分析化学06络合平衡和络合滴定法.ppt

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1、第6章 络合平衡和络合滴定法,6.1 常用络合物6.2 络合平衡常数6.3 副反应系数及条件稳定常数6.4 络合滴定基本原理6.5 络合滴定条件 6.6 络合滴定的方式和应用,6.1 常用络合物,以络合反应和络合平衡为基础的滴定分析方法,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+,EDTA,乙二胺四乙酸(H4Y),乙二胺四乙酸二钠盐(Na2H2Y),EDTA,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=

2、10-1.60,H+H4Y,H5Y,Ka3=10-2.00,H+H3Y,H4Y,Ka6=10-10.26,H+Y,HY,Ka5=10-6.16,H+HY,H2Y,Ka4=10-2.67,H+H2Y,H3Y,M-EDTA螯合物的立体构型,EDTA 通常与金属离子形成1:1的螯合物多个五元环,某些金属离子与EDTA的形成常数,1.络合物的稳定常数(K,)M+Y=MY,6.2 络合平衡常数,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,表示络合物与配体之间的关系,2.溶液中各级络合物的分布,ML=1 M L,ML2=2 M L

3、2,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),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,酸可看成质子络合物,Y4-+H+HY3-HY3-+H+H2Y2-H2Y2-+H+H3Y-H3Y-+H+H4YH4Y+H+H5Y+H5Y+H+H6Y2+,K1=1010.26 1=K1=1010.26,1,Ka6,K2=106.16 2=K1K2=1016.4

4、2,1,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,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,6.3 副反应系数和条件稳定常数,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,M+Y=MY 主反应,副反应,OH

5、-,L,H+,N,H+,OH-,MOH,MHY,MOHY,NY,HY,M(OH)n,ML,MLn,H6Y,M,Y,MY,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=MY,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,lg Y(H)pH图,lgY(H),EDTA的酸效应系数曲线,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=aY(N1)+aY(N

6、2)+aY(Nn)-(n-1),Y,Y,Y+N1Y+N2Y+NnY,多种共存离子,Y的总副反应系数 Y,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,多种络合剂共存,M(L)=1+1L+2L2+nLn,M=M(L1)+M(L2)+M(Ln)-(n-1),c.络合物的副反应系数 MY,忽略不计！,例：pH=2.0,浓度为 0.01mol/L 的Mg2+溶液,计算 Y(H),Y(Mg),Y,解：,=1013.51,=1+108.70.01=106.7,=1013.51+106.7-1=1013.51,lg KMY=lgKMY-l

7、gM-lgY+lg MY lgKMY-lgM-lgY,=lgKMY-lg(M(A1)+M(A2)+M(An)-(n-1)-lg(Y(H)+Y(N)-1),2.条件稳定常数,金属离子指示剂,6.4 络合滴定基本原理,络合滴定曲线：溶液pM随滴定分数(a)变化的曲线,M+Y=MY,EDTA加入，金属离子被络合，M or M 不断减小，化学计量点时发生突跃,1.络合滴定曲线,例:用0.0100molL-1 EDTA标准溶液滴定20.00mL 0.0100 molL-1 Ca2+溶液，计算在 pH=12 时化学计量点附近的 pCa 值。,解：pH=12 时:KMY=1010.69，lgaY(H)=0.

8、01,lga Ca(OH)=0 KMY=1010.68,a 滴定前溶液中钙离子浓度：Ca2+=0.01 molL-1 pCa=-lgCa2+=-lg0.01=2.0,b 加入EDTA溶液19.98mL时，,c 化学计量点时，Ca2+与 EDTA 几乎全部络合成 CaY2-络离子：,pH=12时，lgaY(H)=0.010，Y=Y Ca2+=Y 设为 x molL-1，,x=Ca2+=3.210-7 molL-1 pCa=6.49,d 化学计量点后，设加入20.02mL EDTA溶液，此时 EDTA 溶液过量0.02mL,Ca2+=10-7.69molL-1 pCa=7.69,计算所得数据列于下

9、表,可绘制滴定曲线。,pH=12 时 0.0100molL-1 EDTA 滴定 0.0100 molL-1 Ca2+的滴定曲线,浓度:增大，突跃增加 KMY:增大，突跃增加,影响滴定突跃的因素,络合滴定准确滴定条件：lgcMspKMY6.0 对于0.0100molL-1 的M,lgKMY8 才能准确滴定,HIn+M MIn+M MY+HIn 色A 色B,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 MInKMY,2.金属离子指示剂,a.指示剂的作用原理,EDTA,常用金属离子指示剂,b.金属离子指示剂封闭、僵化和变质,指示剂的封闭现象 若KM

10、InKMY,则封闭指示剂 Fe3+、Al3+、Cu2+、Co2+、Ni2+对EBT、XO有封闭作用；若KMIn太小，终点提前,若指示剂与金属离子形成更稳定的络合物而不能被EDTA置换，则虽引入大量EDTA也达不到终点，这种现象称为指示剂的封闭。,指示剂的氧化变质现象,指示剂的僵化现象,指示剂与金属离子形成的络合物应易溶于水。若生成胶体溶液或沉淀，滴定时指示剂与EDTA的置换作用将进行缓慢而使终点拖长，即指示剂的僵化。,3.终点误差,pM=pMep-pMsp,Mep=Msp10-pM Yep=Ysp10-pY,pM=-pY,6.5 络合滴定条件的选择,准确滴定判别式 络合滴定酸度控制 提高络合滴

11、定选择性,1.滴定判别式,若pM=0.2,要求 Et0.1%,根据终点误差公式,可知需lgcMspKMY6.0 若cMsp=0.010molL-1时,则要求 lgK8.0,多种金属离子共存 例：M，N存在时,分步滴定可能性的判断,lgcMspKMY6.0，考虑Y的副反应 Y(H)Y(N)cMKMY cMKMY/Y(N)cMKMY/cNKNYlg cMKMY=lg cK所以：lg cK 6 即可准确滴定M,一般来说，分步滴定中，Et=0.3%lg cK5如cM cN 则以lgK5 为判据,2.络合滴定中的酸度控制,H4Y 中Y4-反应，产生H+M+H2Y=MY+2H+滴定剂的酸效应lgY(H)金

12、属离子与OH-反应生成沉淀指示剂需要一定的pH值,a.用酸碱缓冲溶液控制pH的原因,b.单一金属离子滴定的适宜pH范围 最高酸度,例如:KBiY=27.9 lgY(H)19.9 pH0.7 KZnY=16.5 lgY(H)8.5 pH4.0 KMgY=8.7 lgY(H)0.7 pH9.7,lgKMY=lgKMY-lg Y(H)8,(不考虑 M)有 lgY(H)lgK(MY)-8 对应的pH即为pH低,csp=0.01molL-1，lgKMY8,最低酸度,金属离子的水解酸度避免生成氢氧化物沉淀对 M(OH)n,例:0.02mol/LZn2+Zn(OH)2 Ksp=10-15.3,可求得：pH7

13、.2,?可在pH10的氨性缓冲液中用Zn2+标定EDTA,最佳酸度,金属指示剂也有酸效应，与pH有关 pMeppMsp 时的pH,c.混合离子的分别滴定酸度控制,M+Y=MY,KMYKNY,KMY=KMY/Y Y=Y(H)+Y(N)-1,H+,N,NY,HnY,Y(H),Y(N),Y(H)Y(N)时，Y Y(H)（相当于N不存在）Y(H)Y(N)时，Y Y(N)(不随pH改变)pH低 Y(H)=Y(N)时的pH pH高仍以不生成沉淀为限,M，N共存，且lg c K 5,络合掩蔽法沉淀掩蔽法氧化还原掩蔽法采用其他螯合剂作为滴定剂,3.提高络合滴定选择性,降低N,改变K,lg c K 5,a.络合

14、掩蔽法 加络合掩蔽剂,降低N,Y(N)Y(H)lgKMY=lgKMY-lg Y(N),Y(N)1+KNYN KNY cN/N(L),Y(H)Y(N)lgKMY=lgKMY-lgY(H)N被完全掩蔽,M+Y=MY,H+,N,NY,HnY,L,HnL,NLn,Y(H),Y(N),N(L),L(H),H+,络合掩蔽注意事项：,2.掩蔽剂与干扰离子络合稳定:N(L)=1+L1+L2 2+大、cL大且,1.不干扰待测离子:如pH10测定Ca2+、Mg2+,用F-掩蔽Al3+，则 CaF2、MgF2,CN-掩蔽Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,F-掩蔽Al3+;,3.合适pH F-,pH4;CN-,

15、pH10),b.沉淀掩蔽法,例：Ca2+Mg2+混合溶液中Ca2+的测定 lgKCaY=10.7,lgKMgY=8.7,pKsp:Ca(OH)2=4.9,Mg(OH)2=10.4,加沉淀剂,降低N,Ca2+Mg2+,Ca2+Mg(OH)2,CaY Mg(OH)2,pH12,Y,Ca指示剂,c.氧化还原掩蔽法,FeY,lgKBiY=27.9,lgKFeY-=25.1,lgKFeY2-=14.3,d.其它滴定剂滴定,EGTA:乙二醇二乙醚二胺四乙酸,1.直接滴定法:,6.6 络合滴定方式及应用,例 水硬度的测定:Ca2+、Mg2+lgKCaY=10.7 lgKMgY=8.7在pH=10的氨性缓冲溶

16、液中，EBT为指示剂，测Ca2+、Mg2+总量；pH12，Mg(OH)2,用钙指示剂,测Ca2+量,lgcK6反应速率快有合适指示剂指示终点被测离子不水解,封闭指示剂 被测M与Y络合反应慢 易水解,例 Al3+的测定,2.返滴定法,置换金属离子：被测M与Y的络合物不稳定,例 Ag与EDTA的络合物不稳定 lgKAgY=7.3 lgKNiY=18.6,2Ag+Ni(CN)42-2Ag(CN)2-+Ni2+,3.置换滴定法,置换出EDTA,Al3+Pb2+,AlYPbY+Y(剩),AlYPbYZnY,AlF63-PbY+Y(析出)ZnY,AlF63-PbYZnY,(测Al),(测Al,Pb总量),测非金属离子:PO43-、SO42-待测M与Y的络合物不稳定:K+、Na+,4.间接滴定法,总结：,络合平衡 副反应系数 Y(H)Y(N)M 条件稳定常数 KMYpMsp 和pMep(pMt)及 Et滴定酸度控制共存离子分步滴定滴定方式及应用,