Комплексные соединения
Молекулярные соединения, образующие комплексные ионы, способные к существованию как в растворе, так в и кристалле, называют комплексными. При образовании комплексных соединений наблюдается взаимная координация взаимодействующих частиц, так называемое комплексообразование. Образующиеся сложные по составу частицы называются комплексными.
Например: Fe(CN)3+ 3KCN=K3[Fe(CN)6]
Ni(OH)2 + 6NH3 = [Ni(NH3)6](OH)2
В структуре комплексного соединения различают внутреннюю (координационную) и внешнюю сферы. Центральное место во внутренней сфере занимает комплексообразователь (чаще всего это ион металла
d– лемента). Вокруг комплексообразователя на близком расстоянии расположены (координированы) отрицательно заряженные ионы или нейтральные молекулы –лиганды. Число лигандов, координированных около комплексообразователя, называюткоординационным числом.При записи комплексного соединения внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки. На более далеком расстоянии от комплексообразователя располагаются ионы внешней сферы. Например,K3[Fe(СN)6]: комплексообразователь –Fe3+, лиганды – ионыCN, координационное число – 6, [Fe(СN)6]3- внутренняя сфера, 3К+- внешняя сфера.
Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме заряда комплексообразователя и зарядов лигандов.
В зависимости от заряда различают анионные комплексы, например, [Fe(СN)6]3, [Al(OH)4]; катионные комплексы, например, [Ni(NH3)6]2+, [Cr(H2O)4Cl2]1+; нейтральные комплексы, например, [Pt(NH3)2Cl2], [Cr(H2O)3F3]. Нейтральные комплексы не имеют внешней сферы.
В водных растворах комплексные соединения, проявляя свойства электролитов, диссоциируют на комплексный ион и ионы внешней сферы (первичная диссоциация):
K3[Fe(СN)6]3К++ [Fe(СN)6]3(1)
Равновесие процесса первичной диссоциации (1) характеризуется константой диссоциации:
Образовавшийся комплексный ион в незначительной степени может подвергаться вторичной диссоциации, образуя составляющие его частицы (ионы, молекулы):
[Fe(СN)6]3Fe3++ 6CN(2)
Равновесие процесса (2) характеризуется константой нестойкости:
Чем меньше константа нестойкости, тем более устойчив данный комплексный ион. Нейтральные комплексы электролитами не являются.
Существуют комплексные соединения с малоустойчивой внутренней сферой, которые распадаются в водном растворе на все составляющие ионы. Такие комплексные соединения называются двойными солями. Например,
KAl(SO4)2 K++Al3++ 2SO42
Пример 1.Определите заряд комплексного иона, координационное число (к.ч.) и степень окисления комплексообразователя в соединениях:
а) K4[Fe(CN)6]; б) [Cr(H2O)2(NH3)3Cl]Cl2.
Решение.Заряд комплексного иона можно рассчитать по заряду внешней сферы, так как он равен заряду внешней сферы, но противоположен ему по знаку. Координационное число комплексообразователя равно числу лигандов, координированных вокруг него.
Степень окисления комплексообразователя определяется, исходя из того, что алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. Заряды кислотных остатков определяют из формул соответствующих кислот.
а) K4[Fe(CN)6]
Заряд внешней сферы (4К+): (+1)4 = 4+. Следовательно, заряд комплексного иона равен (4-): [Fe(CN)6]4. Координационное число – число лигандов – равно 6. Степень окисления комплексообразователя (Fe+х) равна:
(+1)4 + х + (-1)6 = 0. Отсюда х = +2, (Fe+2)
Степень окисления комплексообразователя можно рассчитать и по заряду комплексного иона [Fex(CN)6]4: х+ (-1)6 = -4; х = +2 (Fe+2)
б) [Cr(H2O)2(NH3)3Cl]Cl2
Заряд внешней сферы (2Cl) равен (2-). Следовательно, заряд комплексного иона равен (2+): [Cr(H2O) 2(NH3) 3Cl]2+. Координационное число (число лигандов) равно (2 + 3 +1) = 6. Степень окисления комплексообразователя (Cr+х) равна:
х + 02 + 03 + (-1)1 + (-1)2 = 0 х – 1 -2 = 0; х = +3 (Cr+3)
или [Crх(H2O)02(NH3)03Cl-1]2+ х + 02 + 03 + (-1) = +2; х = +3 (Cr+3)
Пример 2.составьте координационную формулу комплексного соединения по следующим данным: а)Co(NO2)32KClNH3; комплексообразователь – кобальт; координационное число равно 6; б)CrCl3H2O3NH3; комплексообразователь – хром; координационное число равно 6.
Решение.
а) В набор данных соединений Co(NO2)32KClNH3входят 2 молекулыKCl, где К – щелочной металл (s– элемент), а комплексообразователями в основном выступают атомыd– элементов (в данном примере - кобальт). Следовательно, катионы калия будут образовывать внешнюю сферу и таким образом комплексный ион будет анионом. Во внутреннюю сферу комплексного аниона будут входить одна молекулаNH3, три ионаNO2и два ионаCl. Координационное число (число лигандов) равно (1+3+2)=6. Координационная формула комплексного соединения имеет вид:K2[Co(NH3)(NO2)3Cl2].
б) В наборе данных соединений CrCl3H2O3NH3комплексообразователем является ионCr3+. Координационное число равно 6. Исходя из того, что нейтральные молекулы в большинстве случаев входят во внутреннюю сферу комплексного соединения, то в данном примере внутреннюю сферу составят три молекулыNH3, одна молекулаH2O, два ионаCl. Третий хлорид-ион (Cl) образует внешнюю сферу. Следовательно, комплексный ион будет катионом. Координационная формула комплексного соединения имеет вид: [Cr(NH3)3H2OCl2]Cl.
ЗАДАНИЯ
301.Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях [Cu(NH3)4]SO4,K2[PtCl6],K[Ag(CN)2]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединения [Cu(NH3)4]SO4 и выражение для константы диссоциации и константы нестойкости.
302.Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений по следующим данным:
а) исходные соединения PtCl4 2H2O; к.ч. = 6; б) исходные соединенияCr(NO3)32NH34H2O; к.ч. = 6. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
303.Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений по следующим данным: а) исходные соединения KClСrCl32H2O; к.ч. = 6
б) исходные соединения СоCl3H2O4NH3; к.ч. = 6. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
304.Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях Na[Ag(NO2)2], [Zn(NH3)4]SO4,K[SbBr6]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединенияNa[Ag(NO2)2] и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
305. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях K3[Au(CN)2Br2], [Ni(NH3)6](NO3)2,K2[PtCl(OH)5]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединенияK3[Au(CN)2Br2] и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
306. Составьте координационные формулы комплексных соединений по следующим данным: а) исходные соединения AgCl2NH3; к.ч. = 2;
б) исходные соединения 2NaOHPt(NO2)2; к.ч. = 4. Для одного из полученных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
307. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях K4[Fe(CN)6], [Co(NH3)5Cl]SO4,K2[HgI4]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединенияK2[HgI4] и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
308. Определите, чему равен заряд следующих комплексных ионов [Cr(H2O)4Cl2]x, [HgBr4]x, [Fe(CN)6]x, если комплексообразователями являютсяCr3+,Hg2+,Fe3+. Напишите координационные формулы соединений, содержащих эти комплексные ионы. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
309.Определите, чему равен заряд комплексных ионов [Cr(NH3)5NO2]x, [Pd(NH3)Cl3]x, [Ni(CN)4]x, если комплексообразователями являютсяCr3+,Pd2+,Ni2+. Напишите координационные формулы соединений, содержащих эти комплексные соединения. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
310. Составьте координационные формулы комплексных соединений по следующим данным: а) исходные соединения 2KCNPd(CN)2; к.ч. = 4; б) исходные соединения Сr(NO2)35NH3; к.ч. = 6. Для одного из полученных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
311. Составьте координационные формулы комплексных соединений по следующим данным: а) исходные соединения 3NaCNFe(CN)2NH3; к.ч. = 6; б) исходные соединенияCoBr34NH32H2O; к.ч. = 6. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
312.Напишите уравнения вторичной диссоциации и выражения для констант нестойкости комплексных ионов: [Ag(NH3)2]+, [Fe(CN)6]4, [PtCl6]2. Чему равны степень окисления и координационное число комплексообразователей в этих ионах?
313.Константы нестойкости комплексных ионов [Co(CN)4]2, [Hg(CN)4]2, [Cd(CN)4]2соответственно равны 810-20, 410-41, 1,410-17. В каком растворе, содержащем эти ионы (при равной молярной концентрации), ионовCNбольше? Напишите выражения для констант нестойкости указанных комплексных ионов.
314. Напишите уравнения вторичной диссоциации и выражения для констант нестойкости комплексных ионов: [Ag(СN)2], [Ag(NH3)2]+, [Ag(SCN)2]. Зная, что константы нестойкости соответственно равны
1,010-21, 6,810-8, 2,010-11, укажите, в каком растворе, содержащем эти ионы (при равной молярной концентрации), больше ионовAg+.
315. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях [Ni(H2O)5Cl]Cl2,Na3[AlF6], [Co(NH3)6]Cl3. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединения [Co(NH3)6]Cl3и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
316. Составьте координационные формулы комплексных соединений по следующим данным: а) исходные соединения 2KCNFe(CN)3H2O; к.ч.=6; б) исходные соединенияNiCl25H2O; к.ч. = 6. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
317. Составьте координационные формулы комплексных соединений по следующим данным: а) исходные соединения 2KSCNPt(NO2)2; к.ч. = 4; б) исходные соединенияCrCl33H2O3NH3; к.ч. = 6. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
318. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях [Co(NH3)5Br]Cl2,K2[PtI4],Na3[Al(OH)6]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединенияNa3[Al(OH)6] и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.
319.Какие комплексные соединения называются двойными солями? Напишите равнения диссоциации в водном растворе солей K4[Fe(CN)6] иNH4Fe(SO4)2. Для комплексного соединения определите заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя.
320. Константы нестойкости комплексных ионов [Co(NH3)6]3+, [Fe(CN)6]4, [Fe(CN)6]3соответственно равны 6,210-36, 1,010-37, 1,010-44. Какой из этих ионов является более прочным? Напишите выражения для констант нестойкости указанных комплексных ионов и формулы соединений, содержащих эти ионы.
S – элементы (… ns1-2)*
321. Какую степень окисления может проявлять водород в своих соединениях? Напишите электронные и молекулярные уравнения реакций, в которых газообразный водород играет роль окислителя, и в которых – роль восстановителя.
322. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия натрия с водородом, кислородом, азотом и серой. Назовите полученные соединения. Какую степень окисления приобретают атомы окислителя в каждой из этих реакций?
323. Напишите уравнения реакций взаимодействия с водой следующих соединений: пероксида натрия, сульфида натрия, гидрида кальция и нитрида натрия. Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронные уравнения.
324. Дайте краткую характеристику свойств пероксида натрия Na2O2. Напишите уравнения реакций: а) получения пероксида натрия; б) взаимодействия с водой; в) взаимодействия с серной кислотой; г) взаимодействия с оксидом углерода (IV). Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронные уравнения.
325. Какие свойства может проявлять пероксид водорода H2O2в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? На основании электронных уравнений напишите уравнения реакций взаимодействия пероксида водорода: а) с оксидом серебра (I); б) с иодидом калия.
326. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
NaCl NaOH Na2CO3 NaNO3 NaNO2.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора NaCl. Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронные уравнения.
327.Как можно получить гидрид и нитрид кальция? Напишите уравнения реакций взаимодействия этих соединений с водой. К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.
328.Гидроксид какого из s-элементов проявляет амфотерные свойства? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия этого гидроксида а) с кислотой и б) со щелочью.
_______________________________________________________________
*Общая электронная формула, где n– главное квантовое число.
329.При пропускании оксида углерода (IV) через известковую воду (раствор Са(ОН)2) образуется осадок, который при дальнейшем пропускании СО2растворяется. Дайте объяснение этому явлению. Составьте уравнения реакций.
330.Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия: а) бериллия с раствором щелочи; б) магния с концентрированной серной кислотой, имея в виду максимальное восстановление последней.
331.При сплавлении оксид бериллия взаимодействует с оксидом кремния (IV) и с оксидом натрия. Напишите уравнения соответствующих реакций. О каких свойствах оксида бериллия говорят эти реакции?
332.Как можно получить карбид кальция? Что образуется при его взаимодействии с водой? Напишите уравнения соответствующих реакций. Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронные уравнения.
333.Как можно получить гидроксиды щелочных металлов? Почему щелочи необходимо хранить в хорошо закрытой посуде? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций, протекающих при насыщении гидроксида натрия: а) хлором; б) оксидом серы (IV); в) сероводородом.
334.Чем можно объяснить большую восстановительную способность щелочных металлов? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия металлического натрия: а) с водородом; б) с водой; в) с кислородом; г) с азотом.
335. Какие из s– элементовIIгруппы периодической системы относятся к щелочно-земельным металлам? Назовите природные соединения этих металлов. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия одного из этих металлов с водой, с разбавленной азотной кислотой, с разбавленной и концентрированной серной кислотой.
336. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия: а) кальция с водой; б) магния с азотной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.
337.Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: CaCl2Ca(NO3)2CaCO3CaO Ca(OH)2Ca(HSO4)2
338.Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:
NaCl Na Na2O2 Na2О Na2SO4.
Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе расплава NaCl. Для окислительно-восстановительных реакций составьте электронные уравнения.
339.Какие соединения называют: каустической содой, кристаллической содой, кальцинированной содой и поташем? Как получают их в промышленности? Напишите уравнения соответствующих реакций.
340.Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:
СaСaH2Сa(OН)2СaСO3Сa(НСO3)2.
Для окислительно-восстановительных реакций составьте электронные уравнения.