以沉淀反應為基礎(chǔ)的滴定分析方法稱為沉淀滴定法。我們已熟知的沉淀反應很多,但根據(jù)滴定分析法對化學反應的要求,能用于沉淀滴定的沉淀反應卻很少。原因是:有些沉淀溶解度比較大,反應不能定量完成;有些沉淀反應速率較慢,容易形成過飽和溶液;有的有共沉淀等副反應發(fā)生。目前,應用最廣泛的是生成難溶銀鹽的反應,這種利用生成難溶銀鹽反應的測量方法稱為銀量法。銀量法可測定Cl-,Br-,I-,SCN-和Ag+等。在化工、冶金、農(nóng)業(yè)及工業(yè)“三廢”等生產(chǎn)部門的檢測工作中有廣泛的應用。銀量法根據(jù)指示劑的不同,按創(chuàng)立者的名字命名分為3種方法:莫爾法、佛爾哈德法和法揚斯法,這里介紹應用較多的莫爾法和佛爾哈德法。
一、莫爾法
以K2CrO4為指示劑的銀量法稱為莫爾法。
1.基本原理
在中性溶液中,以K2CrO4做指示劑,用AgNO3標準液直接滴定C1-。由于AgCl的溶解度((1.9×10-3 g·L-1)比Ag2CrO4的溶解度(2.6×10-2 g·L-1)小,根據(jù)分步沉淀的原理,滴定過程首先析出AgCl沉淀。待滴定到化學計量點附近,由于c(Cl-)迅速降低,c(Ag+)增加直至達c2(Ag+)·c(CrO42-)≥Ksp(Ag2CrO4)時,出現(xiàn)磚紅色的Ag2CrO4沉淀,指示終點到達。其反應式為:
Ag+ +Cl-?AgCl↓(白色)
Ksp(AgCI)=1.8×10-10
2Ag+ +CrO42- ?Ag2CrO4↓(磚紅色)
Ksp(Ag2CrO4)=2.0×10-12
2.滴定條件
為減少滴定誤差,應使Ag2CrO4沉淀恰好在化學計量點附近出現(xiàn),因此,應用莫爾法時,應注意以下滴定條件:
①K2CrO4用量。使CrO42- 濃度控制在5.0×10-3 mol·L-1左右為宜。若c(CrO42- )過高,終點提前,同時CrO42- 本身呈黃色,濃度過高,顏色過深,必將影響終點的觀察;如果。(CrO42- )過低,終點會延后,兩者都會影響滴定的準確度。
②必須控制溶液的酸度。滴定溶液必須呈弱酸性、中性或弱堿性(pH=6.5~10.5)。
在酸性溶液中,有下述反應發(fā)生:
2H++2 CrO42- ?2HCrO-4?Cr2O72- +H2O
因CrO42- 的濃度降低,Ag2CrO4沉淀出現(xiàn)推遲,甚至不會沉淀。故滴定時溶液的pH不能小于6.5。
如果溶液堿性太強,Ag+將以Ag2O沉淀析出:
2Ag+ +2OH-?2AgOH↓?Ag2O↓+H2O
AgOH不穩(wěn)定,馬上失水變成褐色的Ag2O沉淀,因此滴定時溶液的pH不能大于10.5。
同樣,滴定不能在氨性溶液中進行,因為易形成[Ag(NH3)2]+,使AgCl沉淀溶解。
③消除干擾離子。干擾離子共有4種類型。顯然,凡是能與Ag+生成微溶性化合物或配合物的陰離子都會干擾滴定,S2-、PO3-4、CO2-4、C2O2-4等,應該預先除去。例如S2-、CO32-可在酸性溶液中煮沸除去;凡能和CrO42- 形成沉淀的陽離子也干擾測定,如Hg2+、Ba2+、Pb2+等,其中的Ba2+可加Na2SO4來清除;凡離子有顏色,例如Cu2+、Co2+、Ni2+等,大量地存在時,將影響終點觀察;A13+、Fe3+、Sn4+等高價金屬離子在中性或弱堿性溶液中要發(fā)生水解,也影響測定,應預先分離。
④劇烈搖動溶液。AgCl、AgBr沉淀分別對溶液中Cl-和Br-有顯著吸附作用,使終點提前。所以,滴定時必須劇烈搖動溶液,使吸附的Cl-和Br-解吸。
⑤應用范圍。本方法主要用于直接測定Cl-、Br-或兩者共存時的總量,土壤、植物、飼料中氯含量的測定及食品加工中NaCl含量的測定。要注意本方法不宜直接滴定I-或SCN-。因Agl、AgSCN終點前分別對溶液中I-或SCN-有強烈吸附作用,使終點提前,誤差較大。如果用此法測Ag+,應該用返滴法。即先加已知過量的NaCl標準液,再用AgNO3標準溶液滴定剩余的Cl-,再求算Ag+含量。如果用NaCl標準液直接滴定Ag+,K2CrO4指示劑與Ag+生成的Ag2CrO4在終點時轉(zhuǎn)化為AgCl的速度較慢,故滴定誤差較大。
二、佛爾哈德法
以鐵餒礬[NH4Fe(SO4)2·12H2O]為指示劑,用KSCN或NH4SCN標準溶液進行滴定的銀量法稱為佛爾哈德法,它又可分為直接滴定法和返滴定法。
1.直接滴定法
在含有Ag+的硝酸溶液中,加入鐵按礬指示劑,用NH4SCN標準溶液滴定,Ag+被沉淀為AgSCN,達到化學計量點時,稍過量的NH4SCN與Fe3+作用生成紅色的[FeSCN]2+,指示終點到達,其反應式為:
Ag+ +SCN-?AgSCN↓(白色)
SCN- +F3+?[FeSCN]2+(紅色)
在實際操作中,為了能明顯地觀察到紅色,F(xiàn)e3+'濃度控制在0.015mol?L-1左右,溶液中H+濃度控制在0.1~1mol?L-1,若酸度太低,F(xiàn)e3+要發(fā)生水解生成棕色的Fe(OH)3或〔Fe(H2O)5OH]2+,影響終點觀察。同時注意滴定時必須劇烈搖蕩,以使被AgSCN吸附的Ag+及時釋出,避免指示劑過早顯色。
此法可用于直接滴定Ag+。
2.返滴定法
在含有鹵素離子的硝酸溶液中,加入已知過量的AgNO3標準溶液,鹵素離子便以鹵化銀形式沉淀出來,多余的AgNO3,以鐵按礬為指示劑,用NH4SCN標準溶液回滴。此時的過程與直接滴定法相同。如滴定時的主要反應:
Ag++C1-?AgCl↓(白色)
Ag++SCN-?AgSCN↓(白色)
SCN-+Fe3+?[FeSCN]2+(紅色)
由于AgSCN溶解度小于AgCl,滴加SCN-時,AgCl可能向AgSCN轉(zhuǎn)化:
AgCl↓+SCN-?AgSCN↓十Cl-
使分析結(jié)果產(chǎn)生較大誤差,為避免上述情況發(fā)生,通常采用下列措施:
①加入過量的AgNO:標準溶液后,將試液立即加熱煮沸使AgCl沉淀凝聚,以減少它對Ag+的吸附,然后過搏,用稀HNO3洗滌沉淀,洗液并人濾液中,再用NH4SCN回滴濾液中過量的AgNO3。
②滴定前先加入有機溶劑(如1,2一二氯乙烷、硝基苯等),用力搖動,使AgCl沉淀表面覆蓋一層有機保護膜,從而與滴定溶液分開,阻止SCN-與AgCl發(fā)生沉淀轉(zhuǎn)化反應,此法簡便。
由于AgBr與AgI的溶解度比AgSCN小,不會發(fā)生沉淀轉(zhuǎn)化反應,不必采取上述措施。但測定I-時,必須先加AgNO3,后加指示劑,否則會發(fā)生如下反應:
2Fe3++2I-?2Fe2+ +I2
影響測定結(jié)果的準確度。
此法可用于測定Cl-、Br-、I-和SCN-。
佛爾哈德法是在較強酸性介質(zhì)中進行,因此某些弱酸根離子如PO3-4,S2--等雖然存在,卻不干擾測定,所以佛爾哈德法較莫爾法選擇性高。
三、銀量法應用實例
1.可溶性氯化物中氯含量測定
可溶性氯化物中氯含量測定可用莫爾法側(cè)定。如:天然水中幾乎都含Cl-,河水與湖泊中C1-含量較高,如果水中還有PO3-4、S2-和SO2-3等,可用佛爾哈德法測定Cl-。
2.有機鹵化物中鹵素的測定
有機化合物中的鹵素,大多以共價鍵結(jié)合,測定時須先將其轉(zhuǎn)化為鹵素離子,然后再用銀量法測定。