第五章配位滴定法
配位滴定法

=αY(H)+αY(N)-1
当αY(H)或αY(N)>>1,αY≈αY(H)+αY(N) 或αY(H)>>αY(N) ,αY≈αY(H): αY(N)>>αY(H),αY≈αY(N) 例 某溶液中含有EDTA、Pb2+和(1)Ca2+,(2)Mg2+, 浓度均为0.010mol/L。在pH=5.0时,对于EDTA与Pb2+ 的反应,计算两种情况下的 αY 和lgαY值。
M+Y MY
稳定常数 K MY
MY M Y
讨论: KMY↑大,配合物稳定性↑高,配合 反应完全
某些金属离子与EDTA的形成常数
lgK
Na+ 1.7
lgK
lgK
14.3 15.4 16.1 16.5 16.5 18.0 18.8
lgK
Hg2+ Th4+ Fe3+ Bi3+ ZrO2+ 21.8 23.2 25.1 27.9 29.9
HOOCH 2CH2C N HOOCH 2CH2C CH2CH2COOH H2 C H2 C N CH2CH2COOH
3.乙二胺二乙醚四乙酸(EGTA)
Ethylene glyceroldiamine tetraacetic acid 对Ca2+的选择性强
HOOCH 2C N HOOCH 2C H2 C H2 C O H2 C H2 C O H2 C H2 C N CH 2COOH CH 2COOH
O C
O CH2 CH2 Ca CH2 O C O O C CH2 O N
O
二、金属离子-EDTA配位化合物的特点 1.配合物结构为五元环螯合物。 2.配位比较简单,多为1:1
分析化学 第五章 配位滴定法

11010.7 0.01 108.7
Y Y (Ca) Y (H ) 1 108.7 106.45 1 108.7
lgY 8.7
2019/11/30
二、金属离子的副反应系数:用M 表示
M+L=ML
ML+L=ML2 MLn-1+L=MLn
M
(
L
=[M ) [M
'] ]
[M ](1
i[L]i )
[M ]
1
i[L]i
1
M
金属离子的羟基络合物
M
(OH
=[M ) [M
'] ]
[M ] [M (OH )] [M (OH )2 ] [M (OH )n ] [M ]
1 1[OH ] 2[OH ]2 n[OH ]n 1 i[OH ]i
Ka2 101.6
Ka3 102.0
Ka4 102.67
K稳H 6 100.9
K H 101.6 稳5
K稳H 4 102.0
K
H 稳3
102.67
Ka5 106.16
K H 106.16 稳2
HY 3 Y 4 H
Ka6 1010.26
K H 1010.26 稳1
K
' MY
为条件稳定常数,有副反应发生
[M ' ] M [M ] [Y ' ] Y [Y ] [(MY )'] MY [MY ]
K
' MY
[MY '] [M' ][Y ' ]
MY [MY ] M [M ]Y [Y ]
分析化学课件: 第五章 配位滴定法

5
• 3.EDTA:结构式
• 水溶液:
• 从结构上看EDTA为四元酸,常用H4Y表示,在 水溶液中,两个羧基上的氢原子转移到氮原子 上,形成双偶极离子。它的六个配位原子,能 与金属离子形成稳定的“螯合物”。
分析化学
第五章 配位滴定法
6
• EDTA一般用H4Y表示,当它溶于水时,若溶液 的酸度很高,可形成H6Y2+,相当于六元酸,有 六级解离平衡。记录时省略电荷:H6Y, H5Y,…,Y。
金属离子配位能力降低的现象称为酸效应,其
影响程度可用EDTA的酸效应系数αY(H)来表示:
Y
H
=
Y'
Y
分析化学
第五章 配位滴定法
17
• 酸效应系数表示在一定酸度下,反应达到平衡时, 未参加配位反应的EDTA总浓度[Y´]与能参加配 位反应的Y4-离子的平衡浓度[Y4-](有效浓度) 之比。
• 酸效应系数等于Y4-的分布系数δY的倒数:
H+ 4
+
Ka6
K K K K K K K K K a6 a5
a6 a5 a4
a6 a5 a4 a3
H+ 5
+
H+ 6
K K K K K K K K K K K a6 a5 a4 a3 a2
a6 a5 a4 a3 a2 a1
分析化学
第五章 配位滴定法
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• 由上式可知,溶液的H+浓度越大,酸效应系数αY(H)
• ③反应必须迅速。
• ④要有适当的方法确定滴定终点。
• ⑤反应产物最好是可溶的。
分析化学
第五章 配位滴定法
2
三、配合物分类
第五章 配位滴定法

第五章 配位滴定法§5-1概述配位滴定法是以配位反应为基础的一种滴定分析方法。
在配位滴定中,一般用配位剂做标准溶液来滴定金属离子。
当金属离子M 与配位剂L 形成MLn 型配合物时,MLn 型配合物是逐级形成的,其逐级形成产物的逐级稳定常数为:ML L M ⇔+第一级稳定常数[][][]L M ML K 1= (均略去电荷)2ML L ML ⇔+第二级稳定常数[][][]L ML ML 22K =……….n 1ML L ML ⇔+-n第n 级稳定常数[][]LML ML 1n n K -n =将逐级稳定常数依次相乘,就可得到各级累积稳定常数β。
[][][]L M ML K 11==β[][][][][][][][]2222212L M ML L ML ML [L]M ML K K ===β[][][]nn K L M ML ...n21nK K ==β最后一级累积稳定常数又叫配合物的总稳定常数。
各种配合物的总稳定常数及各级的累积稳定常数见P416, 附录四,注意是对数值。
配位剂分为无机配位剂和有机配位剂。
无机配位剂应用于滴定分析的不多,其主要原因是许多无机配位化合物不够稳定,不符合滴定反应的要求,在形成配合物时,有逐级配位现象,容易形成配位数不同的配合物,无法定量计算。
例如:Cu 2+与NH 3形成的配合物,存在[Cu(NH 3)2]2+、[Cu(NH 3)3]2+、[Cu(NH 3)3]2+、[Cu(NH 3)4]2+等几种配合物,因而无机配位剂的应用受到了限制。
有机配位剂在分析化学中应用非常广泛,特别是氨羧类配位剂,与金属离子形成稳定的、而且组成一定的配合物,是目前配位滴定中应用最多的配位剂。
氨羧配位剂大部分含有氨基二乙酸基团: CH 2COOH NCH 2COOH其中氨氮和羧氧是具有很强配位能力的原子,它们能与多数金属离子形成稳定的配合物。
其中最主要应用最广泛的是乙二胺四乙酸,简称EDTA 。
配位滴定法

主反应:
M
+
Y
MY
副反应:
L
OH - H +
N
H+
OH -
ML
MOH HY
NY
ML2
M(OH)2? H2Y
MHY
M(OH)Y
MLn
辅助配 位效应
M(OH)n H6Y
羟基配 酸效应 位效应
干扰离 子效应
E、溶解度大; F、EDTA 与无色金属离子生成无色螯合物。与有色金属
离子生成颜色更为深的螯合物。
★ EDTA与金属离子的配合性,在分析化学中得到广泛应用。
络合滴定法就是以 EDTA 为络合滴定剂的分析方法。
二、配位反应的副反应系数(难点)
在配位主反应体系中,配合物所解离出来的各组分,往往会 与溶剂或溶剂中其它的共存组分发生化学反应。从而影响配合主 反应的进行程度。
混合配位效应
1、EDTA与金属离子的主反应
在分析化学中,我们将 EDTA(Y4-)与被测金属离 子(Mn+)之间的配位反应,称为络合滴定的主反应。
Mn+ + Y4- = MYn-4
K MY
[ MY n4 ] [ M n ][ Y 4 ]
(P 432 附录,附录五)
EDTA 与不同的金属离子配合,其配离子的稳定性各不
10 -10.26
2、EDTA 的分步曲线
★ 在一定的酸度及PH下,各种存在形式都有其相应的分布系数。 当 PH>10.3 时,Y4-的分布系数约等于1。(P105,图 5-1)
4、EDTA 与金属离子螯合物的特点
第五章-配位滴定法

5-2 EDTA与金属离子的络合物及其稳定性
1、EDTA结构特点
乙二胺四乙酸简称EDTA,结构式为:
H2C
CH2COOH N CH2COOH
羧基
氨基
H2C
N
CH2COOH CH2COOH
氨基二乙酸
EDTA在水中溶解度为0.02克/100克,故以它的盐
作为络合剂,商品名为:乙二胺四乙酸二钠盐。
H CH2COO
(2)配合物的稳定性 EDTA与金属离子反应式简写成:
M+Y=MY
K
=
MY
[MY] [M][Y]
配合物的稳定性取决于 金属离子和配合剂的性质。
表5-1 EDTA与常见金属离子配合物的稳定常数
碱 阳离子 金 Na+ 属 Li+
Ag+
Ba2+
碱 Mg2+
土 金
Sr2+
属 Be2+
Ca2+
Mn2+
Fe2+
存在配合效应时: [M] [M]
M
K
M
Y=[[MM]Y[]Y
]
[MY]
[M] / M[
Y
]
[MY] [M] [ Y ]
KMY
M
K MY
(3)考虑金属离子配合效应、EDTA酸效应
[M] [M]
M
[Y] [Y]
Y(H)
K
M
Y=
= [MY] [M][Y
[ H ]5
K
a
2K
a
3K
a
4K
a
5K
a
6
[ H ]6
Ka 1Ka 2Ka 3Ka 4Ka 5Ka 6
第五章配位滴定法

EDTA的配原子:4个O, 2个N MY的结构:5个5元环
§5-3 外界条件对EDTA与金属离子配合物 的稳定性的影响
一、 EDTA的酸效应与酸效应系数αY(H) 1、 EDTA的酸效应与酸效应系数αY(H)
酸效应:由于H+存在使EDTA参加主反应能力降低的现象。 酸效应系数:衡量酸效应程度大小,用αY(H)表示。
2) 金属离子的水解酸度(最大pH值 )
水解酸度: 通常把金属离子开始生成氢氧化物时的 酸度称为最大pH值。
求解方法:
当 [Mn+][OH-]n ≥ Ksp ,有沉淀生成.
n
[OH ]
Ksp[M (OH )n ] [M n ]
其中,[M]=CM ,即金属离子的初始浓度。
例 用0.020 mol·L-1EDTA滴定同浓度的Zn2+溶液,求滴定
为定值。
lg
K
/ MY
lg KMY
lgY (H )
例
计算pH=2.0和pH=5.0时的
lg
K
/ ZnY
已知pH=2.0,lgY (H ) 13.51
pH=5.0,lg Y (H ) 6.45
lg K ZnY 16.50
解:当pH=2.0 , lg KZ/nY lg KZnY lgY(H)
8
lg
K
/ MY
lg KMY
lg Y (H )
8
lg
cM
K
/ MY
6,
lg Y ( H ) lg K MY 8
例:Cd2+浓度为0.02mol·L-1,求滴定Cd2+的最小 pH值。 已知:lgKCdY = 16.46
解: lgαY(H) = 16.46 - 8 = 8.46,查表得:pH ≈ 4 ∴滴定Cd2+的最小 pH值为pH = 4。
第五章 配位滴定

特点: 特点: 与金属离子多形成 1:1的配合物。 的配合物。 配合物稳定性高。 配合物稳定性高。 配合物水溶性好,配位反应迅速。 配合物水溶性好,配位反应迅速。 大多数配合物无色,有利于指示剂确定终点。 大多数配合物无色,有利于指示剂确定终点。 与有色金属离子配位生成的配合物颜色则加深。 与有色金属离子配位生成的配合物颜色则加深。
配位剂
无机配位剂: 无机配位剂:F , Cl , CN , NH3;很少用于滴定分析 有机配位剂:氨羧类配位剂(最常用) 有机配位剂:氨羧类配位剂(最常用)
-
氨羧配位剂:含有氨基二乙酸——N(CH 氨羧配位剂:含有氨基二乙酸——N(CH2COOH)2 基团的有机化合物。分子中含有氨基氮和羧基氧两 基团的有机化合物。 种配位能力很强的配位原子。 种配位能力很强的配位原子。
一 .EDTA滴定曲线 .EDTA滴定曲线 在配位滴定过程中,随着配位剂的加入, 在配位滴定过程中,随着配位剂的加入, 由于配合物的形成,溶液中金属离子的浓 由于配合物的形成, 度不断减少,如以pM为纵坐标 为纵坐标, 度不断减少,如以pM为纵坐标,加入配位 剂的量为横坐标作图,可以得到与酸碱滴 剂的量为横坐标作图, 定相类似的滴定曲线。 定相类似的滴定曲线。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. 金属离子的配位效应及其副反应系数αM 金属离子的配位效应及其副反应系数α
金属离子的配位效应:由于其它配位剂的存在使金属 金属离子的配位效应: 离子参加主反应的能力降低的现象。 离子参加主反应的能力降低的现象。 副效应系数α 副效应系数αM:没有参加主反应的金属离子总浓度 [M’]与游离金属离子浓度[M]的比值。 [M’ 与游离金属离子浓度[M]的比值 的比值。
αM =[M’]/[M] =[M’ αM(OH)=1+β1[OH-]+ β2[OH-]2+…..+ βn[OH-]n =1+β αM(L) =1+β1[L]+ β2[L]2+…..+ βn[L]n =1+β αM = αM(OH)+ αM(L)-1
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c(MY) c(MY) K Kf f c(M ) c(Y) c(M)αM ( L ) c(Y) αM ( L ) lgKf lgK lgα ( L ) f M
如果同时考虑α( H以及α ( L ,则: Y ) M ) lgKf lgK lgα ( L ) lgα ( H ) f M Y
5.3.2 配位反应的副反应以及副反应系数
有时外界条件对EDTA配合物的稳定性产生较大 影响,如溶液酸度、其他络合剂。
HY H+ H+ H2Y ··· 6Y ··H ··
EDTA的 酸效应
H+
M
L
ML L
+
Y
ML2 L
=
MY
金属离子 络合效应
··MLn ·· ··
1、酸度对络合剂的副反应
酸度越高,c(Y)越小,从而降低MY的稳定 性,由于酸度的影响,而使EDTA络合能力降低 的现象,称为络合剂的酸效应。 设c(Y´)为溶液中未与金属离子M络合的EDTA 的各种存在形式的总浓度,则:
由上式可知,溶液酸度越大,酸效应越严重。
c(Y ) c(Y ) αY ( H ) c(Y) c(Y) αY ( H ) c(MY) c(MY) 又Kf αY ( H ) c(M) c(Y) c(M) c(Y) c(MY) 令Kf ,K f 称为配合物的条件稳定 常数。 c(M) c(Y ) 即Kf K f αY ( H ) lgKf lgK lgα ( H ) f Y
5.2.2 EDTA与金属离子形成配合物的特点
1、普遍性 EDTA几乎可以与大部分金属离子 发生配位反应。 2、稳定性高 3、组成一定,EDTA与不同价态的金属离子均 按1:1配位。 4、形成可溶性配合物。 5、颜色变化 EDTA与无色金属离子形成无色配合 物,与有色金属离子形成配合物的颜色加深。
够完全,故不适用于配位滴定。
有机配位剂的特点:多基配位体,形成环状 结构的螯合物,稳定性高,只形成一种配位 数的配合物。
常见的有机配位剂是氨羧配位剂。
CH2 COOH HOOCH2 C HOOCH2 C NCH2 CH2 N CH2 COOH
已二胺四乙酸
HOOCCH2
N CH COOH 2
CH2COOH
4、计量点后,以过量的EDTA来计算pZn. 例:当加入EDTA20.02mL时,溶液中ZnY 的浓度约为0.01mol/L。
c(ZnY) 0.01 K 101 0 . 8 5 c(Zn) c(Y) c(Zn) 0.02 0.02 40.02 c(Zn) 107 . 8 5 pZn 7.85
4. 指示剂应具有一定的稳定性以便保存。
5.5.3 指示剂的封闭、僵化及变质现象 1.指示剂的封闭现象 某些痕量金属离子能与某些指示剂生成极稳定 的络合物,这些络合物比MY更稳定,以致计量点 时EDTA不能从这些络合物中将In游离出来,在滴 定过程中看不到颜色变化,这种现象叫做指示剂的 封闭现象。
lgα ( H ) 5.65, (ZnY) 16.50 lgKf Y
1、滴定前 c(Zn2+)=0.02000mol/L, pZn=1.70
2、计量点前,以剩余的Zn2+来计算pZn.
例:当加入EDTA1 9.98mL时, 20.00 19.98 2 c(Zn ) 0.02000 1.0 105 20.00 19.98 pZn 5.0
在水溶液中,EDTA分子中羧基上的H+转移到N 原子上,形成双极离子。在酸溶液中,EDTA通常 以六元弱酸的形式存在。通常记为H6Y2+.
H6Y2+的各级离解常数:
pK a :分别为:0.90、1.60、2.07、2.75、6.24、
10.34 在不同酸度条件下,EDTA的存在形式:
H6Y2+ H5Y+ H4Y H3YH2Y2- HY3- Y4-
2、其他络合剂对金属离子的副反应
当其它络合剂存在时,会使金属离子与Y的
络合能力降低的现象叫金属离子的络合效应。
c(M ) αM ( L ) , M(L) α 称为络合效应系数。 c(M) c(M ) c(M) c(ML) c(ML2 ) c(MLn ) αM ( L ) 1 β c(L)β2c 2(L) nc n(L) β 1 β 、β 、β βn 分别是M与L形成络合 物 1 2 3 的各级累积稳定常数。
尤其是酸效应系数的影响最为显著。
例、下列因素中可以使配位滴定突跃范围变 小的是 ( ) A、增加氢离子浓度 B、增大EDTA的浓度 C、增大金属离子浓度 D、减小EDTA的酸效应系数 例、用EDTA滴定金属离子生成MY配合物时,当 介质的PH越高,则 Y ( H )越______, 比值 c(Y ) 越 ______, 生物MY的稳定性越____________.
lgαY(H)=1.28 ,且已知: M Cu2+ Hg2+ 21.70 15.98 Ni2+ 18.62 4.34 Zn2+ 16.50 5.49
lgKf(MY) 18.80 lgαM(NH3) 8.71
在金属离子浓度均为0.01mol/L时,不能被 EDTA准确滴定的是( A、Cu2+
C
)
B、Ni2+
c(Y´)=c(Y) + c(HY) +c(H2Y)+··c(H6Y) ·· ··
c(Y)为溶液中游离的Y的平衡浓度。
c(Y) α , Y 称为Y的分布分数 α Y c(Y) 1 令 α ( H )α ( H ) , Y 称为络合剂的酸效应系 数。 Y α Y
c(Y) c(HY) c(H2 Y) c(H3 Y) c(H6 Y) αY ( H ) c(Y) c(HY) c(H2 Y) c(H6 Y) 1 c(Y) c(Y) c(Y) c(H ) c(H )2 c(H )6 1 Ka6 Ka5 Ka6 K a 1 K a 2 K 6 a
6、大多数金属离子与EDTA配位反应速率快。
5.3 副反应对EDTA配合物稳定性的影响
5.3.1 EDTA配合物的稳定性 EDTA与金属离子形成配合物的稳定性,可从 配合物稳定常数反映出来:
M + Y = MY
其稳定常数的表达式:
c(MY) K f(MY) c(M) c(Y)
K(MY)称为配合物的 绝对稳定常数; f K 越大,配合物越稳定。 f
氨基三乙酸
CH2 COOH NaOOCH2 C HOOCH2 C NCH2 CH2 N CH2 COONa
已二胺四乙酸二钠盐
5.2 EDTA的分析特性
5.2.1 EDTA的一般物理化学性质
CH2 COOH HOOCH2 C HOOCH2 C NCH2 CH2 N CH2 COOH
简记为 H4Y,四元弱酸,白色晶状粉末,微溶于 水,22º c时,每100mL水中只溶解0.02g.难溶于酸 和一般有机溶剂,但易溶于氨水和NaOH溶液中。
pK a 0.90、1.60、2.07、2.75、6.24、10.34
在上述七中存在形式中,只有Y4-能与金 属离子络和。
由于EDTA在水中的溶解度小,通常用EDTA 的二钠盐(Na2H2Y· 2O)来配置溶液。 2H Na2H2Y· 2O易溶于水,22°C时,其溶解度为 2H 11.1g/100mL水。pH值约为4.5,滴定时EDTA标准 溶液应装在酸式滴定管中。
θ f
5.4.2 影响配位滴定突跃范围的因素
与酸碱滴定一样,配位滴定突跃范围越大, 滴定的准确度越高。 1、条件稳定常数的影响 当c(M)一定时,条件稳定常数越大,滴定突 跃范围越大。
lg K f lg K lg M ( L ) lg Y ( H ) f
条件稳定常数的大小又与 K 、 M ( L ) 与 Y ( H ) 有关。 f
从而可以计算出lgα H ) Y( . 再查表可得金属离子被 滴定的最低pH值。 即最高酸度。
如果以pH值为纵坐标,金属离子的lgKf为 横坐标绘制的曲线叫EDTA的酸效应曲线。
由上述酸效应曲线可知(1)单独滴定某一金 属离子所需的最低PH值(即最高酸度)。 (2)在某一酸度下滴定某金属离子,溶液中哪 些离子产生干扰。
第五章
配位滴定法
5.1 概述
配位滴定法是以配位反应为基础的滴定分析方法。
适用于络合滴定的化学反应须具备的条件:
1、配位反应必须完成,即配合物有足够大的稳
定常数。 2、在一定的反应条件下,只形成一种配位数
的配合物。
3、反应必须迅速,并能找到指示终点的方法。
在配位反应中提供配位原子的物质叫配位剂。
分为无机配位剂和有机配位剂。 无机配位剂的特点:多数是单基配位体,与 金属离子形成多级配合物,不稳定,反应不
c(Y )
2、浓度的影响
当条件稳定常数一定时,金属离子浓度越 大,突跃范围越大。 5.4.3 配位滴定的条件
只有当lgc K f 6时,金属离子才能被 准确滴定。 一般在配位滴定中,c 0.01mol/L, 即lgKf 8.
例5.2 P96页。
例 、在pH=9缓冲溶液中,[NH3]=0.1mol/L,
3、计量点时 M + Y = MY c0(M)/2
KΘ(MY) f c(M) c(MY) c(M)/2 2 c(M) c(Y ) c (M)
c(M) = c(Y´)
c(M)/2 KΘ(MY)
f
1 c(M) pM [lgKΘ(MY) p ] f 2 2
计量点时,pZn=1/2×(10.85+2.0)=6.43
lgα ( H ) 16.50 8.0 8.50 Y 查表,此时PH 4.0