配位滴定法

2020-04-20 15:52

配位滴定法

基本要点:

1. 理解金属EDTA螯合物的特点及离解平衡; 2.了解影响EDTA配位平衡的主要因素; 3. 了解EDTA滴定过程及滴定条件判断; 4.掌握配位滴定选择性方法; 5.了解滴定配位法的应用。

配位滴定法 概述

一. 配位反应的普遍性

配位物具有极大的普遍性。严格地说,简单离子只有在高温气态下存在。在溶液中,由于溶剂化的作用,不存在简单离子。因此,溶液中的金属离子 (Mn+)“应该”以M(H2O)nn+ 表示。溶液中的配位反应实际上是配位体与溶剂分子间的交换,在水溶液中:

M(H2O)n + L ==M(H2O)n-1 L + (H2O)

稳定性:小<大

但通常可简化为:M+L==ML

——以配位(交换)反应为基础进行滴定分析的方法即“配位滴定法”。 例:AgNO标液滴定CN-:

Ag ++ 2CN- ==[Ag(CN)2]- ,K=1.0′1021 以KI为指示剂,终点生成AgI, 溶液浑浊。

配位反应在分析化学中应用非常广泛,许多显色剂、萃取剂、沉淀剂、掩蔽剂等都是配合物。 二. 配合物的分类

按配位体所含配位原子的数目可分为单齿配位体(:F-, :NH3 ) 和多齿配位体 ( H2N-CH2-CH2-NH2 ) 。前者形成单齿(非螯合)配合物,后者形成螯合物。 (一)单齿配位化合物——掩蔽和辅助配位 M+n L==MLn(L只有一个配位原子)

与多元酸相似,单齿配合物时逐级形成的(分步),一般相邻两个之比较接近,稳定性不高。

例:配合离子的形成过程

Cu+ NH3== Cu(NH3)2+k1 = 1.4′104

Cu(NH3)2++ NH3== Cu(NH3)22+k2 = 3.1′103 Cu(NH3)22++ NH3== Cu(NH3)32+k3 = 7.8′102 Cu(NH3)32++ NH3== Cu(NH3)42+k4 = 1.4′102

(1)分步稳定常数:k,1/k = k离n ——分步离解常数 (2)累计稳定常数:b 第一级累积稳定常数b1 = k1 第二级累积稳定常数b2= k1 k2 ┇┇

第n级累积稳定常数b4 = k1 k2?kn (3)总稳定常数K:K= bn (二)螯合物

配位体中含二个以上配位原子,与金属离子配位有二个以上结合点形成环状结构形象地称为螯合物 螯合物的特点:

同种配位原子的稳定性:螯合物 >非螯合物 环多 > 环少 大环 > 小环

由于螯合物的稳定性一般较大,有利于滴定分析。形成螯环的配位原子主要是O,N,S;因此有OO、NN、NO、SS、SO等类型螯合剂。 三. 氨羧螯合剂 ??

氨羧螯合剂指:含有—N(CH2COOH)2基团的有机化合物。 几乎能与所有金属离子螯合。

目前已研究的有几十种,重要的有:乙二胺四乙酸(EDTA)、氨三乙酸(NTA)、乙二胺四丙酸(EDTP)等。其中EDTA是目前最为广泛的有机配位剂。

乙二胺四乙酸(EDTA)及其螯合物

一. EDTA的离解平衡

EDTA 常用 H4Y 表示,由于其在水及酸中的溶解度很小,常用的为其二钠盐:Na2H2Y·2H2O ,也简写为EDTA 。

当溶液的酸度很高时,两个羧基可再接受H+,形成H6Y2+,相当于一个六元酸,有六级离解常数:

Ka1=10-0.9Ka2=10-1.6 Ka3=10-2.1 Ka4=10-2.8Ka5=10-6.2Ka6=10-10.3 七种形式:

H6Y2+、H5Y+、H4Y 、H3Y-、H2Y2-、HY3-、Y4- 当 pH < 1时,主要以 H6Y2+ 形式存在;

当 pH >11 时,主要以Y4-形式存在——配位离子 二. M-EDTA 的特点

1. EDTA具有广泛的配位性能,几乎能与所有的金属离子形成稳定的螯合物 有利之处:提供了广泛测定元素的可能性(优于酸碱、沉淀法) 不利之处:多种组分之间易干扰——选择性 2. EDTA与形成的M- EDTA 配位比绝大多数为1:1 3. 螯合物大多数带电荷,故能溶于水,反应迅速 三. EDTA配合物的配位平衡及其影响因素 (一) EDTA配合物的稳定常数

为简便,金属离子与EDTA的反应常将电荷略去写成通式: 配位平衡M+Y==MY

在配位滴定过程中,当溶液中没有副反应发生时,当反应达平衡时,用绝对稳定常数 KMY 衡量配位反应进行的程度:

稳定常数(KMY越大,配合物越稳定) (1)

(KMY 不因浓度、酸度及其它配位剂或干扰离子的存在等外界条件而改变) (二)影响配位平衡的主要因素

(二)影响配位平衡的主要因素配位滴定中所涉及的化学平衡比较复杂,由于某些干扰离子或分子的存在(如溶液中的H+、OH-,其它共存离子、缓冲剂、掩蔽剂等),常伴随有一系列副反应发生:

各种副反应进行程度可由其相应的副反应系数表示(a)。

在大多数情况下,影响配位平衡的主要因素为“酸效应”和“配位效应”。

1. 酸效应(质子效应或pH 效应)M+Y==MY?H+HY,H2Y,H3Y ……显然,溶液的酸度会影响Y 与M 离子配位能力,酸度愈大,Y 的浓度愈小,愈不利于MY 的形成。由溶液酸度(H+)引起的副反应称为“配位效应”。其发生程度与 [H+] 有关,由酸效应系数来表示:

?未与M配位的EDTA的各种形式总浓度(2)

[H+] -?[Y]ˉ?aY(H)-?副反应越严重

已知:CY’ = [H6Y]+[H5Y]+[H4Y]+[H3Y]+[H2Y]+[HY]+[Y]

所以:

类同于酸分布系数的推导:

(3)

因 此:已知 [H+] ? 计算出 aY(H) ,不同 pH 值下的 log aY(H) 见教材表 8-2一般情况下:aY(H) >1,当pH 3 12时,aY(H)?12. 配位效应Y + M == MY?LML,ML2… …这种由于


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