8.3.2 配离子稳定常数的应用

8.3.2 配离子稳定常数的应用

利用配离子的稳定常数,可以计算配合物溶液中有关离子的浓度,判断配离子与生成沉淀转化的可能性,此外还可利用figure_0227_0803值计算有关电对的电极电势。

1.计算配合物溶液中有关离子的浓度 由于一般配离子的逐级稳定常数彼此相差不太大,因此在计算离子浓度时应注意考虑各级配离子的存在。但在实际工作中,一般所加配位剂过量,此时中心离子基本上处于最高配位状态,而低级配离子可以忽略不计,这样一来可以根据总的稳定常数figure_0227_0804作计算。

例8.1 将0.20mol·L-1AgNO3溶液与2.0mol·L-1NH3·H2O等体积混合,试计算平衡时溶液中Ag+、NH3、[Ag(NH3)2]+的浓度。

解:混合后AgNO3溶液与NH3·H2O的浓度均减半,由于[Ag(NH3)2]+的稳定常数很大,溶液中的Ag+浓度最小,一般设最小为未知,以便可以近似计算。

figure_0227_0805
figure_0228_0806

解得x=1.4×10-8mol·L-1

所以平衡时Ag+的浓度为1.4×10-8mol·L-1;NH3的浓度为0.8mol·L-1;[Ag(NH3)2]+的浓度为0.1mol·L-1

虽然在计算Ag+的浓度时可以按上式进行简单计算,但并非溶液中绝对不存在[Ag(NH3)]+

2.判断配离子与沉淀之间转化的可能性

例8.2 在1L例8.1所述的溶液中加入0.001molNaCl,问有无AgCl沉淀生成?若加入0.001molNa2S,有无Ag2S沉淀生成(设溶液体积基本不变)?

解:(1)当加入0.001molNaCl后,溶液中的figure_0228_06

figure_0228_0807

加入0.001molNaCl后无AgCl沉淀生成。

(2)若加入0.001molNa2S,溶液中figure_0228_07(未考虑S2-的水解),

figure_0228_0808

加入0.001molNa2S后有CuS沉淀产生。

有关配位平衡与沉淀溶解平衡之间的相互转化关系,可以用下述实验事实说明之。

figure_0228_0809

与沉淀生成和溶解相对应的分别是配合物的离解和形成,决定上述各反应方向的是figure_0229_0810的相对大小及配位剂与沉淀剂的浓度。配合物的figure_0229_0811值越大,沉淀越易溶解形成相应配合物;而沉淀的figure_0229_0812越小,则配合物越易离解转变成相应的沉淀。

3.判断配离子之间转化的可能性 配离子之间的转化,与沉淀之间的转化类似,反应向着生成更稳定的配离子的方向进行。两种配离子的稳定常数相差越大,转化越完全。

例8.3 向含有[Ag(NH3)2]+的溶液中加入KCN,此时可能发生下列反应:

figure_0229_0813

通过计算,判断[Ag(NH3)2]+是否可能转化为[Ag(CN)2]-

解:根据平衡常数表示式可写出:

figure_0229_0814

已知[Ag(NH3)2]+和[Ag(CN)2]-figure_0229_0778分别为1.12×107和1.26×1021,则

figure_0229_0815

K值很大,说明转化反应能进行完全,[Ag(NH3)2]+可以完全转化为[Ag(CN)2]-

配离子的转化具有普遍性,金属离子在水溶液中的配合反应,也是配离子之间的转化。例如:figure_0229_0816但通常简写为前一反应式。

4.计算配离子的电极电势 氧化还原电对的电极电势随着配合物的形成会发生改变。

figure_0229_0817

解:解法一:

首先计算[Au(CN)2]-在标准状态下平衡时解离出的Au+的浓度。

figure_0229_0818

根据题意,标态下配离子和配体的浓度均为1mol·L-1,则

figure_0229_0819

figure_0229_0820代入能斯特方程式:

figure_0229_0821

解法二:

写出两个电对的电极反应,将两个电极反应组成浓差电池,写出电极反应,得到电极反应的平衡常数。然后根据公式:figure_0229_0822,求出未知的标准电极电势。

正极反应:figure_0229_0723

负极反应:figure_0229_0724

figure_0230_0825

由例8.4可以看出,当Au+形成配离子以后,电极电势减小,figure_0230_0826在有配体CN-存在时,单质金的还原能力增强,易被氧化为[Au(CN)2]-

figure_0230_0827

解:同样可以通过组成浓差电池的方法求出未知的标准电极电势。

figure_0230_0828