Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая и неорганическая химия. Часть 2. Лабораторный практикум с использованием микрохимического оборудования по дисциплине «Общая и неорганическая хим
.pdf
Реактивы. Раствор хлорида алюминия (III) AlCl3, раствор сульфата
алюминия (III) Al2(SO4)3, раствор нитрата алюминия (III) Al(NO3)3,
универсальный индикаторный раствор.
Порядок работы.
1. В ячейку С1 внесите 3-5 капель раствора хлорида алюминия
(III).
2. В ячейку С2 внесите 3-5 капель раствора сульфата
алюминия(III).
3. В ячейку С3 внесите 3-5 капель раствора нитрата алюминия (III).
4. В каждую ячейку добавьте по 1 капле универсального
индикаторного раствора.
5. Наблюдайте изменение окраски каждого раствора после
добавления индикатора, учитывая, что происходит гидролиз в водном
растворе солей.
Вопросы.
В.1 Напишите уравнения реакций, протекающих в ячейках F1 и
2, учитывая, что раствор кислоты и щелочи водный, а в результате
F
образуется газ и комплексные соединения (основные соли алюминия).
В.2 Чем объясняется, что алюминий не вытесняет водород из воды?
В.3 Выясните, как взаимодействует алюминий с
концентрированной азотной и серной кислотой.
В.4 Докажите, целесообразно ли получение алюминия из оксида
химическим восстановлением.
В.5 Определите, каким способом получают алюминий в
промышленности.
В.6 Напишите реакцию получения гидроксида алюминия из его
соли, проходящую в ячейке В1.
В.7 Опишите реакции, протекающие в ячейках В1 и В2. Докажите,
что алюминий проявляет амфотерные свойства.
В.8 Как изменяются кислотно-основные свойства в ряду H3BO3 –
Al(OH)3? Приведите примеры реакций, иллюстрирующих кислотноосновные свойства гидроксида алюминия Al(OH)3.
В.9 Напишите полные и сокращенные ионные, молекулярные
уравнения гидролиза солей алюминия. Объясните изменение окраски
индикатора и укажите среду раствора каждой соли в ячейках С1, С2,
С3.
61
В.10 Сравните уравнения гидролиза AlCl3 и BCl3.
В.11 Определите, как влияет на степень гидролиз солей алюминия
природа аниона. Возможно ли образование Al2(CO3)3 по обменной
реакции?
Примеры решения задач.
1. В одной пробирке находится раствор хлорида магния, в
другой - хлорида алюминия. С помощью какого одного реактива
можно установить, в каких пробирках находятся эти соли?
Решение. Алюминий отличается от магния тем, что его гидроксид,
Аl(ОН)3 амфотерен и растворяется в щелочах. Поэтому при
добавлении избытка раствора щелочи к раствору АlСl3 образуется
прозрачный раствор:
АlСl3 + 4КОН = К[Аl(ОН)4] + 3КСl.
Гидроксид магния в щелочах нерастворим, поэтому при
добавлении раствора щелочи к раствору хлорида магния выпадает
осадок:
+ 2КОН = Мg(ОН)2↓ + 2КСl.
МgСl
2
2. Составьте полные уравнения следующих реакций:
1) АlСl3 + КОН
2) АlСl3 + NН
(изб.)
+ Н2О →
3(изб.)
→
3) Аl(NО3)3 + Nа2S + Н2О →
4) Nа[Аl(ОН)4] + СО2 →
Решение.
1) При действии щелочи на соли алюминия выпадает осадок
гидроксида алюминия, который растворяется в избытке щелочи с
образованием алюмината:
АlСl3 + 4КОН = К[Аl(ОН)4] + 3КСl.
2) При действии раствора аммиака щелочи на соли алюминия
выпадает осадок гидроксида алюминия.
АlСl3 + 3NН3 + 3Н2О = Аl(ОН)3↓ + 3NН4Сl.
В отличие от щелочей, раствор аммиака не растворяет гидроксид
алюминия. Именно поэтому аммиак используют для полного
осаждения алюминия из водных растворов его солей.
) Сульфид натрия усиливает гидролиз хлорида алюминия и
3
доводит его до конца, до образования гидроксида алюминия Аl(ОН)
3
.
62
В свою очередь, хлорид алюминия усиливает гидролиз сульфида
натрия и доводит его до конца, до образования Н2S:
2АlСl3+ 3Nа2S + 6Н2О = 2Аl(ОН)3↓ + 3Н2S↑ + 6NаСl.
4) Алюминат натрия образован очень слабой кислотой –
гидроксидом алюминия, поэтому он легко разрушается в водном
растворе даже под действием слабых кислот, например, угольной:
Nа[Аl(ОН)4] + СО2 = Аl(ОН)3↓ + NаНСО3.
3. К 25 г 8%-ного раствора хлорида алюминия прилили 25 г
8%-ного раствора гидроксида натрия. Образовавшийся осадок
отфильтровали и прокалили. Определите его массу и состав.
Решение. При действии щелочей на растворы солей алюминия
образуется осадок гидроксида алюминия:
АlСl3 + 3NаОН = Аl(ОН)3↓ + 3NаСl.
Проведем расчет по этому уравнению. Определим, какое из
реагирующих веществ взято в избытке, какое – в недостатке.
Вычислим количества вещества каждого из реагентов:
ν(АlCl3) = m(Аl
0,015 моль
ν(NаОН) = m(NаОН) · ω(NаОН) / M(NаОН) = 25 г ·0,08 / 40 г/моль =
0,05 моль.
Выяснилось, что АlСl3 находится в недостатке, значит, он
полностью прореагирует. Последующие расчеты будем производить,
исходя из его количества вещества, вступающего в реакцию.
В результате данной реакции расходуется 0,015 моль · 3 = 0,045
моль NаОН, и образуется 0,015 моль Аl(ОН)3. Избыток NаОН в количестве 0,05 – 0,045 = 0,005 моль растворяет 0,005 моль Аl(ОН)3 по
уравнению:
Таким образом, в осадке остается 0,015 – 0,005 = 0,01 моль
Аl(ОН)3. При прокаливании этого осадка в результате реакции:
Cl3) · ω(АlCl3) / M(АlCl3) = 25 г ·0,08 / 133,5 г/моль =
Аl(ОН)3 + NaОН = Na[Аl(ОН)4].
2Аl(ОН)3 Аl2О3 + 3Н2О
образуется 0,01/2 = 0,005 моль Аl2О3 массой
m(Аl2О3) = ν(Аl2О3) · М(Аl2О3) = 0,005 моль · 102 г/м
Ответ: 0,51 г Аl2О3.
оль = 0,51 г.
63
Задачи.
1. Какому типу гибридизации отвечает молекула BF3, если она
имеет треугольную геометрическую форму?
1) sp1; 2) sp3; 3) sp2; 4) p3; 5) нет гибридизации.
2. В виде, каких соединений получается бор и алюминий при их
взаимодействии с азотной кислотой?
1) B(NO3)
Al(NO3)3; 2) B2O3, Al2O3; 3) H2B4O7, HAlO2; 4) H3BO3,
3,
Al(NO3)3; 5) HBO2, H[Al(OH)4].
3. Действием, какого вещества можно перевести ионы [Al(OH)4]- в
Al(OH)3?
1) NaOH; 2) H2SO4; 3) NH3·H2O; 4) H2O; 5) Na2SO4.
4. В виде какого соединения будет алюминий при взаимодействии
водных растворов хлорида алюминия и сульфида аммония?
1) Al
; 2) Al2(SO4)3; 3) Al(OH)3; 4) Al(OH)2Cl; 5) NH4[Al(OH)4].
2S3
5. Укажите коэффициент при азотной кислоте в реакции:
Al + HNO3 = NH4NO3 + …
6. Раствор, содержащий сульфат алюминия и ацетат натрия,
прокипятили. Какое вещество выпало при этом в осадок? Напишите
уравнение реакции.
7. Напишите уравнение реакции гидролиза алюмината калия.
8. Что будет наблюдаться при постепенном добавлении избытка
соляной кислоты к раствору алюмината калия? Какие соединения
алюминия при этом образуется? Напишите уравнения
соответствующих реакций.
9. Какая реакция будет протекать в водном растворе, содержащем
одновременно ионы Al3+ и ионы S2-? Напишите уравнения
соответствующих реакций.
10. В чем различие реакций взаимодействия хлоридов алюминия и
бора с водой? Напишите уравнения соответствующих реакций.
11. Закончите указанные ионные уравнения. Проставьте
коэффициенты и напишите соответствующие молекулярные
уравнения:
Al + Cr
Al + CrO
2O2-
+ H+ = Cr
7
2-
+ OH- = [Cr (OH)4]- + …
4
3+
+…
12. Какие вещества образуются при взаимодействии растворов:
а) H
+ NaOH; б) Na2B4O7 + NaOH; в) Na2B4O7 + H2SO4 + H2O;
3BO3
64
при сплавлении: а) Cr2O3 + B2O3; б) Na2B4O7 + NiSO4. Напишите
уравнения соответствующих реакций.
13. Что представляют собой по химическому составу: а) бориды;
б) бораны; в) бораты.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №15
ТЕМА: «КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ»
Теоретический материал, подлежащий изучению до начала
работы.
Теория комплексных соединений. Комплексообразователь,
лиганды, координационное число. Основы номенклатуры комплексов.
Теории образования химических связей в комплексном соединении.
Изомерия комплексов.
Общие положения.
Строение комплексных соединений.
К важной составной части комплексного соединения относят
центральный атом (М) – комплексообразователь. Им является
нейтральный или положительно заряженный атом
электроположительного элемента. С ним связаны атомы или группы
атомов, которые получили название лигандов (противоположно
заряженные ионы). Атомы лигандов, непосредственно связанные с
комплексообразователем, называются координирующими. Например:
в аммиаке NH
атом – азот; в воде – H2O, этиленгликоле HOCH2CH2OH - атом
кислорода. Комплексообразователь характеризуется
координационным числом n, которое определяется числом атомов и
атомных групп, непосредственно связанных с ним. Фактически
комплексами называют островные многоатомные группировки, где
хотя бы один атом (комплексообразователь) имеет координационное
число, большее своей степени окисления.
3 – координационное число K3[Fe(CN)6]
внешняя сфера
центральный атом внутренняя сфера
Центральный атом вместе с окружающими его лигандами
составляют внутреннюю сферу комплекса и заключаются в
, этилендиамине H2NCH2CH2NH2 координирующий
3
65
квадратные скобки. Внутренняя сфера комплекса сохраняет
стабильность при растворении.
Ионы, не разместившиеся во внутренней сфере, находятся на более
далеком расстоянии от центрального атома и составляют внешнюю
координационную сферу комплекса. Ионы, находящиеся во внешней
сфере, в растворах легко отщепляются. Во внутренней сфере ионы
связаны неионогенно, а во внешней – ионогенно.
Лиганды внутренней сферы могут быть нейтральными и
отрицательно заряженными (анионными). За комплексообразователем
сначала располагают нейтральные, а затем анионные лиганды. Внутри
каждой группы лиганды располагаются по порядку латинского
алфавита.
Например: в комплексном катионе
[Pt(H
3N)2(H2O)2
OH]+ молекулы аммиака и воды являются
нейтральными и поэтому их приводят раньше гидроксид-иона. В
пределах нейтральных лигандов согласно порядку латинского
алфавита, сначала располагают молекулы H3N, а затем – H2O.
В комплексном катионе
[Co(H3N)4Cl(NO2)]+ кроме электронейтрального лиганда H3N,
имеются два анионных: хлор- и нитрит-анионы, которые также
расположены по порядку латинского алфавита.
Дентантность сложного лиганда – количество координирующих
мест вокруг комплексообразователя, занимаемых атомами одной
молекулы.
- монодентантный – лиганд с одним координирующим атомом
H3N, H2O, OH-, Cl-, R3N.
- бидентантный – лиганд с двумя координирующими атомами
этилендиамин H2NCH2CH2NH
2
- тридентантный – лиганд с тремя координирующими атомами
H2N(CH2)2NH(CH2)2NH
2
Лиганд может быть связан сразу с двумя центральными атомами.
Образовавшийся таким путем комплекс называется мостиковый
многоядерный комплекс.
Если внешний ион является катионом (+), то его записывают перед
квадратными скобками, а если анионом (-), то после них.
По заряду комплексы делятся на:
66
• нейтральные двух видов:
- нейтральный комплексообразователь (с.о.= 0) координирован с
o
нейтральными лигандами [М
m
o
L
] → [Co
n
(CO)8] , [Ni(CO)4]
2
- положительный заряд комплексообразователя равен сумме
отрицательных зарядов анионных лигандов, расположенных вокруг
o
него: [Mx+L
-
L
] → [Pt(NH
m
x
] , [Cr(NH3)3CI3
3)2CI4
• анионные – положительный заряд комплексообразователя
меньше суммы заряда анионных лигандов:
(n-x)+[Mx+
K
o
L
L
m
n
-
] → M[Pt(NH
)CI5] , M2[Pd(OH)5]
3
• катионные – положительный заряд комплексообразователя
больше суммы заряда анионных лигандов:
o
m
-]А(x-n)
L
n
→ [Pt(NH
]CI4 , [Ni(NH3)6](OH)
3)6
2
[Mx+L
Независимо от типа комплекса, L могут обратимо отщепляться от
М.
Номенклатура комплексных соединений.
Название комплексного соединения состоит из названий
комплексообразователя и лигандов. Самые распространенные
нейтральные L это H2O - «аква»; NH3 - «аммин»; СО - «карбонил».
Названия нейтральных лигандов совпадают с названием химического
соединения N2 - диазот, С6Н6 - бензол.
Название отрицательно заряженного лиганда образуются из
названия аниона путем добавления буквы «о» : карбонато-, сульфато-,
хлоро-, циано-, оксо-.
Общий принцип названия комплекса: сначала приводятся названия
лигандов (сначала отрицательно заряженные, а затем нейтральные) и
далее - называется комплексообразователь. Для указания числа одного
и того же лиганда используют множественные приставки : ди-, три-,
тетра- и т.д.
В нейтральных и катионных комплексах комплексообразователь с
указанием степени окисления образует название комплекса:
[Pt(NH3)2Br2] дибромодиамминоплатина (II)
В анионных комплексах к корню английского названия элемента
прибавляется суффикс «ат» (плюмбат, платинат, купрат, аргенат).
Na2[Pt(CN)4CI2] - тетрацианодихлороплатинат (IV) натрия
67
Изомерия комплексных соединений.
Изомеры – вещества одинакового состава, но разного строения и
соответственно с разными свойствами.
Если обмен лигандами в растворе происходит быстро, то
получается равновесная смесь изомеров с преобладанием более
стабильного, а выделить каждый изомер в чистом виде не удается.
Виды изомерии комплексных соединений:
- сольватная (в частном случае – гидратная). Изомеры отличаются
перестановкой молекул растворителя и лигандов между внутренней и
внешней сферой. В результате изомеры обладают различной окраской,
растворимостью, электропроводностью. Например,
[Cr(OH2)5Cl]Cl2·H2O и [Cr(OH2)4Cl2]Cl·2H2O
- ионизационная. Изомеры отличаются перестановкой анионов
между внутренней и внешней сферами. Различия наблюдаются в
химических свойствах. Например, [Cr(OH
Cl]SO4 и
2)5
[Cr(OH2)5SO4]Cl.
- координационная. Возможна при наличии двух и более
комплексообразователей, с которыми связаны разные лиганды.
Например, [Cr(NH3)6][Co(CN)6] и [Co(CN)6] [Cr(NH3)6].
- геометрическая (цис- и транс-изомерия). Возможна в
октаэдрических и квадратных комплексах, но не в тетраэдрических,
где два лиганда отличаются от остальных.
- оптическая. Возникает там, где комплекс не совместим со своим
зеркальным изображением. Тогда его зеркальное отражение – другое
вещество. Оптические изомеры совпадают по многим химическим и
физическим свойствам, но вращают плоскость поляризации света в
противоположные стороны (т.е. оптически активны) и отличаются
химическими свойствами по отношению к другим оптически
активным веществам. Например, биологические молекулы белков,
витаминов, сахаров. Изомерия оптическая не возможна у квадратных
комплексов, т.к. плоскость квадрата – это плоскость симметрии. У
тетраэдрических она возможна только там, где все 4 лиганда разные.
Природа химической связи в комплексных соединениях.
Ее описывают три теории: теория кристаллического поля, метод
валентных связей и метод молекулярных орбиталей.
68
Теория кристаллического поля. Основана на электростатической
природе взаимодействия между центральным атомом и лигандами.
Метод валентных связей.
Химические связи, возникающие при комплексообразовании,
имеют донорно-акцепторное происхождение, т.е. образуются за счет
неподеленной электронной пары одного из взаимодействующих
атомов и свободной орбитали другого атома.
Метод молекулярных орбиталей.
Ведущая теория для комплексов. Молекулярные орбитали
образуются также как и в двухатомных молекулах, но являются
многоцентровыми делокализованными.
Контрольные вопросы.
1. Что называется комплексом? Какие виды комплексов Вы знаете?
2. Что такое комплексообразователь?
. Что такое лиганды? Какие виды лигандов Вы знаете?
3
4. Что называется координационным числом
комплексообразователя?
5. Как происходит электролитическая диссоциация комплексного
соединения? Покажите на конкретном примере.
6. Что называется константой нестойкости комплекса? Приведите
пример.
7. Как связан равновесный потенциал металла с константой
нестойкости комплекса этого металла?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №15(А)
НАЗВАНИЕ: «КОМПЛЕКСНЫЕ СОЛИ В РЕАКЦИЯХ ОБМЕНА»
Часть 1. Диссоциация двойной соли в растворе.
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 2 тонкие пипетки, стеклянная палочка, 1
стеклянная пробирка, микроштатив, микрогорелка.
Реактивы. Раствор соли Мора (NH4)2 · FeSO4 · 6H2O, раствор
сульфида натрия Na2S, раствор хлорида бария BaCl2, раствор
гидроксида натрия NaOH.
Порядок работы.
. В ячейку Е1 и Е2 поместите с помощью пипетки по 1-2 мл
1
раствора соли Мора.
69
2. В ячейку Е1 внесите пипеткой 3-4 капли раствора сульфида
натрия, перемешайте содержимое стеклянной палочкой.
3. Наблюдайте образование осадка сульфида железа.
4. В ячейку Е2 внесите пипеткой 3-4 капли раствора хлорида
бария, перемешайте содержимое стеклянной палочкой.
5. Наблюдайте образование осадка сульфата бария.
6. Маленькую стеклянную пробирку закрепите в пластиковый
микроштатив, установите под ней микрогорелку.
7. В прикрепленную пробирку пипеткой поместите 1-2 мл раствора
соли Мора.
8. По каплям добавьте 6-7 капель щелочи в пробирку.
9. Включите горелку и нагревайте 1-2 минуты до появления запаха
аммиака.
Часть 2. Комплексы в реакциях обмена.
Подготовка к работе.
Оборудование.
Реактивы. Разбавленный раствор хлорида железа (III) FeCl3,
раствор серной кислоты H2SO4, раствор гексацианоферрата (II) калия
K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль), раствор гексацианоферрата (III)
калия K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль), раствор соли Мора (NH4)2 ·
FeSO4 · 6H2O.
Порядок работы.
1. В ячейку Е3 поместите с помощью пипетки 6-7 капель
разбавленного раствора хлорида железа (III).
2. В ячейку Е3 прибавьте 1 каплю раствора серной кислоты,
перемешайте содержимое стеклянной палочкой.
3. К полученному раствору пипеткой добавьте 3-4 капли раствора
гексацианоферрата (II) калия.
4. Перемешайте содержимое ячейки стеклянной палочкой и
наблюдайте выпадение окрашенного осадка.
5. В ячейку Е4 поместите 6-7 капель раствора соли Мора.
6. Пипеткой добавьте равное количество раствора
гексацианоферрата (III) калия. Наблюдайте выпадение окрашенного
осадка.
. После окончания всех опытов тщательно промойте поддон.
7
Поддон, 2 тонкие пипетки, стеклянная палочка.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]