配位滴定中指示劑用量的控制

馬成有　來(lái)雅文　賈丹　田微　陸繼龍

摘? ?要：滴定分析中，指示劑用量與滴定分析結(jié)果有著密切的關(guān)系，控制好指示劑用量，可保證分析結(jié)果的可靠性。以EDTA滴定金屬離子為例，分析并計(jì)算了EBT指示劑的用量最高限度為1.85×10-4 g，最低限以肉眼能分辨出為主。以此分析思路為指導(dǎo)，針對(duì)具體實(shí)驗(yàn)，可做預(yù)先設(shè)計(jì)并估算指示劑的用量。

關(guān)鍵詞：配位滴定;指示劑用量;滴定體系

配位滴定中，金屬指示劑與金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)，且金屬指示劑本身顏色與被測(cè)金屬離子所形成的配合物的顏色明顯不同，據(jù)此可指示到達(dá)滴定終點(diǎn)。金屬指示劑多為有機(jī)配位劑，通常是多元弱酸或弱堿，能隨溶液pH的變化顯示出不同的顏色，因此，在配位滴定中，必須注意控制適宜的pH范圍。關(guān)于指示劑用量的問(wèn)題，用多用少都可能導(dǎo)致滴定分析結(jié)果偏高或偏低，只有指示劑用量在合理范圍內(nèi)，滴定分析結(jié)果才能控制在誤差允許范圍之內(nèi)。鉻黑T（1-（1-羥基-2-萘偶氮）-6-硝基-2萘酚-4磺酸鈉，EBT）在配位滴定中是常用的金屬指示劑，以此為例進(jìn)行指示劑用量的討論。

鉻黑T是黑色粉末，帶有金屬光澤，使用時(shí)最適宜的pH是8.0～11.0。在pH=10.0的緩沖溶液中，EBT可作為乙二胺四乙酸（Ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA）直接滴定Mg2+、Zn2+、Pb2+、Mn2+等的指示劑，特別適用于Mg2+的滴定，終點(diǎn)十分敏銳。

1? ? 基本原理

將指示劑加入鉻黑T含有Mg2+的被滴定體系中，指示劑與Mg2+發(fā)生配位反應(yīng)，生成酒紅色配合物Mg-EBT[1]，化學(xué)反應(yīng)如下：

（1）

因?yàn)橹甘緞┯昧渴芸?，所以只有少量的Mg2+與指示劑配位生成配合物Mg-EBT，酒紅色。其余大量的游離的Mg2+與隨后滴入體系的滴定劑EDTA發(fā)生配位反應(yīng)，生成Mg-EDTA，無(wú)色。

（2）

滴定至化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前，再滴加半滴（約為0.02 mL，滴定管可控）EDTA即可把先與EBT配位的Mg2+奪出，生成Mg-EDTA，進(jìn)而釋放EBT，實(shí)現(xiàn)完美滴定。

（3）

（酒紅色）? ? ? ? ? ? （純藍(lán)色）

（3）式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)：

其中，，分別為Mg2+和EDTA，EBT形成配合物對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定平衡常數(shù)。

2? ? 理論計(jì)算

根據(jù)（1）式得：

在加入指示劑后，沒(méi)加滴定劑之前，滴定體系的一些物理參數(shù)：V為滴定體系的體積，為指示劑鉻黑T在體系中的初始濃度，c（EBT）為滴定體系中游離指示劑的濃度，c（Mg-EBT）為滴定體系中指示劑和被滴定金屬離子生成的配合物的濃度。理想情況下，加入的EBT全部轉(zhuǎn)化為Mg-EBT，即c（EBT）≈0，。在滴定劑EDTA加入至化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，EDTA與被滴定溶液中大量游離的Mg2+配合生成Mg-EDTA。再加半滴（約0.02mL）的滴定劑EDTA即可將與EBT結(jié)合的Mg2+即Mg-EBT中的Mg2+置換出來(lái)，生成Mg-EDTA，至此，Mg2+基本以Mg-EDTA形式存在。此時(shí)，，c（Mg-EBT）≈0，達(dá)到完全滴定。

那么如何控制好這些型體的數(shù)量關(guān)系，達(dá)到理論上的完美滴定呢，第一要控制好臨近終點(diǎn)時(shí)滴定劑的用量，即控制好半滴的用量，半滴即能實(shí)現(xiàn)由Mg-EBT到Mg-EDTA的轉(zhuǎn)換。第二要控制好指示劑的用量。指示劑太多太少都不好，只有正好，多少算正好需要考慮。指示劑的用量和半滴滴定劑用量相匹配，即半滴滴定劑正好置換指示劑。

例如，被滴定溶液的體積：V0=50.00 mL，被滴定離子濃度：c0（Mg2+）=0.02 mol/L，滴定劑的濃度：c0（EDTA）=0.02 mol/L。

理論上的化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，滴定劑EDTA用量為50.00 mL。此時(shí)，整個(gè)滴定體系為100.00 mL。

滴定至化學(xué)計(jì)量點(diǎn)，再多加半滴滴定劑EDTA，此時(shí)應(yīng)有：

其中，c（EDTA）為滴定終點(diǎn)時(shí)，滴定體系中游離的EDTA的質(zhì)量濃度;c（Mg-EDTA）為滴定終點(diǎn)時(shí)，滴定體系中Mg-EDTA配合物的質(zhì)量濃度[2-3]。

V（EDTA）為滴定劑EDTA用量體積

V（EDTA）=（50.00+0.02） mL

dV=0.02 mL

查得：M（EBT）=461.38 g/mol

則：

所以，指示劑EBT的用量應(yīng)該稱取1.85×10-4 g。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

如果EBT不是按臨近終點(diǎn)時(shí)半滴EDTA滴入而計(jì)算出來(lái)的量加入，而是多加了很多，則臨近終點(diǎn)時(shí)，隨著EDTA的加入，純藍(lán)色逐漸加深，酒紅色逐漸減弱，置換不是半滴或一滴指示劑完成的，而是有個(gè)漸變的過(guò)程，顏色也是漸變的，滴定終點(diǎn)顏色不好判斷。

如果EBT的量加入過(guò)少，終點(diǎn)時(shí)不足EDTA半滴的置換量，如果顏色的變化仍然明顯，滴定誤差也不會(huì)超過(guò)+0.1%，是滿足要求的。

針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)分析誤差要求，以此分析思路為指導(dǎo)，可做預(yù)先設(shè)計(jì)并可估算出指示劑的用量范圍。

[參考文獻(xiàn)]

[1]馬成有，王英華，來(lái)雅文.簡(jiǎn)明分析化學(xué)[M].北京：和學(xué)出版社，2017.

[2]王邦柏.滴定終點(diǎn)評(píng)價(jià)方式的比較與選擇[J].教育教學(xué)論壇，2017（47）：80-82。

[3]武? ?真，孟慶華，孫紀(jì)遠(yuǎn)，等.指示劑用量對(duì)非水滴定滴定終點(diǎn)的影響[J].大學(xué)教育，2017（7）：24-26.