金属-有机配位体配合物的稳定常数
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第7章 配位滴定法一、考试大纲要求(一)掌握1.掌握EDTA 滴定法的基本原理,能正确选择滴定条件。
2.掌握指示剂变色原理。
3.掌握EDTA 标准溶液的配制、标定。
(二)熟悉1、熟悉常用金属指示剂变色范围和使用条件。
2、熟悉Ca 2+、Mg 2+、Zn 2+、Al 3+等离子的测定。
(三)了解了解滴定终点误差。
二、重点与难点(一)重点1.配合物的条件稳定常数:条件稳定常数的计算和应用。
2.配位滴定法滴定曲线:滴定曲线的计算、突跃范围、化学计量点pM /值。
3.金属指示剂:变色原理、应用条件、应用对象。
4.标准溶液的配制与标定:基准物、标定条件。
5.滴定方式:滴定方式的选择、条件控制和应用范围。
(二)难点1.配位反应的副反应及副反应系数:副反应类型、副反应系数的计算。
2.滴定条件的选择:滴定终点误差、酸度的选择、掩蔽剂的选择。
三、主要公式1.金属-EDTA 配合物的稳定常数 ]][[][Y M MY K MY =2.累积稳定常数 nn n n L M ML K K K L M ML K K L M ML K ]][[][]][[][]][[][212221211======βββ3.各级配合物的浓度与游离金属离子浓度[M]和游离配合剂浓度[L]的关系nn n L M ML L M ML L M ML ]][[][]][[][]][[][2221βββ===4.副反应系数 ][][Y Y Y '=α 5.弱酸的酸效应系数6656546543654326543212345(H)6[H ][H ][H ][H ][H ]1[H ]Y a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K α++++++=++++++6.共存离子效应系数 NY N Y K N ][1)(+=α7.滴定体系中同时发生酸效应和共存离子效应,则总的副反应系数 1)()(-+=NY Y H Y Y ααα 8.单一金属离子M 的副反应系数 n n L M L L L ][][][1221)(βββα++++= 9.多种金属离子的总副反应系数 )1()()(21P L M L M M -+++= ααα10.条件稳定常数:]][[][Y M Y M K MY'''=' MY Y M MY MYK K αααlg lg lg lg lg +--=' 11.化学计量点时金属离子的浓度 )lg (21][)()(MYsp M MYsp M sp K pC M p K C M '+=''=' 12.终点时金属离子的浓度 ()p lg lg t MIn In H M K α=- 13.林邦(Ringbom )误差公式 %1001010)(//⨯'-=∆-∆MYsp M pMpM K C TE四、例题详解1.在pH =10.0的缓冲介质中,以0.01000mol/L 的EDTA 滴定50.00mL 同浓度金属离子M 2+溶液,已知在此条件下配位反应进行完全,当加入EDTA 溶液从49.95mL 到50.05mL 时,计量点前后的pM 改变了2个单位,计算配位化合物MY 2—的稳定常数K MY 为若干。
分析化学第五版习题答案详解(下)第五章配位滴定法思考题答案1.EDTA与金属离子的配合物有哪些特点?答:(1)EDTA与多数金属离子形成1?1配合物;(2)多数EDTA-金属离子配合物稳定性较强(可形成五个五原子环); (3)EDTA与金属配合物大多数带有电荷,水溶性好,反应速率快;(4)EDTA与无色金属离子形成的配合物仍为无色,与有色金属离子形成的配合物颜色加深。
2.配合物的稳定常数与条件稳定常数有何不同?为什么要引用条件稳定常数?答:配合物的稳定常数只与温度有关,不受其它反应条件如介质浓度、溶液pH值等的影响;条件稳定常数是以各物质总浓度表示的稳定常数,受具体反应条件的影响,其大小反映了金属离子,配位体和产物等发生副反应因素对配合物实际稳定程度的影响。
3.在配位滴定中控制适当的酸度有什么重要意义?实际应用时应如何全面考虑选择滴定时的pH?答:在配位滴定中控制适当的酸度可以有效消除干扰离子的影响,防止被测离子水解,提高滴定准确度。
具体控制溶液pH值范围时主要考虑两点:(1)溶液酸度应足够强以消去干扰离子的影响,并能准确滴定的最低pH值;(2)pH值不能太大以防被滴定离子产生沉淀的最高pH值。
4.金属指示剂的作用原理如何?它应该具备那些条件?答:金属指示剂是一类有机配位剂,能与金属形成有色配合物,当被EDTA等滴定剂置换出来时,颜色发生变化,指示终点。
金属指示剂应具备如下条件:(1)在滴定的pH范围内,指示剂游离状态的颜色与配位状态的颜色有较明显的区别;(2)指示剂与金属离子配合物的稳定性适中,既要有一定的稳定性K’MIn>104,又要容易被滴定剂置换出来,要求K’MY/K’MIn ≥104(个别102);(3)指示剂与金属离子生成的配合物应易溶于水;(4)指示剂与金属离子的显色反应要灵敏、迅速,有良好的可逆性。
5.为什么使用金属指示剂时要限定适宜的pH?为什么同一种指示剂用于不同金属离子滴定时,适宜的pH条件不一定相同?答:金属指示剂是一类有机弱酸碱,存在着酸效应,不同pH时指示剂颜色可能不同,K’MIn不同,所以需要控制一定的pH值范围。
金属有机配位体配合物的稳定常数序号 配位体 金属离子配位体数目 nlg βn Ag + 1 7.32 Al 3+ 1 16.11 Ba 2+ 1 7.78 Be 2+ 1 9.3 Bi 3+ 1 22.8 Ca 2+ 1 11.0 Cd 2+ 1 16.4 Co 2+ 1 16.31 Co 3+ 1 36.0 Cr 3+ 1 23.0 Cu 2+ 1 18.7 Fe 2+ 1 14.83 Fe 3+ 1 24.23 Ga 3+ 1 20.25 Hg 2+ 1 21.80 In 3+ 1 24.95 Li + 1 2.79 Mg 2+ 1 8.64 Mn2+ 1 13.8 Mo(V)1 6.36 Na + 1 1.66 Ni 2+ 1 18.56 Pb 2+ 1 18.3 Pd 2+ 1 18.5 Sc 2+ 1 23.1 Sn 2+ 1 22.1 Sr 2+ 1 8.80 Th 4+ 1 23.2 TiO 2+ 1 17.3 Tl 3+ 1 22.5 U 4+ 1 17.50 VO 2+ 1 18.0 Y 3+ 1 18.32 Zn 2+ 1 16.4 1乙二胺四乙酸 (EDTA)[(HOOCCH 2)2NCH 2]2Zr4+ 1 19.4 Ag + 1,2 0.73,0.64 2 乙酸 (Acetic acid)Ba2+ 10.41Ca 2+ 1 0.6 Cd 2+ 1,2,3 1.5,2.3,2.4 Ce 3+ 1,2,3,4 1.68,2.69,3.13,3.18Co 2+ 1,2 1.5,1.9 Cr 3+ 1,2,3 4.63,7.08,9.60 Cu 2+ (20℃)1,2 2.16,3.20 In 3+1,2,3,4 3.50,5.95,7.90,9.08Mn 2+ 1,2 9.84,2.06 Ni 2+ 1,2 1.12,1.81 Pb 2+ 1,2,3,4 2.52,4.0,6.4,8.5 Sn 2+ 1,2,3 3.3,6.0,7.3 Tl 3+ 1,2,3,46.17,11.28,15.10,18.3Zn2+ 1 1.5 Al 3+ (30℃) 1,2 8.6,15.5 Cd 2+1,2 3.84,6.66 Co 2+ 1,2 5.40,9.54 Cr 2+ 1,2 5.96,11.7 Cu 2+ 1,2 8.27,16.34 Fe 2+ 1,2 5.07,8.67 Fe 3+ 1,2,3 11.4,22.1,26.7Hg 2+ 2 21.5 Mg 2+ 1,2 3.65,6.27 Mn 2+ 1,2 4.24,7.35 Mn 3+ 3 3.86Ni 2+ (20℃) 1,2,3 6.06,10.77,13.09Pb 2+2 6.32 Pd 2+ (30℃)1,2 16.2,27.1 Th 4+1,2,3,4 8.8,16.2,22.5,26.7 Ti 3+ 1,2,3 10.43,18.82,24.90 V 2+ 1,2,3 5.4,10.2,14.7 Zn 2+ (30℃)1,2 4.98,8.81 3 乙酰丙酮 (Acetyl acetone) CH 3COCH 2CH 3Zr4+1,2,3,48.4,16.0,23.2,30.1Ag + 1 2.41 Al 3+ 1,2,3 7.26,13.0,16.3Ba 2+ 1 2.31 Ca 2+ 1 3.0 Cd 2+ 1,2 3.52,5.77 Co 2+ 1,2,3 4.79,6.7,9.7 Cu 2+ 1,2 6.23,10.27 4 草酸 (Oxalic acid) HOOCCOOHFe2+ 1,2,32.9,4.52,5.22Fe 3+ 1,2,3 9.4,16.2,20.2Hg 2+ 1 9.66 Hg 2 2+ 2 6.98 Mg 2+ 1,2 3.43,4.38 Mn 2+ 1,2 3.97,5.80 Mn 3+ 1,2,3 9.98,16.57,19.42 Ni 2+ 1,2,3 5.3,7.64,~8.5 Pb 2+ 1,2 4.91,6.76Sc 3+ 1,2,3,46.86,11.31,14.32,16.70Th 4+ 4 24.48 Zn 2+ 1,2,3 4.89,7.60,8.15 Zr4+ 1,2,3,49.80,17.14,20.86,21.15Ba 2+ 1 0.64 Ca 2+ 1 1.42 Cd 2+ 1 1.70 Co 2+ 1 1.90 Cu 2+ 1,2 3.02,4.85Fe 3+ 1 7.1 Mg 2+ 1 1.37 Mn 2+ 1 1.43 Ni 2+ 1 2.22 Pb 2+ 1,2 2.40,3.80Sc 2+ 1 5.2 Th 4+ 1 5.5 5 乳酸 (Lactic acid) CH 3CHOHCOOHZn2+ 1,2 2.20,3.75 Al 3+ 1 14.11 Cd 2+ 1 5.55 Co 2+ 1,2 6.72,11.42 Cr 2+ 1,2 8.4,15.3 Cu 2+ 1,2 10.60,18.45 Fe 2+ 1,2 6.55,11.25 Mn 2+ 1,2 5.90,9.80 Ni 2+ 1,2 6.95,11.75 Th 4+ 1,2,3,44.25,7.60,10.05,11.60TiO 2+ 1 6.09 V 2+ 1 6.3 6 水杨酸 (Salicylic acid) C 6H 4(OH)COOHZn2+ 1 6.85Al 3+ (0.1mol/L) 1,2,3 13.20,22.83,28.89Be 2+ (0.1mol/L) 1,2 11.71,20.81 7 磺基水杨酸 (5sulfosalicylicacid)Cd 2+ (0.1mol/L)1,216.68,29.08Co 2+ (0.1mol/L) 1,2 6.13,9.82 Cr 3+ (0.1mol/L) 1 9.56 Cu 2+ (0.1mol/L) 1,2 9.52,16.45 Fe 2+ (0.1mol/L) 1,2 5.9,9.9 Fe 3+ (0.1mol/L) 1,2,3 14.64,25.18,32.12Mn 2+ (0.1mol/L) 1,2 5.24,8.24 Ni 2+ (0.1mol/L) 1,2 6.42,10.24 Zn 2+ (0.1mol/L)1,2 6.05,10.65Ba 2+2 1.62 Bi 3+3 8.30 Ca 2+ 1,2 2.98,9.01Cd 2+ 1 2.8 Co 2+ 1 2.1Cu 2+ 1,2,3,43.2,5.11,4.78,6.51Fe 3+ 1 7.49 Hg 2+ 1 7.0 Mg 2+ 2 1.36 Mn 2+ 1 2.49 Ni 2+ 1 2.06 Pb 2+ 1,3 3.78,4.7 Sn 2+ 1 5.2 8 酒石酸 (Tartaric acid) (HOOCCHOH)2Zn2+ 1,2 2.68,8.32 Ba 2+ 1 2.08 Be 2+ 1 3.08 Ca 2+ 1 2.0 Cd 2+ 1 2.2 Co 2+ 1 2.22 Cu 2+ 1 3.33 Fe 3+ 1 7.49 Hg 2+ 2 7.28 Mg 2+ 1 1.20 Mn 2+ 1 2.26 Ni 2+ 1 2.36 Pb 2+ 1 2.8 9 丁二酸(Butanedioic acid) HOOCCH 2CH 2COOHZn2+ 1 1.6 Ag + 1,2 7.4,13.1 Bi 3+ 6 11.9 Cd 2+ 1,2,3,4 0.6,1.6,2.6,4.6 Cu + 3,4 13.0,15.4 10 硫脲 (Thiourea) H 2NC(═S)NH 2Hg2+ 2,3,422.1,24.7,26.8Ag + 1,2 4.70,7.70 Cd 2+ (20℃)1,2,3 5.47,10.09,12.09 Co 2+1,2,3 5.91,10.64,13.94 Co 3+ 1,2,3 18.7,34.9,48.69Cr 2+ 1,2 5.15,9.19 Cu + 2 10.8 Cu 2+ 1,2,3 10.67,20.0,21.0 Fe 2+ 1,2,3 4.34,7.65,9.70 Hg 2+ 1,2 14.3,23.3 Mg 2+ 1 0.37 Mn 2+ 1,2,3 2.73,4.79,5.67 Ni 2+ 1,2,3 7.52,13.84,18.33Pd 2+ 2 26.90 V 2+ 1,2 4.6,7.5 11 乙二胺(Ethyoenediamine) H 2NCH 2CH 2NH 2Zn2+ 1,2,3 5.77,10.83,14.11Ag + 1,2 1.97,4.35 Cd 2+ 1,2,3,4 1.40,1.95,2.27,2.50Co 2+ 1,2 1.14,1.54 Cu 2+ 1,2,3,42.59,4.33,5.93,6.54Fe 2+ 1 0.71 Hg 2+ 1,2,3 5.1,10.0,10.4 Mn 2+ 1,2,3,4 1.92,2.77,3.37,3.50 12 吡啶 (Pyridine) C 5H 5NZn2+ 1,2,3,4 1.41,1.11,1.61,1.93Ag + 1,2 3.41,6.89 Ba 2+ 1 0.77 Ca 2+ 1 1.38 Cd 2+ 1,2 4.74,8.60 Co 2+ 1,2,3 5.23,9.25,10.76 Cu 2+ 1,2,3 8.60,15.54,16.27Fe 2+ (20℃) 1,2 4.3,7.8 Hg 2+1,2 10.3,19.2 Mg 2+ 1,2 3.44,6.46 Mn 2+ 1,2 3.6,6.6 Ni 2+ 1,2,3 6.18,11.14,15.0Pb 2+ 1,2 5.47,8.92 Pd 2+ 1,2 9.12,17.55 13 甘氨酸 (Glycin) H 2NCH 2COOHZn2+ 1,2 5.52,9.96 Cd 2+ 1,2,3 9.00,9.00,16.6014 2甲基8羟基喹啉 (50%二噁烷)Ce3+ 17.71Cu 2+ 1,2 12.48,24.00 Fe 2+ 1,2 8.75,17.10 Mg 2+ 1,2 5.24,9.64 Mn 2+ 1,2 7.44,13.99 Ni 2+ 1,2 9.41,17.76 Pb 2+ 1,2 10.30,18.50 UO2 2+ 1,2 9.4,17.0 Zn 2+ 1,2 9.82,18.72。
1.表示配合物稳定性的常数是什么?答:稳定常数指络合平衡的平衡常数。
通常指络合物的累积稳定常数,用K 稳表示。
例如:对具有相同配位体数目的同类型络合物来说,K稳值愈大,络合物愈稳定。
配合物的稳定性,可以用生成配合物的平衡常数来表示。
K稳值越大,表示形成配离子的倾向越大,此配合物越稳定。
所以配离子的生成常数又称为稳定常数。
稳定常数配合物在溶液中的生成与离解,与多元酸、碱相似,也是分级进行的,而且各级离解或生成常数也不一样。
例如,Cu2+与NH3逐步配合过程中的分步稳定常数(30℃)分别为:K1,K2,K3,K4称为逐级稳定常数。
由上可见,配合物的逐级稳定常数随着配位数的增加而下降。
一般认为,随着配位体数目增多,配位体之间的排斥作用加大,故其稳定性下降。
配合物的逐级稳定常数和稳定常数间有下述关系:K= K1·K2·K3·K4…Kh对[Cu(NH3)4]2+来说,其稳定性k 为:K= K1·K2·K3·K4K=(1.41×104)(3.17×103)(7.76×102)(1.39×102)=4.8×1012不稳定常数在水溶液中,[Ag(NH.3)2]+是稳定的,不过像其他弱电解质一样也有少数[Ag(NH.3)2]+发生离解,可用下式表示:则平衡常数表达式为:K不稳值愈大,表示配离子离解愈多,故称K不稳为配离子的不稳定常数。
K稳和K不稳互成倒数:金属离子Mn+和配位体A-生成配离子MA(n-x)+x,在水溶液中存在如下平衡:根据平衡移动原理,改变Mn+或A-的浓度,会使上述平衡发生移动。
若在上述溶液中加入某种试剂使Mn+生成难溶化合物,或者改变Mn+的氧化状态,都会使平衡向左移动。
若改变溶液的酸度使A-生成难离解的弱酸,也可使平衡向左移动。
配合平衡同样是一种相对的平衡状态,它同溶液的PH值、沉淀反应、氧化还原反应等都有密切的关系。