Question

乙二胺四乙酸（EDTA）及其鹽是常用于定量檢測和分析金屬離子的重要試劑．EDTA的陰離子可簡寫為Y^4-，它與一些金屬離子反應(yīng)生成穩(wěn)定的金屬有機(jī)化合物離子：M²⁺+Y^4-=（MY）^2-；M³⁺+Y^4-=（MY）^-．
試根據(jù)上述信息，回答下列問題．
（1）（MY）^x- 的結(jié)構(gòu)簡式如圖，該離子中與金屬離子相連接的有6個(gè)共價(jià)鍵，則該離子結(jié)構(gòu)中共含有

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個(gè)五元環(huán)．
（2）現(xiàn)稱取某鋁鹽試樣0.2500g，將其溶于水后加入0.05000mol?L^-1 EDTA溶液25.00mL，在適當(dāng)條件下充分反應(yīng)后，調(diào)節(jié)溶液的pH為5～6，加入指示劑二甲酚橙，再用0.02000mol?L^-1的Zn（CH₃COO）₂溶液25.00mL 滴定至紅色[Zn²⁺遇二甲酚橙所顯色，且Zn（CH₃COO）₂易電離]，求該試樣中鋁元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（3）按要求回答下列問題：①有一起始含0.01mol?L^-1的M²⁺、0.5mol?L^-1 EDTA（Y^4-）和0.001mol?L^-1的S^2-的溶液，判斷在該溶液中能否產(chǎn)生金屬硫化物（MS）沉淀．

M2+	K[（MY）2-]	Ksp（MS）	填“是”或“否”
Pb2+	2×1018	4×10-26
Cd2+	2.6×1016	1×10-20

②以M²⁺為Cd²⁺為例，寫出判斷能否產(chǎn)生CdS沉淀的計(jì)算過程．

因?yàn)镋DTA過量許多，若Cd²⁺充分反應(yīng)生成（MCd）^2-應(yīng)為0.01mol?L^-1；假設(shè)（CdY）^2-的離解量為x，所以c[（CdY）^2-]=（0.01-x）mol?L^-1，c（Cd²⁺）=xmol?L^-1，c（Y^4-）=（0.49+x）mol?L^-1；
因x＜＜0.01，所以K（（CdY）^2-）=

C((CdY) 2-)

c(Cd2+)×c(Y4-)

=

0.01-x

x×(0.49+x)

≈

0.01

0.49x

=2.6×10¹⁶，
解得：x≈7.8×10^-18；
c（Cd²⁺）?c（S^2-）=x?c（S^2-）=7.8×10^-18×0.001=7.8×10^-22＜K_sp（CdS），所以不生成沉淀．

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)以M原子為共點(diǎn)，在空間范圍內(nèi)找出五元環(huán)的數(shù)目．
（2）先根據(jù)Zn²⁺的物質(zhì)的量，利用Zn²⁺+Y^4-=（ZnY）^2-求出與Zn²⁺反應(yīng)的Y^4-，再求出與Al³⁺反應(yīng)的Y^4-，根據(jù)Al³⁺+Y^4-=（AlY）^-求出Al³⁺的物質(zhì)的量，最后根據(jù)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的概念求出鋁元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）先根據(jù)EDTA過量，求出反應(yīng)生成（MY）^2-的物質(zhì)的量濃度，再根據(jù)（MY）^2-的平衡，設(shè)離解量為x，求出（MY）^2-的平衡中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度，根據(jù)平衡常數(shù)K[（MY）^2-]求出x，最后根據(jù)c（Cd²⁺）?c（S^2-）與K_sp（CdS）來判斷是否形成沉淀．

解答：解：（1）M原子為共點(diǎn)的五元環(huán)在空間范圍內(nèi)有5個(gè)，故答案為：5；
（2）Zn²⁺+Y^4-=（ZnY）^2-，
0.02000mol?L^-1×0.025L  0.0005mol
所以與Al³⁺反應(yīng)的Y^4-的物質(zhì)的量0.05000mol?L^-1×0.025L-0.0005mol=0.0007500mol，
              Al³⁺+Y^4-=（AlY）^-
          0.0007500mol   0.0007500mol
Al³⁺的物質(zhì)的量n（Al³）=0.0007500mol，Al³⁺的質(zhì)量m（Al³）=0.0007500mol×27g?mol^-1=0.02025g，所以w（Al）=

0.02025g

0.25g

×100%=8.100%，故答案為：試樣中鋁元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是8.100%．
（3）①因?yàn)镋DTA過量許多，若M²⁺充分反應(yīng)生成（MY）^2-應(yīng)為0.01 mol?L^-1；假設(shè)（MY）^2-的離解量為x，所以c[（MY^2-）]=（0.01-x）mol?L^-1，c（M²⁺）=x mol?L^-1，c（Y^4-）=（0.49+x）mol?L^-1；
因x＜＜0.01，所以 K[（MY）^2-]=

c[(MY)2-]

c(M2+)c(Y4-)

=

0.01-x

x(0.49+x)

≈

0.01

0.49x

若M²⁺=Pb²⁺
   K[（PbY）^2-]=

0.01

0.49x

=2×10¹⁸，解得x≈1.02×10^-20mol?L^-1；
  c（Pb²⁺）?c（S^2-）=x?c（S^2-）=1.02×10^-20×0.001=1.02×10^-23＞K_sp（PbS），該溶液中能產(chǎn)生金屬硫化物（PbS）沉淀．
若M²⁺=Cd²⁺：
   K[（CdY）^2-]=

0.01

0.49x

=2.6×10¹⁶，解得x≈7.8×10^-18mol?L^-1；
   c（Cd²⁺）?c（S^2-）=x?c（S^2-）=7.8×10^-18×0.001=7.8×10^-22＜K_sp（CdS），該溶液中不能產(chǎn)生金屬硫化物（CdS）沉淀．
故答案為：

M2+	K（MY2-）	Ksp（MS）	填“是”或“否”
Pb2+	2×1018	4×10-26	是
Cd2+	2.6×1016	1×10-20	否

②因?yàn)镋DTA過量許多，若Cd²⁺充分反應(yīng)生成（MCd）^2-應(yīng)為0.01 mol?L^-1；假設(shè)（CdY）^2-的離解量為x，所以c[（CdY）^2-]=（0.01-x）mol?L^-1，c（Cd²⁺）=x mol?L^-1，c（Y^4-）=（0.49+x）mol?L^-1；
因x＜＜0.01，所以K（（CdY）^2-）=

C((CdY) 2-)

c(Cd2+)×c(Y4-)

=

0.01-x

x×(0.49+x)

≈

0.01

0.49x

=2.6×10¹⁶，
  解得：x≈7.8×10^-18；
 c（Cd²⁺）?c（S^2-）=x?c（S^2-）=7.8×10^-18×0.001=7.8×10^-22＜K_sp（CdS），所以不生成沉淀．

點(diǎn)評：本題主要考查化學(xué)平衡常數(shù)和溶度積的運(yùn)用，在計(jì)算時(shí)關(guān)鍵要找出各離子的物質(zhì)的量濃度，有一定的難度．