络合滴定.ppt
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1、 第第 3 3章章 络络 合合 滴滴 定定 法法complexometric titration3.1 概述概述3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数3.4 金属离子指示剂金属离子指示剂3.5 络合滴定法的基本原理络合滴定法的基本原理3.6 络合滴定中酸度的控制络合滴定中酸度的控制3.7 提高络合滴定选择的途径提高络合滴定选择的途径3.8 络合滴定方式及其应用络合滴定方式及其应用3.1 3.1 概述概述1 用于络合滴定的络合反应具备条件用于络合滴定的络合反应具备条件(1)络合物()络合物(complex)的稳定常数足够大;的稳定常数足够
2、大;(2)络合比()络合比(coordination)固定;固定;(3)反应速度快;)反应速度快;(4)有适当的方法指示终点。)有适当的方法指示终点。3.1 3.1 概述概述2 分析化学中常用的络合物分析化学中常用的络合物 简简 单单 络络 合合 物物:由由 中中 心心 离离 子子 和和 配配 位位 体体(ligand)形形成成,分分级级络络合合。逐逐级级稳稳定定常常数数接接近近,溶溶液液中中有有多多种种络络合合形形式式同同时时存存在在,作作掩掩蔽蔽剂剂、显显色色剂剂和指示剂。和指示剂。例如:例如:Cu2+与与NH3的络合。的络合。Cu2+NH3=Cu(NH3)2+k1=2.0104 Cu(N
3、H3)2+NH3=Cu(NH3)22+k2=4.7103 Cu(NH3)22+NH3=Cu(NH3)32+k3=1.1103 Cu(NH3)32+NH3=Cu(NH3)42+k4=2.01023.1 3.1 概述概述螯合物螯合物(chelate):):应用最广,稳定性应用最广,稳定性高,有一定的选择性。控制反应条件,高,有一定的选择性。控制反应条件,能得到所需要的络合物。作滴定剂和掩能得到所需要的络合物。作滴定剂和掩蔽剂等。络合滴定通常指以蔽剂等。络合滴定通常指以EDTA络合剂络合剂的滴定分析。的滴定分析。乙二胺四乙酸乙二胺四乙酸-EDTA(ethylenediamine tetraaceti
4、c acid)3.1 3.1 概述概述EDTA及其络合物性质及其络合物性质(1)EDTA存在形式存在形式 乙二胺四乙酸乙二胺四乙酸-EDTA-H4Y:在水中在水中溶解度小,溶解度小,0.02g/100mL。EDTA二钠盐二钠盐-EDTA-Na2H2Y22H2O:在水中溶解度大,在水中溶解度大,11.1g/100mL,相相当于当于0.3mol/L,pH约为约为4.4。分析中一。分析中一般配成般配成0.010.02mol/L的溶液。的溶液。3.1 3.1 概述概述(2)EDTA是一个六元酸,在水溶液中有是一个六元酸,在水溶液中有7种存在形式。最高配位数为种存在形式。最高配位数为6。3.1 3.1
5、概述概述*pH小于小于 1,H6Y*pH 2.676.16H2Y*pH 10.26Y3.1 3.1 概述概述(3)形成络合比为)形成络合比为1:1的螯合物。反应中的螯合物。反应中有有H+释放出来。释放出来。M+H2Y2-=MY3-+2H+M2+H2Y2-=MY2-+2H+M3+H2Y2-=MY-+2H+M4+H2Y2-=MY+2H+3.1 3.1 概述概述(4)EDTA与无色的金属离子生成无色的与无色的金属离子生成无色的螯合物,与有色金属离子一般生成颜色螯合物,与有色金属离子一般生成颜色更深的螯合物更深的螯合物。3.2 3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数1 络合物的稳定常数络合物的稳定常
6、数2 溶液中各级络合物的分布溶液中各级络合物的分布3 平均配位数平均配位数3.2 3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数1 络合物的稳定常数络合物的稳定常数(stability constant)-形成常数(形成常数(formation constant)稳定常数稳定常数 n=1:1 M+Y =MY 不稳定常数不稳定常数(instability constant)K不稳不稳=1/K稳稳3.2 3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数逐级稳定常数逐级稳定常数:stepwise stability constant MLn,1:n3.2 3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数累计稳定常数累计稳
7、定常数:cumulative stability constant 最后一级累积稳定常数又称为总稳定常数最后一级累积稳定常数又称为总稳定常数。3.2 3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数2 溶液中各级络合物的分布(溶液中各级络合物的分布(例例1)设设溶溶液液中中M离离子子的的总总浓浓度度为为cM,配配位位体体L的的总总浓浓度度为为Cl,仅仅是仅仅是 LL的函数,与的函数,与cM无关。无关。3.2 3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数3.2 3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数当当lgCl-约为约为-5-3时,可用时,可用Hg2+来确定来确定Cl-,计量点时生成计量点时生成HgCl2
8、。3.2 3.2 络合物的平衡常数络合物的平衡常数3 平均配位数平均配位数(例例2)金属离子配位体的平均数。设金属离子的金属离子配位体的平均数。设金属离子的总浓度为总浓度为CM,配位体的总浓度为配位体的总浓度为CL,配位配位体的平衡浓度为体的平衡浓度为L,则则当当Cl-=10-3.20mol/L时,当时,当Cl-=10-4.20mol/L时时。n=2n=2。3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数1 副反应副反应2 副反应系数副反应系数 络合剂络合剂Y的副反应及副反应系数的副反应及副反应系数 金属离子金属离子M的副反应及副反应系数的副反应及副反应系数 络合物络合物MY的
9、副反应及副反应系数的副反应及副反应系数3 条件稳定常数条件稳定常数4 金属离子缓冲溶液金属离子缓冲溶液3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数 1 副反应(副反应(side reaction)把把主主要要考考察察的的一一种种反反应应看看作作主主反反应应,其其它它与与之之有有关关的的反反应应看看作作副副反反应应。副副反反应应影影响响主主反反应应中中的的反反应应物物或或生生成成物物的的平平衡衡浓度。浓度。反反应应物物M及及Y的的各各种种副副反反应应不不利利于于主主反反应应的的进进行行,生生成成物物MY的的各各种种副副反反应应有有利利于于主主反反应应的的进进行行。M,Y及及M
10、Y的的各各种种副副反反应应进行的程度,由副反应系数显示出来进行的程度,由副反应系数显示出来。3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数水解水解 络合络合 酸效应酸效应 共存离子共存离子 混合络合混合络合3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数2 副反应系数(副反应系数(side reaction coefficient)(1)Y的副反应及副反应系数的副反应及副反应系数EDTA的酸效应与酸效应系数的酸效应与酸效应系数Y Y(H H)(例例3 3、例、例4 4)(acidic effect,acidic effective coefficient)未与
11、未与M络合的络合的EDTA的总浓度的总浓度Y是是Y的平衡浓的平衡浓度度Y的多少倍:的多少倍:越大,副反应越严重。如果越大,副反应越严重。如果Y Y无副反应,即未络合无副反应,即未络合的的EDTAEDTA全部以全部以Y Y形式存在,则形式存在,则=1=13.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数酸效应曲线(酸效应曲线(acidic effective curve)3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数共存离子效应共存离子效应 共存离子共存离子N与与Y反应,共存离子引起的副反应反应,共存离子引起的副反应称为共存离子效应。副反应系数用表示称为共存离子效
12、应。副反应系数用表示Y Y(N N)Y是是NY的平衡浓度与游离的平衡浓度与游离Y的平衡浓度之的平衡浓度之和;和;KNY为为NY的稳定常数,的稳定常数,N游离游离N的平衡的平衡浓度。浓度。当当有有多多种种共共存存离离子子存存在在时时,往往往往只只取取其其中中一一种种或或少少数数几几种种影影响响较较大大的的共共存存离离子子副副反反应应系系数数之和,而其它次要项可忽略不计。之和,而其它次要项可忽略不计。3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数Y的总副反应系数的总副反应系数Y Y 当体系中既有共存离子当体系中既有共存离子N,又有酸效应又有酸效应时,时,Y的总副反应系数为:的总副
13、反应系数为:例例5 5 共存离子(共存离子(Ca2+)为主。为主。例例6 6 Y Y的酸效应为主。的酸效应为主。3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数(2)M副反应及副反应系数副反应及副反应系数 络络合合剂剂L引引起起副副反反应应时时的的副副反反应应系系数数为为络络合合效效应应系系数数M M(L L)。表表示示没没有有参参加加主主反反应应的的金金属属离离子总浓度是游离金属离子浓度子总浓度是游离金属离子浓度M的多少倍:的多少倍:M M(L L)大大,表表示示副副反反应应越越严严重重。如如果果M没没有有副反应,则副反应,则M M(L L)=1。例例7 表明表明F-完全与完
14、全与Al3+络合,可以作为掩蔽剂。络合,可以作为掩蔽剂。3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数 M的总副反应系数的总副反应系数M M 有多种络合剂共存的情况下,只有一种有多种络合剂共存的情况下,只有一种或少数几种络合剂的副反应是主要的,由或少数几种络合剂的副反应是主要的,由此来决定副反应系数。此来决定副反应系数。例例8 pH=10.0,忽略忽略OH-影响影响例例9 pH=12.0,忽略忽略NH3影响影响3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数(3)MY的副反应及副反应系数的副反应及副反应系数在较高的酸度下,生成酸式络合物在较高的酸度下,生成酸式
15、络合物MHY。在较低酸度下,生成碱式络合物在较低酸度下,生成碱式络合物M(OH)Y。由由于于酸酸式式、碱碱式式络络合合物物一一般般不不太太稳稳定定,故故在多数计算中忽略不计算在多数计算中忽略不计算3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数2 条件稳定常数条件稳定常数 conditional stability constant(表观稳定常数表观稳定常数 apparent stability constant)有副反应发生时的稳定常数。有副反应发生时的稳定常数。例例10 说明说明AlY络合物已被氟化物破坏。络合物已被氟化物破坏。3.3 3.3 副反应系数和条件稳定常数副反应
16、系数和条件稳定常数4 金属离子缓冲溶液金属离子缓冲溶液对酸碱滴定对酸碱滴定 对络合滴定对络合滴定 抵抗少量外加抵抗少量外加M或或L的影响,稳定的影响,稳定pM。对对MLn与与L组成的金属离子缓冲体系组成的金属离子缓冲体系本本 章章 作作 业业 p132 2,3,5,6,7 p133 9,10 p134 17 p135 19 第第 3 3章章 络络 合合 滴滴 定定 法法complexometric titration3.4 金属离子指示剂金属离子指示剂3.5 络合滴定法的基本原理络合滴定法的基本原理3.6 络合滴定中酸度的控制络合滴定中酸度的控制 3.4 3.4 金金 属属 离离 子子 指指
17、示示 剂剂(matallochromic indicator)1 金属离子指示剂的作用原理金属离子指示剂的作用原理2 金属离子指示剂的选择金属离子指示剂的选择3 指示剂的封闭与僵化指示剂的封闭与僵化4 常用的指示剂常用的指示剂3.4 3.4 金属离子指示剂金属离子指示剂1 指示剂的作用原理指示剂的作用原理 M +In =MIn MIn+Y=MY+In 颜色甲颜色甲 颜色乙颜色乙 颜色乙颜色乙 颜色甲颜色甲 金属离子指示剂具备的条件:金属离子指示剂具备的条件:(1)MIn与与In的颜色显著不同。的颜色显著不同。(2)反应灵敏、迅速,有良好的变色可逆行。反应灵敏、迅速,有良好的变色可逆行。(3)M
18、In的稳定性适当。的稳定性适当。(4)稳定,便于储存和使用稳定,便于储存和使用。3.4 3.4 金属离子指示剂金属离子指示剂2 金属离子指示剂的选择金属离子指示剂的选择 要求指示剂在要求指示剂在pM突跃区间内发生颜色变化,且突跃区间内发生颜色变化,且指示剂变色的指示剂变色的pMep应尽量与化学计量点应尽量与化学计量点pMsp一致,一致,以减小终点误差。以减小终点误差。当当MIn=In时,时,3.4 3.4 金属离子指示剂金属离子指示剂3 指示剂的封闭与僵化指示剂的封闭与僵化 指示剂的封闭现象指示剂的封闭现象 blocking of indicator MIn不变色。因溶液中含有某些离子不变色。
19、因溶液中含有某些离子 与与In形成十分稳定的络合物,造成颜色形成十分稳定的络合物,造成颜色 不变现象。采用掩蔽剂消除。不变现象。采用掩蔽剂消除。例如,以例如,以EBT作指示剂,作指示剂,EDTA滴定滴定Ca2+和和Mg2+时,时,Al3+和和Fe3+存在会发生指示存在会发生指示剂封闭现象,用三乙醇胺掩蔽干扰离子。剂封闭现象,用三乙醇胺掩蔽干扰离子。3.4 3.4 金属离子指示剂金属离子指示剂 指示剂的僵化现象指示剂的僵化现象 (ossification of indicator)MIn变色缓慢。变色缓慢。MIn难溶于水,置难溶于水,置 换反应速度缓慢,终点拖长。采用加有换反应速度缓慢,终点拖长
20、。采用加有机溶剂或加热来消除。机溶剂或加热来消除。例例PAN作作指指示示剂剂时时,加加入入乙乙醇醇或或丙丙酮酮或加热,可使指示剂颜色变化明显。或加热,可使指示剂颜色变化明显。3.4 3.4 金属离子指示剂金属离子指示剂4 4 常用的指示剂常用的指示剂 名名 称称 In MIn 使用使用pH 铬黑铬黑T(EBT)蓝色蓝色 红色红色 711 二甲酚橙(二甲酚橙(XO)黄色黄色 紫红紫红 56 1-(2-吡啶偶氮)吡啶偶氮)黄色黄色 红色红色 212-2-萘酚(萘酚(PAN)钙指示剂钙指示剂 蓝色蓝色 红色红色 1013EBT-eriochrome black TXO -xylenol organg
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