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生成穩定的金屬有機化合物離子：M²⁺+Y^4-=（MY）^2-；M³⁺+Y^4-=（MY）^-．
試根據上述信息，回答下列問題．
（1）（MY）^x- 的結構簡式如圖，該離子中與金屬離子相連接的有6個共價鍵，則該離子結構中共含有    個五元環．
（2）現稱取某鋁鹽試樣0.2500g，將其溶于水后加入0.05000mol?L^-1 EDTA溶液25.00mL，在適當條件下充分反應后，調節溶液的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量分數．
（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，寫出判斷能否產生CdS沉淀的計算過程．    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據以M原子為共點，在空間范圍內找出五元環的數目．
（2）先根據Zn²⁺的物質的量，利用Zn²⁺+Y^4-=（ZnY）^2-求出與Zn²⁺反應的Y^4-，再求出與Al³⁺反應的Y^4-，根據Al³⁺+Y^4-=（AlY）^-求出Al³⁺的物質的量，最后根據質量百分數的概念求出鋁元素的質量分數；
（3）先根據EDTA過量，求出反應生成（MY）^2-的物質的量濃度，再根據（MY）^2-的平衡，設離解量為x，求出（MY）^2-的平衡中各物質的物質的量濃度，根據平衡常數K[（MY）^2-]求出x，最后根據c（Cd²⁺）?c（S^2-）與K_sp（CdS）來判斷是否形成沉淀．
解答：解：（1）M原子為共點的五元環在空間范圍內有5個，故答案為：5；
（2）Zn²⁺+Y^4-=（ZnY）^2-，
0.02000mol?L^-1×0.025L  0.0005mol
所以與Al³⁺反應的Y^4-的物質的量0.05000mol?L^-1×0.025L-0.0005mol=0.0007500mol，
              Al³⁺+Y^4-=（AlY）^-
          0.0007500mol   0.0007500mol
Al³⁺的物質的量n（Al³）=0.0007500mol，Al³⁺的質量m（Al³）=0.0007500mol×27g?mol^-1=0.02025g，所以w（Al）=×100%=8.100%，故答案為：試樣中鋁元素的質量分數是8.100%．
（3）①因為EDTA過量許多，若M²⁺充分反應生成（MY）^2-應為0.01 mol?L^-1；假設（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-]=≈
若M²⁺=Pb²⁺
   K[（PbY）^2-]==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），該溶液中能產生金屬硫化物（PbS）沉淀．
若M²⁺=Cd²⁺：
   K[（CdY）^2-]==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因為EDTA過量許多，若Cd²⁺充分反應生成（MCd）^2-應為0.01 mol?L^-1；假設（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-）==≈=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．
點評：本題主要考查化學平衡常數和溶度積的運用，在計算時關鍵要找出各離子的物質的量濃度，有一定的難度．