Задачи и упражнения / Авдеенко А.П. Сборник задач по неорганической химии

Na3[Al(OH)6] – гексагидроксоалюминат(III) натрия,

КЧ = 6, Al+3, [Al(OH)6] -3;

K4[Fe(CN)6] – гексацианоферрат(II) калия,

КЧ = 6, Fe+2, [Fe(CN)6]4-; K[Co(NO2)4(NH3)2] – тетранитродиамминкобальтат(III) калия,

КЧ = 6, Со+3, [Co(NO2)4(NH3)2]¯ ;

K2[PtCl(OH)5] – монохлоропентагидроксоплатинат(IV) калия,

КЧ = 6, Pt+4, [PtCl(OH)5]2-.

в) Нейтральные комплексы:

[Fe(CO)5]о – пентакарбонил железа, КЧ = 5, Feo; [Pt(NH3)2I4]о – тетраиододиаммин платина(IV) КЧ = 6, Pt+4;

[Co(H2O)3(OH)3]о – тригидроксотриаквакобальт(III), КЧ = 4, Со+3.

Задача № 2. Написать формулы следующих комплексных соединений по их названиям. Определить координационное число и заряд внутренней сферы.

Решение. Далее приводятся одновременно названия комплексных соединений и их формулы:

1)трихлоромононитродиамминплатина – [Pt(NH3)2Cl3NO2]о, КЧ = 6;

2)динитромонохлоротриамминкобальт – [Co(NH3)3Cl(NO2)2]о, КЧ = 6;

3)монобромотриамминплатина(II) бромид – [Pt(NH3)3Br]+Br, КЧ = 4;

4)монохлоромононитротетраамминплатина(IV) хлорид –

[Pt(NH3)4ClNO2]2+Cl2, КЧ = 6;

5)гексаамминжелеза(III) иодид – [Fe(NH3)6]3+I3, КЧ = 6;

6)тетранитродиамминкобальтат(III) калия – K[Co(NH3)2(NO2)4]¯, КЧ = 6;

7)монобромопентанитроплатинат(IV) калия – K2[PtBr(NO2)5]2-, КЧ = 6;

8)гексахлороплатинат(IV) натрия – Na2[PtCl6]4-, КЧ = 6;

9)гексацианоферрат(III) калия – K3[Fe(CN)6]3-, КЧ = 6.

Задача № 3. Применив метод валентных схем, найти координационное число Cd2+ в комплексных соединениях. Привести примеры ком-

201

плексных ионов, в которых реализуется данное координационное число.

Решение. Электронная конфигурация атома Cdо следующая: … 4d105s25p0.

Для катиона Cd2+ – … 4d105s05p0.

5s 5p

Обладая 4 свободными квантовыми ячейками, катион Cd2+ может играть роль акцептора электронных дублетов, проявляя при этом координационное число 4.

Cd2+ будет реагировать предпочтительно с анионами или с полярными молекулами, обладающими свободными электронными парами.

Например:

т.е. [Cd(NH3)4]2+.

Аналогично:

[CdCl4]2-, [CdI4]2-, [Cd(CN)4]2-,

Задача № 4. Обладая какой степенью окисления, водород может входить в состав комплексных ионов ?

Решение. В состоянии окисления +1 водород может играть роль акцептора электронной пары, значит, он может образовывать комплекс, играя роль лиганда, с комплексообразователем, играющим роль донора, т.е. имеющим свободную электронную пару, например:

В состоянии окисления –1 водород должен играть роль донора, например:

H¯ : + AlH3 [AlH4]¯;

202

NaH + AlH3 Na[AlH4].

Задача № 5. Почему растворимость иода выше в растворе KI, чем в воде? Решение. Более высокая растворимость иода в водном растворе KI по сравнению с растворимостью в воде объясняетяся образованием комплекса

K[I3], обладающего более высокой растворимостью, чем иод I2: KI + I2 K[I3].

Задача № 6. Исходя из каких веществ и каким способом можно получить

Задача № 7. Составить и уравнять следующие схемы реакции.

Решение. Далее приводятся уже составленные и уравненные химические

10) [Cu(NH3)4](OH)2 + Na2S CuS + 2NaOH + 4NH3.

Задача № 8. Написать уравнения электролитической диссоциации следующих комплексных соединений: Na2[HgI4], K2[PtCl6], K3[Fe(CN)6], [Ag(NH3)4]Cl, [Cu(NH3)4](OH)2.

Пример решения. Комплексная соль Na2[HgI4].

Комплексное соединение диссоциирует на ион внутренней сферы и ионы внешней сферы как сильный электролит:

Na2[HgI4] 2Na+ + [HgI4]2-.

Комплексный ион диссоциирует как слабый электролит – диссоциация

Суммарное уравнение диссоциации комплексного иона следующее:

[HgI4]2- Hg2+ + 4I¯.

Задача № 9. Написать математическое выражение констант нестойкости следующих комплексных ионов: [PbBr4]2-, [Cd(NH3)4]2+, [Zn(OH)4]2-, [Ag(NO2)2]¯, [AlF6]3-.

Пример решения. Для комплексного иона [PbBr4]2-: I ступень [PbBr4]2- [PbBr3] + Br¯,

IV ступень [PbBr]+ Pb2+ + Br¯, 204

Суммарное уравнение диссоциации комплексного иона:

[PbBr4]2- Pb2+ + 4Br¯ ,

Задача № 10. Рассчитать концентрацию ионов Ag+ в растворе, 1 л кото-

рого содержит 0,01 моль [Ag(NH3)2]NO3 и 1 моль NH3.

Решение. Константа нестойкости комплексного иона [Ag(NH3)2]+

Суммарное уравнение его диссоциации:

[Ag(NH3)2]+ Ag+ + 2NH3,

Концентрация ионов, создаваемая диссоциацией комплексного иона, ни-

чтожна по сравнению с созданной концентрацией NH3 в растворе, поэтому мы ею пренебрегаем:

[NH3] = 1 моль/л.

Предположив, что диссоциация комплексной соли на комплексный ион и ионы внешней сферы протекает полностью, находим концентрацию иона по формуле

Задача № 11. Рассчитать концентрацию ионов [Hg2+] в 0,1 М растворе

K2[HgI4].

Решение. Суммарное уравнение диссоциации [HgI4]2-: [HgI4]2- Hg2+ + 4I¯;

Предположив, что диссоциация комплексной соли на комплексный ион и ионы внешней сферы протекает полностью, находим концентрацию комплексного иона по формуле

[[HgI4]2-] = [K2[HgI4]] = 0,1 моль/л.

Концентрацию ионов I¯ находим из выражения константы нестойкости I ступени, так как константа нестойкости I ступени самая высокая, а значит, и

концентрация ионов I¯, полученных по I ступени, будет самой высокой. Кон-

центрация же ионов I¯, образованных по следующим трем этапам, будет

намного меньше, чем концентрация ионов I¯, полученных по I ступени, а значит, можно пренебречь остальными тремя этапами для приблизительных расчетов.

[HgI4]2- [HgI3]¯ + I¯;

концентрацией ионов ОН¯, равной 1 моль/л, на 1 М растворы

(NH4)2[Fe(SO4)2] и K4[Fe(CN)6] ?

206

Решение. Осаждение малорастворимого соединения начинается тогда, когда достигается величина произведения растворимости. Необходимое условие

Так как [OH¯] = 1 моль/л, [Fe2+] > 1,64∙10-14 моль/л.

(NH4)2[Fe(SO4)2] – двойная соль, ее внутренняя сфера диссоциирует на ионы полностью. Предположив, что α = 1, [Fe2+] считаем равной 1 моль/л. Таким об-

разом, концентрация ионов Fe2+ в соли (NH4)2[Fe(SO4)2] выше 1,64∙10-14, а зна-

чит, осаждение Fe(OH)2 будет наблюдаться:

(NH4)2[Fe(SO4)2] + 4NaOH Fe(OH)2 + 2NH4OH + 2Na2SO4.

Для комплексной соли K4[Fe(CN)6] концентрация ионов Fe2+ будет очень малой. Расчет ее по методике предыдущей задачи дает следующие результаты:

[Fe2+] < 1,64∙10-14.

Таким образом, осаждение Fe(OH)2 наблюдаться не будет:

K4[Fe(CN)6] + NaOH .

19.2.Задачи для самостоятельного решения

1.Дать названия следующим комплексным соединениям. Определить координационное число, заряд комплексообразователя, заряд внутренней сфе-

ры: [Co(NH3)5Cl]Cl2, K3[Cr(OH)6], Na[Ni(NH3)2(NO2)4], (NH4)2[PtCl4(OH)2], [Pd(H2O)(NH3)2Cl]Cl, [Cu(NH3)4](NO3)2, [Pt(NH3)2Cl4].

2.По названиям составить формулы комплексных соединений: хлорид триамминхлороплатины(II), сульфат пентамминбромокобальта(III), диамминтетрароданохромат(III) бария, дигидроксотетрахлороплатинат(IV) аммония.

3.Из раствора комплексной соли PtCl4∙6NH3 нитрат серебра осаждает

весь хлор в виде хлорида серебра, а из раствора соли PtCl4∙3NH3 – только 1/4 часть входящего в ее состав хлора. Написать координационные формулы этих солей, определить координационное число платины в каждой из них.

4. Составить формулы комплексных соединений по имеющимся данным анализа, опираясь на координационное число:

207

5. Исходя из каких веществ и каким способом можно получить следую-

щие комплексные соединения: K[Pt(NH3)Cl3], [Pt(NH3)3Cl]Cl, [Pt(NH3)2Cl2],

K4[Fe(CN)6] ?

6. Определить, чему равен заряд следующих комплексных ионов: [Cr(NH3)5NO3], [Pd(NH3)Cl3] , [Ni(CN4], если комплексообразователями явля-

ются Cr3+, Pd2+, Ni2+. Написать формулы комплексных соединений, содержащих эти ионы.

7.Написать выражения для констант нестойкости комплексных ионов:

[Ag(NH3)2]+, [Fe(CN)6]4-, [PtCl6]2-.

8.Константы нестойкости комплексных ионов [Co(CN)4]2-, [Hg(CN)4]2-, [Cd(CN)4]2- соответственно равны: 8∙10-20; 4∙10-41; 1,4∙10-17. В каком растворе,

содержащем эти ионы, (при равной молярной концентрации) ионов CN¯ больше ? Написать выражения для констант нестойкости указанных комплексных ионов.

9. Рассчитать концентрацию ионов Ni2+ в 1 М растворе [Ni(NH3)6]2+.

Константа нестойкости иона равна 2∙10-9.

20. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

20.1. Типовые задачи с решениями

Задача № 1. Приготовить раствор заданной концентрации из раствора другой концентрации.

Пример 1. Как приготовить 0,5 л 10 %-ного раствора азотной кислоты

(ρ = 1,056 г/мл) из 40 %-ного раствора HNO3 (ρ = 1,25 г/мл).

Решение. По формуле

C % mв ва 100% mр ра

208

определим массу HNO3 в 0,5 л 10 %-ного раствора:

mр-ра = Vр-ра ρ.

Подставив значения С %, Vр-ра и ρ, получим:

Определяем по той же формуле, в каком объеме 40 %-ного раствора будет содержаться 52,8 HNO3 г :

При помощи мерного цилиндра или бюретки отмеряем 105,6 мл 40 %- ного раствора азотной кислоты и разбавляем до 500 мл дистиллированной водой.

Пример 2. Приготовить 2 л 0,1 н раствора серной кислоты исходя из 98%-ного раствора H2SO4 (ρ = 1,84 г/мл).

Решение. По формуле расчета нормальной концентрации раствора определяем значение массы H2SO4, содержащейся в 2 л 0,1 н раствора:

209

Задача № 2. Определить рН раствора вещества, используемого для анализа.

Пример 1. Найти рН 0,1 М раствора уксусной кислоты. Решение. Уксусная кислота диссоциирует по схеме:

СН3СООН СН3СОО¯ + Н+.

Константа равновесия этого процесса равна 1,74∙10-5, следовательно, уксусная кислота – слабый электролит. Концентрация ионов водорода определяется по формуле [H+] = Kк ты Ск ты [см.раздел 9, задача № 6]. А так как рН = -lg[H+], то, подставив значение [H+], получим формулу для расчета водородного показателя:

Пример 2. Определить рН 0,01 н раствора NaOH.

Решение. Так как едкий натр – сильный электролит, происходит полный распад его на ионы. Из одного моль NaOH образуется один моль ионов ОН¯:

NaOH Na+ + OH¯,

тогда из 0,01 моль NaOH образуется 0,01 моль ОН¯. Следовательно, [ОН¯] = =10-2 моль/л, а согласно ионному произведению воды

Водородный показатель данного раствора равен: рН = - lg∙10-12 = 12.

Среда щелочная.

Задача № 3. Опираясь на правила произведения растворимости, определить, можно ли перевести в раствор данное малорастворимое вещество и, наоборот, перевести в осадок.

Пример 1. Выпадает ли осадок PbCl2 при смешивании равных объемов 0,1 М растворов Pb(NO3)2 и NaCl ?

Решение. Согласно одному из правил произведения растворимости осадок малорастворимого электролита образуется лишь в том случае, если

210