Question

乙二胺四乙酸（EDTA）及其盐是常用于定量检测和分析金属离子的重要试剂．EDTA的阴离子可简写为Y^4-，它与一些金属离子反应生成稳定的金属有机化合物离子：M²⁺+Y^4-=（MY）^2-；M³⁺+Y^4-=（MY）^-．
试根据上述信息，回答下列问题．
（1）（MY）^x- 的结构简式如图，该离子中与金属离子相连接的有6个共价键，则该离子结构中共含有

5

个五元环．
（2）现称取某铝盐试样0.2500g，将其溶于水后加入0.05000mol?L^-1 EDTA溶液25.00mL，在适当条件下充分反应后，调节溶液的pH为5～6，加入指示剂二甲酚橙，再用0.02000mol?L^-1的Zn（CH₃COO）₂溶液25.00mL 滴定至红色[Zn²⁺遇二甲酚橙所显色，且Zn（CH₃COO）₂易电离]，求该试样中铝元素的质量分数．
（3）按要求回答下列问题：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，判断在该溶液中能否产生金属硫化物（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⁺为Cd²⁺为例，写出判断能否产生CdS沉淀的计算过程．

因为EDTA过量许多，若Cd²⁺充分反应生成（MCd）^2-应为0.01mol?L^-1；假设（CdY）^2-的离解量为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）根据以M原子为共点，在空间范围内找出五元环的数目．
（2）先根据Zn²⁺的物质的量，利用Zn²⁺+Y^4-=（ZnY）^2-求出与Zn²⁺反应的Y^4-，再求出与Al³⁺反应的Y^4-，根据Al³⁺+Y^4-=（AlY）^-求出Al³⁺的物质的量，最后根据质量百分数的概念求出铝元素的质量分数；
（3）先根据EDTA过量，求出反应生成（MY）^2-的物质的量浓度，再根据（MY）^2-的平衡，设离解量为x，求出（MY）^2-的平衡中各物质的物质的量浓度，根据平衡常数K[（MY）^2-]求出x，最后根据c（Cd²⁺）?c（S^2-）与K_sp（CdS）来判断是否形成沉淀．

解答：解：（1）M原子为共点的五元环在空间范围内有5个，故答案为：5；
（2）Zn²⁺+Y^4-=（ZnY）^2-，
0.02000mol?L^-1×0.025L  0.0005mol
所以与Al³⁺反应的Y^4-的物质的量0.05000mol?L^-1×0.025L-0.0005mol=0.0007500mol，
              Al³⁺+Y^4-=（AlY）^-
          0.0007500mol   0.0007500mol
Al³⁺的物质的量n（Al³）=0.0007500mol，Al³⁺的质量m（Al³）=0.0007500mol×27g?mol^-1=0.02025g，所以w（Al）=

0.02025g

0.25g

×100%=8.100%，故答案为：试样中铝元素的质量分数是8.100%．
（3）①因为EDTA过量许多，若M²⁺充分反应生成（MY）^2-应为0.01 mol?L^-1；假设（MY）^2-的离解量为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），该溶液中能产生金属硫化物（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），该溶液中不能产生金属硫化物（CdS）沉淀．
故答案为：

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因为EDTA过量许多，若Cd²⁺充分反应生成（MCd）^2-应为0.01 mol?L^-1；假设（CdY）^2-的离解量为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．

点评：本题主要考查化学平衡常数和溶度积的运用，在计算时关键要找出各离子的物质的量浓度，有一定的难度．