第12章 配位平衡
溶液中的化学平衡-配位平衡

工业废水中的重金属离子常通过配位反应进行沉 淀或吸附,从而达到净化废水的目的。
环境化学中的配位平衡问题
土壤污染修复
土壤中的重金属离子与有机配体发生配位反应,影响重金属的迁移 和生物有效性,从而影响土壤污染修复效果。
水质监测与净化
水体中的重金属离子、有机污染物等可通过配位反应进行转化和去 除,确保水质安全。
02
在化学分析中,可以利用配位平衡常数来计算溶液中各组分的浓度。
03
在生物学中,配位平衡常数可以用来描述生物体内的金属离子与蛋白 质、酶等生物大分子之间的相互作用。
04
在环境科学中,配位平衡常数可以用来研究重金属离子在土壤、水等 环境介质中的迁移转化行为。
04
配位平衡在化学反应中的作 用
配位反应的速率影响
由能变化等参数,从而预测反应结果。
05
实际应用中的配位平衡问题
工业生产中的配位平衡问题
1 2 3
金属冶炼
在金属冶炼过程中,配位平衡对于控制金属离子 的溶解度和稳定性至关重要,直接影响金属的提 取率和纯度。
化学品的合成与分离
许多化学品的合成和分离涉及到配位平衡,如利 用配位反应合成有机金属化合物、分离稀有元素 等。
03
配位平衡的计算与表示方法
配位平衡的计算
配位平衡是溶液中一种重要的化学平衡, 主要涉及配位体和中心离子之间的相互 作用。
配位平衡的计算通常需要使用平衡常数,如 稳定常数和不稳定常数,来描述配位体和中 心离子之间的结合和解离程度。
平衡常数的值取决于温度、压力和 溶液的组成,可以通过实验测定或 计算得出。
形成配合物的条件
金属离子和配位体需要在一定的条件下形成配合物,如温度、压 力、浓度等。
12配位平衡的移动

溶液的酸碱平衡与配位平衡的相互影响 (1)配合物的生成对溶液 pH 的影响
如:在La3+离子与 HAc 中Ac-发生的配位反应中,随 着配合物的生成,消耗了醋酸根 Ac-的同时而释放出 H+ 离子,从而使溶液的 pH 降低。
La3+ + 3HAc = [La(Ac)3] + 3H+ [H+]↑ → pH↓
[Ca-EDTA]2+ + Pb2+
[Pb-EDTA]2+ + Ca2+
此为临床上用依地酸钙 ([Ca-EDTA]2+) 对铅中毒的 病人进行解毒治疗的原理。依地酸钙在体内与 Pb2+反应, 生成更稳定的依地酸铅,依地酸铅是一种无毒可溶于水 的配离子,经由肾脏排出体外,达到解毒目的。
例题、在含有 Hg2+、I- 和 NH3 的溶液中,I- 和 NH3 两 者浓度相等,判断配位转化反应的方向,该溶液中 Hg2+
[Hg(NH3)4]2+ + 4I-
该反应的平衡常数为:
K
=
c ([Hg(NH3)4]2+) ·c (I-)4 c ([HgI4]2-) ·c (NH3)4
=
Kf ([Hg(NH3)4]2+) Kf ([HgI4]2-)
= 1.95×1019 5.66×1029
=
3.45×10-11
K 值很小,说明反应向左进行的趋势很大。
主要以哪种配离子形式存在,c[Hg(NH3)42+] / c[HgI42-] 为 多少?已知:Kf ([Hg(NH3)4]2+) = 1.95×1019
配位平衡

Ag+ + 2NH3
反应前 0.02
1.0
[Ag(NH3)2]+ 0.0
反应后 0.0 1.0-2×0.02
0.02
平衡时 x 1.0-2×0.02+2x 0.02-x
1.0-2×0.02
0.02
=0.96
3
Kθf
[Ag(NH3 )2+ ] [Ag ][NH3 ]2
0.02 0.962 x
1.7 107
则KCN的起始浓度至少为: c(KCN)=2×0.1 + 3.43×10-4 0.2 mol·L-1
结论:(1) AgI不溶于浓NH3•H2O,可溶于稀KCN溶液。 (2) 形成相同的配离子时,Kθsp越大越容易转化11 。
(2) 配离子
沉淀
通式:MLn+nX
MXn nL
(说明:X为沉淀剂,L为配位剂。)
[Ag(NH3)2]+ + Cl-
0.1
0.1
K
θ j
[Ag(NH3 )2 ][Cl- ] [NH3 ]2
0.1 0.1 x2
Kθf
K
θ SP
9
解之得:x = 1.82 mol/L
则氨水的起始浓度至少为:
c(NH3) = 2×0.1+1.82 = 2.02 mol·L-1
② 设要溶0.1 mol 的AgI,平衡时NH3的浓度为
离解反应:[FeF6]3-
Fe3+ + 6 F-
一定温度下,达平衡时,
K不 θ 稳
[Fe3 ][F ]6 [FeF63 ]
K
θ d
意义:Kθ不稳 称不稳定常数,其值愈大,则配离 子愈不稳定。显然,它与K稳互为倒数。
第4、12章 配合物及配位平衡

M(AABBCC)的异构体
配位化合物的立体异构 C C
M
D C A
m
C C 四面体配合物的一对异构体的空间相互关系如图: A A
C D B
B C B
M
B A A 左图将一对异构体的一个配体(D)的位置固定(向上), A B B M A A C M B D D C MM B M C M M M BC A M 三 反的 对 C C 顺 B AA 映异 列 , 一 另 三 个B B 体 具 有 相C 式 有螺 旋B排构 体 M 个 是 反 时 针 配 A A A C A M B C CC CB C A C A C BB 方向,另一个为顺时针方向。 B A B A AA C 固定一个配体(D)后 A C CB B 在空间不能 互为镜像的关系A 四面体的这对异构体又如同左右手一样在空间不能 MM M 另三个配体具有相反的 M AA 三反式 B 完全重合 三顺式 A 一反二顺式 B 螺旋(顺反时针)的排列 C C 重合。一个是左手体另一个则为右手体,它们互为镜像 A B B 4个配体不同的四面体配合物具有手性 B M(AABBCC)有5种几何异构体 B 关系(右图),称为对映体。这类异构称为对映异构,又 叫手性异构。 的 对 映 体 以 上 下 取 向 的 轴 旋 转 180度 左图右边 上 后 , 去 和 左 边 的 对 映 体 叠 合 ,就 可 六配位配合物的异构现象很复杂。 发 现 它 们 是 不可能叠合的
配位化合物的立体异构
K2[PtCl4]加氨水得棕黄色配合物,组成为
Cl [PtCl2(NH3)2],有极性,水中溶解度0.26g/100g; NH3 Pt Cl Cl NH3 Pt Pt NH3 将其用氯化氢处理或热至 250℃,转变为浅黄色, Cl Cl NH3 NH3 H3N Cl
第12章 配位平衡(使用)

解:
H4Y
3Y H H (1) (2)
θ K a,3 θ K a,4
H 3 Y H 2 Y 2 H H 2 Y HY3 H HY3 Y 4 H (1) (2) 得: H 2 Y 2 4 2H Y c(H 2 Y 2 )
θ 7 H 解: Kf (Ag(NH3 )2 ) 1.6710 很大,可假设溶于 NH3 · 2O后
全部生成了 Ag(NH3 ) 2
Ag 反应前 c /mol L1 0.010 反应后 c /mol L1 平 衡 c /mol L1 0 x
2NH3 0.030
Ag(NH3 ) 2 0 0.010 0.010 x
14
14
例4: Cd(NH3)42+ + 2 OH- = Cd(OH)2 + 4 NH3
K
K不稳 K sp (Cd (OH )2 )
6.4 10
8
例5: Cu(NH3)42+ + 4 H+ = Cu2+ + 4 NH4+
K
K不稳
4 Ka
1.971024
15
15
2.配位平衡与沉淀溶解平衡
0.030 0.020 0.010 2 x
0.010 x K fθ 1.67 107 x (0.010 2 x ) 2 0.010 x 0.010 0.010 2 x 0.010 0.010 1.67 107 x 6.0 106 x 0.0102 c( Ag ) 6.0 106 mol L1 c( NH3 ) c (Ag(NH3 ) 0.010mol L1 2
配位平衡及其影响因素

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3
7.2.1配位平衡与平衡常数
配离子的稳定性:
7.2.1配位平衡与平衡常数
如[Cu(NH3)4]2+的第一级形成平衡: Cu2+ + NH3 ⇌ [Cu(NH3)]2+ [Cu(NH3)2+] K 稳1 = =104.27 [Cu2+] [NH3] 再如[Cu(NH3)4]2+的第四级形成平衡: [Cu(NH3)3]2+ + NH3 ⇌ [Cu(NH3)4]2+ [Cu(NH3)42+] 2.18 K 稳4 = =10 [Cu(NH3)32+] [NH3] 另2级形成常数分别为:K 稳2 = 103.55;K
休息
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7.2.1配位平衡与平衡常数
配离子转化,通常是稳定性小的向稳定性大的 转化.转化的完全程度可用转化反应常数衡量. 如:[Ag(NH3)2]+ + 2CN- ⇌ [Ag(CN)2]- + 2NH3 K =
[Ag(CN)2-][NH3]2 [Ag+]
[Ag(NH3)2+][CN-]2 [Ag+] = K 稳([Ag(CN)2]-)/K 稳([Ag(NH3)2]+)
[NH3] = [Ag(NH3)2+]≈0.010 mol· L-1
休息
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7.2.1配位平衡与平衡常数
(2)判断两种配离子间转化的可能性: 例2:在含有NH3和CN-的溶液中加入Ag+,可能会形 成[Ag(NH3)2]+和[Ag(CN)2]-. 试问哪种配离子先 形成? 若在[Ag(NH3)2]+溶液中加入KCN,问否能 发生配离子的转化? 解: 由附录可查得: [Ag(NH3)2]+ K 稳 = 107.40 [Ag(CN)2]- K 稳 = 1021.1 同型配离子,一般是稳定性大的配离子先形成. 故[Ag(CN)2]-会先形成.
无机化学12章答案

第十二章 配位平衡12-1 在1L 6 mol ·L -1的NH 3水中加入0.01 mol 固体CuSO 4,溶解后加入0.01 mol 固体NaOH ,铜氨络离子能否被破坏?(K 稳[Cu(NH 3)42+]=2.09×1013,K SP [Cu(OH)2]=2.2×10-20) 解:CuSO 4在过量的氨水溶液中几乎完全形成[Cu(NH 3)4]2+,则[Cu(NH 3)4]2+ === Cu 2+ + 4NH 3平衡时: 0.01-x x (6-0.04)+4x1342431009.2)496.5()01.0(])([⨯=+⋅-=+x x x NH Cu K 稳 11910792.3--⋅⨯=L mol x ])([108.3)01.0(10792.3]][[22321922OH Cu K OH Cu sp <⨯=⨯⨯=---+铜氨络离子不能被破坏。
12-2 在少量N H 4S C N 和少量Fe 3+同存于溶液中达到平衡时,加入NH 4F 使[F -]=[SCN -]= 1 mol ·L -1,问此时溶液中[FeF 63-]和 [Fe(SCN)3]浓度比为多少?(K 稳[Fe(SCN)3]=2.0×103,K 稳[FeF 63-]= 1×1016)解: ---+=+SCN FeF F SCN Fe 3][6])([363123163633663336105102101)]([][])([][]][)([]][[⨯=⨯⨯====-----SCN Fe K FeF K SCN Fe FeF F SCN Fe SCN FeF K 稳稳12-3 在理论上,欲使1×10-5 mol 的AgI 溶于1 cm 3氨水,氨水的最低浓度应达到多少?事实上是否可能达到这种浓度?(K 稳[Ag(NH 3)2+]=1.12×107,K SP [AgI]=9.3×10-17)解: -++=+I NH Ag NH AgI ])([2233起始浓度 a 0 0达到平衡时 a-2x x x (全部溶解时:101.0-⋅=L mol x )此反应的平衡常数:9177231004.1103.91012.1)(})({--+⨯=⨯⨯⨯=⨯=AgI Ksp NH Ag K K 稳 因此: 9221004.1]2[(-⨯=-=x a x K 1310-⋅=L mol a 事实上不可能达到这种浓度。
无机化学教学资料——配合物及配位平衡

第 4 章配合物[ 教学要求]1 .掌握配位化合物的基本概念,组成,命名,分类。
2 .掌握配位化合物价键理论和晶体场理论的基本内容。
[ 教学重点]1 .配合物的异构问题2 .配合物的价键理论[ 教学难点]配合物的几何异构和对映异构[ 教学时数] 4 学时[ 主要内容]1 .配位化合物的基本概念:什么叫配合物,组成,命名。
2 .配合物的价键理论:配合物的立体结构和几何异构,配合物类型简介(简单配离子、螯合物、多核配合物)。
3 .晶体场理论要点:简介d 轨道的能级分裂和晶体场效应:八面体场的分裂、四面体场的分裂、平面四边形场的分裂;分裂能和影响分裂能的因素,稳定化能;晶体场理论对配合物性质的解释(颜色、磁性)。
[ 教学内容]4-1 配合物的基本概念“科学的发生和发展一开始就是由生产所决定的”。
配合物这门科学的诞生和发展,也是人类通长期过生产活动,逐渐地了解到某些自然现象和规律,加以总结发展的结果。
历史上有记载的最早发现的第一个配合物就是我们很熟悉的亚铁氰化铁Fe4[Fe(CN)6]3 ( 普鲁士蓝) 。
它是在1704 年普鲁士人狄斯巴赫在染料作坊中为寻找蓝色染料,而将兽皮、兽血同碳酸纳在铁锅中强烈地煮沸而得到的。
后经研究确定其化学式为Fe4[Fe(CN)6]3。
近代的配合物化学所以能迅速地发展也正是生产实际需要的推动结果。
如原子能、半导体、火箭等尖端工业生产中金属的分离楼术、新材料的制取和分析;50 年代开展的配位催比,以及60 年代蓬勃发展的生物无机化学等都对配位化学的发展起了促进作用。
目前配合物化学已成为无机化学中很活跃的一个领域。
今后配合物发展的特点是更加定向综合,它将广泛地渗透到有机化学、生物化学、分析化学以及物理化学、量子化学等领域中去。
如生物固氮的研究就是突出的一例。
4-1-1 配合物的定义当将过量的氨水加入硫酸铜溶液中,溶液逐渐变为深蓝色,用酒精处理后,还可以得到深蓝色的晶体,经分析证明为[Cu(NH3)4]SO4。
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[Ni(CN)4]2- K稳 = 1×1021 不同类型
计算: [Ni(en)3]2+中[Ni2+] = 6.5×10-6
[Ni(CN)4]2- 中[Ni2+] = 1.3×10-5
所以,稳定性[Ni(en)3]2+ >[Ni(CN)4]2-
12—3—3 判断配合反应的方向
配合反应平衡的移动
L的浓度、溶液的酸度
①从平衡移动的角度来加入Cl-后,由于生成AgCl↓, 平衡向右移动,配合物离解。当Cl-足量时,配合物全 部离解(主要是K稳KSP = K不太大的情况)‘
②反应物NH3加入抑制了配合物的离解(同离子效应), 平衡向右移动的倾向大大减弱,[Ag+]大大降低,故没 有AgCl生成(用于K不太大的情况)
②Cu+、Ag+、Au+、Zn2+、Cd2+、Hg2+的配合物的稳定性 更高一些
③Cl-、Br-、I-:稳定性 Zn2+<Cd2+<Hg2+
④F-:稳定性 Zn2+>Cd2+>Hg2+
硬软酸碱理论
(3)metal ion for (18+2)e
解释
配合物的稳定性比8e构型要强, 比18e构型要差
(4) metal ion for (9~17)e
2、高价金属离子
例 Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ 、Fe(OH)2+、 Fe(OH)3 pH ↑水解↑,配离子的稳定性降低
pH↓水解↓,配离子的稳定性增强
这种现象叫中心离子的水解效应 与配合剂的酸效应 效果正好相反。
3、酸度的改变有时也会改变配离子的类型
所以酸度对配合物的影响是复杂的,至于以哪种效 应为主,取决于HL的Ka,M(OH)3的KSP和配离子本 身的稳定性K稳。
Chapter 12 coordination equilibrium
12-1 stability constant of complex-ion
stability 氧化还原稳定性 热力学稳定性(主要)→水溶液是否离解的稳定性 →有很重要的实际意义
12-1-1、stability constant and unstability constant of complex-ion
对8电子构型金属离子: 配合物的稳定性与金属离子的离子势(Z/r)成正比
2、electron configuration of metal ion
(1)metal ion for 8e
配合物的稳定性与金属离子的离子势(Z/r)成正比。
(2)metal ion for 18e
①配合物的稳定性比8e构型要强
规律:一般K1>K2 >K3……(配体间的排斥) 12—2 影响配合物在溶液中的稳定性的因素
12—2—1 influence of structure and property of central atom to stability of complex ion 1、radius and charge of metal ion
[+] = x =
0.02 1.7×1070.962 = 1.28×10-9
可见AgNO3基本上转化为[Ag(NH3)2]+
12-3-2 比较不同配合物的稳定性
稳定性 [Cu(NH3)]4 > [En(NH3)4]2+
K稳 4.8×1012
2.9×109 相同类型
[Ni(en)3]2+ K稳 = 2.1×1018
分析,对这个题首先我们要求的是Ag+的浓度,若知 [Ag+],利用QSP([Ag+][Cl-])与KSP可知是否有AgCl 沉淀
解:第一种情况 设[Ag+] = X
Ag+ + 2NH3 = Ag(NH)
平衡 X 2X
0.1-X
则 (0.1-X) = 1.7×107 X·(2X)2
所以K值较大,X较小 0.1-X = 0.1
= 1.47×10-9 / 0.1 ×100% = 1.47×10-6 % 可见离解度大大降低了
其Qsp[Ag+][Cl-]=1.47×10-9×0.001=1.47×10-12<Ksp
故无AgCl沉淀生成
解释: [Ag(NH3)2]+ = 2NH3 + Ag+
NaCl
Na+ + Cl-
AgCl↓
Mm+ + nL- = [MLn](m-n)+ 其它配体
沉淀剂
氧化剂和还原剂
例 [Ag(NH3)2]+ + 2CN- = [Ag (CN)2]- +2NH3 根据多重平衡原理
K = K1·K2 = K[Ag (CN)2]- / K[Ag(NH3)2]+ = 1×1021 / 1.6×107 = 5.6×1013 正向
近似解为 X=1.14×10-3 mol·l-1
[Ag(NH)2]+的高解度 α= [Ag+]/[Ag(NH)2+]0=1.14×10-3/0.1×100% = 1.14% 解Qsp= [ Ag+] [Cl-]=1.14×10-6 〉Ksp,所以沉淀析出。 第二种情况 设[Ag+] = y
Ag+ + 2NH3 = Ag(NH) 平衡 y 2+2y 0.1-y 则 (0.1-y)/ y(2+2y) = 1.7×107 可预计y是很小的 0.1-y = 0.1 2+2y=2 解得 [ Ag+] = y=1.47×10-9 离解度 a = [Ag+]/[Ag(NH)2+]
sense: 这个常数越大,表示[Cu(NH3)4]2+配离子越易 解离(浓度越小),因此配离子越不稳定→不稳定常数 nonstability constant,用K不稳表示,它是每个配离子 的特征常数, K值越大,配离子越不稳定. 稳定性[Cu(NH3)4]2+>[Zn(NH3)4]2+>[Cd(NH3)4]2+ K不稳 2.08×10-13 7.00×10-9 2.75×10-7 将上述平衡换过来, 即为配合平衡, 平衡常数表达式为
根据广义酸碱的概念:配体是碱,H+是酸→酸碱加合物 HL(质子弱酸)→影响配合平衡
1、实验
Fe3+ SCN- 血红Fe(NCS)3 NaF FeF63- 无色 加酸 Fe(NCS)3 原因FeF63- + 6NCS- + 6H+ = Fe F63- + 6HF(弱酸)
从配体来看,酸度增大常导致配合物稳定性降低——配 合剂的酸效应。
六 、 relation between complexing and oxidationreduction reaction (point)
sense:常数越大,表示形成配离子的倾向越大,配离
子越稳定→稳定常数stability constant, 用K稳表示,也
是每个配离子的特征常数,很显然K稳与K不稳之间存在
如下关系, K稳 = 1 / K不稳
(参见P386表12-1)
12-1-2 逐级稳定常数
对于平衡 Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+ 实际上[Cu(NH3)4]2+配离子中,Cu2+离子并不是一下子 就与4个 NH3 分子配合而成,而是逐步配合成的,即 有下列一系列平衡:
前面已述,complex-ion在水溶液中是稳定存在的,如
Cu(NH3)42+ 少量NaOH, 无Cu(OH)2↓蓝 Ksp = 2.2×10-22 那么是不是溶液中一点Cu2+离子都没有泥?
Cu(NH3) 少量Na2S 有CuS↓蓝 Ksp = 6.0×10-36 Cu2+离子是哪儿来的呢?是[Cu(NH3)4]2+配离子微弱电离 而来,
特点:d轨道上的d电子未充满
①生成配离子的能力很强
②d电子较少时,配合物以静电作用力为主
③d电子较多时,配合物的共价性提高
12-2-2 influence of ligand to stability of complex ion property of ligand:acidity-basicity、chelating effect、 space effect 1、chelating effect:多齿配体的成环作用使配合物的稳 定性比 组成和结构相近的非螯合物高的多,这种现象 叫做螯合效应。如:[Ni(NH3)6]2+ lgK=8.61
酸度对配离子生成的影响 (6)calculating electrode potential of electrical pair consisting of a metal ion surrounded by ligands
计算金属离子与配离子构成电对的电极电势
12—3—1 solubility——求平衡时各物种(离子or分子) 的浓度
若[Ag+][I-]=1.47×10-12>Ksp=9.3×10-13
结论:加大过量的配位剂,中心离子配位完全。而 将原溶液稀释or加入沉淀剂会减弱配离子的稳定性
K稳↑ KSP↑ 沉淀溶解,配离子稳定 K稳↓ KSP↓ 沉淀生成,配离子分解
五、 influence of the acidity to complex equilibrium
(2)comparing stability of different complex 比较不同配合物的稳定性
(3)judging degree and direction of coordination reaction 判断配合反应进行的