第4章络合滴定.ppt
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1、23.11.3,1,第 4 章络 合 滴 定 法 Complexation titrations,23.11.3,2,4.1 分析化学中常用的络合物4.2 络合物的平衡常数4.3 副反应系数和条件稳定常数4.4 络合滴定法基本原理4.5 准确滴定与分别滴定的判别式4.6 络合滴定中酸度的控制4.7 提高络合滴定选择性的途径4.8 络合滴定方式及其应用,23.11.3,3,4.1 分析化学中的络合物,以络合滴定反应为基础的滴定分析方法。?根据酸碱滴定的处理方式,思考络合滴定应如何研究?,23.11.3,4,简单络合物(无机络合物),无机络合剂:F-,NH3,SCN-,CN-,Cl-,缺点(1)稳
2、定性小(2)逐级络合现象(3)选择性差(结合滴定反应的条件判断能否用于滴定分析),我们知道哪些络合物?,23.11.3,5,乙二胺-Cu2+三乙撑四胺-Cu2+,lgK1=10.6,lgK2=9.0lgK总=19.6,lgK=20.6,螯合物(chelates)(有什么特点?),用于滴定分析有什么优点?,23.11.3,6,23.11.3,7,氨羧络合剂含有的基团,23.11.3,8,乙二胺四乙酸(Ethylene diamine tetraacetic acid),23.11.3,9,EDTA的物理性质,水中溶解度小,难溶于酸和有机溶剂;易溶于NaOH或NH3溶液 Na2H2Y2H2O,ED
3、TA在溶液中的存在形式 在高酸度条件下,EDTA是一个六元弱酸,在溶液中存在有六级离解平衡和七种存在形式:,23.11.3,10,K a1=1.3 101=10-0.9 Ka2=2.5 102=10-1.6 Ka3=1.0 102=10-2.0Ka4=2.14103=10-2.67 Ka5=6.92107=10-6.16Ka6=5.501011=10-10.26,各级离解常数和质子化常数,酸可看成质子络合物K1H=1010.26K2H=106.16K3H=102.67K4H=102.0 K5H=101.6 K6H=100.9,23.11.3,11,EDTA累积质子化常数,23.11.3,12,
4、不同pH值下EDTA的主要存在型体,23.11.3,13,EDTA分布曲线,23.11.3,14,EDTA的螯合物,M+Y MY 碱金属离子:lgKMY3碱土金属离子:lgKMY 811过渡金属离子:lgKMY 1519高价金属离子:lgKMY20,23.11.3,15,Ca-EDTA螯合物的立体构型,23.11.3,16,EDTA螯合物的模型,23.11.3,17,有色EDTA螯合物,23.11.3,18,1 广泛配位性五元环螯合物稳定、完全、迅速2 具6个配位原子,与金属离子多形成1:1配合物3 与无色金属离子形成的配合物无色,利于指示终点;与有色金属离子形成的配合物颜色更深,EDTA螯合
5、物特点:,23.11.3,19,4.2 络合物的平衡常数,4.2.1 络合物的稳定常数,讨论:KMY大,配合物稳定性高,配合反应完全,M+Y MY,23.11.3,20,M+L MLML+L ML2 MLn-1+L MLn,MLn型配合物的累积稳定常数,23.11.3,21,4.2.2 溶液中各级络合物的分布,分布分数定义,据物料平衡:,23.11.3,22,由累积稳定常数 求各形体的平衡浓度,ML=1 M L,ML2=2 M L2,MLn=n M Ln,23.11.3,23,铜氨络合物各种型体的分布,分布分数,23.11.3,24,铜氨络合物生成函数图,pNH3,分布分数,23.11.3,2
6、5,4.3 副反应系数和条件稳定常数,23.11.3,26,4.3.1 副反应系数,一、络合剂Y的副反应及副反应系数(1)酸效应:由于H+存在使配位体参加主反应能力降低的现象。酸效应系数(L(H):H+引起副反应时的副反应系数。对于EDTA,用Y(H),未与M络合的总浓度,Y的平衡浓度,23.11.3,酸效应系数,23.11.3,28,EDTA的有关常数,23.11.3,29,例1 计算 pH5.00时EDTA的Y(H),解:,23.11.3,30,不同pH值时的lgY(H),23.11.3,31,酸效应曲线(Ringbom曲线),pH,23.11.3,32,酸效应曲线的应用,确定金属离子单独
7、进行滴定时,所允许的最低pHmin值(最高酸度)。从曲线上可以看出,在一定的pH范围内,什么离子可被滴定,什么离子有干扰;利用控制溶液酸度的方法,在同一溶液中进行选择滴定或连续滴定。,23.11.3,(2)共存离子效应:共存离子引起的副反应(使Y有效浓度降低)。,共存离子效应系数:,课后习题,23.11.3,34,(3)Y的总副反应系数(酸度和共存离子对Y的共同影响),酸度和共存离子对Y的共同影响,23.11.3,35,23.11.3,36,4.3.2 金属离子M的副反应及副反应系数,(1)络合效应:除Y以外,其它络合剂与M形成络合物而使主反应受到影响的现象。(2)络合效应系数:络合剂引起副反
8、应时的副反应系数。,举例,23.11.3,37,lgM(NH3)lgNH3曲线,lgM(NH3),23.11.3,38,(3)金属离子的总副反应系数,假若溶液中有两种络合剂L和A共存,23.11.3,金属离子的总副反应系数,假若溶液中有两种络合剂L1、L2、Ln共存,习题 2,23.11.3,40,lg M(OH)pH,lg M(OH),23.11.3,41,例 2 用EDTA滴定Zn2+至化学计量点附近,pH=11.00,NH3=0.10molL-1,计算 lg Zn,Zn(NH3)=1+NH31+NH32 2+NH33 3+NH34 4=1+10-1.00+2.27+10-2.00+4.6
9、1+10-3.00+7.01+10-4.00+9.06=1+101.27+102.61+104.01+105.06=105.10,查附表12,pH=11.00时,lg Zn(OH)=5.4,lg Zn=lg(Zn(NH3)+Zn(OH)-1)=lg(105.1+105.4-1)=5.6,23.11.3,42,例3 用EDTA滴定Zn2+至化学计量点附近,pH=9.00,cNH3=0.10molL-1,计算lg Zn(NH3),cNH3=NH3+NH4+,23.11.3,43,Zn(NH3)=1+1NH3+2NH32+3NH33+4NH34=1+10-1.4+2.27+10-2.8+4.61+1
10、0-4.2+7.01+10-5.6+9.06=1+100.87+101.71+102.81+103.46=103.6,23.11.3,44,4.3.4 络合物的条件稳定常数(Conditional equilibrium constant),M+Y=MY,23.11.3,45,条件稳定常数,在许多情况下,MY的副反应可以忽略,23.11.3,46,例4,计算pH=5.00时,0.10mol/LAlY溶液中,游离F-的浓度为0.010mol/L时AlY的条件稳定常数。解:查表:KAlY=16.3,当pH=5.00时,又当F-=0.010mol/L时,配位效应系数,23.11.3,47,条件稳定常
11、数说明AlY已被破坏。,23.11.3,48,例5 计算pH2.00和5.00时的lgK ZnY,Zn+Y ZnY Zn(OH)Y(H)ZnY(H),23.11.3,49,pH=2.00,ZnY(H)=1+H+KHZnHY=1+10-2.0+3.0=101.0,lg ZnY(H)=1.0,pH=5.00lg ZnY(H)=0,lgY(H)=6.6,lg Zn(OH)=0,lgY(H)=13.8,lg Zn(OH)=0,23.11.3,50,6.4 络合滴定法基本原理,络合滴定与酸碱滴定相似,大多数金属离子M与Y形成1:1型络合物,根据软硬酸碱理论,M为酸,Y为碱,与一元酸碱滴定类似。,与酸碱滴
12、定的区别:,(1)M有络合效应和水解效应(2)Y有酸效应和共存离子效应 KMY会发生变化,而Ka不变。欲使滴定过程中KMY基本不变,常用酸碱缓冲溶液控制酸度。,23.11.3,51,4.4.1 络合滴定曲线(Titration curves of complexation),设金属离子浓度为CM,体积为VM(ml),用等浓度的滴定剂Y滴定,滴入体积为VY(ml),则滴定分数为,23.11.3,52,络合滴定曲线,设滴定过程中金属离子和Y的总浓度分别为cM和cY。M+Y=MYMBE:M+MY=CM(1)Y+MY=CY=a CM(2)(3),23.11.3,53,推导得滴定方程,KtM2+KtCM
13、(-1)+1M-CM=0,计量点时:,23.11.3,54,例6 用0.02000mol/L EDTA标准溶液滴定20.00ml 0.02000mol/L Ca2+溶液,计算在 pH=10.00时化学计量点的pCa值。解:pH值等于10.00时滴定曲线的计算:CaY2-配合物的KMY=1010.69从表查得pH=10.00时,lgY(H)=0.45,所以,lgKMY=lgKMY-lgY(H)=10.69-0.45=10.24,23.11.3,55,可用滴定的四个过程来计算pM用0.02000mol/L EDTA标准溶液滴定20.00ml 0.02000mol/L Ca2+溶液,1.滴定前 体系
14、中Ca2+过量:Ca2+0.02molL-1 pCa-lgCa2+-lg0.021.70(起点)2.化学计量点前设已加入EDTA溶液19.98 ml(-0.1%),此时还剩余Ca2+溶液0.02ml,所以Ca2+1.010-5molL-1 pCa5.00,23.11.3,56,3.化学计量点时表查 KMY=1010.69 pH=10.00时,lgY(H)=0.45,所以,lgKMY=lgKMY-lgY(H)=10.69-0.45=10.24,23.11.3,57,4.化学计量点后:滴定剂Y过量,设加入20.02ml EDTA溶液,此时EDTA溶液过量0.02 ml,所以Y 1.010-5mol
15、L-1=1010.24Ca2+10-7.24 pCa7.24,23.11.3,58,pH=10.00时,用0.02000molL-1EDTA滴定20.00mL0.02000molL-1Ca2+的pCa值,滴入EDTA溶液的体积/mL,23.11.3,59,滴定突跃,23.11.3,60,EDTA滴定不同浓度的金属离子,KMY一定,cM增大10倍,突跃范围增大一个单位。,23.11.3,61,不同稳定性的络合体系的滴定,浓度一定时,KMY增大10倍,突跃范围增大一个单位。,cM=10-2mol L-1,23.11.3,62,影响络合滴定中pM突跃大小的主要因素,(1)CM,由M的副反应决定突跃的
16、前半部分 浓度改变仅影响配位滴定曲线的前侧,与酸碱滴定中一元弱酸碱滴定情况相似(2)KMY,由Y的副反应决定突跃的后半部分 条件稳定常数改变仅影响滴定曲线后侧,化学计量点前按反应剩余的M计算pM,与KMY无关,若pM=0.2,要求 Et0.1%,lgc.spKMY6,23.11.3,63,EDTA In+M MIn MY+In A色 B色,4.4.2 金属离子指示剂 1.金属指示剂的作用原理,23.11.3,64,2.金属离子指示剂的应具备的条件(1)显色络合物(MIn)与指示剂(In)的颜色应显著不同。(2)显色络合物的稳定性要适当。(3)显色反应灵敏、快速,有良好的变色可逆性。(4)金属离
17、子指示剂应比较稳定,便于贮存和使用。,23.11.3,65,例 指示剂铬黑T(eriochromeblack T-EBT)EBT本身是酸碱物质,H3In pKa1 H2In-pKa2 HIn2-pKa3 In3-,紫红 3.9 紫 红 6.3 蓝 11.6 橙 pH,HIn2-蓝色-MIn-红色,23.11.3,66,3.金属离子指示剂的选择,在化学计量点附近,被滴定金属离子的pM产生突跃,要求指示剂能在此突跃范围内发生颜色变化。M+In MIn,23.11.3,67,金属离子指示剂的选择,考虑In的酸效应,,23.11.3,68,金属离子指示剂的选择,金属离子络合的指示剂一般为有机弱酸,存在
18、着酸效应。所以KMIn 与pH有关,因此pM也与pH有关。所以,在络合滴定中,pMep与pMsp应尽量接近。,23.11.3,69,常用金属指示剂,23.11.3,70,4.金属指示剂的封闭,僵化与变质,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KMIn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 PAN溶解度小,需加乙醇或加热,23.11.3,71,4.4.3 终点误差(End point error),由络合滴定计量点与滴定终点不一致产生 1.
19、终点误差公式,23.11.3,72,23.11.3,73,23.11.3,74,讨论:,Ringbom公式,23.11.3,75,在pH=10.00的氨性缓冲溶液中,以EBT为指示剂,用0.020mol/L的EDTA滴定0.020mol/L的Zn2+,终点时游离氨的浓度为0.20mol/L,计算终点误差。,解:,例7,23.11.3,76,23.11.3,77,在pH=10.00的氨性缓冲溶液中,以EBT为指示剂,用0.020mol/L的EDTA滴定0.020mol/L的Ca2+溶液,计算终点误差。如果滴定的是Mg2+溶液,终点误差是多少?,解:,例8,23.11.3,78,23.11.3,7
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