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三、 配位滴定 (一) 概 述 配位滴定是以配位反应为基础 的滴定分析方法。通过配位反应形 成的配合物按照配体的类型不同可 PowerPoint Presentation
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三、 配位滴定 (一) 概 述 配位滴定是以配位反应为基础 的滴定分析方法。通过配位反应形 成的配合物按照配体的类型不同可

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三、 配位滴定 (一) 概 述 配位滴定是以配位反应为基础 的滴定分析方法。通过配位反应形 成的配合物按照配体的类型不同可

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  1. 三、 配位滴定 (一) 概 述 配位滴定是以配位反应为基础 的滴定分析方法。通过配位反应形 成的配合物按照配体的类型不同可 分为简单配合物和螯合物。

  2. 单齿配体:只有一个原子提供孤对电 子与中心原子键合, 即只含一个配位 原子的配体。如F-, CN-, Cl-, NH3, I-, SCN-等, 它们多属无机配位剂。 简单配合物:单齿配体与中心原子配 位形成的配合物(或配离子) 。 如 Cu2+与NH3及Ag+与CN-配位形成的 配离子都是简单配合物。

  3. 多齿配体: 有两个或两个以上的原子 提供孤对电子与中心原子键合, 即含 有两个或两个以上配位原子的配体。 如乙二胺、酒石酸、邻二氮菲及各 种氨羧配位剂等, 它们多属有机配位 剂, 又称螯合剂。

  4. 螯合物: 就是多齿配体与中心原 子配位形成的具有环状结构的配合 物。Cu2+与乙二胺配位形成的配离 子即属螯合物。

  5. 以Cu2+与NH3的配位反应为例讨论 1:n型简单配合物 Cu2++NH3 Cu(NH3 )2+ K1=10 4.31 Cu(NH3)2++NH3 Cu(NH3)22+ K2=10 3.67 Cu(NH3)22++NH3 Cu(NH3)32+K3=10 3.04 Cu(NH3)32++NH3 Cu(NH3)42+ K4=10 2.30

  6. K1, K2, K3, K4称为铜氨配离子的逐 级形成常数, 或称逐级稳定常数。 逐级稳定常数依次相乘, 称各级累 积稳定常数, 用符号β表示: β1=K1=104.31 β2=K1 . K2=107.98 β3=K1 .K2 .K3=1011.02 β4=K1 .K2 .K3 .K4=1013.82

  7. 最后一级累积稳定常数即为总稳 定常数: K总=β4=K1 .K2 .K3 .K4=1013.82

  8. 由于形成简单配合物的配位反应是 分级配位, 所形成配合物的稳定常数 数值较小, 大都不够稳定, 不能满足 滴定分析对反应的要求。因此, 目前 除氰量法测Ag+, Co2+ , Ni2+和汞量法 测卤离子外, 一般已不再用于配位滴 定, 而是作为掩蔽剂, 显色剂及指示 剂用。

  9. 形成螯合物的配位反应很少有分 级配位现象, 螯合物的稳定常数数 值大, 稳定性高, 通常符合滴定分析 对反应的要求, 所以在配位滴定中 得到较多应用。其中以氨基二乙酸 为基体的氨羧配位剂应用最为广泛。

  10. (二) EDTA及其配位特性 1. EDTA结构与性质 乙二胺四乙酸是一种白色粉末状 结晶, 微溶于水(22℃时0.02g/100mL), 难溶于酸和有机溶剂,易溶于碱及氨 水中。从结构上看它是四元酸, 常用 H4Y式表示。在水溶液中两个羧基上 的氢结合到氮原子上, 形成了双偶极 离子。

  11. 乙二胺四乙酸二钠盐(也缩写为 EDTA)是白色结晶, 含两分子结晶水, 用Na2H2Y . 2H2O式表示。这种盐较 易溶于水(22℃时11.1g/100mL),饱和 溶液约为0.3mol/L, 其pH值为4.4。 在配位滴定中, 由于溶解度的原因, 一 般用Na2H2Y . 2H2O配制EDTA标准溶 液。

  12. 2. EDTA在溶液中的离解平衡 在酸度较高的溶液中, EDTA 两个羧酸根可以再接受两个H+, 形成H6Y2+离子, 因此EDTA就相 当于六元酸, 在溶液中有六级离 解平衡。

  13. H6Y2+ H+ + H5Y+ Ka1=10-0.9 H5Y+ H++H4Y Ka2=10-1.6 H4Y H++ H3Y- Ka3=10-2.0 H3Y- H++ H2Y2- Ka4=10-2.67 H2Y- H++HY3- Ka5=10-6.16 HY3- H++Y4- Ka6=10-10.26

  14. 由以上可知EDTA在溶液中有 H6Y, H5Y, H4Y, H3Y, H2Y, HY和 Y七种型体存在。除Y以外的各型 体可以看成是配位体Y与质子形成 的各级配合物,各级的形成反应、 稳定常数K和累积稳定常数β表示 如下:

  15. (三) EDTA与金属离子的配位特性 (1) 配位反应的广泛性 EDTA能与大多数金属离子 配位形成稳定的配合物。 (2) 1:1配位 EDTA的Y型体与金属离子 配位一般都形成1:1的配合物, 只有少数几种高价金属离子例 外。

  16. (3)配合物的稳定性 金属离子与EDTA形成的络 合物的稳定性, 随金属离子的不 同, 差别较大。 EDTA与部分金 属离子螯合物的稳定常数的对 数值列于下表中。

  17. (4) 配合物的颜色 EDTA与无色金属离子配位, 形成的配合物也无色; 与有色金 属离子配位, 形成颜色更深的配 合物。几种有色EDTA配合物列 于下表中。

  18. (三) 配位反应的副反应和条件稳 定常数 在一定的条件下, 用副反应系数α来 描述各种副反应对主反应的影响。

  19. 1. 配位剂的副反应和副反应系数 (1) 酸效应与酸效应系数 酸效应: 就是由于H+引起的配 位剂Y的副反应。 酸效应系数: 就是用来衡量酸 效应影响程度的大小。用符 号αY(H)。

  20. (式2-24) 式中: [Y]—溶液中EDTA的Y型体 的平衡浓度 [Y´]—未与M配位的EDTA各种型 体的总浓度 [Y´]=[Y]+[HY]+[H2Y]+ [H3Y]+ [H4Y]+ [H5Y]+ [H6Y] 说明:①若αY(H)>1,即[Y´]>[Y] 说明有酸效应。 ②若αY(H)=1, 即[Y´]=[Y], 没有酸效应。

  21. (式2-25) (式2-26) (式2-27)

  22. 例1 计算在pH=5.0时EDTA的酸 效应系数及其对数值。

  23. (2) 共存离子效应与共存离子效应系数 共存离子效应: 用EDTA滴定金属 离子M时,若M与N共存, 且N也能与 Y进行配位反应,影响主反应的正 向进行的现象。其影响程度大小用共存离子效应系数αY(N)衡量。 N+Y  NY 

  24. (式2-28)

  25. (3) 配位剂的总副反应系数αY

  26. 例2 在0.10mol/L HNO3溶液中, 用 EDTA滴定Bi3+, 若溶液中同时含有 0.010mol/L的Pb2+, 求EDTA的总副 反应系数αY。

  27. 2. 金属离子的副反应和副反应系数 (1) 配位效应与配位效应系数 配位效应:由于其他配位剂引 起的金属离子的副反应, 影响主 反应进行程度的现象, 称为金属 离子的配位效应。配位效应对 主反应影响程度的大小用配位 效应系数αM(L)衡量。

  28. (式2-29) 式中: [M] —金属离子平衡浓度 [M´]—没与Y配位的金属离子总浓度。 [M´]=[M]+[ML1]+ [ML2]+……+ [MLn] αM(L)值越大, 表明其他配位剂L对主 反应进行的影响程度也越大。αM(L) =1,[M´]=[M],即不存在配位效应。

  29. αM(L)计算公式推导: (式2-30)

  30. 由上可见,αM(L)是溶液中L浓度 的函数, 当L的平衡浓度[L]一定时, 配位效应系数αM(L)就是一个定值。 若已知αM(L)和[M´],根据式2-29可 以求得金属离子的平衡浓度[M]。

  31. 例3 在0.010mol/LZn2+溶液中, 加入 NH3-NH4Cl缓冲溶液,如果平衡时NH3 的浓度为0.010mol/L, 试求αZn(NH3)值 和溶液中Zn2+的平衡浓度。 解: Zn2+和NH3的四级配位反应的各 级配合物的累积稳定常数分别为 102.37,104.81,107.31,109.46。

  32. (2) 水解效应及水解效应系数 水解效应: 在酸度较低的溶液中,金 属离子常与OH-形成各种羟基配合 物从而对主反应产生影响的现象。 影响程度的大小用水解效应系数 αM(OH)衡量。 在溶液pH值不高时,αM(OH)值一般 接近于1,此时水解效应常可不予考 虑。

  33. (3) 金属离子的总副反应系数αM (式2-31)

  34. 3. 配合物的副反应和副反应系数 配合物MY在酸度较高溶液中可 与H+生成酸式配合物MHY, 在碱度 较高溶液中可与OH-生成碱式配合 物M(OH)Y。但MY的酸式或碱式配 合物多数不够稳定, 这种副反应对配 位滴定平衡计算的影响很小, 一般都 忽略不计。

  35. 4. 条件稳定常数 M与Y的配位反应达到平衡时 的平衡关系: 如果M、Y有副反应时的平衡 关系为: (式2-32)

  36. KMY是常数,在一定条件下αM, αY为定值因此当条件一定时, K´MY 为一常数, 称为配位反应的条件稳定 常数, 或称表观稳定常数。条件改变 时, αM, αY值改变, K´MY值也变, 所 以条件稳定常数K´MY是在一定条件 下、有副反应存在时的主反应进行 程度的标志, 是对稳定常数KMY的一 种校正。

  37. 对式2-32两边取对数 若副反应只有酸效应和配位效应: 副反应只有酸效应: 利用以上三式可以计算在某一定条件下的条件稳定常数。

  38. 例4 计算pH=5.0时和pH=10.0, [NH3]=0.10 mol/L时Zn2+和EDTA 配位反应的条件稳定常数。 解:

  39. (四) 配位滴定基本原理 1. 配位滴定曲线 用EDTA标准溶液滴定金属离子M,随着标准溶液的加入,溶液中M浓度不断减小,金属离子浓度的副对数值pM逐渐增大。当滴定到达计量点附近时,溶液pM值产生突跃(金属离子有副反应时,pM´产生突跃)通过计算滴定过程中各点的pM值,可以绘出一条滴定曲线。

  40. 现以0.01000mol/L EDTA标准 溶液滴定20.00mL0.01000mol/L Ca2+溶液为例, 讨论滴定过程中 pCa值的变化和滴定曲线的绘制。 假定用缓冲溶液调节pH值为10.0, 缓冲剂不与Ca2+发生配位反应。

  41. (1) 滴定前 [Ca2+]=0.01000mol/L pCa=2.00 (2) 滴定开始到计量点前 pCa值决定于剩余Ca2+浓度 设加入EDTA标准溶液18.00mL(滴 定百分率为90%)

  42. 加入EDTA标准溶液19.98mL (滴定百分率为99%) (3) 计量点时 加入EDTA溶液20.00mL(滴定百 分率为100%), [Ca2+]=[Y´], 代入平衡关系式可 以求得pCa。

  43. 在配位滴定中,计算计量点时 pM值(以pMsp)的一般公式为 若M有副反应 (式2-33a) (式2-33b)