Хімія / Общая химия конслек Модуль 2

спирт

2[Ni(NH3)6 ]SO4 K4[Fe(CN)6 ]

[Ni(NH3 )6 ]2[Fe(CN)6 ] 2K2SO4

4.Синтез комплексних сполук відбувається і в реакціях окисленнявідновлення:

3Pt + 18HCl + 4HNO3 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O 5.Нові комплексні сполуки можуть утворюватись в результаті заміщення одного йона-комлексоутворювача іншим:

2Na[Au(CN)2] + Zn Na2[Zn(CN)4] + 2Au

9.9.Значення та застосування комплексних сполук

Комплексні сполуки відіграють важливу роль в науці та промисловості, в живій природі. Їх широко використовують в аналітичній хімії для дослідження якісного та кількісного складу речовини, в електрохімії, при відокремленні та добуванні металів, при виділені та очищенні речовин, у якості каталізаторів процесу синтезу речовин, як ефективні відновлювачі і таке інше. Комплексні сполуки відіграють важливу роль в фотосинтезі рослин, в засвоюванні азоту мікроорганізмами, в окислювально-відновних процесах в живій клітині.

9.10.Запитання та задачі для самоконтролю

1.Опишіть зовнішні ознаки комплексоутворення.

2.Які сполуки називаються комплексними? Їх класифікація.

3.Будова комплексних сполук. Поясніть основні положення координаційної теорії А. Вернера. Що таке координаційна ємність ліганда?

4.Механізм виникнення зв’язку між центральним атомом та лігандами.

5.Дисоціація комплексних сполук, константа нестійкості комплексів.

6.Напишіть вирази констант нестійкості таких комплексних сполук: K4[Fe(CN)6] та [Cu(NH3)4]SO4.

7.Визначення заряду (ступеня окиснення) комплексоутворювача.

8.Номенклатура комплексних сполук.

9.Напишіть хімічні формули таких комплексних сполук: тетраміндихлорокобальт(ІІІ) хлорид, триакватрифторохром(ІІІ), натрій гексаціанокобальтат(Ш), калій гексафтороферат(ІІІ).

31

10. Комбінацією необхідних частинок із заданого їх набору: Co3+, NH3, CN-, К+ і відповідно до принципів будови можна скласти сім формул комплексних сполук Кобальту(III), одна з яких є такою: [Co(NH3)6](CN)3. Складіть формули шести інших сполук, назвіть їх, напишіть рівняння дисоціації у водних розчинах, вказавши найсильніший і найслабкіший електроліти.

11.Складіть координаційні формули комплексних сполук, які мають такий набір необхідних сполук: a) 3NaNO2·Co(NO3)2; б) CrCl3·3NH3· ·2H2O; в)2KNO2·NH3·Fe(NO2)3. Назвіть їх і складіть рівняння дисоціації у водних розчинах.

12.Під час доливання розчину KCN до розчину [Zn(NH3)4]SO4 утворюється нова розчинна комплексна сполука (яка?). Складіть молекулярне і йонно-молекулярне рівняння такої йонообмінної реакції. Назвіть вихідну й отриману комплексні сполуки, порівняйте силу електролітичних властивостей обох комплексних йонів.

13.Визначте концентрацію йонів Кадмію в розчині K2[Cd(CN)4], концентрація якого 0,1 моль/л. Крім того, він містить 6,5 г/л KCN. Назвіть сполуки.

14.Чи випаде осад відповідного галогеніду аргентуму під час доливання до 1 л розчину [Ag(NH3)2]NO3 концентрацією 0,1 моль/л, що

містить 1 моль/л аміаку NH3: a) 1·10-5 моль КВг?(ДРAgBr = 6·10-13);

б)1·10-5 моль КІ? (ДРAgI = 1,1·10-16).

15.Складіть координаційні формули відповідних комплексних сполук, якщо для цього маємо набір таких сполук: a) CoCl3·6NH3; б) СоС13 ·5NН3; в) CoCl3·4NH3 (к.ч.Со3+= 6). Назвіть сполуки, складіть рівняння їх дисоціації та напишіть формулу для розрахунку величини, що характеризує силу електролітичних властивостей їх розчинів.

32

рівнюють їх зарядам. Наприклад іони Cu2+, Ba2+ мають ступінь окислення +2, а для іонів Cl-, F- ступінь окислення дорівнює -1.

Заряди іонів у сполуках на відміну від ступеня окислення позначають арабськими цифрами із знаком плюс або мінус після цифри, наприклад: Ca2+, Na+, SO42 .

Величину та знак ступеня окислення атомів у сполуках визначають виходячи з таких положень:

1) у нейтральних молекулах алгебраїчна сума ступенів окислення всіх атомів дорівнює нулю;

2)ступінь окислення водню у сполуках з неметалами дорівнює +1;

1 1 1

HJ , H2O , C H4 ;

у гідридах металів (сполуки металів з воднем) ступінь окислення водню дорівнює -1:

1 1 2 1

NaH , CaH2

3)ступінь окислення кисню у всіх сполуках (за винятком пероксидних сполук та сполук кисню із фтором) дорівнює -2;

1 1 1 1

H2 O2 , Na2 O2 , тощо;

у сполуці із фтором кисень має позитивний ступінь окислення

1 2

F2 O

4)фтор у всіх сполуках має ступінь окислення -1;

5)ступінь окислення лужних металів у всіх сполуках дорівнює +1, а лужноземельних +2.

Приклади розрахунку ступенів окислення:

а) Сіль Na2Cr2O7 – у атома натрію ступінь окислення +1, у атома оксигену –2. Для розрахунку ступеню окислення атома хрому складає-

мо алгебраїчне рівняння: (+1)×2 +2х + (-2) ×7 = 0 , х= +6, тобто ступінь окиснення атома хрому +6.

в) Сіль Al2(SO4)3 . В цьому випадку необхідно згадати, що це сіль сульфатної кислоти і заряд її кислотного залишку дорівнює 2- (H2SO4=2H+ +SO42- ). Тоді загальна сума зарядів в цьому іоні повинна дорівнювати заряду іона, тобто –2:

x -2

( SO4)2- - розрахуємо ступінь окислення сульфуру: х + (-2) ×4 = -2 , х=+6

34

Знаючи заряд кислотного залишку та їх кількість можна розрахувати ступінь окиснення алюмінію: 2х + (-2) ×3 = 0 , х = +3.

Примітка. Поняття ступінь окислення не слід ототожнювати з валентністю атомів. Валентність визначається числом зв’язків, якими даний атом сполучений з іншими, і тому не може мати знак плюс або мінус чи дорівнювати нулю. Наприклад, ступінь окислення кисню в пероксидах дорівнює -1, у той час як валентність кисню в цих сполуках дорівнює двом: Na-O-O-Na.

Розрізняють такі типи окислювально-відновлювальних реакцій:

міжмолекулярні, внутрішньомолекулярні та реакції самоокислення – самовідновлення (реакції диспропорціонування).

1) У міжмолекулярних окислювально-відновлювальних реакціях окислювачем і відновником є елементи різних молекул, наприклад:

обмін електронами в таких реакціях відбувається між молекулами різних речовин.

2) Реакції внутрішньомолекулярного окислення – відновлення характеризуються тим, що окислювач і відновник входять до складу

Обмін електронами в таких реакціях відбувається між атомами однієї

ітієї самої молекули.

3)У реакціях диспропорціонування (самоокислення – самовідновлення) окислювачем і відновником виступає один і той самий елемент, який має однаковий (обов’язково проміжний) ступінь окислення, наприклад:

Cl2 H2O H Cl H ClO

10.2.Складання рівнянь окисно-відновних реакцій

При складанні рівнянь окисно-відновних реакцій використовують, переважно, два методи:

35

1)метод електронного балансу, який базується на законах збереження числа атомів і загальної кількості електронів, які віддаються та приймаються при зміні ступеню окиснення;

2)метод іонно-електронного балансу, який ґрунтується на складан-

ні йонних рівнянь для процесу окислення і процесу відновлення з

наступним складанням загального рівняння.

Стехіометричні коефіцієнти в рівняннях окислювальновідновних реакцій знаходять з урахуванням числа відданих і прийнятих електронів. Треба пам’ятати, що загальна кількість електронів, яку віддає відновник, дорівнює загальній кількості електронів, яку приєднує окислювач.

Наприклад, схема реакції:

H2S + K2Cr2O7 + H2SO4 → S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2О

Визначимо ступені окислення елементів і виявимо ті елементи, які його змінили:

Кількість атомів калію в лівій та правій частинах рівняння однакова. Підрахувавши кількість іонів SO42- (3+1 = 4 ), ставимо перед сульфатною кислотою коефіцієнт 4. Підраховуємо кількість атомів гідрогену в лівій частині:

3×2 + 4×2 = 14, тоді перед молекулою води в правій частині рівняння треба поставити коефіцієнт 7, щоб в правій частині рівняння теж було 14 атомів гідрогену. Завершене рівняння буде мати вигляд:

3H2S + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

36

вність зменшується, хоча ступінь окиснення хлору зростає у тому ж напрямку?

2. Укажіть різницю у виявленні окисних властивостей нітратної кислоти і калій нітрату. Чим вона обумовлена?

3. Порівняйте окисні властивості оксидів: МпО і Мп2О7 РЬО і РЬО2, Сг2О3 і CrO3, SO2 і SO3. Наведіть приклади елементів, для яких підвищення ступеню окиснення не збільшує їх окисні властивості.

4. Чим визначаються окисна і відновна активності речовин і які фактори їх підсилюють?

5. Які зі зазначених речовин і як можуть взаємодіяти одне з од-

ним:Cu,Zn,CuS,P,HNO3,C12,FeSO4,H2SO4(розбавлена), NaOH?

6. Під час взаємодії Н2О2 з Hg(NO3)2 виділяється вільна ртуть. Напишіть рівняння реакції і покажіть, яку роль у ній відіграє гідроген пероксид?

7. Допишіть наведені схеми, зазначте відновлену форму та окислену форму для кожної спряженої пари і поставте потрібні коефіцієнти:

С12 + КОН→КС1О3 + ...

(NH4)2Cr207→Cr203 + N2+...

NH4OH + HNO3 →NO + ...

NH4NO3→N2O + ...

8. Покажіть, як можуть поводитись в окисно-відновних реакціях такі речовини: KNO2, J2, S, K2MnO4, H2O2.

9. Які із наведених нижче схем виражають процес окиснення, а які відновлення:

Mg →Mg; N → N; N → N; СІ → C12; Cr → Cr; Pb → Pb; Fe → Fe;

Cu → Cu; N → N; N → N; Mn → Mn; Fe → Fe.

Зазначте також число електронів, яківіддає або приймає атом.

10. Визначте окисник і відновник, процес окислення, процес відновлення і доберіть коефіцієнти у рівняннях таких реакцій:

а) КМпО4 + KJ + H2SO4 →MnSO4 + J2 + K2SO4 + H2O б) As2S3 + HNO3 + H2O → H3AsO4 + H2SO4 + NO

в) Br2 + KOH → KBrO + KBr + H2O

г)FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3+ Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O д) Ві + KNO3 + H2SO4 → Bi2(SO4)3 + NO + K2SO4 + H2O

е) HClO3 + HCl → Cl2 + H2O

і) Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 +N2O + H2O

38

11. Загальні та електрохімічні властивості металів

11.1. Загальні властивості металів

Переважній більшості елементів Періодичної системи (понад 80%) у вільному стані відповідають прості речовини метали. До елементів, які існують у вигляді простих речовин-металів, належать s- елементи І і II груп (окрім Гідрогену), усі d- і f-елементи, а також р- елементи головних підгруп: ІІІ (крім В), ІV (Ge, Sn, Pb), V (Sb, Bi) і VI ( Po) груп. Деяким елементам (Германій, Стибій, Силіцій) відповідають прості речовини, що поєднують металічні властивості з неметалічними.

Атоми металів, як правило, мають у зовнішньому електронному шарі 1,2 і значно рідше 3 або 4 електрони та великі атомні радіуси.

Метали визначаються здатністю їхніх атомів легко віддавати свої зовнішні (валентні) електрони і перетворюватися на позитивні іони внаслідок низьких значень електронегативностей, які обумовлені невисокими енергіями іонізації атомів і невеликою (часто від'ємною) спорідненістю до електрона.

Прості речовини метали. За звичайних умов це тверді речовини кристалічної будови (крім ртуті) з металічним типом зв'язку. Для них характерні: особливий металічний блиск; висока теплота електропровідність; пластична деформація. Кристалічні гратки металів складаються з нейтральних атомів і позитивних іонів, які оточені вільними електронами. Рух електронів відбувається хаотично, подібно до руху молекул газу (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Схематичне зображення металічних граток

Більшість металів кристалізується в одному з трьох типів кристалічної гратки (рис.11.2): щільна гексагональна (Mg, Be, Zn), щільна кубічна гранецентрована (Al, Cu, Ag, Au, Ni, γ-Fe), кубічна об’ємноцентрована (лужні метали, Cr, V, Pb, W, α-Fe).

39