Получение комплексных соединений и изучение их свойств. Лабораторная работа

Многие разделы химии основываются на учении о комплексообразовании, так как почти все неорганические и металлоорганические соединения можно рассматривать как координационные. Значительную часть природных минералов, в том числе силикаты и полиметаллические руды, составляют координационные соединения.

Цель занятия: научиться определять структуру комплексных соединений, изучить их свойства, определять разницу между комплексными и двойными солями, правильно составлять и записывать уравнения химических реакций с участием комплексных соединений.

Комплексные или координационные соединения – это соединения высшего порядка, в состав которых входит сложный комплексный ион. Согласно координационной теории А.Вернера, комплексный ион состоит из центрального иона (комплексообразователя) и непосредственно связанных с ним лигандов: анионов или нейтральных молекул. Комплексообразователь и лиганды связаны ковалентной связью по донорно-акцепторному типу.

Комплексообразователями чаще всего бывают катионы переходных металлов (железа, кобальта, меди, цинка, хрома), имеющие достаточное число свободных электронных орбиталей на внешнем и предвнешнем уровне (акцепторы электронных пар). Лигандами могут быть отрицательно заряженные ионы Cl-, Br-, NO2- и другие, или нейтральные молекулы H2O, NH3, CO, NO, имеющие неподеленные пары электронов (доноры).

При образовании комплекса ион-комплексообразователь может присоединять различное число лигандов.

Количество связей, образованных комплексообразователем с лигандами, характеризует координационное число комплексообразователя, которое является важной характеристикой комплексного соединения, определяющей его состав и структуру. Наиболее часто встречающиеся координационные числа 2, 4, 6.

Как правило, комплексные соединения образуются в результате взаимодействия различных, менее сложных электронейтральных молекул в реакциях обмена. Например:

K4[Fe(CN)6] + 2CuSO4 = Cu2[Fe(CN)6]+ 2K2SO4

4K+ + [Fe(CN)6]4- + 2Cu2+ + 2SO42- = Cu2[Fe(CN)6]? + 4K+ + 2SO42-

[Fe(CN)6]4- + 2Cu2+ = Cu2[Fe(CN)6]

Заряд комплексного иона определяется алгебраической суммой зарядов всех составляющих его частиц, например, заряд иона [Pt2+(NH3)0Cl3-] складывается из зарядов частиц +2 +0 +3(–1) = –1. Зная заряд комплексного иона и заряды лигандов, можно вычислить заряд комплексообразователя.

В зависимости от заряда комплексного иона, последние подразделяют на типы: катионный комплексный ион – [Co(H2O)6]2+; анионный комплексный ион – [Co(NO2)6]3- и неэлектролит – [Pt(NH3)2Cl2]0.

В комплексных соединениях различают внутреннюю и внешнюю сферы. Так, в комплексном соединении [Cu(NH3)4]SO4 внутреннюю сферу составляет комплексный катион [Cu(NH3)4]2+, а внешнюю – ион SO42-.

При растворении в воде комплексные электролиты диссоциируют на комплексные ионы и ионы внешней сферы (первичная диссоциация).

Например, диссоциация комплексной соли K2[Cd(CN)4] происходит согласно уравнения: K2[Cd(CN)4] 2K+ + [Cd(CN)4]2-,

а комплексного основания – [Cu(NH3)4](OH)2 [Cu(NH3)4]2+ + 2 OH -.

Следовательно, комплексный ион [Cd(CN)4] 2- более устойчив в растворе, чем [Cu(NH3)4]2+. Встречаются комплексные соединения, в которых Кн комплексного иона очень велика, то есть в растворе концентрация частиц, образующих комплексный ион, значительно выше, чем концентрация самого комплексного иона в момент равновесия. Такие соединения называются двойными солями. Например, двойная соль K2CuCI4 при растворении в воде практически полностью распадается на ионы:

K2CuCI4 U 2K+ + Cu2+ + 4CI-.

5.2. Контрольные задания

1. Указать комплексообразователь и лиганды в соединениях:

[Co(NH3)5CI] CI2; K3[Fe(CN)6].

2. Координационное число Со3+ равно 6. Составить формулу комплексного хлорида кобальта, в котором лигандами являются молекулы аммиака.

3. Определить величину и знак заряда комплексного иона [Pt(NH3)3 CI3], имея в виду, что заряд иона платины “4+“.

4. Как диссоциируют в водных растворах комплексные соединения и двойные соли? Записать диссоциацию на ионы в водном растворе солей:

[Co(NH3)5Br2] SO4; KCr(SO4)2

5. Записать выражение константы нестойкости для иона [Au(CN)3] -.

5.3. Экспериментальная часть

Опыт 1. Получение аммиаката меди

Поместить в пробирку 10 капель раствора сульфата меди и добавлять к нему избыток разбавленного раствора аммиака до полного растворения первоначального выпавшего осадка. Обратить внимание на образование тёмно-синего раствора аммиаката меди.

Полученный раствор разделить на две пробирки. В первую добавить небольшое количество раствора гидроксида натрия, во вторую – немного раствора хлорида бария и наблюдать выпадение осадка во второй пробирке и отсутствие его в первой.

На основании наблюдений указать, где расположены ионы Cu2+ и SO42- (во внутренней или внешней координационной сфере) и, учитывая, что координационное число иона Cu2+ равно 4, составить уравнения реакций образования аммиаката меди, а также взаимодействие его с хлоридом бария.

Опыт 2. Диссоциация двойных и комплексных солей

Поместить в одну пробирку 5 капель раствора железоаммиачных квасцов NH4Fe(SO4)2, в другую – раствора красной кровяной соли – гексацианоферат (III) калия K3[Fe(CN)6] и добавить в каждую пробирку по 3 капли раствора роданида калия KCNS, являющегося реактивом на ионы Fe3+. В пробирке с квасцами раствор окрашивается в темно-вишнёвый цвет, характерный для роданида железа (III) Fe(CNS)3, в другой пробирке окрашивания не наблюдается. Объяснить причину этого явления и написать уравнения диссоциации взятых для данного опыта солей.

Опыт 3. Получение йодидного комплекса висмута

К нескольким каплям раствора нитрата висмута (III), перемешивая, по каплям прибавить йодид калия. Отметить цвет образующегося малорастворимого йодида висмута. затем к осадку добавить ещё несколько капель KI до полного растворения осадка за счёт образования комплексного соединения висмута с координационным числом, равным 4. Отметить цвет полученного раствора. Написать уравнения реакций образования осадка йодида висмута и растворения его в избытке йодида калия.

Четверг 19.09.2024 05:25
Мой сайт