《分析化学(下)》习题答案详解(第五版)

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。指示剂变色点的lgK’Min 应大致等于pMep, 不同的金属离子由于其稳定常数不同,其pMep也不同。金属指示剂不象酸碱指示剂那样有一个确定的变色点。所以,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。

6.什么是金属指示剂的封闭和僵化?如何避免?

答:指示剂-金属离子配合物稳定常数比EDTA与金属离子稳定常数大,虽加入大量EDTA也不能置换,无法达到终点,称为指示剂的封闭,产生封闭的离子多为干扰离子。消除方法:可加入掩蔽剂来掩蔽能封闭指示剂的离子或更换指示剂。指示剂或指示剂-金属离子配合物溶解度较小, 使得指示剂与滴定剂的置换速率缓慢,使终点拖长,称为指示剂的僵化。消除方法:可加入适当有机溶剂或加热以

增大溶解度。

7.两种金属离子M和N共存时,什么条件下才可用控制酸度的方法进行分别滴定?

答:当 cM cN 时,lgcM K’MY ΔlgK。若ΔpM±0.3,Et≤±0.1%,则lgcMK’MY≥6,ΔlgK≥6;ΔpM±0.3,Et ≤±0.5%, 则lgcMK’MY≥5, ΔlgK≥5;ΔpM ±0.3,Et≤±1%,则lgcM K’MY≥4, ΔlgK≥4;才可用控制酸度的方法进行分别滴定。

8.掩蔽的方法有哪些?各运用于什么场合?为防止干扰,是否在任何情况下都能使用掩蔽方法?

答:配位掩蔽法、沉淀掩蔽法、氧化还原掩蔽法。有时用掩蔽法亦无法解决问题,可用预先分离法。配位掩蔽法用于干扰离子与掩蔽剂形成很稳定配合物时,沉淀掩蔽法用于沉淀剂能和干扰离子形成溶解度很小的沉淀时,氧化还原掩蔽法用于氧化还原反应能使干扰离子变更价态以消除其干扰时。当存在干扰离子不能使用控制酸度方法进行滴定时才使用掩蔽方法。

9.用EDTA滴定含有少量Fe3+的Ca2+和Mg2+试液时,用三乙醇胺、KCN都可以掩蔽Fe3+,抗坏血酸则不能掩蔽;在滴定有少量Fe3+存在的Bi3+时,恰恰相反,即抗坏血酸可以掩蔽Fe3+,而三乙醇胺、KCN则不能掩蔽?请说明理由?

答: Ca2+、Mg2+滴定条件为碱性, Bi3+滴定条件为强酸性;KCN仅能用于碱性条件掩蔽Fe3+,若在酸性溶液中加入将产生剧毒的HCN,对环境和人有严重危害,三乙醇胺须在酸性溶液中加入,然后再碱化掩蔽Fe3+,否则Fe3+将生成氢氧化物沉淀而不能被配位掩蔽;抗坏血酸只能在酸性条件掩蔽Fe3+。

10.如何利用掩蔽和解蔽作用来测定Ni2+、Zn2+、Mg2+混合溶液中各组分的

答:在碱性条件下,加入过量KCN掩蔽,控制溶液pH10.0,EBT指示剂,可用EDTA标准溶液滴定Mg2+;加入HCHO解蔽出Zn2+离子,pH5.0,XO指示剂,可用EDTA 标准溶液滴定Zn2+;另取一份溶液,调节溶液pH值在5~6,XO指示剂,滴定出Ni2+、Zn2+总量,扣除Zn2+含量,即得Ni2+含量。

11.配位滴定中,在什么情况下不能采用直接滴定方式? 试举例说明之?

答:不能直接滴定的条件主要有三种:(1)待测离子与EDTA配位反应速率较慢,或本身易水解,或能封闭指示剂,如Al3+、Cr3+等;(2)滴定反应缺乏变色敏锐的指示剂,如Ba2+、Sr2+等的滴定;(3)待测离子与EDTA不能形成配合物或形成的配合物不稳定,如碱金属。

12.欲测定含Pb2+、Al3+和Mg2+试液中的Pb2+含量,共存的二种离子是否有干扰?应如何测定Pb2+含量?试拟出简要方案。

答:logKMgY8.69, logKPbY18.04, logKAlY16.3, Mg2+与Pb2+稳定常数对数相差较大,大于5, Mg2+ 不干扰;但Al3+与Pb2+ 稳定常数相差较小,有干扰作用。

测定方法:调溶液pH5~6,加入过量NH4F掩蔽Al3+,以二甲酚橙为指示剂,用EDTA标准溶液滴定Pb2+。

EDTA

Al3+ pH5~6 AlF63-二甲酚橙PbY

Pb2+ Pb2+Mg2+

Mg2+ 过量NH4F Mg2+ AlF63-

13.若配制EDTA溶液时所用的水中含有Ca2+,则下列情况对测定结果有何影

(1) 以CaCO3为基准物质标定EDTA溶液,用所得EDTA标准溶液滴定试液中的Zn2+,以二甲酚橙为指示剂;

(2) 以金属锌为基准物质,二甲酚橙为指示剂标定EDTA溶液。用所得EDTA 标准溶液滴定试液中Ca2+的含量;

(3)以金属锌为基准物质,铬黑T为指示剂标定EDTA溶液。用所得EDTA标准溶液滴定试液中Ca2+的含量。

答:(1)以CaCO3为基准物质标定EDTA溶液时pH≥12.0,水中钙离子与EDTA 络合, 消耗部分EDTA, 从公式c EDTA [m/MCaCO3] ×10-3/V EDTA看出,使标定EDTD浓度偏低, 而以二甲酚橙为指示剂,用所得EDTA标准溶液滴定试液中的Zn2+时,pH=5~6,此时EDTA不与钙离子反应,因此用所得EDTA标准溶液滴定试液中的Zn2+时使测定结果偏低;(2)以金属锌为基准物质,二甲酚橙为指示剂标定EDTA溶液时pH≈5.0~6.0, 水中含有的Ca2+不与EDTA反应, 标定的EDTA浓度准确, 用所得EDTA标准溶液滴定试液中Ca2+的含量时pH≥12.0, 此时水中钙离子与EDTA络合, 消耗部分EDTA, 因此用所得EDTA标准溶液滴定试液中Ca2+的含量时使测定结果偏高;(3)以金属锌为基准物质,铬黑T为指示剂标定EDTA溶液时pH≈10.0 NH3-NH4缓冲液, 水中钙离子与EDTA络合, 消耗部分EDTA, 使标定EDTD浓度偏低, 用所得EDTA标准溶液滴定试液中Ca2+的含量时pH≥12.0, 此时EDTA也能与水中钙离子配位,使测定结果与所需用的EDTA的量有关,因此对测定结果影响不确定。

14.用返滴定法测定Al3+含量时,首先在pH 3.0左右加入过量EDTA并加热,使Al3+配位。试说明选择此pH的理由。

答:AlOH3的Ksp 2×10-32,非常小,当pH值接近4时即可产生AlOH3沉淀,所以选择溶液pH3.0左右加入过量EDTA并加热,使Al3+配位完全,然后再调节合适的pH用金属离子的标准溶液返滴定加入过量的未与Al3+反应的EDTA标准溶液。

15. 今欲不经分离用配位滴定法测定下列混合溶液中各组分的含量,试设计简要方案(包括滴定剂、酸度、指示剂、所需其他试剂以及滴定方式)。

(1)Zn2+、Mg2+混合液中两者含量的测定;

(2)含有Fe3+的试液中测定Bi3+;

(3)Fe3+、Cu2+、Ni2+混合液中各含量的测定;

(4)水泥中Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+的分别测定。

答:(1)logKMgY8.69, logKZnY16.50, ΔlogK>5, 可控制酸度分别滴定EDTA EDTA

Zn2+ pH≈5~6,六次甲基四胺ZnY p H=10.0 NH3-NH4 Cl MgY

Mg2+XOMg2+EBT ZnY

(2)logK Fe3+Y25.10, logK Fe2+Y14.33, logK BiY27.94, 把Fe3+转化为Fe2+, 则ΔlogK>5,EDTA EDTA

Bi3+ Vc Bi3+ XOBiYHNO3 Fe3+ Ssal FeY

Fe3+ pH1~2 Fe2+pH1~2Fe2+ BiY pH1.5~2.2 BiY

(3)logK Fe3+Y 25.10, logK CuY18.80, logK NiY18.60, Ni2+和Cu2+ 的ΔlogK<5, Fe3+和Cu2+的ΔlogK>5, 可控制酸度滴定Fe3+.,Ni2+和Cu2+ 的测定须使用掩蔽和解蔽法。

EDTAEDTA

Fe3+FeY CuY

Cu2+SsalCu2+ XO NiY Ni2+pH 1.5~2Ni2+pH 5.0~6.0 FeY

测铁测Ni、Cu总量

EDTA标液

Fe3+ FeF63- FeF63- Ni2+ NiY

Cu2+NH4FCu2+ KCNNiCN42- AgNO3 CuCN42- XO CuCN42- Ni2+pH 8.0~9.0 Ni2+pH 8.0~9.0 CuCN42- pH 8.0~9.0FeF63-pH 5.0~6..0 FeF63-

测Ni量

Cu2+、Ni2+总量,减去Ni2+含量,即得Cu2+含量。

(4)在pH1.5~2.0之间,以磺基水杨酸为指示剂,EDTA标准溶液为滴定剂测定Fe3+离子;然后加入过量EDTA标准溶液,煮沸,调节溶液pH4.5,以PAN为指示剂,用Cu2+标准溶液返滴定,可测得Al3+含量;另取一份,加入三乙醇胺掩蔽Fe3+和Al3+,调节溶液pH10.0,以NH3-NH4Cl为缓冲溶液,铬黑T为指示剂,EDTA标准溶液为滴定剂测定Mg2+、Ca2+总量;再取一份,加入三乙醇胺掩蔽铁离子和铝离子,调节溶液pH≥12.0,加入钙指示剂,以EDTA标准溶液为滴定剂测定Ca2+含量,用Mg2+、Ca2+总量减去Ca2+含量, 可得Mg2+含量。

习题答案

1计算pH5.0时EDTA的酸效应系数αYH。若此时EDTA各种存在形式的总浓度为0.0200mol?L-1,则[Y4-]为多少?

解:(1)EDTA的:1010.26,106.16,102.67,102.0,101.6,100.9

:1010.26,1016.42,1019.09,1021.09,1022.69,1023.59

pH5.0时:

1+105.26+106.42+104.09+101.09+10-2.31+10-6.41

106.45

(2)[Y4-] 7.1×10-9(mol?L-1)

2. pH5.0时,锌和EDTA配合物的条件稳定常数是多少?假设Zn2+和EDTA的浓度皆为10-2 mol?L-1(不考虑羟基配位等副反应)。pH 5.0时,能否用EDTA 标准溶液滴定Zn2+?

解: 查表5-2: 当pH 5.0时,lgαYH 6.45,Zn2+与EDTA浓度皆为10-2 mol?L-1,

lgK’ lgK稳-lgαYH 16.50-6.45 10.05>8,可以准确滴定。

3. 假设Mg2+和EDTA的浓度皆为10-2 mol?L-1,在pH 6.0时,镁与EDTA配合物的条件稳定常数是多少(不考虑羟基配位等副反应)?并说明在此pH条件下能否用EDTA标准溶液滴定Mg2+。如不能滴定,求其允许的最小pH。

解:(1)查表5-2: 当pH 6.0时,lgαYH 4.65,lgK’ lgK稳-lgαYH 8.69-4.65 4.04,lgK’<8, ∴不能准确滴定

(2)lgαYH lgK稳-8 0.69,查表5-2或114页林邦曲线得pH ≈ 9.6。

4.试求以EDTA滴定浓度各为0.01 mol?L-1的Fe3+和Fe2+溶液时所允许的最小pH。