2023年分析化学超详细解析答案上册第四版高等教育出版社.pdf
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1、学习必备 欢迎下载 第六章 思考题与习题 1 填空(1)EDTA 是一种氨羧络合剂,名称,用符号表示,其结构式为。配制标准溶液时一般采用 EDTA 二钠盐,分子式为,其水溶液 pH 为,可通过公式进行计算,标准溶液常用浓度为。(2)一般情况下水溶液中的 EDTA 总是以等型体存在,其中以与金属离子形成的络合物最稳定,但仅在时 EDTA 才主要以此种型体存在。除个别金属离子外。EDTA 与金属离子形成络合物时,络合比都是。(3)K/MY称,它表示络合反应进行的程度,其计算式为。(4)络合滴定曲线滴定突跃 的大小取决于。在金属离子浓度一定的条件下,越大,突跃;在条件常数 K/MY一定时,越大,突跃
2、。(5)K/MY值是判断络合滴定误差大小的重要依据。在 pM/一定时,K/MY越大,络合滴定的准确度。影响 K/MY的因素有,其中酸度愈高愈大,lg/MY;的络合作用常能增大,减小。在 K/MY一定时,终点误差的大小由决定,而误差的正负由决定。(6)在H+一定时,EDTA 酸效应系数的计算公式为。解:(1)EDTA是 一 种 氨 羧 络 合 剂,名 称 乙 二 胺 四 乙 酸 ,用 符 号 H4Y 表 示,其 结 构 式 为 HOOCCH2-OOCCH2CH2COO-CH2COOH+HNCH2CH2NH。配 制 标 准 溶 液 时 一 般 采 用 EDTA二 钠 盐,分 子 式 为OHYHNa
3、2222,其水溶液 pH 为 4.4,可通过公式54aaKKH进行计算,标准溶液常用浓度为 0.01molL-1。(2)一般情况下水溶液中的 EDTA 总是以 H6Y2+、H5Y+、H4Y、H3Y-、H2Y2-、HY3-和 Y4-等 七种 型体存在,其中以 Y4-与金属离子形成的络合物最稳定,但仅在 pH10 时 EDTA 才主要以此种型体存在。除个别金属离子外。EDTA 与金属离子形成络合物时,络合比都是 11。(3)K/MY称 条件形成常数,它表示一定条件下 络合反应进行的程度,其计算式为YMMYMYKKlglglglg/。(4)络合滴定曲线滴定突跃的大小取决 金属离子的分析浓度 CM和络
4、合物的条件形成常数MYK/。在金属离子浓度一定的条件下,MYK/值 越大,突跃 也越大;在条件常数 K/MY一定时,CM越大,突跃 也越大 .(5)K/MY值是判断络合滴定误差大小的重要依据。在pM/一定时,K/MY越大,络合滴定的准确度 越高。影响 K/MY的因素有 酸度的影响、干扰离子的影响、配位剂的影响、OH-的影响,其中酸度愈高,H+浓度 愈大,lg/MY 值越小;络合剂的络合作用常能增大M,减小 K/。在 K/MY一定时,终点误差的大小由pM/、CM、K/MY决定,而误差的正负由pM/决定。(6)在H+一定时,EDTA 酸效应系数的计算公式为YHYYYHYHHYYYY162)(。2
5、Cu2、Zn2、Cd2、Ni2等离子均能与 NH3形成络合物,为什么不能以氨水为滴定剂用络合滴定法来测定这些离子?答;由于多数金属离子的配位数为四和六。Cu2、Zn2、Cd2、Ni2等离子均能与 NH3形成络合物,络合速度慢,且络合比较复杂,以氨水为滴定剂滴定反应进行的完全程度不高。不能按照确定的化学计量关系定量完成,无法准确判断滴定终点。3 不经具体计算,如何通过络合物 MLn的各 i值和络合剂的浓度L来估计溶液中络合物的主要存在型体?答:各型体分布分数为:nnMMLLLCM112210 1122111LLLLLCMLonnMLM 学习必备 欢迎下载 nnonnnMnLLLLLnCMLn12
6、21 再由MLi=iCM 得,溶液中络合物的主要存在型体由 i决定。故只要那个iiL越大,就以配位数为 i 的型体存在。4 已知乙酰丙酮(L)与 Al3络合物的累积常数 lg1lg3分别为 8.6,15.5 和 21.3,AlL3为主要型体时的 pL 范围是多少?AlL与AlL2相等时的 pL 为多少?pL 为 10.0 时铝的主要型体又是什么?解:由11LMMLK ,22212LMMLKK,333213LMMLKKK 由相邻两级络合物分布曲线的交点处有 pL=lgKi AlL3为主要型体时8.5lglglg,lg2333KKpL 在 pL5.8 时,AlL3为主要型体。2AlLAlL 时,9
7、.6lglglg122KpL 6.80.10,6.8lglg11pLpLKpL Al3+为主要型体。5 铬蓝黑 R(EBR)指示剂的 H2In2-是红色,HIn2-是蓝色,In3-是橙色。它的 pKa2=7.3,pKa3=13.5。它与金属离子形成的络合物 MIn 是红色。试问指示剂在不同的 pH 的范围各呈什么颜色?变化点的 pH 是多少?它在什么 pH 范围内能用作金属离子指示剂?解:由题35.1323.7232InHInInHaapKpK (红色)(蓝色)(橙色)5.13,3.732pKapKa pH14.5 时呈橙色;第一变色点的 pH=7.3;第二变色点的 pH=13.5。铬蓝黑 R
8、 与金属离子形成红色的络合物,适宜的酸度范围在 pH=912 之间。6 Ca2+与 PAN 不显色,但在 pH=1012 时,加入适量的 CuY,却可以用 PAN 作为滴定 Ca2+的指示剂,为什么?解:pH=1012 在 PAN 中加入适量的 CuY,可以发生如下反应 CuY(蓝色)+PAN(黄色)+M=MY+Cu PAN (黄绿色)(紫红色)CuPAN 是一种间接指示剂,加入的 EDTA 与 Cu2+定量络合后,稍过量的滴定剂就会夺取 CuPAN 中的 Cu2+,而使PAN 游离出来。CuPAN+Y=CuY+PAN 表明滴定达终点(紫红色)(黄绿色)7 用 NaOH 标准溶液滴定 FeCl
9、3溶液中游离的 HCl 时,Fe3+将如何干扰?加入下列哪一种化合物可以消除干扰?EDTA,Ca-EDTA,柠檬酸三钠,三乙醇胺。解:由于 Fe3+和 NaOH 溶液生成 Fe(OH)3沉淀,故可以用 EDTA 消除干扰,EDTA 和 Fe3+形成络合物,稳定性大,减少了溶液中的游离的 Fe3+。8 用 EDTA 滴定 Ca2+、Mg2+时,可以用三乙醇胺、KCN 掩蔽 Fe3+,但不使用盐酸羟胺和抗坏血酸;在 pH=1 滴定 Bi3+,可采用盐酸羟胺或抗坏血酸掩蔽 Fe3+,而三乙醇胺和 KCN 都不能使用,这是为什么?已知 KCN 严禁在 pH6 的溶液中使用,为什么?解:由于用 EDTA
10、 滴定 Ca2+、Mg2+时,pH=10,用三乙醇胺和 KCN 来消除,若使用盐酸羟胺和抗坏血酸,则会降低 pH值,影响 Ca2+、Mg2+滴定;三乙醇胺是在溶液呈微酸性时来掩蔽 Fe3+,如果 pH 越低,则达不到掩蔽的目的;pH6 的溶液中,中以与金属离子形成的络合物最稳定但仅在时才主要以此种型体存在除下越大突跃在条件常数越大突跃值是判断络合滴定误差大小的重要依据剂名称乙二胺四乙酸一定时越大络合滴定的准度影响的因素有用符号表学习必备 欢迎下载 KCN 会形成弱酸 HCN(剧毒性物质),难以电离出 CN-来掩蔽 Fe3+。所以在 pH3210 故溶液中主要型体为Cu(NH3)42+:1303
11、.04243103.9010.010)(2LmolcNHCuCu14 在 0.010mol L-1 Al3+溶液中,加氟化铵至溶液中游离F-的浓度为 0.10mol L-1,问溶液中铝的主要型体是哪一种?浓度为多少?解:AlF63-配离子61lglg分别为:6.13;11.15;15.00;17.75;19.37;19.84 故 16分别为:61035.1;111041.1;151000.1;171062.5;191034.2;191092.6。根据题意知1110.0,010.03LmolCLmolCFAl 根据 66221113FFFAl 15619211161079.2101092.610
12、1041.1101035.111 再有式 1015161)(1017.31079.2101035.132AlAlFF 61521122)(1093.31079.2101041.132AlAlFF 31531533)(1079.21079.2101000.133AlAlFF 1154174)(1057.11079.2101062.5344AlAlFF 11551955)(1053.61079.2101034.2325AlAlFF 11561966)6(1093.11079.2101092.6333AlAlFF 故 312)(251053.61053.610253AlFAcCAlFmol/L 所以
13、,由上可知溶液中存在的主要型体为25AlF,其浓度为131053.6Lmol。15 在含有 Ni2+-NH3络合物的溶液中,若 Ni(NH3)42+的浓度 10 倍于 Ni(NH3)32+的浓度,问此体系中游离氨的浓度NH3 等于多少?解:Ni(NH3)62+配离子的 lg1-lg6分别为:2.80;5.04;6.77;7.96;8.71;8.74。得 1-6 分别为:1=6.31 102 2=1.09 105 3=5.89 106 4=9.12 107 5=5.13 108 6=5.50 108 因 2233333)(NiNHNiNH (A)2243433)(NiNHNiNH (B)中以与金
14、属离子形成的络合物最稳定但仅在时才主要以此种型体存在除下越大突跃在条件常数越大突跃值是判断络合滴定误差大小的重要依据剂名称乙二胺四乙酸一定时越大络合滴定的准度影响的因素有用符号表学习必备 欢迎下载 Ni(NH3)32+=2332)(NHNiNiC (C)Ni(NH3)42+=2432)(NHNiNiC (D)由式(A)和(C)得 Ni(NH3)32+=22333NiNiNHC (E)由(B)和(D)得 Ni(NH3)42+=22434NiNiNHC (F)根据式(E)和(F)并由题意得 Ni(NH3)32+/Ni(NH3)42+=334/NH=10 NH3=103/4=10 5.89 106/
15、9.12 1070.646 mol L-1 16 今由 100mL0.010mol L-1 Zn2+溶液,欲使其中 Zn2+浓度降至 10-9 mol L-1,问需向溶液中加入固体 KCN 多少克?已知Zn2+-CN-络合物的累积形成常数 4=1016.7,MKCN=65.12g mol-1.解:由题 Zn2+的分析浓度1010.02LmolcZn 平衡浓度19210LmolZn 设需向溶液中加入固体 KCN x g 则 11.012.65LmolxCN 9200210102ZncZn7010 Zn2+与 CN-一次络合,则 124010.0)(2LmolcCNZnZn 7.164224410
16、)(CNZnCNZn 则 7.97.16927.1622441010101010)(ZnCNZnCN CN-=3.76 10-3 mol L-1 CNc=0.010 4+3.76 10-3=4.4 10-2 mol L-1 x=CNc 65.12 0.100=0.29 g 17 用 CaCO3 基准物质标定 EDTA 溶液的浓度,称取 0.1005g CaCO3 基准物质溶解后定容为 100.0mL。移取 25.00mL 钙溶液,在 pH=12 时用钙指示剂指示终点,以待标定 EDTA 滴定之,用去 24.90mL。(1)计算 EDTA 的浓度;(2)计算 EDTA对 ZnO 和 Fe2O3的
17、滴定度。解:(1)根据共反应关系应为 1:1,则 EDTACaCOnn3 EDTAC9.2425100010009.1001005.0 CEDTA=0.01008 molL-1.(2)根据滴定度定义,得:中以与金属离子形成的络合物最稳定但仅在时才主要以此种型体存在除下越大突跃在条件常数越大突跃值是判断络合滴定误差大小的重要依据剂名称乙二胺四乙酸一定时越大络合滴定的准度影响的因素有用符号表学习必备 欢迎下载 1410203.8100038.8101008.01000mLgMCTZnOEDTAZnOEDTA 1410048.81000269.15901008.0100023232mLgMCTOFe
18、EDTAOFeEDTA 18 计算在 pH=1.0 时草酸根的)(242lgHOC值。解:查得 5221104.6,109.5aaKK 根据公式 242OC22122111242KaKaKaHHKKaaOC 3522252101.4104.6109.5109.51.01.0104.6109.51 则 61.3101.4lglg3)(242HOC 19 今有 pH=5.5 的某溶液,其中 Cd2+,Mg2+和 EDTA 的溶液均为 1.0 10-2molL-1.对于 EDTA 与 Cd2+的主反应,计算其 Y 值。解:以 EDTA 与 Cd2+的主反应,受到酸效应和共存离子的影响。查附录一之表
19、4,pH=5.5 时,lgY(H)=5.51;由附录一之表 3 可知,KCdY=1016.46,KMgY=108.7,由于络合物的形成常数相差很大,可认为 EDTA 与 Cd2+的反应完成时,溶液中的浓度非常低,Mg2+0.010 molL-1 由式(613)有:7.627.82)(10101011MgKMgYMgY 再由式(614)可以得出:73.67.651.5)()(10110101MgYHYY 20.以NH3-NH4+缓 冲 剂 控 制 锌 溶 液 的pH=10.0,对 于EDTA滴 定Zn2+的 主 反 应,(1)计 算NH3=0.10molL-1,CN-=1.0 10-3molL-
20、1时的 Zn和 logKZnY值。(2)若 cY=cZn=0.02000molL-1,求计量点时游离 Zn2+的浓度Zn2+等于多少?解:(1)pH=10.0,查表4.2lg)(OHZn,Zn2+的 NH3络合物的各累积常数为:lg1=2.27;lg2=4.61;lg3=7.01;lg4=9.06 Zn2+的 CN-络合物的累积常数为:lg4=16.7 406.9301.7261.427.2)(10.01010.01010.01010.01013NHZn=105.25 7.4437.16)(10)100.1(101CNZn 36.54.27.425.5)()()(10210101023OHZn
21、CNZnNHZnZn 当溶液 pH=10.0 时,36.5lg,lg45.0lg)(ZnYHY,故此时 69.1045.036.550.16lgZnYK(2)由计量点时 cZn,Sp=cZn/2 中以与金属离子形成的络合物最稳定但仅在时才主要以此种型体存在除下越大突跃在条件常数越大突跃值是判断络合滴定误差大小的重要依据剂名称乙二胺四乙酸一定时越大络合滴定的准度影响的因素有用符号表学习必备 欢迎下载 LmolKcZnZnYspZn/1010010.0 35.669.10,LmolZnZnZn/1095.11010 1236.535.62 21.在 20 题提供的条件下,判断能否用 0.02000
22、molL-1EDTA 准确滴定 0.020molL-1Zn2+;如能直接滴定,选择 EBT 作指示剂是否合适?解:查表50.16lgZnYK,cZn,Sp=cZn/2.pH=10.0,45.0lg)(HY,4.2lg)(OHZn36.5lg,Zn(由 20 题知)69.1045.036.550.16lgZnYK lgcZn,spKZnY=8.696 结果表明,在 pH=10.0 时,可以准确滴定 Zn2+.pZnsp=0.5(pcZn,sp+lgKZnY)=0.5(2.00+10.69)=6.35 由附录一之表 7 可知,用 EBT 作指示剂,当 pH=10.0 时,pZnt=12.2 因为
23、Zn2+此时有副反应,由 20 题知36.510Zn 根据公式有:84.636.52.12lgZnteppZnpZn 由于eppZn与 pZnsp相近,可见此条件下选择 EBT 作指示剂是合适的 22.若溶液的 pH=11.00,游离 CN-浓度为 1.0 10-2molL-1,计算 HgY 络合物的 logKHgY值。已知 Hg2+-CN-络和物的逐级形成常数 logK1-logK4分别为:18.00,16.70,3.83 和 2.98。解:根据 Hg(CN)42-配离子的各级 logK 值求得,Hg(CN)42-配离子的各级积累形成常数分别为:1=K1=1018 2=K1 K2=5.01
24、1034 3=K1 K2 K3=340 1038 4=K1 K2 K3 K4=3.20 1041 根据公式 344241323822342184433221)(1079.2)10(1020.3)10(1040.3)10(1001.5)10(101111CNCNCNCNCNHg 故55.33)(CNHgp 得当 pH=11.0 时 07.0)(HYp 将 55.33)(CNHgp和07.0)(HYp值及 8.21log2HgYK值代入公式 2lgHgYK)()(2lgHYLMHgYppK =21.8-33.55-0.07 =-11.82 23.若将 0.020molL-1EDTA 与 0.010
25、molL-1Mg(NO3)2(两者体积相等)相混合,问在 pH=9.0 时溶液中游离 Mg2+的浓度是多少?解:当 EDTA 溶液与 Mg2+溶液等体积相混合之后,EDTA 和 Mg2+的浓度分别为:LmolCEDTA/01.0202.0LmolCMg/005.0201.02 中以与金属离子形成的络合物最稳定但仅在时才主要以此种型体存在除下越大突跃在条件常数越大突跃值是判断络合滴定误差大小的重要依据剂名称乙二胺四乙酸一定时越大络合滴定的准度影响的因素有用符号表学习必备 欢迎下载 查表 4 得,当溶液 pH=9.0 时,28.1lg)(HY 再由表 3 得,7.8lg2MgYK 故由 2lgMg
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