絡合滴定法測定 Ca

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討論

許多金屬離子形成微弱解離的絡合物離子。這些絡合物的形成可以作為對這類金屬離子進行準確且方便的滴定的基礎。此類測定被稱為絡合滴定。

這些滴定的準確性很高，並且可以對毫摩爾級濃度的金屬離子進行測定。

許多陽離子在溶液中會與多種具有孤對電子（例如分子中 N、O、S 原子上的孤對電子）的物質形成絡合物，這些孤對電子能夠滿足金屬的配位數。金屬離子充當路易斯酸（電子對受體），而絡合劑充當路易斯鹼（電子對供體）。絡合劑分子的數量，稱為配體，取決於金屬的配位數以及配體分子中絡合基團的數量。

氨等簡單的絡合劑很少用作滴定劑，因為通常很難獲得對應於化學計量絡合物的清晰終點。這是因為逐步形成常數通常彼此接近，並且不太大，無法觀察到單個化學計量絡合物。然而，某些分子中具有兩個或多個絡合基團的配體確實會形成明確定義的絡合物，可以用作滴定劑。一種廣泛使用的試劑是乙二胺四乙酸 (EDTA)。

具有兩個或多個能夠與金屬離子絡合的基團的有機試劑稱為螯合劑。用這種方式形成的絡合物稱為螯合物。用這種螯合劑進行的滴定稱為螯合滴定，它是絡合滴定的一種特殊型別。每個氮原子和每個羧基上都存在一對能夠與金屬離子絡合的孤對電子。因此，EDTA 中有六個絡合基團。我們將 EDTA 表示為符號 H₄Y，它承認 EDTA 是一種四元酸的事實。公式中的四個氫指的是四個羧基上的四個酸性氫。未質子化的配體 Y₄^- 負責與金屬離子形成絡合物。

目前的分析涉及使用上述型別的絡合滴定法測定 Ca。滴定是透過向含有 Ca 的樣品中新增標準 EDTA 溶液來進行的。發生的反應如下

Ca²⁺ + Y⁴^- <===> CaY^2-

在等當點之前，Ca²⁺ 濃度幾乎等於未螯合（未反應）的鈣量，因為螯合物的解離很小。在等當點及以後，pCa 由給定 pH 下螯合物的解離決定。等當點透過使用本身也是螯合劑的指示劑來檢測。使用的具體指示劑是鉻黑 T。它包含三個可電離的質子，我們將它表示為公式 H₃In。在中性或略微鹼性的溶液中，它是雙解離的離子 HIn^2-，呈藍色。鉻黑 T 不能用作 EDTA 滴定鈣的指示劑，因為它與鈣形成的絡合物太弱，無法給出清晰的終點。因此，將含有 EDTA 的鎂絡合物 MgY^2- 的溶液引入滴定混合物中。由於 Ca²⁺ 與 EDTA 形成的絡合物比鎂更穩定，因此發生以下反應

MgY^2- + Ca²⁺ <===> CaY^2- + Mg²⁺

以這種方式釋放的鎂然後與鉻黑 T 的雙電離離子反應。鎂與該離子形成的絡合物呈紅色，因此在 Ca 滴定開始時，溶液呈紅色。該反應可以寫成如下

Mg²⁺ + HIn^2- <===> MgIn^- + H⁺

(藍色) <===> (紅色)

然後用標準 EDTA 溶液滴定溶液。在滴定開始時，EDTA 與未絡合的剩餘鈣離子反應。在所有鈣反應後，下一部分 EDTA 與之前形成的鎂絡合物反應。新增的 EDTA 與紅色的鎂-指示劑絡合物 (MgIn^-) 有利地競爭，生成 MgY^2- 和 HIn^2-，從而在終點時呈現藍色。

MgIn^- + H⁺ + Y^4- <===> MgY^2- + HIn^2-

(紅色) <===> (藍色)

實驗

配製 0.0100 mol dm^-3 EDTA 溶液

在 80 °C 的乾燥箱中乾燥約 2 g 的 EDTA 二水合物 Na₂H₂Y₂ 2 H₂O 一小時。然後準確稱取約 .95 g ± 0.l mg。將 EDTA 定量轉移到 250 cm³ 容量瓶中，加入蒸餾水並混合，然後用蒸餾水稀釋至刻度。透過將緊緊塞住的容量瓶倒置並搖晃來充分混合。將此溶液標記為“標準 EDTA”。

配製 Mg-EDTA 絡合物指示劑

在 100 cm³ 蒸餾水中混合 0.744 g 乾燥的 EDTA 和 0.492 g MgSO₄。將溶液分成兩份 50 cm³ 的溶液。在一份溶液中加入幾滴酚酞。逐滴滴加 0.1 mol dm⁻³ NaOH 溶液，直到溶液呈微弱的粉紅色，並計數滴數。確定 NaOH 滴數後，丟棄此溶液。在第二份 50 cm³ 的溶液中，加入與第一份溶液中相同數量的 0.1 mol dm⁻³ NaOH 溶液滴數，然後用蒸餾水稀釋至約 95 cm³。加入 2 cm³ 的 pH 10 緩衝溶液，並加入幾滴鉻黑 T 指示劑溶液。此時有兩種可能性：溶液要麼是紅色的，要麼是藍色的。如果溶液是紅色的，則 Mg2+ 過量。在這種情況下，逐滴加入 0.0100 mol dm^-3 EDTA 溶液，直到溶液剛變成藍色。如果溶液最初是藍色的，則 EDTA 過量，在這種情況下，逐滴加入

0.01 mol dm⁻³ MgSO4 溶液，直到溶液剛變成紅色，然後逐滴加入 0.100 mol dm⁻³ EDTA，直到溶液再次剛變成藍色。

配製奶粉溶液

在 80 °C 的乾燥箱中乾燥約 5 g 的奶粉一小時。準確稱取約 3 g 乾燥奶粉放入 250 cm³ 燒杯中，加入約 100 cm³ 蒸餾水。攪拌溶解。用蒸餾水反覆洗滌，定量轉移到 250 cm³ 容量瓶中。靜置足夠長的時間，使所有氣泡消失。如果出現泡沫，可以透過加入 1 或 2 滴正辛醇來抑制。然後用蒸餾水稀釋至刻度。然後塞住容量瓶，倒置並反覆搖晃，充分混合。

滴定牛奶溶液

用移液管將準確的 50 cm³ 牛奶溶液移入 250 cm³ 錐形瓶中。加入約 2 cm³ 的 pH 10 緩衝溶液、10 cm³ 的 Mg-EDTA 指示劑溶液和 3 滴鉻黑 T 指示劑。用標準 0.0100 mol dm⁻³ EDTA 溶液滴定，直到顏色從紅色變為藍色。使用與之前相同的步驟，至少再滴定兩個牛奶樣品。

資料處理和報告

根據您的實驗資料，計算每個滴定等分試樣中奶粉中Ca的百分比。然後計算平均百分比。

在提供的報告單上報告以下資料

. 牛奶未知編號
. 使用的牛奶樣品重量。
. 每個樣品使用的EDTA溶液體積。
. 每個樣品中Ca的百分比。
. Ca的平均百分比。
. 樣品中Ca百分比的平均偏差
. 您的實驗記錄本中包含相關資料的頁碼。

關於絡合滴定法測定鈣的問題。

. 此滴定中使用的指示劑是什麼？
. 為什麼鉻黑T不能直接用作指示劑？
. 在弱鹼性溶液中，雙離子型鉻黑T指示劑的顏色是什麼？
. 向Mg-EDTA混合物中逐滴新增NaOH溶液的目的是什麼？
. 是否可以使用EDTA的鈉鹽作為基準物質？
. 在什麼pH值下進行Ca的滴定？
. 在進行滴定的pH值下，Mg²⁺和Ca²⁺的條件穩定常數是多少？