Общая химия «Комплексные соединения». Методические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Кафедра химии

Н.И. ВЕРБИЦКАЯ

ОБЩАЯ ХИМИЯ «КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения, высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург 2005

3

УДК 54(075.8)

ББК 24я 73

В 31

Рецензент к.т.н., доцент В.И. Федорченко

Вербицкая Н.И.

В31 Общая химия «Комплексные соединения»: методические

указания / Н.И. Вербицкая. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005 – 11 с.

Методические указания написаны в соответствии с требованиями образовательной программы ГОСВО – Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников (введено в

действие с 27.03.2000 г Госвузом России) и предназначено для студентов нехимических специальностей высших учебных заведений.

ББК 24Я73

© Вербицкая Н.И., 2005 © ГОУ ОГУ, 2005

2

Содержание

Введение……………………………………………………………………..4

1Комплексные соединения…………………………………………………5

2Экспериментальная часть…………………………………………………7

3Контрольные задания……………………………………………………...9

Список использованных источников……………………………………...14 Приложение А Таблица А. 1 – Константы нестойкости некоторых…….15 комплексных ионов при указанных температурах……………………….16

3

Введение

Большинство технологических процессов в настоящие время протекает с использованием химических процессов. Поэтому инженер любой специальности должен обладать достаточными знаниями в области химии. Необходимо прочно усвоить основные законы химии.

Данное методическое указание предназначено для студентов первого курса, изучающих общую или неорганическую химию. Пособие состоит из трех разделов. Первый раздел содержит теоретический материал, приведены примеры с объяснениями, чтобы помочь студентам разобраться в сложном материале комплексных соединений. Второй раздел – экспериментальная часть, в которой дан перечень заданий для выполнения студентами в лаборатории. В третьем разделе контрольные задания (тридцать вариантов). Достаточное число вариантов дает возможность их как индивидуальные аудиторные или домашние задания.

Методическое указание содержит так же список рекомендованной литературы, что позволяет ориентироваться в массе современной специализированной печатной продукции.

4

1 Комплексные соединения

Множество неорганических химических соединений отличается весьма сложным строением. В этих соединениях помимо обычных ковалентных или ионных связей между атомами или частицами действуют ковалентные химические связи, образованные по донорно-акцепторному механизму. Такие сложные соединения называются комплексными соединениями.

Значение комплексных соединений для различных областей техники очень велико. Благодаря способности веществ образовывать комплексные соединения разработаны эффективные методы получения химически чистых металлов из руд, редких металлов, катализаторов, красителей и т.д.

Первые комплексные соединения были синтезированы в середине 19 века, однако теоретические представления о них стали развиваться после опубликования в 1893 г. швейцарским химиком А. Вернером координационной теории. Большой вклад в химию комплексных соединений внесли русские ученые Л.А. Чугаев, И.И. Черняев и их ученики.

В каждом комплексном соединении различают внутреннюю и внешнюю сферы. При написании химических формул комплексных

ионами К+. Центральный атом внутренней сферы вокруг которого группируются ионы или молекулы, называется комплексообразователем. В приведенном примере это ион кадмия. Частицы, непосредственно связанные с комплексообразователем, называются лигандами (аддендами). Общее число лигандов, расположенных вокруг комплексообразователя, называется координационным числом комплексообразователя. Чаще всего координационное число равно шести или четырем, реже двум, однако встречаются комплексные соединения, в которых координационное число – восемь и больше.

Заряд комплексного иона численно равен алгебраической сумме зарядов – комплексообразователя и лигандов. В комплексном соединении K2 [PtCl4 ] – комплексный ион отрицательно двухзаряден, поэтому внешняя

сфера содержит два однозарядных положительных ионов калия. Если во внутренней сфере заряд скомпенсирован, внешняя сфера отсутствует. Такие комплексные соединения не являются электролитами: [Pd(CN)2 (NH3 )2 ];

[Pt(NH3 )2 Cl4 ]и в растворе не диссоциируют на ионы.

Такая первичная диссоциация протекает по типу сильного электролита. Комплексные ионы, в свою очередь, подвергаются вторичной диссоциации:

[Cu(NH3 )4 ]+2 Cu+2 + 4NH3 . Диссоциация в этом случае протекает по типу

5

слабого электролита, т.е. в незначительной степени. Она подчиняется закону действия масс и с количественной стороны характеризуется константой, которая называется константой нестойкости комплекса:

KH = [[Cu(+2 ][NH)3]]+4

Cu NH3 4 2

Чем больше величина константы (KH ), тем менее устойчив

комплексный ион. Прочность комплексных ионов зависит от концентрации раствора. Высокая концентрация способствует комплексообразованию, разбавление раствора часто вызывает разложение комплексных ионов.

Двойные соли: КСl MgCl2 6H2O; KAl(SO4 )2 12H2O можно

рассматривать как комплексные соединения, отличающиеся малой устойчивостью комплекса, поэтому они полностью диссоциируют на простые ионы.

Например: КСl MgCl2 6H2O →K+ + Mg+2 +3Cl− + 6H2O

Названия комплексных соединений образуют по общему правилу: сначала называют анион, а затем – катион в родительном падеже. Название комплексного катиона составляют так: сначала указывают числа (используя греческие числительные: ди-, три-, тетра-, пента-, гекса- и т.д.) и названия нейтральных лигандов (* – аква; *– амин), затем указывают числа и названия отрицательно заряженных лигандов с окончанием «о» (Cl – хлоро: SO−42 –

тетрароданодиамминхромат (III) бария.

Название нейтральных частиц образуют так же, как и катионов, но комплексообразователь называют в именительном падеже, а степень

окисления его не указывают, т.к. она определяется электронейтральностью комплекса. Например: [Pt(NH3 )2 Cl2 ]– дихлородиамминплатина

[CrPO4 (NH3 )4 ]– тетраамминфосфатохром.

Пример 1 – Определите величину и знак заряда комплексных ионов в соединениях: а) Na3 [Co(NO2 )6 ]; б) [Ag(NH3 )2 ]Cl .

Решение. Комплексные соединения – сильные электролиты, они

комплексный ион имеет заряд равный по величине и обратный по знаку ионами внешней сферы. Во внешней сфере находятся три иона Na+ , поэтому заряд комплексного иона равен -3 б) Комплексное соединение диссоциирует по схеме: [Ag(NH3 )2 ]Cl [Ag(NH3 )2 ]+ + Cl− , поэтому заряд комплексного иона равен +1.

6

Пример 2 – Определите величину и знак заряда комплексных ионов и составьте выражения их констант нестойкости: а) [Pt +2Cl(NH3 )2 H2O]; б)

[Sb+3 (Cl)3 Br3 ].

Решение. Комплексообразователями в указанных соединениях являются Pt+2 и Sb+3 , а лигандами анионы Сl-, Br- и нейтральные молекулы H2O и NH3, поэтому заряды комплексных ионов для а) +1 и б) -3. Комплексный ион диссоциирует по типу слабого электролита, для процесса диссоциации можно написать выражение константы нестойкости:

устойчив.

Решение. Константа нестойкости – это константа равновесия процесса диссоциации комплексного иона. Чем меньше значение константы нестойкости, тем меньше ионов отдает в раствор комплексный ион, тем он устойчивее. Из трех приведенных комплексных ионов самым устойчивым

будет ион [HgJ4 ]2− , т.к. значение его констант нестойкости наименьшее из

приведенных: 5 10−31 .

Пример 4 – Назовите комплексные соединения[Co(NH3 )5 Br]SO4 ;

Решение. [Co(NH3 )5 Br]SO4 – сульфат бромопентаамминкобальта (III). (NH4 )2 [Pt(OH)2 Cl4 ] – тетрахлордигидрооксоплатинат (IV) аммония.

фосфаттетроакво хром

7

2 Экспериментальная часть

Опыт 1 – Диссоциация двойной и комплексной соли в водном растворе.

а) В три пробирки налейте по 0,5 мл раствора железоаммонийных квасцов NH4 Fe(SO4 )2 . В первую пробирку добавить несколько капель

раствора роданида калия (KCNS). В какой цвет окрашивается раствор? Во вторую пробирку добавить раствора BaCl2, наблюдайте образование белого осадка. В третьей пробирке докажите присутствие иона аммония, для этого добавьте раствор NaOH и нагрейте. Выделяющийся аммиак можно обнаружить по запаху или влажной красной лакмусовой бумагой. Какие

изменения с лакмусовой бумагой произойдут и почему? б) В две пробирки налейте по 0,5 мл раствора K3 [Fe(CN)6 ]. В первую пробирку добавьте

несколько капель раствора Na3 [Co(NO2 )6 ]; получается желтый осадок

K2 Na[Co(NO2 )6 ]. Во вторую пробирку добавьте несколько капель роданида аммония (NH4CNS). Окрашивается ли раствор в красный цвет? Назовите

соли являющиеся комплексными. Составьте молекулярные и ионные уравнения происходящих реакций. Из опытов а) и б) сделайте выводы, какие ионы имеются в растворах двойных и комплексной солей. Напишите уравнения диссоциации их в водных растворах.

Опыт 2 – Влияние концентрации раствора на комплексообразование К 1-2 мл раствора СoCl2 в пробирке добавьте насыщенного раствора KCNS наблюдайте образование комплексной соли K2 [Co(CNS)4 ]. В какой

цвет окрашивается при этом раствор? Напишите уравнение происходящей реакции. Разбавьте полученный раствор водой. Наблюдайте за изменением окраски раствора (появляется розовая окраска, характерная для ионов Co+2).

Опыт 3 – Получение комплексного соединения меди

Налейте в пробирку 1-2 мл раствора CuSO4 и добавьте по каплям раствора NaOH до образования голубоватого осадка. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакции обмена. К полученному осадку добавьте раствор аммиака. Наблюдайте за изменением в пробирке, отметьте цвет раствора.

Опыт 4 – Образование и разрушение аммиачного комплекса серебра

(I) (демонстрационно)

Налейте в пробирку 1 мл раствора AgNO3 и добавьте раствора NaCl до образования белого осадка AgCl. Затем в пробирку прилейте NH4OH (2н) до растворения осадка вследствие образования растворимой комплексной соли [Ag(NH3 )2 ]Cl , затем в пробирку добавьте раствор HNO3 (2н) до

образования осадка хлорида серебра (аммиачный комплекс серебра разрушается под действием кислоты).

Уравнения реакций:

AgNO3 + NaCl →↓AgCl + NaNO3

AgCl + 2NH4OH →[Ag(NH3 )2 ]Cl + 2H2O

8

[Ag(NH3 )2 ]Cl + 2HNO3 →↓AgCl + 2NH4 NO3

Вопросы для самоконтроля 1 Какие химические соединения называются комплексными?

2 В чем различие между двойными и комплексными соединениями? Составьте уравнение диссоциации в видных растворах следующих соединений: (NH4 )2 Fe(SO4 )2 ; [Cu(NH3 )4 ]SO4

3 Что такое лиганды?

4 Зная, что комплексообразователями являются ионы Ag+, Co+3, Fe+2,

определите величину и знак заряда у следующих комплексных ионов:

[Ag(CN)2 ]; [Co(NH3 )6 ]; [Fe(CN)6 ].

5 Что такое комплексообразователь?

9

3 Контрольные задания

№2

комплексного иона будет содержаться больше ионов СN- при одинаковой молярной концентрации комплексных ионов?

№5

1 Определите величину и знак заряда комплексообразователя в ионах:

[Со(NH3 )5 Br]+2 ; [HgJ4 ]−2 ; [Au(CN)2 ]− .

2 Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций обмена, протекающих между следующими солями:

K4 [Fe(CN)6 ]+ CuSO4 →

K4 [Fe(CN)6 ]+ FeCl3 →

10