EDTA在中學化學計算中的考查與應用

江蘇

乙二胺四乙酸簡稱EDTA或EDTA酸，結構簡式為(CH2COOH)2NCH2CH2N(CH2COOH)2，它是一種能與Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+等二價金屬離子按物質的量1∶1結合的螯合劑。由于EDTA在水中的溶解度小，故通常把它制成二鈉鹽，一般也簡稱為EDTA，或叫做EDTA二鈉鹽，用Na2H2Y表示。EDTA相關知識屬于大學化學內容，它在分析測定中具有重要的意義，通常用于滴定分析多種金屬離子。近年來，各地高考題和?？碱}對EDTA在化學計算中的考查愈加頻繁，以下舉例分析說明。

考向一、由EDTA直接滴定某金屬離子的含量

(1)若滴定管在使用前未用EDTA標準溶液潤洗，測得的Ni2+含量將________(填“偏高”或“偏低”或“不變”)。

(2)通過計算確定硫酸鎳銨的化學式(寫出計算過程)。

【答案】(1)偏高 (2)(NH4)2Ni(SO4)2·10H2O

【解析】(1)若滴定管在使用前未用EDTA標準溶液潤洗，則消耗EDTA標準溶液的體積偏大，由此計算出的Ni2+含量將偏高。

(2)n(Ni2+)=0.040 00 mol·L-1×31.25 mL×10-3L·mL-1=1.250×10-3mol，

m(Ni2+)=59 g·mol-1×1.250×10-3mol=0.073 75 g，

則硫酸鎳銨的化學式為(NH4)2Ni(SO4)2·10H2O。

【小結】EDTA和金屬離子的直接滴定是高中階段對EDTA考查最常見類型，分析時應根據金屬離子和EDTA反應的計量數關系(通常為物質的量之比1∶1)進行計算，此類問題難度不大，應熟練掌握。

考向二、由EDTA間接測定某成分的含量

【例2】錳鋅鐵氧體(ZnaMnbFecO4，Fe元素為+3價，Zn、Mn元素化合價相同)是一種重要的磁性材料。測定錳鋅鐵氧體中ZnO含量的實驗步驟如下：

(1)a、b、c的代數關系式為________。

(2)“除錳”時發生反應的離子方程式為______________。

【答案】(1)2a+2b+3c=8

(3)16.2%

【解析】(1)由化合物中正負化合價的代數和為0，可知a×(+2)+b×(+2)+c×(+3)+4×(-2)=0，即2a+2b+3c=8。

(3)25.00 mL溶液A消耗EDTA的物質的量為

20.00 mL×10-3L·mL-1×0.010 00 mol·L-1=2.000×10-4mol，

【小結】本例中ZnO不能與EDTA反應，故將ZnO酸化為能直接與EDTA反應的Zn2+。根據滴定過程中消耗的EDTA含量，可測定樣品中Zn2+的含量，從而間接測定樣品中ZnO的含量，分析過程中應緊抓物質之間的關系式“ZnO～Zn2+～EDTA”進行計算。

考向三、由EDTA在不同的pH環境中測定某金屬離子的含量

【例3】以碳酸鎂(含少量FeCO3)為原料制取硫酸鎂晶體，并測定Mg2+含量：將原料完全溶于一定量的稀硫酸中，加足量的H2O2后用氨水調節溶液的pH，靜置后過濾，除去濾渣，將濾液結晶得硫酸鎂晶體。

(1)加入H2O2時反應的離子方程式為______________。

(2)已知Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39，Ksp[Mg(OH)2]=1.0×10-12。室溫下，若溶液中c(Mg2+)=0.01 mol·L-1，欲使溶液中的c(Fe3+)≤1×10-6mol·L-1，需調節溶液pH范圍為________。

(3)常采用下列方法測定結晶硫酸鎂中Mg2+的含量：

已知：①在pH為9～10時，Mg2+、Zn2+均能與EDTA(H2Y2-)形成配合物。

步驟1：準確稱取得到的硫酸鎂晶體1.50 g加入過量的EDTA，配成100 mL pH在9～10之間的溶液A。

步驟2：準確移取25.00 mL溶液A于錐形瓶中，用0.10 mol·L-1Zn2+標準溶液滴定，滴定到終點，消耗Zn2+標準溶液的體積為20.00 mL。

步驟3：準確移取25.00 mL溶液A于另一只錐形瓶中，調節pH在5～6；用0.10 mol·L-1Zn2+標準溶液滴定，滴定至終點，消耗Zn2+標準溶液的體積為30.00 mL。

計算該結晶硫酸鎂中Mg2+的質量分數(請給出計算過程)

(2)3～9

(3)6.4%

(2)調節溶液pH的目的是將Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀，而Mg2+卻沒有沉淀，根據Ksp[Mg(OH)2]=1.0×10-12及c(Mg2+)=0.01 mol·L-1，可得Mg2+開始沉淀時的pH：Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)×c2(OH-)=1.0×10-12，則c(OH-)=1.0×10-5mol·L-1，pH=9；同理根據Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39及溶液中的的c(Fe3+)≤1×10-6mol·L-1，可求得Fe3+沉淀完全時的pH=3，故需調節溶液pH的范圍為3～9。

(3)25 mL溶液A中：

n(EDTA)=n(Zn2+)=0.10 mol·L-1×20.00 mL×10-3L·mL-1=2.00×10-3mol，

25 mL溶液A中EDTA的量：

n(EDTA)總=n(Zn2+)=0.10 mol·L-1×30.00 mL×10-3L·mL-1=3.00×10-3mol，

所以1.5 g硫酸鎂晶體中的n(Mg2+)=0.012 mol-8.00×10-3mol=0.004 mol，