EDTA在中学化学计算中的考查与应用

江苏

乙二胺四乙酸简称EDTA或EDTA酸，结构简式为(CH2COOH)2NCH2CH2N(CH2COOH)2，它是一种能与Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+等二价金属离子按物质的量1∶1结合的螯合剂。由于EDTA在水中的溶解度小，故通常把它制成二钠盐，一般也简称为EDTA，或叫做EDTA二钠盐，用Na2H2Y表示。EDTA相关知识属于大学化学内容，它在分析测定中具有重要的意义，通常用于滴定分析多种金属离子。近年来，各地高考题和模考题对EDTA在化学计算中的考查愈加频繁，以下举例分析说明。

考向一、由EDTA直接滴定某金属离子的含量

(1)若滴定管在使用前未用EDTA标准溶液润洗，测得的Ni2+含量将________(填“偏高”或“偏低”或“不变”)。

(2)通过计算确定硫酸镍铵的化学式(写出计算过程)。

【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标准溶液润洗，则消耗EDTA标准溶液的体积偏大，由此计算出的Ni2+含量将偏高。

(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，

则硫酸镍铵的化学式为(NH4)2Ni(SO4)2·10H2O。

【小结】EDTA和金属离子的直接滴定是高中阶段对EDTA考查最常见类型，分析时应根据金属离子和EDTA反应的计量数关系(通常为物质的量之比1∶1)进行计算，此类问题难度不大，应熟练掌握。

考向二、由EDTA间接测定某成分的含量

【例2】锰锌铁氧体(ZnaMnbFecO4，Fe元素为+3价，Zn、Mn元素化合价相同)是一种重要的磁性材料。测定锰锌铁氧体中ZnO含量的实验步骤如下：

(1)a、b、c的代数关系式为________。

(2)“除锰”时发生反应的离子方程式为______________。

【答案】(1)2a+2b+3c=8

(3)16.2%

【解析】(1)由化合物中正负化合价的代数和为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的物质的量为

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

【小结】本例中ZnO不能与EDTA反应，故将ZnO酸化为能直接与EDTA反应的Zn2+。根据滴定过程中消耗的EDTA含量，可测定样品中Zn2+的含量，从而间接测定样品中ZnO的含量，分析过程中应紧抓物质之间的关系式“ZnO～Zn2+～EDTA”进行计算。

考向三、由EDTA在不同的pH环境中测定某金属离子的含量

【例3】以碳酸镁(含少量FeCO3)为原料制取硫酸镁晶体，并测定Mg2+含量：将原料完全溶于一定量的稀硫酸中，加足量的H2O2后用氨水调节溶液的pH，静置后过滤，除去滤渣，将滤液结晶得硫酸镁晶体。

(1)加入H2O2时反应的离子方程式为______________。

(2)已知Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39，Ksp[Mg(OH)2]=1.0×10-12。室温下，若溶液中c(Mg2+)=0.01 mol·L-1，欲使溶液中的c(Fe3+)≤1×10-6mol·L-1，需调节溶液pH范围为________。

(3)常采用下列方法测定结晶硫酸镁中Mg2+的含量：

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

步骤1：准确称取得到的硫酸镁晶体1.50 g加入过量的EDTA，配成100 mL pH在9～10之间的溶液A。

步骤2：准确移取25.00 mL溶液A于锥形瓶中，用0.10 mol·L-1Zn2+标准溶液滴定，滴定到终点，消耗Zn2+标准溶液的体积为20.00 mL。

步骤3：准确移取25.00 mL溶液A于另一只锥形瓶中，调节pH在5～6；用0.10 mol·L-1Zn2+标准溶液滴定，滴定至终点，消耗Zn2+标准溶液的体积为30.00 mL。

计算该结晶硫酸镁中Mg2+的质量分数(请给出计算过程)

(2)3～9

(3)6.4%

(2)调节溶液pH的目的是将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，而Mg2+却没有沉淀，根据Ksp[Mg(OH)2]=1.0×10-12及c(Mg2+)=0.01 mol·L-1，可得Mg2+开始沉淀时的pH：Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)×c2(OH-)=1.0×10-12，则c(OH-)=1.0×10-5mol·L-1，pH=9；同理根据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+沉淀完全时的pH=3，故需调节溶液pH的范围为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)总=n(Zn2+)=0.10 mol·L-1×30.00 mL×10-3L·mL-1=3.00×10-3mol，

所以1.5 g硫酸镁晶体中的n(Mg2+)=0.012 mol-8.00×10-3mol=0.004 mol，