓度能力的缓冲溶液称为金属离子缓冲溶液。一般由金属配合物ML和过量的配位剂L组成。其缓冲机理为:向此溶液中加入金属离子M时,大量存在的配位剂L将与之配位,从而抑制pM降低;若加入能与M作用的其它配位剂时,溶液中大量存在的配合物ML将
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