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确定配位滴定终点的方法有多种,但最常用的还是指示剂法。配位滴定中的指示剂用来指示被滴定溶液中金属离子浓度变化,故称为金属离子指示剂,简称金属指示剂。
一、金属指示剂的变色原理
金属指示剂也是一种配位剂,它能与被滴定的金属离子形成与本身有显著不同颜色的配合物,借以指示滴定的终点。如果用In表示金属指示剂,M表示金属离子,则有
由于滴定溶液中加入指示剂的量是有限的,溶液中只有极少的金属离子形成MIn(乙色)配合物,而绝大部分仍呈游离状态。随着EDTA的滴入,M不断反应生成无色的配合物M-EDTA,故溶液仍显乙色(MIn)的颜色。待全部游离的M被滴定后,再滴加EDTA时,则EDTA就开始夺取和指示剂结合的M离子,从而把指示剂In(甲色)置换出来,反应如下:
此时,溶液由原来的MW乙色)颜色变为In甲色)的颜色,以指示终点的到达。
例如:EDTA滴定Mg2+(pH=10时),用铬黑T(EBT)作指示剂,开始Mg2+先与EBT反应:
到达化学计量点,EDTA开始置换Mg-EBT中的Mg2+,并结合为Mg-ED-TA,使EBT游离出来,溶液由原来的酒红色变为蓝色,说明终点到达。
从以上分析可以看出,金属指示剂应具备下列条件:
①指示剂本身的颜色与指示剂配合物的颜色明显不同。
②指示剂配合物的稳定性要适当。它既要有足够的稳定性,但又要比该金属离子与EDTA形成的配合物的稳定性小。
③指示剂与金属离子的配位反应具有选择性,即在一定条件下只与某一种(或少数几种)金属离子形成配合物。
④指示剂配合物应易溶于水。
此外,金属指示剂应比较稳定,便于贮藏和使用。
二、常用的金属指示剂
①铬黑T(简称EBT)。化学名称:1-(1-羟基一2-萘偶氮)-6一硝基一2-萘酚-4-磺酸钠。
属偶氮染料,为黑褐色,具有金属光泽。溶于水后与磺酸根结合的Na+可离解,其阴离子部分可用H2In-表示。H2In-可视为二元酸,在溶液中有如下二步电离:
铬黑T与许多金属离子,如Ca2+、Mg2+、Zn2+、Mn2+、Cd2+、Pb2+等形成酒红色配合物。显然,铬黑T只能在pH=7^-11的范围内使用。因为在pH<6或pH>12的溶液中,指示剂本身接近于红色,与其金属配合物的颜色就难于区分了。实验表明,最适宜的酸度为pH=9~11。
在pH=10的缓冲榕液中,用EDTA滴定Mg2+,Zn2十、Cd2+,Pb2十和Hg2+等时,铬黑T是良好的指示剂。
铬黑T的水溶液易发生分子聚合而变质,尤其pH<6.3时最为严重,加入三乙醇胺可防止聚合。
在碱性溶液中,铬黑T易被空气中的氧或氧化性离子氧化而退色,可加入盐酸羟胺或抗坏血酸等防止氧化。
铬黑T在水溶液或乙醇溶液中不稳定,只能保存数天。因此,常将铬黑T与干燥的NaCl按1:100混合研细,密闭保存备用。
②钙指示剂(简称NN)。化学名称是2-羟基-1-(2-羟基一4-磺基一1-萘偶氮)-3-萘甲酸。
也属于偶氮染料,为黑紫色粉末。与磺酸根结合的Na+和羧基(-COOH)上的H+离解后,其阴离子部分可用H2In2-表示,H2In2-在水溶液中有如下离解:
在pH=12~13时呈蓝色,而与Ca2+形成酒红色配合物。常在大量Mg2+存在下,调节pH>12,用EDTA滴定Ca2+。此时Mg2+转变成Mg(OH)2沉淀而不干扰。但沉淀易吸附指示剂,故应用时,应在用NaOH调节酸度后再加入指示剂。
指示剂水溶液或乙醇溶液均不稳定,常用干燥的NaCl,KNO3或K2SO4(1:100或1:200)混合研细,作固体指示剂。
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