[理学]分析化学第五版上册第分析化学第五版上册第06章ppt课件.ppt
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1、第第6 6章章 络合平衡和络合滴定法络合平衡和络合滴定法6.1 常用络合物常用络合物6.2 络合平衡常数络合平衡常数6.3 副反应系数及条件稳定常数副反应系数及条件稳定常数6.4 络合滴定基本原理络合滴定基本原理6.5 络合滴定条件络合滴定条件 6.6 络合滴定的方式和应用络合滴定的方式和应用16.1 常用络合物常用络合物一、简单络合物一、简单络合物简单络合物:简单络合物:中心离子与单基配体所形成的络合物中心离子与单基配体所形成的络合物,存在多,存在多级络合现象,逐级稳定常数较为接近,在溶液中常有多级络级络合现象,逐级稳定常数较为接近,在溶液中常有多级络合形式同时存在,合形式同时存在,常用作掩
2、蔽剂、显色剂和指示剂常用作掩蔽剂、显色剂和指示剂(除氰量除氰量法和汞量法外)法和汞量法外)简单络合剂简单络合剂:NH3,Cl-,F-Cu2+-NH3 络合物络合物2二、螯合物二、螯合物由中心离子和多基配位体形成由中心离子和多基配位体形成由中心离子和多基配位体形成由中心离子和多基配位体形成,稳定性高。控制反应条件,稳定性高。控制反应条件,能得到所需的稳定而单一的络合物。能得到所需的稳定而单一的络合物。螯合剂螯合剂:乙二胺,乙二胺,EDTA等等用作用作络合剂、滴定剂、掩蔽剂等络合剂、滴定剂、掩蔽剂等乙二胺乙二胺-Cu2+3三、乙二胺四乙酸(三、乙二胺四乙酸(EDTAEDTA)及其螯合物)及其螯合物
3、1 1、结构、结构乙二胺四乙酸乙二胺四乙酸(H4Y)Ethylene Diamine Tetra Acetic acid以以双双偶偶极极离离子子形形式式存存在在,四四元元酸酸,用用H4Y表表示示,主要的络合滴定剂主要的络合滴定剂HOOCH2C-OOCH2CCH2COO-CH2COOHNH+-CH2-CH2-NH+42、性质、性质1)溶溶解解度度:在在水水中中溶溶解解度度小小,0.02g/100ml,易易溶溶于于 NaOH或或NH3中形成相应的盐。中形成相应的盐。在在实实际际中中常常使使用用Na2H2Y.2H2O,EDTA二二钠钠盐盐,也也简简称称EDTA,11.1g/100mL水,约水,约0.
4、3mol/L,pH=4.4。型体型体溶解度溶解度(22 C)H4Y0.2 g/LNa2H2Y111 g/L,0.3 mol/L52)酸酸性性:在在酸酸度度较较高高时时,可可形形成成H6Y2+,六六元元酸酸,共共有六级解离平衡有六级解离平衡HH6EDTAH6Y2 H+H5Y+H5Y H+H4YH4Y H+H3Y-H3Y-H+H2Y2-H2Y2-H+HY3-HY3-H+Y4-Ka1=10-0.90 H+H5YH6YKa2=10-1.60 H+H4YH5YKa3=10-2.00 H+H3YH4YKa6=10-10.26 H+YHYKa5=10-6.16 H+HYH2YKa4=10-2.67 H+H2
5、YH3Y7分布分数与分布分数与pHpH的关系的关系pH 10.26 主要以主要以Y4-存在存在H6Y2+H5Y+H2Y2-HY3-Y4-H3Y-H4Y10.262.676.164.4 在七种型体中,以在七种型体中,以Y Y4-4-与金属离子形成的与金属离子形成的络合物最为稳定。络合物最为稳定。83)配位性质)配位性质EDTA 有有 6 个配位基个配位基2个氨氮配位原子个氨氮配位原子 4个羧氧配位原子个羧氧配位原子93 3、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸螯合物的特点螯合物的特点1 1)EDTA能与几乎所有的金属离子络合,且稳定性好能与几乎所有的金属离子络合,且稳定性好2 2)配合物的配位比)配合物的
6、配位比大多是大多是 1:13 3)配合物的水溶性好)配合物的水溶性好4 4)EDTA与与无无色色金金属属离离子子形形成成的的螯螯合合物物仍仍为为无无色色,如如ZnY2-,AlY-等;等;EDTA与有色金属离子形成的螯合物颜色加深与有色金属离子形成的螯合物颜色加深 CuY2MnY2 CrY-CoY2-NiY2-深兰深兰紫红紫红深紫深紫紫红紫红蓝绿蓝绿10金属离子与金属离子与EDTA的配位反应,略去电荷,可简写成:的配位反应,略去电荷,可简写成:M +Y =MYNiY 结构模型结构模型11一、一、络合物的稳定常数络合物的稳定常数 在络合滴定中,络合平衡常数常用稳定常数(形成常数)表示在络合滴定中,
7、络合平衡常数常用稳定常数(形成常数)表示 例如:例如:6.2 络合平衡常数络合平衡常数12逐级稳定常数逐级稳定常数 Ki K 表示表示相邻相邻络合络合物之间的关系物之间的关系M+L=MLML+L=ML2MLn-1+L=MLn累积稳定常数累积稳定常数 表示络合物与表示络合物与配体配体之间的关系之间的关系MLMLK1=MLML 1=K1=ML2MLLK2=ML2ML2 2=K1K2=MLnMLn-1LKn=MLnMLn n=K1K2 Kn=最后一级累积稳定常数称为总稳定常数最后一级累积稳定常数称为总稳定常数13根根据据络络合合物物的的各各级级累累积积稳稳定定常常数数,可可以以计计算算各各级级络络合
8、物的浓度合物的浓度 ML=1ML ML2=2ML2 :MLn=nMLn各各级级累累积积稳稳定定常常数数将将各各级级络络合合物物的的浓浓度度直直接接与与游游离离金属离子浓度、游离络合剂的浓度联系起来金属离子浓度、游离络合剂的浓度联系起来14二、二、溶液中各级络合物的分布溶液中各级络合物的分布 多元络合物多元络合物据物料平衡:据物料平衡:分布分数定义分布分数定义15由此可见,只与由此可见,只与LL有关,而与有关,而与c cM M无关无关16铜氨络合物各种型体的分布Cu(NH3)2+Cu(NH3)22+Cu(NH3)32+Cu2+Cu(NH3)42+4.1 3.5 2.9 2.1lgK1-4分分布布
9、分分数数17磷酸磷酸(H3A)的分布系数图的分布系数图 H3PO4 H2PO4-HPO42-PO43-2.16 7.21 12.32 pKa1 pKa2 pKa31.00.00 2 4 6 8 10 12 pHH3PO4H2PO4-HPO42-PO43-优势区域图优势区域图18解:解:AgL最大时,最大时,lgK1 lgK2例题例题3-13-1已知乙二胺(已知乙二胺(L)与与Ag+形成的络合物形成的络合物lg 1 和和lg 2分别为分别为4.7,7.7。当当AgL为最大值时的为最大值时的pL为多少?为多少?19M +Y =MYOH-LH+NH+OH-MOHMHYMOHYNYHYM(OH)n M
10、LMLnH6Y M Y MY6.3副反应系数和条件稳定常数副反应系数和条件稳定常数副反应系数副反应系数表示各种副反应进行的程度表示各种副反应进行的程度 副副反反应应主反应主反应20H+NNYHYH6Y YM +Y =MY一、副反应系数一、副反应系数1 1、络合剂的副反应及副反应系数、络合剂的副反应及副反应系数Y Y(H)酸酸效效应应 Y(N)共存共存离子离子效应效应21Y表表示示未未与与M络络合合的的EDTA的的总总浓浓度度Y是是游游离离EDTA的浓度的浓度Y的多少倍的多少倍Y越大,表示副效应越严重越大,表示副效应越严重Y=1=1表表示示Y没没有有发发生生副副效效应应,即即未未络络合合的的ED
11、TA都以都以Y形式存在形式存在主主反应产物反应产物 MYMY副反应产物副反应产物HY,HHY,H2 2Y,HY,H6 6Y,Y,NYNY游离态游离态Y YCYYY221 1)酸效应和酸效应系数)酸效应和酸效应系数Y(H)表表示示溶溶液液中中游游离离的的Y和和各各级级质质子子化化型型体体HiY的的总总浓度(浓度(Y/)是是游离游离Y浓度(浓度(Y)的多少倍的多少倍23pH=1,pH=1,Y(H)Y(H)=10 =10 18.318.3pH=5,pH=5,Y(H)Y(H)=10 =10 6.66.6pH 12,pH 12,Y(H)Y(H)=1=1Y=YY=Y将不同将不同pH时的时的lgY(H)值绘
12、成值绘成pH-lgY(H)值关系曲值关系曲线,称为酸效应曲线。线,称为酸效应曲线。24其它络合剂的酸效应系数例题例题例题例题3-23-2:求:求pH=5.00 时时 NH3 的酸效应系数。的酸效应系数。解解252)共存离子效应)共存离子效应 Y+N=NY 共存离子效应系数共存离子效应系数 Y(N)多多多多种种种种离离离离子子子子共共共共存存存存时时时时,Y(N)Y(N)往往往往往往往往只只只只取取取取其其其其中中中中一一一一种种种种或或或或少少少少数数数数几几几几种影响较大的离子种影响较大的离子种影响较大的离子种影响较大的离子263)Y的总副反应系数的总副反应系数YY(H)Y(H):酸效应系数
13、酸效应系数酸效应系数酸效应系数Y(N):共存离子效应系数共存离子效应系数27条件:条件:KZnYKCaY例例题题3-3:pH6.0溶溶液液中中含含有有浓浓度度为为0.01M的的EDTA,Zn2+,Ca2+,计算计算Y(Ca)和和Y Zn +Y =ZnYH+HY Ca2+CaYH6YY(H)Y(Ca)解:已知解:已知KCaY=1010.69,pH=6.0时时,Y(H)10 4.65Y282、金属离子金属离子M的副反应及副反应系数的副反应及副反应系数表表示示未未与与EDTA络络合合的的金金属属离离子子M的的总总浓浓度度M是是游游离离M的的浓浓度度M的多少倍的多少倍M越大,表示副效应越严重,越大,表
14、示副效应越严重,M=1=1表示表示M没有发生副效应没有发生副效应 M +Y =MYOH-MOH M(OH)pL ML MLn水水解解效效应应络络合合效效应应主主反应产物反应产物 MYMY游离态游离态 MCMMMMM 副反应产物副反应产物M(OH)M(OH)i i,MLMLn n291)络合效应)络合效应和络合效应系数和络合效应系数络合效应络合效应:M+nL=MLn络合效应系数:络合效应系数:M(L)30例例3-4:0.10mol/LAlF63-溶溶液液中中,F 为为0.010M时时,求求溶溶液液的的Al3,并指出溶液中络合物的主要存在形式,并指出溶液中络合物的主要存在形式解解:已已知知AlF6
15、3 的的lg16分分别别为为6.15,11.15,15.00,17.75,19.36,19.8431主要存在形式为主要存在形式为AlF3,AlF4-,AlF52-322)水解效应和水解效应系数)水解效应和水解效应系数在在pH较较高高时时,OH与与金金属属离离子子M形形成成羟羟基基配配合合物物,副副反反应应系系数为数为M(OH),见附表,见附表12 3)金属离子总副反应系数)金属离子总副反应系数若溶液中两种络合剂若溶液中两种络合剂L和和A同时存在同时存在33例题3-5:计算计算pH=11,NH3=0.1 时的时的lg Zn解解 Zn(NH3)42+的的lg 1lg 4分别为分别为2.27,4.6
16、1,7.01,9.06查表:查表:pH=11.0返回返回34例题例题36:计算:计算pH=9.0,总浓度为总浓度为0.10M的的NH3-NH4Cl溶液溶液的的 lg Zn(NH3)分析题意分析题意分析题意分析题意35Zn(NH3)42+的的lg 1lg 4分别为分别为2.37,4.81,7.31,9.4636(1)MY(1)MY的酸式、碱式络合物都不太稳;的酸式、碱式络合物都不太稳;(2)(2)提供数据不多。提供数据不多。故通常忽略故通常忽略MYMY的副反应的副反应和副反和副反应应系数系数MYMY!193、络合物、络合物MY的副反应和副反应系数的副反应和副反应系数37三、条件稳定常数三、条件稳
17、定常数条件稳定常数:条件稳定常数:=lgKMY-lg(M(L)+M(OH)+)-lg(Y(H)+Y(N)-1)38例例3-7:pH5.0的的HAc-Ac-缓缓冲冲溶溶液液中中,缓缓冲冲剂剂的的总总浓浓度度为为0.2 mol/L。计算计算PbY的条件稳定常数的条件稳定常数3940习题习题6:lgKCdYTartZn2+Cd +Y =CdYOH-TartH+Y(H)Y(Zn)Cd(OH)Zn(Tart)Cd(Tart)OH-Zn(OH)41习题习题6:lgKCdYTartZn2+Cd +Y =CdYOH-TartH+Y(H)Y(Zn)Cd(OH)Zn(Tart)Cd(Tart)OH-Zn(OH)4
18、2lgKZnYpH曲线曲线lgK ZnYlgK ZnY lg Zn(OH)lg Y(H)lgKZnYlgK 16.5151050pH 0 2 4 6 8 10 12 14436.4 络合滴定基本原理络合滴定基本原理1、络合滴定曲线:、络合滴定曲线:溶液溶液pM随滴定分数随滴定分数(a)变化的曲线变化的曲线 M +Y =MYEDTA加入,金属离子被络合,加入,金属离子被络合,M or M 不断减小,不断减小,化学计量点时发生突跃化学计量点时发生突跃K MYM 2+K MY(cYVY-cMVM)/(VM+VY)+1M-VM/(VMVY)cM=0 滴定曲线方程滴定曲线方程金属离子金属离子 M,cM,
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