【武大】三价铁、铋离子混合液中各组分含量的测定

【武大】三价铁、铋离子混合液中各组分含量的测定 2012级分析化学设计实验 3+3+Bi-Fe混合溶液各组分含量的测定 孙阳勇 (武汉大学化学与分子科学学院 湖北武汉 430072) 3+3+摘要:对于Bi和Fe与EDTA形成稳定络合物，它们的稳定常数分别为lgK=27.94、lgKBiYFe 2+=25.1.由于ΔlgK=2.84〈5，故不能直接用EDTA进行分部滴定，考虑到Fe与EDTA形(?)Y 3+2+成的络合物的稳定常数为14.32，这时对于Bi和Fe与EDTA形成的络合物，有ΔlgK=13.62 3+3+，5.故可考虑使用还原剂来还原Fe，从而可以滴定Bi的含量。实验时首先加入抗坏血酸 3+还原Fe，以二甲酚橙为指示剂，在氨基乙酸-HCl缓冲体系中，以二甲酚橙为指示剂，用 3+EDTA溶液滴定Bi的含量，之后加入六亚甲基四胺-HCl缓冲溶液，用EDTA标准溶 2+3+3+液滴定Fe的含量，通过两次滴定可分别求出Bi与Fe的浓度。 3+3+关键词:Bi-Fe混合溶液 二甲酚橙 抗坏血酸 氧化还原掩蔽法 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)，对于提高络合滴定选择性的途径有:络合掩蔽法、沉淀掩蔽法、氧化还原掩蔽法等。当某种价态的共存离子对滴定有干扰时，利用氧化还原反应改变干扰离子的价态以消除干扰的方法，称之为氧化还原掩蔽法。 试剂及仪器:纯锌片，乙二胺四乙酸二钠盐(NaHY?2HO，相对分子质量372.2)(AR)，222 2g/L二甲酚橙水溶液，抗坏血酸溶液，蒸馏水，50mL烧杯，六亚甲基四胺溶液，甘氨酸固体，200mL烧杯，25mL移液管，面皿，250mL锥形瓶，聚乙烯塑料瓶，酸式滴定管，玻璃棒，250mL容量瓶(2个)，电子天平 实验部分 1.实验原理: 1.1.当为单一离子测定时，由于lgK’=lgK-lgα- lgα，在高酸度下，可忽略lgα，MYMYY(H)M(OH)M(OH)因此有lgα= lgK-lgK’，对于C=0.01mol/L，当ΔpM’=?0.2，Et=?0.1%，有lgK’?8，Y(H)MYMYMMY 3+3+因此对于Fe的滴定有最高酸度为lgα=25.1-8=17.1时，对应pH=1.2,其最低酸度为Fe不水Y(H) --123+解时，有此时 [OH]=1.59*10 mol/L,那么此时pH=2.2,故滴定Fe时应该控制pH=1.2-2.2。 3+2+同理对于滴定Bi时应该控制pH=0.7-4.53，滴定Fe时应该使pH=5.1-7.46，由于滴定时均是 1 2012级分析化学设计实验 在酸性条件下，故用二甲酚橙作指示剂，其作用范围pH，6，其中XO在 pH>6.3时，它呈现红色;pH<6.3时，呈现黄色;pH=pK=6.3时，呈现中间颜色，二甲酚橙与金属离子形成的a 3+3+配合物都是紫红色。但是Fe对XO有封闭作用，用抗坏血酸掩蔽Fe即可解决，此时为3+2+2+Bi-Fe的混合液，最高酸度时为lgαY(H)=lgαY(Fe)=12.32,此时最高酸度为pH=2.4， 3+3+2+3+最低酸度为Bi不水解时pH=4.53，那么在Bi-Fe混合液中滴定Bi使pH=2.4―4.53。 3+3+1.2.对于Bi和Fe与EDTA形成稳定络合物，它们的稳定常数分别为lgK=27.94、lgKBiYFe =25.1.当ΔpM’=?0.2，Et=?0.3%由于ΔlgK=2.84〈5，故不能直接用EDTA进行分部滴定，(?)Y 3+3+但是可以用EDTA一次滴定出Bi和Fe的总量(但是要注意三价铁离子对指示剂的封闭作 3+2+用,结果误差较大);利用抗坏血酸的还原性可将Fe还原成Fe，由于lgK=14.32，此(?)FeY 3+2+3+2+时对于Bi和Fe与EDTA形成的络合物，有ΔlgK=13.62，5，故可准确滴定Bi而Fe不 3+2+3+干扰。对于Bi-Fe体系，当C(Bi)=0.01mol/L时，到达滴定终点时，有pBi=5.4， pBi=1/2*epsp sp(p C+lgK’),而lgK’ =lgK-lg(α+ α-1)-lgα=27.94-12.62-1.4=13.92，故有BiBiYBiYBiYY(H)Y(N)Bi pBi=7.96，因此有ΔpBi=-2.56,那么有终点误差为Et=-0.04%，表示可以准确滴定。 sp 1.3.维生素C(Vitamin C ，Ascorbic Acid)又叫L-抗坏血酸，具有较强的还原性，加热或在溶液中易氧化分解，在碱性条件下更易被氧化，为己糖衍生物，可还原三价铁离子。 2.实验步骤: 2+2.1.配制Zn标准溶液:在分析天平上准确称取0.15-0.25g基准锌片于干净的50mL烧杯中，加入6mL 6mol/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， 2+之后转移至250mL容量瓶中，定容至250mL，摇匀，计算Zn标准溶液的浓度。 2.1.稀释混合液:用专用移液管移取混合液25.00mL于250mL容量瓶中，加入一定量的 3+盐酸防止Bi的水解，之后加蒸馏水稀释至刻度，摇匀。 2.3.配制EDTA溶液:在微量天平上称取1.8-2.5g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+2.4.标定EDTA溶液:用移液管吸取25.00mL Zn标准溶液于锥形瓶中，加2滴2g/L的二甲酚橙指示剂，之后滴加200g/L六亚甲基四胺至溶液呈现稳定的紫红色，再加入5mL六亚甲基四胺溶液，然后用EDTA溶液滴定至溶液由紫红色刚变成黄色，记下EDTA的体积。平行滴定三份，计算EDTA的浓度。 2 2012级分析化学设计实验 3+2.5.混合液中Bi浓度的测定:用移液管移取25.00mL混合溶液于锥形瓶中，加入5ml抗坏血酸溶液，摇匀后放置2分钟，再加入2滴XO指示剂，用氨基乙酸-HCl缓冲溶液调节溶液为紫红色。用上述EDTA标准溶液进行滴定，溶液由紫红色变为亮黄色且半分钟内不褪色即为终点，记录消耗EDTA溶液的体积，平行滴定三次。 3+2.5.混合液中Fe浓度的测定:向上述溶液中再加入2滴XO指示剂，加入约40mL 200g/L六亚甲基四胺至溶液呈现稳定的紫红色，用上述EDTA标准溶液进行滴定，溶液由紫红色变为亮黄色且半分钟内不褪色即为终点，记录消耗EDTA溶液的体积，平行滴定三次。 结果与讨论: 2+实验称取基准锌片0.2464g，所得Zn标准溶液浓度为:0.01507 mol/L 2+表一: Zn标准溶液标定EDTA(XO作指示剂) 编号 1 2 3 V(EDTA)/mL 30.65 30.63 30.60 V(EDTA)平均值/mL 30.63 C(EDTA)/mol/L 0.01238 3+ 表二:EDTA滴定混合液中Bi浓度(XO作指示剂) 编号 1 2 3 V(EDTA)/mL 20.98 20.92 20.96 3+C(Bi)/ mol/L 0.01039 0.01036 0.01038 3+C(Bi)平均值/ mol/L 0.01038 相对偏差/% 0.09634 -0.1927 0 平均相对偏差/% 0.09634 3+ 表三:EDTA滴定混合液中Fe的浓度(XO作指示剂) 编号 1 2 3 V(EDTA)/mL 21.45 21.40 21.25 3+C(Fe)/ mol/L 0.01062 0.01060 0.01052 3+C(Fe)平均值/ mol/L 0.01058 相对偏差/% 0.3781 0.1890 0.5671 平均相对偏差/% 0.3781 3 2012级分析化学设计实验 3+3+3+实验时用EDTA滴定混合液中Bi和Fe的总浓度，所用EDTA为48.95mL，而滴定Bi浓度时 3+3+用EDTA为20.95mL，因此滴定Fe的浓度用EDTA为28.00mL，造成测定Fe的测定有较大误差，原因就是三价铁离子对XO较强的封闭作用，使变色延后。而后由于实验条件受限，未 3+有氨基乙酸-HCl缓冲溶液，取而代之的是在25mL混合液中加入抗坏血酸还原Fe，之后加 3+入20.95mL EDTA与Bi络合后，再在六亚甲基四胺-HCl缓冲体系中滴定剩余的二价铁离子，使得实验衔接不上，因此滴定二价铁离子时相对偏差较大。 3+sp滴定Bi至滴定终点时，有pBi=1/2*(p C+lgK’)，而lgK’ =lgK-lg(α+ α-1)spBiBiYBiYBiYY(H)Y(N)-lgα=27.94-12.50-1.4=14.04，那么有pBi=1/2*(2.32+14.04)=8.18，pBi=5.4，有ΔpBi=-2.78,Bispep 2+那么有终点误差为Et=-0.07%，表示可以准确滴定。同理滴定Fe时终点误差较小。 3+3+结论:实验测得混合液中Bi浓度为:0.01038mol/L , Fe浓度为:0.01058mol/L,那么原瓶 3+3+中Bi浓度为:0.1038mol/L , Fe浓度为:0.1058mol/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.武汉大学主编.北京:高等教育出版社，2012,124-125 [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 4