【武大】Mg-EDTA混合液中各组分浓度的测定

2012级分析化学设计实验1Mg2+-EDTA混合液中各组分浓度的测定孙阳勇（武汉大学化学与分子科学学院湖北武汉430072）摘要:Mg2+与EDTA形成的络合物在pH=8-10的条件下稳定存在。EBT指示剂在pH=6.3-11.5的条件下指示灵敏（EBT未与金属离子络合时呈蓝色，与金属离子络合后呈红色）。因此可在pH=10时向混合待测液中滴入EBT指示剂以判断待测溶液中过量组分。Zn2+与EDTA的络合能力比Mg2+与EDTA的络合能力强，因此可以用Zn2+标准溶液对待测液中的EDTA进行总量滴定测定（此时的反应条件是在pH=5-6的六亚甲基四胺缓冲溶液中，以二甲酚橙（XO）作指示剂）。关键词：铬黑T二甲酚橙络合滴定pH引言：络合滴定又称为配位滴定，是以络合反应为基础的滴定分析法。络合反应也是路易斯酸碱反应（金属离子是路易斯酸，可接受路易斯碱所提供的未成键电子对而形成化学键），所以络合滴定法与酸碱滴定法有许多相似之处，但更复杂。络合反应在分析化学中应用非常广泛，除用作滴定反应外，还常用于显色反应、萃取反应、沉淀反应及掩蔽反应。试剂及仪器：Mg-EDTA混合液，纯锌片，乙二胺四乙酸二钠盐（Na2H2Y·2H2O，相对分子质量372.2）（AR），NH3-NH4Cl缓冲液，7mol/L氨水，5g/L铬黑T指示剂，200g/L六亚甲基四胺溶液，2g/L二甲酚橙水溶液，盐酸,甲基红（1g/L）,蒸馏水，50mL烧杯，200mL烧杯，25mL移液管，表面皿，250mL锥形瓶，聚乙烯塑料瓶，酸式滴定管，玻璃棒，250mL容量瓶，电子天平实验部分1.实验原理：1.1.金属离子指示剂的工作原理：滴定前：M（金属离子）+In（指示剂，乙色）=MIn（甲色）；滴定开始至终点前：M+Y=MY；终点时：MIn（甲色）+Y=MY+In（乙色）,对于铬黑T（EBT），其适用pH为8-10，其中In为蓝色，MIn为红色；对于二甲酚橙（XO），其适用pH﹤6，其中In为亮黄色，MIn为红色。对于某些MIn，由于lgK´MIn=lgKMIn-lgαIn（H），当在一定酸度时由于指示剂的酸效应，使其与金属离子络合的并不稳定，此时不会显示MIn的颜色，而显示In的颜色。2012级分析化学设计实验21.2.由于ZnY的稳定常数为16.5，而MgY的稳定常数为8.7，而Mg2+-EDTA在碱性条件下稳定，在酸性条件下不稳定，在酸性条件pH=5时，由于此时lgK´ZnY=14.65，lgK´MgY=1.25，有Δlg（K，）＞6，故Zn2+可将Mg2+-EDTA中Mg2+置换出来，即Zn2++MgY=ZnY+Mg2+；对于Zn2+和EDTA反应，使ΔpZn2+=0.2，Et=±0.3%，有lg（K´ZnYC）≧5，当C=0.01mol/L时，lgαY（H）=lgKZnY-lgK´ZnY=9.5，得最高酸度为pH=3.5；使Zn2+不水解时临界[OH-]=10-7.61mol/L,得最低酸度为pH=6.4，故Zn2+和EDTA反应应在pH为3.5-6.4之间，选用XO作指示剂=0.01mol/L。1.3.若EDTA过量，则为EDTA和Mg2+-EDTA的混合液，在pH=10的氨性条件若[NH3]=0.20mol/L有此时ZnY的条件稳定常数为9.37与MgY的稳定常数8.7相差不大，此时Zn2+不会将Mg2+-EDTA中Mg2+置换出来，此时用EBT作指示剂，当CZn2+=0.01mol/L时，Et=-0.02%，误差较小，故可用EBT作指示剂，用Zn2+滴定过量的EDTA.1.4.若Mg2+过量，则为Mg2+和Mg2+-EDTA的混合液，当终点时Mg2+分析浓度为0.01mol/L，在pH=10，用EBT作指示剂，有此时pMg，sp=5.13，pMgep=5.4，有Et=0.099%，表明在pH=10时可用EDTA准确滴定过量的Mg2+含量，而若在酸性条件下，MgY不稳定，会使测量有误差。2.实验步骤:2.1.配制Zn2+标准溶液：在分析天平上准确称取0.30-0.40g基准锌片于干净的50mL烧杯中，加入10mL6mol/L的HCl溶液，立即盖上表面皿，待完全溶解后用蒸馏水冲洗表面皿，之后转移至250mL容量瓶中，定容至250mL，摇匀，计算Zn2+标准溶液的浓度。2.2.混合液中过量组分的判断：取适量混合液于一烧杯，向混合液中加入适量NH3-NH4Cl缓冲液，控制pH在9至10之间，加入2滴EBT。观察溶液颜色。若溶液变红，则Mg2+过量；若溶液变蓝色则EDTA过量。实验发现变红色,即Mg2+过量。2.3.配制EDTA溶液：在微量天平上称取3.6-4.0g乙二胺四乙酸二钠盐于200mL烧杯中，加入蒸馏水溶解后倒入聚乙烯塑料瓶中，加水约至500mL,摇匀。2.4.标定EDTA溶液：用移液管吸取25.00mLZn2+标准溶液于锥形瓶中，加1滴甲基红，用7mol/L氨水中和Zn2+标准溶液中的HCl至溶液由红变黄,之后加20mL蒸馏水10mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，再加2滴铬黑T指示剂，用上述EDTA滴定，当溶液由紫红刚变为蓝绿色即为终点。平行滴定3次，记下所用EDTA的体积。2.5.滴定混合液中过量的Mg2+：用移液管吸取25.00mLZn2+标准溶液于锥形瓶中，2012级分析化学设计实验3加入10mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，再加3滴铬黑T指示剂，用上述EDTA溶液滴定溶液由红色刚变成蓝紫色即为终点。平行滴定3次，记下所用EDTA的体积。2.6.待测液中EDTA总量的测定：准确移取25.00mL待测液，滴加2滴XO指示剂，再加入20mL六亚甲基四胺缓冲溶液，如果溶液为紫红色，滴加HCl溶液调节至溶液变为黄色，此时的pH在5~6之间。然后用Zn2+标准溶液滴定待测液中的EDTA至溶液颜色由黄色刚变为粉红即为滴定终点。平行滴定3次，记下所用Zn2+标准溶液的体积。结果与讨论：实验称取基准锌片0.3527g，所得Zn2+标准溶液浓度为：0.02157mol/L，所测的是B*液表一:Zn2+标准溶液标定EDTA（EBT作指示剂）编号123V（EDTA）/mL25.8225.8525.75V（EDTA）平均值/mL25.81C（EDTA）/mol/L0.02089表二：混合液中Mg2+浓度（EBT作指示剂）编号123V（EDTA）/mL7.097.067.14C（Mg2+）/mol/L5.925*10-35.899*10-35.966*10-3C（Mg2+）平均值/mol/L5.930*10-3表三：混合液中总EDTA浓度（XO作指示剂）编号123V（Zn2+）/mL12.6012.6212.60C（EDTA）/mol/L0.010870.010890.01087C（EDTA）平均值/mol/L0.01088Zn2+标准溶液标定EDTA，滴定终点时有pZn2+ep=lgK’Zn-EBT=lgKZn-EBT-lgαEBT（H）=12.9-1.6=11.3,而此时有lgK’ZnY=lgKZnY-lgαY（H）-lgαZn=16.50-1.10-0.2=15.20，因此化学计量点时有pZnsp=1/2*(pCZbsp+lgK’ZnY，)=0.5*（2+15.20）=8.6，那么有ΔpZn2+=2.7，可得终点误差为Et=0.012%，误差较小。用EDTA滴定混合液中的过量的镁离子，有pMg2+ep=7.0-1.6=5.4，而lgK’MgY=8.7-1.10=7.6，2012级分析化学设计实验4那么有pMg2+sp=1/2*(pCMgsp+lgK’MgY，)=0.5*（2.335+7.6）=4.97,那么有ΔpMg2+=2.63，可得终点误差较大，原因是因为混合液中镁离子浓度过小，而此时MgY的条件稳定常数较小，使得林邦误差公式分母较小，使误差较大。用标准锌液滴定混合液中EDTA的含量，由于是在pH=5.15的六亚甲基四胺-HCl缓冲溶液中进行，可得滴定终点时有pZn2+ep=lgK’Zn-XO=lgKZn-XO-lgαXO（H）=4.8，此时有lgK’ZnY=lgKZnY-lgαY（H）-lgαZn=16.50-6.26=10.24，那么有pZnsp=1/2*(pCZbsp+lgK’ZnY，)=0.5*（1.78+10.24）=6.01因此有ΔpZn2+=-1.21，根据林邦误差公式可得Et=0.095%，误差较小。对于本实验，由于过量的镁离子浓度过小，使测量的误差较大，要想较为精确的测量，可采用较为精密的仪器测量。比如加入显色剂----偶氮胂Ⅲ，用分光光度法测定。结论：实验测得混合液中含有过量的Mg2+，其浓度为5.930*10-3mol/L，混合液中Mg2+-EDTA的浓度为0.01088mol/L。致谢：感谢分析实验指导老师谢敏，感谢分析实验预备室的老师。参考文献：[1]分析化学实验：第五版上册.武汉大学主编.北京：高等教育出版社，2012,123-125[2]分析化学：第五版上册.武汉大学主编.北京：高等教育出版社，188-211