第十一章配位滴定法精选PPT.ppt
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1、第十一章配位滴定法第十一章配位滴定法第1页,此课件共78页哦1 1 11.1 配位滴定法概述配位滴定法概述复习:复习:配位化合物、单基配位体、多基配位体、螯合物配位化合物、单基配位体、多基配位体、螯合物配配位位化化合合物物:就就是是由由可可以以给给出出孤孤对对电电子子的的一一定定数数目目的的离离子子或或分分子子(称称为为配配位位体体)和和具具有有接接受受孤孤对对电电子子的的原原子子或或离离子子(称称中中心心原原子子或或离离子子)按按一一定定的的组组成成和和空空间构型形成的化合物。间构型形成的化合物。第2页,此课件共78页哦2 2单单基基配配位位体体:一一个个配配位位体体分分子子中中只只含含有有
2、一一个个配配位位原原子同中心离子结合的配位体。子同中心离子结合的配位体。多多基基配配位位体体:一一个个配配位位体体分分子子中中含含有有两两个个或或两两个个以以上上配配位位原原子子并并能能同同时时和和一一个个中中心心离离子子相相结结合合的的配配位位体。体。螯螯合合物物:凡凡由由多多基基配配体体以以两两个个或或两两个个以以上上的的配配位位原原子子同同时时和和一一个个中中心心离离子子配配位位所所形形成成的的具具有有环环状状结结构构的配合物。的配合物。第3页,此课件共78页哦3 311.1.1 配位滴定的要求配位滴定的要求 1、形形成成的的配配合合物物应应有有足足够够大大的的稳稳定定常常数数,这这样样
3、在在计计量量点点前前后后才才有有较较大大的的pM突突跃跃,终终点点误差较小。误差较小。2、配位反应速度快,且有适当的方法确定终点。配位反应速度快,且有适当的方法确定终点。3、配配位位反反应应要要有有严严格格的的计计量量关关系系,络络合合比比恒恒定,最好无逐级配位现象。定,最好无逐级配位现象。第4页,此课件共78页哦4 4例如:例如:Ag+与与CN-的反应为的反应为 Ag+2CN-Ag(CN)2-滴定滴定终终点点时时,过过量的量的Ag+与与Ag(CN)2-反反应应生成白生成白色的色的AgCN指示指示终终点的到达。点的到达。Ag+Ag(CN)2-2 AgCN 一一个个络络合合反反应应要要成成功功的
4、的应应用用于于络络合合滴滴定定,一一定定要要具具备备以上三个条件。以上三个条件。第5页,此课件共78页哦5 5由于大多数无机配合物稳定性差,配位比不恒由于大多数无机配合物稳定性差,配位比不恒定,很少用于滴定反应。定,很少用于滴定反应。Ca2+EDTA CaY 行行 Fe3+nSCN-Fe(SCN)n3-n 不行不行Cu2+nNH3 Cu(NH3)n2+不行不行11.1.2 最常用的配位体是最常用的配位体是乙二胺四乙酸乙二胺四乙酸(EDTA)。第6页,此课件共78页哦6 6 EDTA可形成六元酸可形成六元酸H6Y2+,在水中有六级离解,在水中有六级离解平衡:平衡:11.1.3 EDTA的性质的性
5、质 EDTA用用H4Y表表 示示。其其 二二 钠钠 盐盐 也也 称称 EDTA(Na2H2Y2H2O)。)。M(Na2H2Y2H2O)=372.26 g/mol第7页,此课件共78页哦7 7 在水溶液中在水溶液中EDTA是以是以H6Y2+、H5Y+、H4Y、H3Y-、H2Y2-、HY3-、Y4-七种形式七种形式存在,各种存在,各种型体的分布见型体的分布见p182。HOOCCH2 CH2COOH NCH2CH2NHOOCCH2 CH2COOHH+H+第8页,此课件共78页哦8 8动动画画第9页,此课件共78页哦9 911.1.4EDTA与金属离子形成螯合物的特点与金属离子形成螯合物的特点 1、普
6、普遍遍性性,几几乎乎能能与与所所有有的的金金属属离离子子形形成成稳稳定定的配合物。的配合物。优点:优点:应用广泛;应用广泛;缺点缺点:选择性差:选择性差 2、稳定性、稳定性,螯合物具有特殊的稳定性。,螯合物具有特殊的稳定性。3、反应速度快,且在水中有较大的溶解度。、反应速度快,且在水中有较大的溶解度。4、螯合物大多数无色、螯合物大多数无色,有利于指示剂确定终点。,有利于指示剂确定终点。5、配位比、配位比1 1,便于计算。,便于计算。Mn+H2Y2-MY(n-4)+2H+为书写方便将上式写为:为书写方便将上式写为:M +Y MY 第10页,此课件共78页哦1010第11页,此课件共78页哦111
7、1ML MOH HY NY M(OH)Y MHY ML2 M(OH)2 H2Y MLn M(OH)n H6YLOH-H+NOH-H+副反应副反应11.2.1 主反应及副反应主反应及副反应(温度、离子强度、其它离子或分子等)(温度、离子强度、其它离子或分子等)M +Y =MY 主反应主反应副反应产物副反应产物11.2 配位平衡与配合物的稳定性配位平衡与配合物的稳定性 第12页,此课件共78页哦1212表示表示未与未与M配位的配位的滴定剂的滴定剂的各种型体的总浓度各种型体的总浓度Y是是游离滴定剂浓度游离滴定剂浓度Y4-的多少倍。的多少倍。M、Y、MY的各种副反应进行的程度,可由副的各种副反应进行的
8、程度,可由副反应系数来衡量。例如:滴定剂反应系数来衡量。例如:滴定剂Y发生副反应,则其发生副反应,则其副反应系数副反应系数aY是是第13页,此课件共78页哦1313 滴定剂滴定剂Y分别与溶液中分别与溶液中H+或其它金属离子或其它金属离子N单单独发生副反应时,副反应系数分别用独发生副反应时,副反应系数分别用aY(H)、aY(N)表示。表示。第14页,此课件共78页哦141411.2.2 酸效应和酸效应系数酸效应和酸效应系数 Y可可与与H+形形成成HY3-、H2Y2-.H6Y2+,酸酸度度愈愈高高,促促使使MY离离解解,从从而而降降低低MY的的稳稳定定性性,把把Y与与H+形形成成HnYn-4,使使
9、配配位位剂剂Y参参加加配配位位反反应应的的能能力力降降低的现象,称为低的现象,称为酸效应酸效应。酸效应不一定有害,有时提高酸度可使干扰离酸效应不一定有害,有时提高酸度可使干扰离子与子与Y络合能力降低,从而提高滴定的选择性。络合能力降低,从而提高滴定的选择性。第15页,此课件共78页哦1515c(Y4-)为溶液中游离的为溶液中游离的Y4-的平衡浓度。的平衡浓度。为定量描述酸度对配位反应的影响,引入了为定量描述酸度对配位反应的影响,引入了酸效应系数酸效应系数。用。用aY(H)表示。表示。未与未与M 络合络合第16页,此课件共78页哦1616HY3-=H+Y4-第17页,此课件共78页哦1717 H
10、+HY3-=H2Y2-第18页,此课件共78页哦1818第19页,此课件共78页哦1919H+H5Y+=H6Y2+第20页,此课件共78页哦2020 在处理络合平衡时,为了计算方便,又提出在处理络合平衡时,为了计算方便,又提出积积累形成常数累形成常数,用,用表示。积累形成常数与逐级稳定常表示。积累形成常数与逐级稳定常数的关系是:数的关系是:1 Kf1 第一级积累稳定常数第一级积累稳定常数2 Kf1Kf2 第二级积累稳定常数第二级积累稳定常数n Kf1Kf2Kfn 第第 n 级积累稳定常数级积累稳定常数 第21页,此课件共78页哦2121代入上式后得:代入上式后得:第22页,此课件共78页哦22
11、22 pH愈大,愈大,aY(H)愈小,故用愈小,故用EDTA测测Ca2+、Mg2+要保持碱性的原因。要保持碱性的原因。pHlgaY(H)0213424.0 18.3 13.8 10.8 8.656.664.873.482.391.4100.5110.1120.01当当pH 值一定时,可按上式求值一定时,可按上式求aY(H)。不同不同pH 值下值下EDTA的的lgaY(H)值,值,p184第23页,此课件共78页哦2323由于由于H离子的存在,使得离子的存在,使得Y 的平衡浓度的平衡浓度降低,使主反应降低,使主反应M+Y=MY 的完全程度降低,的完全程度降低,因此酸度对因此酸度对EDTA的配位能
12、力有很大影响的配位能力有很大影响,故,故配位滴定配位滴定应应根据不同的测定对象根据不同的测定对象控制控制合适的合适的pH值值。以。以pH为纵坐标,为纵坐标,lgaY(H)为横坐标,作为横坐标,作图得,图得,EDTA的酸效应系数随的酸效应系数随pH变化变化的曲线(图的曲线(图113):):第24页,此课件共78页哦2424第25页,此课件共78页哦252511.2.3 配位效应、配位效应系数配位效应、配位效应系数 其它配合剂存在时,金属离子与其配位,其它配合剂存在时,金属离子与其配位,使使 M与与Y 的配位能力降低,此现象称为的配位能力降低,此现象称为配位配位效应效应。相应的副反应系数称为。相应
13、的副反应系数称为配位效应系数配位效应系数。用用aM(L)表示。表示。第26页,此课件共78页哦2626 它表示它表示未与滴定剂络合的金属离子的未与滴定剂络合的金属离子的各种形式的总浓度各种形式的总浓度 是游离的金属是游离的金属离子浓度离子浓度 的多少倍。的多少倍。第27页,此课件共78页哦2727移项:移项:条件稳定条件稳定平衡常数平衡常数代入:代入:因为:因为:所以:所以:11.2.4 条件稳定常数条件稳定常数第28页,此课件共78页哦2828 M +Y =MY KMYY4-、HY3-、H2Y2-、H3Y-、H4Y、H5Y+、H6Y2+M +Y =MY KMYY4-第29页,此课件共78页哦
14、2929只考虑只考虑配位效应配位效应时:时:将:将:代入:代入:条条件件稳稳定定常常数数Kf是是用用酸酸效效应应系系数数校校正正后后的的实实际稳定常数,它受际稳定常数,它受pH值的影响。值的影响。上式两边取对数,得:上式两边取对数,得:此外,其它的干扰离子也会影响此外,其它的干扰离子也会影响Kf,不再讨论。,不再讨论。第30页,此课件共78页哦3030得:得:取对数后:取对数后:第31页,此课件共78页哦3131同时考虑同时考虑aY(H)和和aM(L)时:时:11-5b重点掌握酸效应系数重点掌握酸效应系数第32页,此课件共78页哦3232 11.3 配位滴定曲线配位滴定曲线 滴滴定定过过程程中
15、中,用用金金属属离离子子浓浓度度负负对对数数pM值值变变化化表示其滴定曲线。表示其滴定曲线。11.3.1 滴定曲线:滴定曲线:pH 12 时,用时,用 0.01000molL-1 的的 EDTA 溶液,溶液,滴定滴定20.00ml,0.01000 molL-1 Ca2+离子溶液为例讨离子溶液为例讨论。论。Ca2+Y4-=CaY2-第33页,此课件共78页哦3333CaY的条件稳定常数为:的条件稳定常数为:即即查查表表112,pH 12时,时,没有其它络没有其它络合剂的影响合剂的影响查表查表第34页,此课件共78页哦34341、滴定前、滴定前:c(Ca2+)为原始浓度决定。为原始浓度决定。c(C
16、a2+)0.01000 molL-1 pCa2+-lg 0.01000 2.02、计量点前、计量点前:若加入若加入EDTA的体积为的体积为19.98ml,溶液中,溶液中Ca2+的浓度为:的浓度为:pCa2+-lg(510-6)5.3第35页,此课件共78页哦35353、计量点时、计量点时 根据平衡来计算根据平衡来计算Ca2+离子的浓度。离子的浓度。Ca2+Y4-=CaY2-因为:因为:c(Ca2+)c(Y4-)第36页,此课件共78页哦3636pCa2+-lg(3.310-7)6.54、计量点后、计量点后 加入加入EDTA的体积为的体积为20.02ml。第37页,此课件共78页哦3737pCa
17、2+lg(2.010-8)7.7第38页,此课件共78页哦3838 将将计计算算结结果果列列表表11-3,以以滴滴定定EDTA的的百百分分 数数 为为横横 坐坐 标标,pCa2+为为纵纵坐坐标标作作图图得得一一曲线。曲线。-0.1%+0.1%pM的突跃范围:的突跃范围:5.37.7第39页,此课件共78页哦3939第40页,此课件共78页哦4040481216205 10 15 20 25mlEDTA加入量加入量pM30lgKf=16128 411.3.2 影响突跃的主要因素影响突跃的主要因素 因为因为 Kf 受酸度影响,受酸度影响,pH 越大,越大,aY(H)越小,越小,Kf 越大,突跃范围
18、越大。反之越大,突跃范围越大。反之则反。故则反。故滴定反应要严格控滴定反应要严格控制酸度。制酸度。1、条件稳定常数、条件稳定常数Kf 当金属离子浓度一当金属离子浓度一定时,配合物的条件定时,配合物的条件稳定常数越大,突跃稳定常数越大,突跃范围越大。范围越大。第41页,此课件共78页哦4141 决定决定KMY的大小除的大小除pH值之外,当被测金属离值之外,当被测金属离子与子与辅助络合剂辅助络合剂有络合作用的时候,有络合作用的时候,aM(L)增大,增大,KMY减小,滴定曲线的突跃即减小。减小,滴定曲线的突跃即减小。酸度是降低酸度是降低c(Y),而辅助络合剂则降低,而辅助络合剂则降低c(M)。当金属
19、离子浓度和其它条件不变时,配合物当金属离子浓度和其它条件不变时,配合物的条件稳定常数越大,滴定曲线的突跃范围越大。的条件稳定常数越大,滴定曲线的突跃范围越大。溶液酸度的影响与条件稳定常数的影响相似(溶液酸度的影响与条件稳定常数的影响相似(图图11-4,11-5)。)。第42页,此课件共78页哦42422468105 10 15 20 25mlEDTA加入量加入量pM3010-4mol/L10-1mol/L10-3mol/L10-2mol/L2、被滴定的金属离子的浓度的影响、被滴定的金属离子的浓度的影响 Kf一定时,金一定时,金属离子浓度越大,属离子浓度越大,突跃范围越大。突跃范围越大。见图见图
20、116第43页,此课件共78页哦434311.3.3 酸效应曲线与酸度控制酸效应曲线与酸度控制单单一一离离子子准准确确滴滴定定的的条条件件:cKf 106,如如果果只只考考虑虑酸酸效效应应,当当金金属属离离子子浓浓度度为为0.01molL-1,pM=0.2pM,则则 Kf 108 lgKf 8得出:得出:由上式可计算出由上式可计算出lgaY(H),从而算出,从而算出EDTA滴定各滴定各种金属离子所允许的种金属离子所允许的最高酸度最高酸度(或最低或最低pH值值)117第44页,此课件共78页哦4444 以以pH值值为为横横坐坐标标,金金属属离离子子的的lgKf为为纵纵坐坐标标绘绘制的曲线称为制的
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