分析化學(xué)滴定方法

概述一、絡(luò)合滴定中的滴定劑：絡(luò)合滴定法：以絡(luò)合反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定分析方法稱為絡(luò)合滴定法。絡(luò)合劑：在絡(luò)合反應(yīng)中，提供配位原子的物質(zhì)稱為配位體，即絡(luò)合劑。無機絡(luò)合劑： ⑴無機絡(luò)合劑的分子或離子大都是含有一個配位原子的單齒配位體，它們與金屬離子的絡(luò)合反應(yīng)是逐級進行的；⑵絡(luò)合物的穩(wěn)定性多數(shù)不高，因而各級絡(luò)合反應(yīng)都進行得不夠完全；⑶由于各級形成常數(shù)彼此相差不大，容易得到絡(luò)合比不同的一系列絡(luò)合物，產(chǎn)物沒有固定的組成，從而難以確定反應(yīng)的計量關(guān)系和滴定終點。2、有機絡(luò)合劑：⑴有機絡(luò)合劑分子中常含有兩個或兩個以上的配位原子，稱之為多齒配位體。⑵與金屬離子絡(luò)合時可以形成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的螯合物，在一定的條件下絡(luò)合比是固定的。⑶生成的螯合物穩(wěn)定，絡(luò)合反應(yīng)的完全程度高，能得到明顯的滴定終點三氨羧絡(luò)合劑：它是一類含有氨基二乙酸— N（CH2COOH）2基團的有機化合物，其分子中含有氨氮 和羧氧兩種配位能力很強的配位原子能夠用于絡(luò)合滴定的反應(yīng)，必須具備下列條件：一、形成的絡(luò)合物要相當(dāng)穩(wěn)定，K形≥108，否則不易得到明顯的滴定終點。二、在一定反應(yīng)條件下，絡(luò)合數(shù)必須固定（即只形成一種配位數(shù)的絡(luò)合物）。三、反應(yīng)速度要快。四、要有適當(dāng)?shù)姆椒ù_定滴定的計量點。二、EDTA及其二鈉鹽的性質(zhì)：乙二胺四乙酸是含有羧基和氨基的螯合劑，能與許多金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物。在化學(xué)分析中，它除了用于絡(luò)合滴定以外，在各種分離、測定方法中，還廣泛地用作掩蔽劑。乙二胺四乙酸簡稱EDTA或EDTA酸，常用H4Y表示。白色晶體，無毒，不吸潮。在水中難溶。在22℃時，每100毫升水中能溶解0.02克，難溶于醚和一般有機溶劑，易溶于氨水和 NaOH溶中，生成相應(yīng)的鹽溶液。一、EDTA的結(jié)構(gòu)：在水溶液中，其以雙偶極離子存在。當(dāng)H4Y溶解于酸度很高的溶液中，它的兩個羧基可再接受 H+而形成H6Y，這樣EDTA就相當(dāng)六元酸，有六級離解平衡。Ka1Ka2Ka3Ka4Ka5Ka610-0.9010-1.6010-2.0010-2.6710-6.1610-10.26由于EDTA酸在水中的溶解度小，通常將其制成二鈉鹽，一般也稱 EDTA或EDTA二鈉鹽，常Na2H2Y·2H2O形式表示。二、性質(zhì)：溶解度小難溶于酸和有機溶劑，易溶于堿。所以常用 EDTA的二鈉鹽。（Na2H2Y·2H2O）以雙極分子存在。在強酸溶液中，結(jié)合兩個H而形成六元酸H6Y存在七種型體，H6YH5YH4YH3YH2Y、HY和Y，六個解離常數(shù)分布分?jǐn)?shù)的計算與多元酸的分布分?jǐn)?shù)相同。滴定時必須控制酸度。Y與金屬離子形成的絡(luò)合物最為穩(wěn)定。三、二鈉鹽：結(jié)構(gòu)：HOOC-CH2CH2-COONaN-CH2-CH2-NNaOOC-CH2CH2-COOH特點二鈉鹽在水溶液中溶解度較大。二鈉鹽在水溶液中主要存在型體是 H2Y[H]====3.8*10PH==4.42三、金屬離子-EDTA絡(luò)合物的特點：形成絡(luò)合物的廣泛性和穩(wěn)定性：幾乎能與所有的金屬離子形成絡(luò)合物且穩(wěn)定；生成的環(huán)越多越穩(wěn)定，一般為五員環(huán)。絡(luò)合比簡單，一般為11絡(luò)合反應(yīng)的速率快，易溶于水。絡(luò)合物的顏色與金屬離子有關(guān)。 EDTA與無色金屬離子絡(luò)合時形成無色的絡(luò)合物；EDTA與有色金屬離子絡(luò)合時形成顏色更深的絡(luò)合物；編輯本段終點誤差和準(zhǔn)確滴定的條件一、終點誤差：終點誤差的意義：Et==Y的物質(zhì)的量為CYM的物質(zhì)的量為CM，epVep2、林邦終點誤差公式：公式中==，決定誤差的正負(fù)。為按計量點時體積計算的金屬離子的濃度。公式表明：當(dāng)一定時，KMY值越大，絡(luò)合滴定突躍越大，終點誤差越小若金屬離子未發(fā)生副反應(yīng)，則用 代替計算.二、直接準(zhǔn)確滴定金屬離子的條件：影響絡(luò)合反應(yīng)的因素：⑴、待測金屬離子的濃度 CM（也與滴定劑的濃度）有關(guān)⑵、絡(luò)合物的條件形成常數(shù) KMY⑶、對滴定準(zhǔn)確度的要求（Et的大?。取⒅甘緞┑倪x擇（決定 的大小和檢測終點的敏銳性）設(shè)==0.2顯然只有當(dāng)?shù)味ㄍ卉S不小于 0.4個pM單位時，指示劑的變色點才可能落在其中若要求，則得直接準(zhǔn)確滴定金屬離子的可行性判據(jù)：三、絡(luò)合滴定中酸度的選擇與控制：一、緩沖溶液和輔助絡(luò)合劑的作用：M+H2Y===MY+2H隨著滴定劑與金屬離子反應(yīng)生成相應(yīng)的絡(luò)合物，溶液的酸度會逐漸增高，減小了 MY的條件數(shù)，降低滴定反應(yīng)的完全程度；而且還可能影響指示劑的變色點和自身的顏色，導(dǎo)致終點誤差變大，因此酸度對絡(luò)合滴定的影響是多方面的，需要加入緩沖溶液予以控制。常用的緩沖體系：HAc-NaAc，（CH2）6N4HCl堿性：NH3-NH4Cl當(dāng)在較低的酸度下滴定時，常需加入輔助絡(luò)合劑如氨水、酒石酸和檸檬酸等，但同時又引起絡(luò)合效應(yīng)，應(yīng)注意控制其濃度。注意：選擇緩沖溶液時，不僅要考慮它的緩沖范圍和緩沖容量， 還要注意可能引入的副反應(yīng)。二、單一金屬離子滴定的最高酸度和最低酸度：1、最高酸度：（最低PH值）由知當(dāng)CM一定時至少應(yīng)達到某一數(shù)值（最小值才有可能對該金屬離子直接準(zhǔn)確滴定。由于酸效應(yīng)時影響絡(luò)合滴定最主要的因素，假如金屬離子不發(fā)生副反應(yīng)，則 KMY僅受酸效應(yīng)的響，其大小由決定，也就是說溶液的酸度存在著一個高限，這一最高允許酸度稱為最高酸度lg（max）==lgKMY-lgKMY（min）②、當(dāng)CM，sp==0.010mol/L，==0.2時，由得lgKMY（min）==8（）lg（max）==lgKMY-8③、酸效應(yīng)曲線（林邦曲線）：橫坐標(biāo)用 lg（lgKMY）表示，縱坐標(biāo)是各金屬離子對應(yīng)的定最高酸度。作用：A、查得曲線上所標(biāo)離子的lgKMYB、找到每種離子在指定條件下（CM，sp==0.010mol/L，==0.2，）可被準(zhǔn)確滴定的最低PH值。C、了解各離子相互干擾的情況：曲線右下方的離子干擾左上方離子的滴定；但在左上方離子存在下，可用控制酸度的方法滴定右下方離子④、最高酸度與具體條件有關(guān)。2、最低酸度（最高PH值）：將金屬離子開始生成氫氧化物沉淀時的酸度作為絡(luò)合滴定的最低酸度。計算：由氫氧化物的溶度積求得。3、適宜酸度范圍：最高酸度和最低酸度之間的酸度范圍稱為適宜酸度范圍。4、最佳酸度：在滴定某離子的最高酸度和最低酸度之間，究竟選擇哪一酸度最為合適，還要結(jié)合指示劑的適宜酸度來進行選擇。如果在所用的酸度下滴定時，指示劑所指示的終點與計量點最為接近，那麼這個酸度就可認(rèn)為是滴定的最佳酸度。一般介于適宜酸度之間。（ pMep==pMsp的酸度）注意：金屬離子的滴定并非一定要在適宜的酸度范圍內(nèi)進行，若有合適的絡(luò)合劑（防止金屬離子水解），也可以在其他酸度下進行編輯本段提高絡(luò)合滴定選擇性的方法一、分步滴定的可行性判據(jù)：1、分步滴定：設(shè)溶液中只有兩種金屬MN共存，他們都能與EDTAKMY>KNYEDTAMKMYKNYMN2、條件討論：設(shè)MN的分析濃度分別為CM和CN按計量點溶液體積計算時的分析濃度各為 CM和CN，SP。此時滴定劑在溶液中有兩種副反應(yīng)——酸效應(yīng)和共存離子效應(yīng)。==-1MNY[N]≈CN，SP。⑴、在較高的酸度下滴定M離子，由于EDTA的酸效應(yīng)是主要的，即 ≥，則N離子與Y的副反應(yīng)可以忽略，≈，則此時可認(rèn)為N的存在對M的滴定反應(yīng)沒有影響，與單獨滴定 M離子時的情況相同。⑵、由于滴定M時的酸度較低，≤。Y的酸效應(yīng)可被忽略，而N離子與Y的副反應(yīng)起主要影響，因此====CN，SPKNY若CM=CN，可得：如要求N離子不干擾，同時按照 ==0.2，的要求來滴定M離子，則得：△lgK≥6——否準(zhǔn)確分步滴定的條件注意：分步滴定的條件與絡(luò)合滴定的具體情況以及對準(zhǔn)確度的要求有關(guān)。二、控制酸度進行混合離子的選擇滴定：當(dāng)△lgK足夠大時，分步滴定實際是通過控制不同的滴定酸度來實現(xiàn)的。由于金屬離子 EDTA絡(luò)合物的形成常數(shù)不同，滴定的最高允許酸度和適宜的酸度范圍也各不相同。當(dāng)溶液中不止存在一種金屬離子時，通過控制滴定酸度使 M離子能EDTA定量絡(luò)合，而其他離子基本不能與之形成定的絡(luò)合物（同時也不與指示劑顯色），從而達到選擇滴定的目的。三、使用掩蔽劑提高絡(luò)合滴定的選擇性：大多數(shù)金屬離子的KMY相差不多，甚至有時KMY較KNY還小，無法通過控制酸度進行選擇滴定。由于共存離子影響還與其濃度有關(guān)，由此借助某些試劑與共存離子的反應(yīng)使其平衡濃度大為降低，由此減小以至消除它們與Y的副反應(yīng)，從而達到選擇滴定的目的，這種方法稱為掩蔽法。1、絡(luò)合掩蔽法：掩蔽劑是一種絡(luò)合劑，在一定的條件下它與N離子形成較穩(wěn)定的絡(luò)合物（最好是無色或淺色的），但不與或基本不與M離子反應(yīng)。有兩種情況：①、N離子的濃度[N]已減至很小，致使≥，即N已不構(gòu)成干擾。②、掩蔽劑LNM離子則取決于KMY例如，用EDTA測定水中的Ca、MgFe、A1作為掩蔽劑。三乙醇胺能與Fe、A1等離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，而且不與Ca、Mg作用，這樣就可以消除Fe和Al的干擾。2、沉淀掩蔽法：利用沉淀反應(yīng)降低干擾離子的濃度，不經(jīng)分離沉淀直接進行滴定，這種消除干擾的方法稱為沉淀掩蔽法。例如，在Ca、Mg共存的溶液中，加入NaOH使溶液的pH>12，Mg形成Mg(OH)2沉淀，不干擾Ca的滴定。應(yīng)該指出，沉淀掩蔽法，不是理想的掩蔽方法，因為它尚存在著如下缺點。(1）一些沉淀反應(yīng)進行得不完全，掩蔽效率不高。(2)附作用，而影響終點的觀察。(3）沉淀有顏色或體積很大，都會妨礙終點的觀察。因此，沉淀掩蔽法的應(yīng)用不很廣泛。3、氧化還原掩蔽法：利用氧化還原反應(yīng)來改變干擾離子的價態(tài)以消除干擾的方法，稱為氧化還原掩蔽法。例如，logKFeY-=25.1,logKFeY2-=14.33表明Fe與EDTA形成的絡(luò)合物比Fe與EDTA形成的絡(luò)合物要穩(wěn)定得多。在 pH=l時，用EDTA滴定Bi、Zr、Th等離子時，如有Fe存在，就會干擾滴定。此時，如果用羥胺或抗壞血酸（維生C）等還原劑將FeFe，可以消除Fe的干擾，但是，在pH=5-6時。用EDTAPb、Fe即使還原為FePbYZnYFeY有些高價離子，在溶液中以酸根離子形式存在時，有時不干擾某些組分的滴定，則可將低價氧化為高價狀態(tài)，以消除其干擾。氧化還原掩蔽法，只適用于那些易發(fā)生氧化還原反應(yīng)的金屬離子、并且生成的還原型物 質(zhì)氧化型物質(zhì)不干擾測定的情況。因此目前只有少數(shù)幾種離子可用這種掩蔽方法。4、采用具選擇性的解蔽劑：加入某種解蔽劑，使被掩蔽的金屬離子從相應(yīng)的絡(luò)合物中釋放出來的方法，稱為解蔽。例如，用絡(luò)合滴定法測定銅合金中 Zn和Pb。試液用NH3水中和，加KCN掩蔽Cu、Zn，此Pb不能被KCN掩蔽，故可在pH=10時，以鉻黑T為指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Pb。在滴定Pb后的溶液中，加入甲醛或三氯乙醛破壞[Zn(CN)4],釋放出來的Zn，可用EDTA繼續(xù)滴定，Cu(CN)3比較穩(wěn)定，用甲醛或三氯乙醛難以解蔽。但是，要注意甲醛的用量（通常1:8甲醛溶液加5毫升），否則，Cu(CN)3也可能有部分被破壞，影響Zn的測定結(jié)果。在實際分析中，用一種掩蔽的方法，常不能得到令人滿意的結(jié)果，當(dāng)有多種離子共存時，常應(yīng)用幾種掩蔽劑或沉淀劑，這樣才能獲得高度的選擇性。例如，測定土壤中Ca、MgFe、A1MnCuFe、A1Mn等以氫氧化物沉淀析出，沉淀是棕紅色，嚴(yán)重影響滴定終點的觀察，故常用鹽酸羥胺和三乙醇胺來消除Fe、A1Mn四、選用其他的滴定劑：目前除EDTA外，還有其他氨羧絡(luò)合劑，如 CyDTA、EGTA、DTPA、EDTP和TTHA等，與金屬子形成絡(luò)合物的穩(wěn)定性差別較大。故選用不同絡(luò)合劑進行滴定可以提高滴定的選擇性。1、CyDTA（環(huán)己烷二胺四乙酸）CyDTA亦稱DcTA，它與金屬離子形成的絡(luò)合物，一般比相應(yīng)的 EDTA絡(luò)合物更為穩(wěn)定。但是，CyDTA與金屬離子的絡(luò)合速度比較慢，往往使滴定終點拖長，且價格較貴，一般不常使用。但是，A1CyDTAAl，可省去加熱等手續(xù)（EDTAA1）不少廠礦實驗室采用CyDTAA1CyDTA與W、Mo、Nb、Ta等金屬離子的絡(luò)合能力較弱，所以，在 pH=5—5.5時，雖有W、Mo在也可用CyDTA滴定CuFeCoNi等在NbTa存在的情況下，加過量的CyDTA于pH=5.0-5.2時，以CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液測定Ti。2、TTHA（三乙基四胺六乙酸）TTHA為三乙基四胺六乙酸的簡稱，它是一個六元酸，有四個胺基和六個羧基，共 10個絡(luò)合子，因而它與不少金屬離子，在室溫下形成 1:1或2:1的螯合物。尤其是與A1形成的螯合物更穩(wěn)定，在25℃時，放置10-15分鐘，就能形成A1:TTHA=2:1的螯合物。由于A12TTHAlogAl-TTHA=28.6，比Mn2TTHAlogMn-TTHA=21.9大得多，改選用TTHA作滴定劑滴定時可在大量Mn存在下進行。這是EDTA所不及的。目前TTHA已用于測定礦石中0.4%A13、EDTP（乙二胺四丙酸）與EDTA相比，其中四個乙酸基為四個丙酸基所替代。金屬離子與 EDTP形成六原子環(huán)的螯物，因此，穩(wěn)定性普遍地較 EDTA絡(luò)合物色但是Cu—EDTP絡(luò)合物仍有相當(dāng)高的穩(wěn)定性。因此，控制一定的pH值，用EDTP滴定Cu時，Zn、Cd、Mn、Mg均不干擾。編輯本段絡(luò)合滴定的方式和應(yīng)用一、直接滴定法：1、這是絡(luò)合滴定中最基本的方法。這種方法是將被測物質(zhì)處理成溶液后，調(diào)節(jié)酸度，加入指示劑（有時還需要加入適當(dāng)?shù)妮o助絡(luò)合劑及掩蔽劑），直接用 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進行滴定，然后根消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，計算試樣中被測組分的含量。采用直接滴定法，必須符合以下幾個條件：①符合單一金屬離子準(zhǔn)確滴定的條件，即滿足 lgCM，SPKMY≥6的要求，絡(luò)合反應(yīng)的速率快。②有變色敏銳的指示劑指示終點，且不受金屬離子的封閉。如 A1對許多指示劑產(chǎn)生“封閉作用：因此不宜用直接滴定法。有些金屬離子（如 Sr、Ba等）缺乏靈敏的指示劑，所以也不能用直接滴定法。被滴定的金屬離子不發(fā)生水解和沉淀反應(yīng)，必要時可加輔助絡(luò)合劑來防止這些反應(yīng)。 2、適離子：酸度范圍（PH）PH=1；PH=1.5-2.5PH=2.5-3.5PH=5-6PH=9-10PH=10PH=12-13

被滴定離子BiFeThZn，Pb，CdZn，Mn，CdMgCa二、返滴定法：在進行絡(luò)合反應(yīng)的條件下，有些金屬離子不能全部滿足上述直接滴定的三個條件，此時可考慮采用返滴定法測定。返滴定法，就是將被測物質(zhì)制成溶液，調(diào)好酸度，加入過量的 EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液（總量c1V1再用另一種標(biāo)準(zhǔn)金屬離子溶液，返滴定過量的 EDTA(c2V2），算出兩者的差值，即是與被測離子結(jié)合的EDTA的量，由此就可以算出被測物質(zhì)的含量。這種滴定方法，適用于無適當(dāng)指示劑或與 EDTA不能迅速絡(luò)合的金屬離子的測定。作為返滴定法的金屬離子，它與EDTA定的準(zhǔn)確度，一般又不宜比待測離子與EDTA將被測離子從其絡(luò)合物中置換出來，造成測定結(jié)果偏低。三、置換滴定法：利用置換反應(yīng)生成等物質(zhì)的量的金屬離子或 EDTA，然后進行滴定的方法，稱為置換滴定法。即在一定酸度下，往被測試液中加入過量的EDTA用金屬離子滴定過量的EDTA然后再加入另一種絡(luò)合劑，使其與被測定離子生成一種絡(luò)合物，這種絡(luò)合物比被測離子與 EDTA成的絡(luò)合物更穩(wěn)定，從而把 EDTA釋放（置換）出來，最后再用金屬離子標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定釋放出來的EDTA。根據(jù)金屬離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量和濃度，計算出被測離子的含量。這種方法適用于多種金屬離子存在下測定其中一種金屬離子。1、置換出金屬離子：如被測定的離子M與EDTA反應(yīng)不完全或所形成的絡(luò)合物不穩(wěn)定，這時可讓 M置換出另一種合物NL中等物質(zhì)的量的N，用EDTA溶液滴定N，從而可求得M的含量。AgEDTA（lgKAgY=7.32），不能用EDTA直接滴定。若在含Ag液中加入過量的Ni(CN)4，反應(yīng)定量轉(zhuǎn)換出NipH=10EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定轉(zhuǎn)換出來的Ni。反應(yīng)為：Ag+Ni(CN)4=2Ag(CN)2+Ni2、置換出EDTA：將被測定的金屬離子M與干擾離子全部用EDTA絡(luò)合，加入選擇性高的絡(luò)合劑 L以奪取M，釋放出EDTA：MY+L=ML+Y反應(yīng)完全后釋入出與M等物質(zhì)量的EDTA然后再用金屬鹽類標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定釋放出來的 EDTA從而即可求得M的含量。例如測定錫青銅中的錫，先在試液中加入一定且過量的 EDTA，使四價錫與試樣中共存的鉛、鈣、鋅等離子與 EDTA絡(luò)合。再用鋅離子溶液返滴定過量的 EDTA后，加入氟化銨，此時發(fā)生如下反應(yīng)，并定量轉(zhuǎn)換出 EDTA。用鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定后即可得錫的含量。SnY+6F=SnF6+YZn+Y=ZnY四、間接滴定法：有些金屬離子（如Li、Na、K、Rb、Cs、W、Ta），和一些非金屬離子（如SO4PO4），由于不能和EDTA絡(luò)合或與EDTA方法進行測定。例如PO4的測定，在一定條件下，可將 PO4沉淀為MgNH4PO4，，然后過濾，將沉淀溶解．調(diào)節(jié)溶液的pH=10，用鉻黑T作指示劑，以EDTA