Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы общей химии. Методические рекомендации к лабораторным работам
.pdf
62
орбитали. Способность к комплексообразованию возрастает с увеличением заряда иона и уменьшением его размера.
Внешняя сфера комплексного соединения удерживается около внутренней
сферы за счет электростатического ион-ионного взаимодействия. Для объяснения характера химической связи во внутренней сфере в настоящее
время используют несколько квантово-механических подходов: метод ВС,
теория поля лигандов и метод МО.
2. Экспериментальная часть
Цель работы
Ознакомление со свойствами комплексных соединений и двойных солей;
получение комплексов различного типа; изучение устойчивости комплексных соединений с помощью качественных реакций.
Оборудование и реактивы
Пробирки конические. Иодид меди(1). Хлорид меди(1). Хлорид хрома
(III). Тиоцианат аммония. Растворы: хлорида аммония (насыщ.), тиоцианата аммония (0,1 М), хлорида натрия (0,1 М), хлорида калия (0,1 М), тиоцианата калия (0,1 М), тиосульфата натрия (0,1 М), сульфита натрия (0,1
М), иодида калия (0,1 М), сульфата меди (0,1 М), нитрата серебра (0,1 М),
сульфата цинка (0,1 М), сульфата кадмия (0,1 М), нитрата ртути (II) (0,1
М), хлорида бария (0,1 М), сульфата алюминия (0,1 М), хлорида олова (II)
(0,1 М), нитрата свинца (0,1 М), сульфата хрома (0,1 М), соли Мора (0,1
М), хлорида железа (III) (0,1 М), сульфата кобальта (0,1 М), хлорида кобальта (насыщ.), сульфата никеля (0,1 М), соляной кислоты (конц.), аммиака (25%-ный, 0,1 М), гексацианоферрата (II) калия, гексацианоферрата
(III) калия, аммониево-железных квасцов. Смесь эфира с амиловым спиртом. Сероводородная вода.
ОПЫТ №1. Свойства двойных и комплексных солей
В три пробирки поместить но 3 капли раствора аммониево-железных
63
квасцов NH4Fe(SO4)
·12Н2О. В четвертую пробирку поместить 3 капли
2
гексацианоферрата (III) калия K3 [Fe(CN) 6].
В первую пробирку прибавить 2 капли раствора тиоцианата аммония
NH4SCN, во вторую — 2 капли раствора хлорида бария ВаС12, в третью —
3 капли раствора гидроксида натрия (содержимое этой пробирки нагреть),
в четвертую — 2 капли тиоцианата аммония.
Во всех ли пробирках происходит реакция? Написать уравнения диссоциации двойной и комплексной солей, молекулярные и ионные уравнения
реакции, с помощью которых обнаруживались ионы солей в растворе. Написать выражение константы нестойкости комплексного иона [Fe(CN) 6]3- ,
найти в справочной таблице ее числовое значение и сделать вывод об устойчивости этого иона в растворе.
ОПЫТ№2. Свойства аквокомплексов
А. Поместить в небольшой тигель 1—2 микрошпателя медного купороса.
Слабо прокалить содержимое тигля. Обратить внимание на изменение
цвета кристаллов. После того как тигель остынет, добавить 1—2 капли воды, отметить изменение окраски раствора. Написать уравнения реакций.
Б. В пробирку поместить 1—2 микрошпателя кристаллогидрата хлорида
кобальта (II) СоС12 · 6Н2О, осторожно нагреть. Наблюдать изменение цве-
та, соответствующее реакции отщепления воды
2[Со(Н2O) 6]С1
Со[СоС14] + 12Н2О↑
2
Охладить пробирку и прибавить несколько капель раствора NaOH. Записать наблюдения.
ОПЫТ№3. Получение и свойства некоторых аммиакатов
А. Поместить в пробирку 3 капли раствора сульфата меди (II)
CuSO4, затем прибавить 2 капли раствора гидроксида аммония NH4OH.
Наблюдать выпадение осадка основной соли [CuOH] 2SO4. Отметить цвет
осадка и записать уравнение реакции. К полученному осадку прибавить
64
избыток концентрированного раствора NH4OH. Что наблюдается? Записать уравнение реакции получения сульфата тетрааминомеди (II) [Cu(NH3)
]SO4.
4
Прибавить к полученному раствору 3—5 капель сероводородной воды
H2S.
Написать уравнение реакции и объяснитьвыпадение черного осадка, учи-
тывая, что ПP
= 8,5 • 10
CuS
-45
.
Б. К 1 капле раствора нитрата серебра AgNO3 прибавить 2 капли
раствора хлорида калия КС1 или натрия NaCl. К полученному осадку прибавить раствор гидроксида аммония NH4OH до полного растворения осадка хлорида серебра AgCl. Написать уравнения реакций.
В пробирку с полученным раствором хлорида диамминосеребра [Ag(NH3)
]Cl прибавлять по каплям разбавленной азотной кислоты HNO3 (3—5 ка-
2
пель). Написать уравнение реакции и объяснить образование осадка при
прибавлении HNO3.
В. К 3 каплям раствора соли никеля (II) добавлять по каплям водный
раствор аммиака NH4OH до растворения выпадающей в осадок основной
соли. Отметить цвет получившегося раствора. Записать уравнения реакций (координационное число Ni2+ равно 6).
ОПЫТ№4. Получение и свойства ацидокомплексов
А. В пробирку внести 2—3 капли раствора нитрата ртути (II)
Hg(NO3) 2 и добавлять по каплям раствор иодида калия KI до образования
осадка иодида ртути Hgl2. Отметить цвет осадка. К осадку добавить избыток раствора KI до растворения осадка. Написать уравнение реакции
взаимодействия Hgl2 с избытком иодида калия (координационное число
Hg2+ равно 4). Написать уравнение диссоциации полученного комплексно-
го иона. Полученный раствор тетраиодогидромеркуриата (II) калия
K2[HgI4] разделить на две части. К одной части добавить несколько капель
65
раствора щелочи, а к другой — сероводородной воды H2S. Отметить наблюдения и объяснить полученные результаты.
Б. Получить осадок AgCl. Затем по каплям прибавлять раствор тио-
сульфата натрия до полного растворения осадка. Написать уравнение реакции получения дитиосульфатоаргената натрия. (Координационное число
иона Ag
+
равно 2.)
В. К 1—2 каплям раствора сульфата меди CuSO4 добавить столько
же раствора гексацианоферрата (II) калия K4 [Fe(CN) 6]. Отметить цвет образовавшегося осадка и написать уравнения реакций.
Г. К 1—2 каплям раствора хлорида железа (III) FeCl3 прибавить
столько же раствора гексацианоферрата (II) калия K4 [Fe(CN) 6].
К 1 — 2 каплям свежеприготовленного раствора сульфата железа (II)
FeSO4 прибавить 1 — 2 капли гексацианоферрата (III) калия K3 [Fe(CN) 6].
Отметить наблюдения и написать для обоих опытов уравнения реакций,
учитывая, что в первом опыте получится гексацианоферрат (II) железа (III)
калия KFe[Fe(CN)
] («берлинская лазурь»), а во втором — гексациано-
6
феррат (III) железа (II) калия («турнбуллева синь»), имеющего такую же
формулу.
ОПЫТ№ 5. Образование гидроксокомплексов
В три пробирки поместить раздельно растворы солей цинка, хрома (III) и
алюминия. В каждую из них добавлять по каплям раствор щелочи. Наблюдать вначале выпадение осадков, а затем их растворение в избытке
щелочи. Написать уравнение реакции образования растворимых гидроксокомплексов, содержащих ионы [Zn(OH) 4]2-, [Cr(OH) 6]3-, [А1(ОН) 6]3-.
66
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6.
Коллоидные и грубодисперсные системы
Теоретическая часть:
Основные представления о дисперсных системах
Дисперсные системы широко распространены в природе (дождь, туман,
облака, почва и т.п.) и в промышленности (адсорбенты, катализаторы,
краски, эмульсии, порошки и т.п.).
Дисперсные системы - это гетерогенные системы, в которых в одном веществе (среде) распределено (диспергировано) в виде очень мелких частиц другое вещество.
Дисперсность - это раздробленность вещества, которое диспергаровано до
очень малых частиц или пронизано тончайшими порами, но превышающими по размерам обычные молекулы.
67
По степени дисперсности
Размер частиц или пор,
м
I. Грубо дисперсные системы
(суспензии, эмульсии)
> 10-7
2. Системы промежуточной
дисперсности (тонкие взвеси,
дымы, пористые тела)
10-5 -10-7
3. Высокодисперсные (коллоидные) системы. Золи
10-7 - 10-9
Агрегатное
состояние
Фаз= Д.Ф/Д.С
Наименование
дисперсных систем
Примеры
т / ж
Золи, суспензии
Взвеси в природных водах.
Золи металлов в воде, краски.
ж / ж
Эмульсии
Молоко, смазки.
Все дисперсные системы можно классифицировать следующим образом:
В зависимости от агрегатного состояния все дисперсные системы можно
разделить на семь типов:
68
г / ж
Пены
Мыльная пена
ж / т
Пористые тела,
гели
Адсорбенты, опал, жемчуг
г / т
Ксерогели
Пемза, силикагель
т / г
Аэрозоли (пыли,
дымы)
Табачный дым, космическая
пыль, выхлопные газы автомобилей
ж / г
Аэрозоли (туманы)
Кучевые облака, тучи
Обозначения: в числителе – дисперсная фаза; в знаменателе – дисперсионная среда
Т - твердая, Ж - жидкая, Г - газообразная.
Необходимым условием образования дисперсной системы является ограниченная растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Дисперсность (Д) становится функцией свойств (Р) вещества (изменение
окраски, прочности, растворимости и т.п.).
Р = f(Д), где Д = 1/2r , г - радиус частицы.
Реальный окружающий нас мир, как и мы сами, состоит из дисперсных
систем. Количественной мерой дисперсности служит удельная поверхность (Sуд):
Sуд = S/V , см²/см³,
где S и V - межфазная поверхность и объем дисперсной фазы.
В процессе диспергирования увеличивается число поверхностных молекул, обладающих избыточной поверхностной энергией, что оказывает су-
69
щественное влияние на все свойства вещества, поскольку с ростом Sуд
суммарная поверхностная энергия становится весьма значительной. Так,
например, при дроблении кубика, длина ребра которого равна l = 1 см, a
суммарная поверхность граней 6 см², на более мелкие частицы с длиной
ребра 1 = 0,1 см их суммарная поверхность будет O.1² 6 ·1000 = 60 см².
Соответственно при дроблении того же кубика до частиц, имеющих коллоидные размеры (1 = 10 м-7 до 10 м-9), их общая поверхность может возрасти до 600 м².
В поверхностном слое вещество обладает существенно иными свойствами, не похожими на свойства вещества в большем его объеме и в атомном
или молекулярном состоянии. Большая поверхность раздела фаз вызывает
сильное взаимодействие частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой,
которое приводит к тому, что частицы дисперсной фазы окружаются молекулами и ионами дисперсионной среды (растворителя) или же приобретают довольно значительный заряд. Поэтому гетерогенные дисперсные
системы могут существовать не разрушаясь длительное время. Различают
кинетическую (седиментационную) и агрегативную устойчивость таких
систем.
Кинетическая устойчивость обусловлена тепловым движением частицы,
которое известно под названием броуновского движения. Оно хаотично и
выражено тем интенсивней, чем меньше размеры частиц и вязкость дисперсионной среды и чем выше температура. В суспензиях и эмульсиях,
характеризующихся большими размерами частиц, броуновское движение
обычно слабое: частицы суспензий оседают на дно, а частицы эмульсий, в
зависимости от плотности, или оседают на дно, или всплывают на поверхность. Истинные растворы кинетически устойчивы. Коллоидные растворы
обычно кинетически устойчивы, пока не нарушена агрегативная устойчивость раствора.
Агрегативнья устойчивость выражается в том, что частицы не укрупняют-
70
ся (не слипаются) при столкновениях друг с другом. Золь, лишенный агрегативной устойчивости, коагулирует, т.е. частицы слипаются в более
крупные агрегаты, которые выпадают из раствора. Агрегативная устойчивость обусловлена тем, что на поверхности раздела фаз происходит адсорбция ионов (молекул) из окружающей среды одного знака и частицы
дисперсной фазы, приобретая одинаковый заряд, отталкиваются.
Грубодисперсные системы (эмульсии - Ж/Ж, пены – Г/Ж, суспензии - Т/Ж)
Эмульсии - это дисперсные системы, состоящие из двух практически взаимно нерастворимых жидких фаз, одна из которых распределена в другой
в виде мельчайших капелек. Размер этих капелек 0,1 - 50 мкм, и их можно
наблюдать в обычный микроскоп. В зависимости от условий каждая из
фаз может быть либо дисперсионной средой, либо дисперсной фазой. Например, из масла и воды могут быть получены эмульсии двух типов:"масло
в воде" и "вода в масле". Агрегативная устойчивость эмульсий повышается введением специальных веществ -эмульгаторов, адсорбирующихся на
поверхности капель и препятствующих их слиянию, – коалесценсии.
Эмульгатор, являясь поверхностно-активным веществом, способен снижать поверхностное натяжение на границе двух жидкостей, образующих
эмульсию, благодаря чему создается механически прочная защитная оболочка, препятствующая слиянию капель. В некоторых случаях этого эффекта можно достичь добавкой высокодисперсных твердых порошков.
Седиментационная (кинетическая) устойчивость эмульсий определяется
размером капель и различием в плотностях двух жидких фаз.
Концентрированные эмульсии имеют ячеистую структуру, напоминающую пчелиные соты, и близки по структуре к пенам, которые, отличаются
от них только, тем, что ячейки в них заполнены воздухом.
Эмульсии, как правило, неустойчивы и разрушаются при хранении, при
центрифугировании, действии электрического поля, коагуляции при до-
71
бавлении электролитов и неэлектролитов.
Пеной называется дисперсная система, состоящая из ячеек, заполненных
газом (воздухом, двуокисью углерода и др.) и отделенных друг от друга
жидкими или твердыми пленками очень малой толщины.
Количественной характеристикой любой пены является ее кратность К,
т.е. отношение объема пены к объему жидкости или твердого тела, образующего стенки ее пузырьков. Пены с твердыми стенками, например пенопласты, устойчивы и могут существовать практически неограниченное
время. Пены с жидкими пленками, как правило, неустойчивы.
Cycпензии - это дисперсные системы, представляющие собой взвеси твер-
дых частиц в жидкостях. Например: лаки, краски, латексы, цементные и
глинистые растворы и т.п., которые чаще всего получают механическим
диспергированием. Устойчивость суспензии зависит от размера частиц
твердой фазы, температуры, плотности и вязкости среды. Для повышения
устойчивости суспензий вводятся поверхностно-активные вещества. Неустойчивость суспензий выражается в осаждении твердой фазы - седиментации. Высококонцентрированные суспензии называют пастами.
Коллоидные растворы
Коллоидные системы содержат частицы дисперсной фазы размером 0,001
- 0,1 мкм, т.е. 10-5 – 10-7 см, и невооруженным глазом их не видно. Все вещества, неорганические и органические, могут быть раздроблены до коллоидных размеров, поэтому коллоидные растворы - это пятое агрегатное
состояние вещества (твердое, жидкое, газообразное, плазменное, коллоидное). Типичной коллоидной системой являются золи (от латинского, soluto
- коллоидный раствор). Золи так же прозрачны, как истинные растворы,
и бывают лиофильные, имеющие сродство к растворителю, и лиофобные не имеющие сродства к растворителю. За счет рассеивания на коллоидных
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]