Окислительно-восстановительные реакции с участием металлов

Цель работы: Знакомство с окислительно-восстановительными процессами с участием металлов

Реактивы и приборы: металлы – цинк, железо, натрий, калий, кальций, магний, медь, алюминий; концентрированные кислоты – серная, азотная; концентрированный раствор щелочи, растворы солей – ацетата свинца, хлорида олова (II), сульфата меди (II) , фенолфталеин; кристаллизатор, спиртовка.

Сравнение окислительно-восстановительных свойств металлов

Опыт 1. В две пробирки положите по кусочку металлического цинка и прилейте в одну 1-2 мл раствора ацетата свинца Pb(CH3COO)2, а в другую - хлорида олова (II). Что происходит? Напишите уравнения реакций.

Опыт 2. В пробирку с 1-2 мл раствора сульфата меди (II) поместите железную пластинку, предварительно очистив ее нижний конец от ржавчины. Что происходит? Напишите уравнение реакции.

Вытеснение водорода из воды активными металлами

Внимание! Щелочные и щелочноземельные металлы брать только пинцетом.

Опыт 3. В кристаллизатор объемом 0,5-1 л налейте воды до половины объема и поставьте перед ним прозрачный защитный экран. Из склянки с керосином вытащите кусочек натрия, положите на фильтр, промочите и отрежьте скальпелем небольшой кусочек. Обратите внимание, что блестящая поверхность среза быстро тускнеет вследствие окисления натрия. Оставшийся кусочек натрия положите в склянку с керосином, а взятый для опыта перенесите в кристаллизатор с водой. Наблюдайте процесс взаимодействия натрия с водой. После окончания реакции добавьте в кристаллизатор фенолфталеин. Напишите уравнение реакции.

Опыт 4. Повторите опыт, заменив натрий калием.

Опыт 5. Извлеките из склянки с керосином кусочек кальция, положите на фильтр, промокните, и, придерживая пинцетом, с помощью скальпеля зачистите часть поверхности. Опустите кальций в воду, добавьте фенолфталеин, наблюдайте взаимодействие кальция с водой. Напишите уравнение реакции.

Окислительные свойства ионов водорода

Опыт 6. В четыре пробирки налейте по 1-2 мл 2 н. раствора соляной кислоты и опустите в них кусочки металлов: магния, цинка, железа, меди. Выделяющийся газ испытайте горящей лучиной. Составьте уравнения реакций. Повторите опыт, заменив соляную кислоту 2 н. раствором H2SO4.

Действие концентрированной серной кислоты на металлы (тяга!).

Опыт 7. В три пробирки налейте по 1 мл концентрированной H2SO4. Опустите в одну пробирку кусочек цинка, в другую – железа, в третью – меди. При необходимости осторожно подогрейте. Какие газы выделяются? Напишите уравнения реакций.

Взаимодействие алюминия с раствором щелочи и водой

Опыт 8. Возьмите кусочек алюминиевой проволоки. Зачистите один ее конец (~ 1 см) наждачной бумагой и опустите в концентрированный раствор щелочи. Какой газ выделяется? Напишите уравнение реакции.

Через минуту, вынув проволоку из раствора щелочи, быстро перенесите ее в пробирку с дистиллированной водой. Почему идет реакция? Напишите ее уравнение.

Действие азотной кислоты на медь (тяга!)

Опыт 9. Опустите в две пробирки по кусочку меди и добавьте в одну раствор разбавленной азотной кислоты, в другую – концентрированной. Пробирку с разбавленной кислотой осторожно подогрейте. Какие газы выделяются? Напишите уравнения реакций.

**************************************

Примеры решения задач

Пример 1

Определите величину электродного потенциала хромового электрода,
погруженного в раствор соли CrCl3 с молярной концентрацией: а) 0,1 моль/л;
б) 0,01 моль/л; в) 0,001 моль/л. Сделайте вывод о величине электродного потенциала в зависимости от молярной концентрации раствора.

Дано: СМ = 0,001 моль/л Е0Cr3+|Cr = – 0,74 В Решение Для определения значения электродного потенциала воспользуемся уравнением Нернста: 0,059 E = E0 + ——–– lg [Men+] n
Е1 (Cr3+|Cr) ? Е2 (Cr3+|Cr) ? Е3 (Cr3+|Cr) ?

В данном случае [Men+] = [Cr 3+]:

а) [Cr 3+] = 0,1 моль/л, отсюда:

0,059 0,059

Е1 (Cr3+|Cr) = Е0Cr3+|Cr + —–– lg [Cr 3+] = – 0,74 + —–– lg 10–1 =

n 3

0,059

= – 0,74 + —–– (–1) = – 0,74 + (– 0,02) = – 0, 759 (В);

б) [Cr 3+] = 0,01 моль/л:

0,059 0,059

Е2 (Cr3+|Cr) = Е0Cr3+|Cr + ——–– lg[Cr3+] = – 0,74 +—–– lg10–2 = – 0, 779 (В);

n 3

в) [Cr 3+] = 0,001 моль/л:

0,059 0,059

Е3 (Cr3+|Cr) = Е0Cr3+|Cr +—–– lg[Cr3+] = – 0,74 + ——– lg10–3 = – 0, 799 (В).

n 3

Сравнив значения вычисленных электродных потенциалов, делаем вывод, что с разбавлением раствора, в который погружен хромовый электрод, электродный потенциал последнего уменьшается.

Ответ: Е1 (Cr3+|Cr) = – 0, 759 В; Е2 (Cr3+|Cr) = – 0, 779 В; Е3 (Cr3+|Cr) = – 0, 799 В.

Пример 2

Определите ЭДС гальванического элемента Fe|0,1М FeSO4 || 0,1М Н+| Pt, Н2(степень электролитической диссоциации FeSO4 – 60 %).

Дано: α(FeSO4) = 60 % = 0,6 СМ = [FeSO4] = 0,1М Решение 1. Найдем концентрацию ионов Fe2+ в 0,1М растворе FeSO4: [Fe2+] = α (FeSO4) • [FeSO4] = 0,6•0,1 = 0,06 моль/л.
ЕГЭ= ?   2. Найдем электродный потенциал железного электрода:

0,059 0,059

Е Fe2+| Fe = Е0 Fe2+| Fe + ——–– lg[Fe2+] = – 0,44 + ——–– lg 6•10–2 = – 0, 476 (В).

n 2

3. Вычислим электродный потенциал водородного электрода:

0,059 0,059

Е2Н+2 = Е0Н2| 2Н+ + ——–– lg [Н+] = 0,00 + ——–– lg 10–1 = – 0, 059 (В).

n 1

4. В соответствии со значениями электродных потенциалов работает следующая гальваническая цепь:

ē

окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru |

(–) Fe | FeSO4 || 2Н+ | Pt, Н2 (+)

На электродах происходят следующие процессы:

(–) анод (Fe) (+) катод (Pt, Н2)

Fe – 2ē = Fe2++ + 2ē = Н2

5. Электродвижущая сила данного гальванического элемента:

ЕГЭ = Екатода – Еанода = Е2Н+2 – ЕFe2+|Fe = – 0,059 – (–0,476) = 0,417 (В).

Ответ: Е ГЭ = 0,417 В

Пример 3

Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых свинцовый электрод являлся бы катодом, а в другом – анодом. Напишите уравнения реакций, происходящих при работе этих элементов, и вычислите значения их стандартных ЭДС (ΔЕ0).

Дано: Е0 Pb|Pb2+ = – 0,13 В Решение 1. Если катодом является свинцовый электрод, то в качестве материала анода следует использовать более активный металл, то есть металл с меньшим (более отрицательным) значением электродного потенциала.
Е01? Δ02 ?

Такую функцию может, например, выполнить стандартный кобальтовый электрод, у которого Е0 Со|Со2+ = – 0,28 В. Электроны будут перемещаться от кобальтового электрода к свинцовому, а гальваническая цепь данного элемента будет следующая: ē

окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru |

(–) Со | Со2+ || Pb2+ | Pb (+)

На электродах происходят следующие процессы:

(–) анод (Со) (+) катод (Pb)

Co – 2ē = Co2+ Pb2+ + 2ē = Pb

Рассчитаем ЭДС такого гальванического элемента:

Е01 = Е катода – Е анода = Е0Pb2+|Pb – Е0Со2+|Со = – 0,13 – (–0,28) = 0,15 В.

2. В гальваническом элементе, со свинцовым анодом, в качестве материала катода следует использовать менее активный металл, то есть металл с большим значением электродного потенциала, например, стандартный серебряный электрод (Е0 Ag|Ag+ = + 0,80 В). Гальваническая цепь данного элемента:

ē

окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru |

(–) Pb | Pb2+ || Ag+ | Ag (+)

Электроны перемещаются от свинцового электрода к серебряному, а на электродах происходят следующие процессы:

(–) анод (Pb) (+) катод (Ag)

Pb – 2ē = Pb2+ Ag+ + 2ē = Ag

ЭДС такого гальванического элемента будет следующей:

ΔЕ02 = Екатода – Еанода = Е0Ag+|Ag – Е0Pb2+|Pb = + 0,80 – (–0,13) = 0,93 (В).

Ответ: ΔЕ01 = 0,15 В, Е02 = 0,93 В.

Пример 4

Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе следующих растворов (электроды инертные):

1) раствора KNO3

Решение

Соль диссоциирует по реакции: KNO3(р–р) Û K+ + NO3¯

Стандартный электродный потенциал системы К+ + ē = К (-2,92 В) значительно меньше – 0,41 В. В связи с этим на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды (рН раствора KNO3 равен 7), сопровождающееся выделением газообразного водорода, а на аноде – электрохимическое окисление воды, так как ионы NO3¯ – кислородсодержащие ионы. Схема электролиза будет следующей:

Катод (–): K+, Н+, H2O Анод (+):NO3¯ , ОН, H2O

х 2 │ 2H2O + 2ē = H2 + 2OH¯ 2H2O – 4ē = O2 + 4H+

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

6H2O = 2H2 + O2 + 4OH¯ + 4H+ или 2H2O = 2H2↑ + O2↑.

2) раствора CoCl2

Решение

CoCl2 (р–р) Û Co2+ + 2ClЗначение стандартного электродного потенциала системы Co2+ + 2ē = Co (– 0,28 В) близко к значению – 0,41 В.

В связи с этим на катоде происходит электрохимическое восстановление как катионов Co2+ , так и воды, с выделением и металла и газообразного
водорода.

На аноде происходит электрохимическое окисление ионов хлора (бескислородные ионы).

Схема электролиза будет следующей:

Катод (–): Co2+ , Н+, H2O Анод (+):2Cl¯, ОН¯, H2O

Co2+ + 2ē = Co

2H2O + 2ē = H2 + 2OH¯ 2Cl¯ – 2ē = Cl2

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Co2+ + 2H2O = Co + H2↑+ Cl2↑ + 2H+

CoCl2 + 2H2O = Co + H2↑ + Cl2↑ + H2SO4 .

Пример 5

Какая масса серебра выделится на катоде, если ток силой 6 А пропускать через электролизер с раствором нитрата серебра в течение 1 часа (выход по току – 90%). Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе.

Дано: I = 6 А τ = 1 час = 3600 с ω = 90% Решение 1. Е0 Ag|Ag+ = + 0,80 В >> 0,41 В, следовательно, на катоде идет восстановление катионов Ag+, а на аноде – электрохимическое окисление воды (так как анионы NO3 – кислородсодержащие анионы).
mпрактич.(Ag)= ?

Схема электролиза:

AgNO3 (р–р) Û Ag+ + NO3¯

Катод (–): Ag+ , Н+, H2O Анод (+):NO3¯, ОН¯, H2O

Ag+ + ē = Ag 2H2O – 4ē = O2 + 4H+

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

4Ag+ + 2H2O = 4Ag + O2 + 2H+

2. Согласно закону Фарадея:

Мэ(Ag) 108 г/моль

m (Ag)= ––––––– I•τ = –––––––––––––– • 6А • 3600с = 24,2 г

F 96500 Кл/моль

3. Вследствие побочных продуктов только 90% прошедшего через раствор электричества принимало участие в восстановлении ионов серебра. Поэтому масса серебра, выделившегося на катоде, будет равна:

mпрактич.(Ag) = mтеор. (Ag) • ω = 24,2 г • 0,9 = 21,8 г

Ответ: mпрактич. (Ag) = 21,8 г

Пример 6.

Алюминий склепан с медью. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если эти металлы попадут в кислую среду? Составьте схему гальванического элемента, образующегося при этом.

Решение.

Исходя из положения металлов в ряду стандартных электродных потенциалов, определяем, что алюминий более активный металл:

E0Al3+|Al = – 1,66 В, Е0Cu2+| Cu = + 0,34 В.

В образующейся гальванической паре алюминий будет анодом и будет подвергаться коррозии, а медь – катодом, на котором выделяется водород:

Al – 3 ē = Al3+; (Cu) 2H+ + 2 ē = H2

Образуется гальванический элемент:

ē ē

окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru |–––––––––– |–––––––––––––––––

Al | Н+ | Cu , или более подробно: (–)Al | Al3+ | Н+ | Cu, H2

Пример 7.

Железо покрыто никелем. Какой металл будет корродировать в случае разрушения поверхности покрытия? Коррозия происходит: а) в щелочной среде в присутствии кислорода; б) в щелочной среде в отсутствии кислорода. Составьте схемы микрогальванических элементов, образующихся при этом.

Решение

1. При нарушении поверхностного слоя никеля на железе корродировать будет более активный металл – железо (E0Fe2+|Fe = – 0,44 В < Е0Ni2+| Ni = – 0,25 В), то есть железо будет окисляться и в виде ионов переходить в раствор по реакции
Fe – 2ē = Fe2+.

На никеле будут происходить следующие процессы:

а) в щелочной среде в присутствии кислорода восстанавливается
кислород:

O2 + 4ē + 2H2O = 4OH¯;

ē ē

окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru |––––––––––––––––– |–––––––––––––––––––––––––

Fe | ОН¯, О2 | Ni , или более подробно: (–)Fe / Fe2+ | ОН¯, О2 | Ni ;

б) в щелочной среде в отсутствии кислорода восстанавливается вода:

2H2O + 2ē = H2­+ 2OH¯ .

В образующейся гальванической паре железо – анод, а никель – катод, то есть образуется гальванический элемент:

ē ē

окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru |––––––––––––––– |–––––––––––––––––––––––––––

Fe | ОН¯ | Ni , или более подробно: (–)Fe | Fe2+ | ОН¯ | Ni, Н2

Контрольные задания по теме «Электрохимические процессы»

Вариант 1

1. ЭДС элемента, состоящего из медного и свинцового электродов, погруженных в 1 М растворы их солей, равна 0,47 В. Как изменится ЭДС, если взять 0,001 М растворы?

2. При какой силе тока можно получить на катоде 0,5 г никеля, подвергая электролизу раствор сульфата никеля в течение 25 минут? Восстановление воды не учитывать.

3. Цинк склепан с железом и помещен в кислую среду. Какая масса цинка, подверглась коррозии, если за 4 мин работы образовавшейся гальванопары через внешнюю цепь протекло 2750 Кл электричества? Какой объем водорода выделился при этом на железном катоде?

Вариант 2

1. Вычислите ЭДС серебряно-кадмиевого гальванического элемента, в котором активные концентрации ионов Ag+ и Cd2+ соответственно равны 0,1 и 0,005 моль/л. Укажите, к какому электроду будут по внешней цепи перемещаться электроны.

2. Электролизу подвергается раствор, содержащий нитраты меди (II) и серебра (I). Какой металл выделится в первую очередь? Напишите уравнения электродных процессов.

3. Алюминий покрыт свинцом. Какой из металлов будет окисляться при нарушении покрытия, если эта пара находится в щелочной среде (оксидную пленку Аl не принимать во внимание)? Дайте схему анодного и катодного процессов.

Вариант 3

1. Рассмотрите электродные процессы и вычислите ЭДС гальванического элемента Pb | Pb2+ (0,01M) || H+ (0,01M) | H2

2. Через раствор ZnCl2 пропущено 48250 Кл электричества, при этом массы выделившихся цинка и хлора соответственно равны 9,8 и 16,0 г. Рассчитайте, чему равен выход по току каждого из продуктов электролиза.

3. Никель покрыли медью. Какой из металлов будет корродировать в случае разрушения покрытия? Опишите протекающие процессы. Коррозия происходит в нейтральной среде в присутствии кислорода.

Вариант 4

1. Как зависит величина потенциала водородного электрода от рН раствора, в который он погружен? Дайте ответ на основании расчета для случаев, когда таким раствором является: а) чистая вода; б) раствор с рН = 3.

2. При электролизе раствора хлорида меди на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.). Найти массу меди, выделившейся на катоде.

3. Железная пластина склёпана с никелевой пластиной. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если они опущены в раствор электролита с рН равным 7? Запишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде.

Вариант 5

1. Определить ЭДС гальванического элемента

Ag|AgNO3 (0,001 M) || AgNO3 (0,1 M) | Ag.

2. Определите массу цинка, выделившегося на катоде при электролизе раствора сульфата цинка в течение 2 ч при токе 42,4 А, если выход цинка по току равен 50%.

3. Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

Вариант 6

1. Вычислите ЭДС железо-цинкового гальванического элемента, у которого
[Fe2+] = [Zn2+]= 1 моль/л. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов. Укажите, какой металл является анодом, какой – катодом?

2. Составьте схему и напишите уравнения процессов, протекающих на графитовых электродах при электролизе расплава NaOH. Определите массу веществ, которые выделятся на электродах при пропускании через данный расплав тока силой 10 А в течение 20 минут.

3. Какой металл и почему следует выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, медь, висмут? Составьте уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии. Каков состав продуктов коррозии?

Вариант 7

1. Рассмотрите электродные процессы и вычислите ЭДС гальванического элемента Mn | MnSO4 (0,01M) ||Pb(NO3)2 (1н.) | Pb.

2. При электролизе водного раствора CuBr2 на электроде выделилось 0,48 г меди. Какая масса брома выделится на другом электроде? Напишите уравнения процессов, происходящих на катоде и аноде.

Вариант8

1. Вычислите электродный потенциал электрода Ni|NiSO4 (t = 25 °С, [Ni2+]=0,01 моль/л).

2. Ток силой 3,7 А проходит через раствор хлорида меди (II) в течение
40 мин. Вычислитк массу разложившегося хлорида меди.

3. Железное изделие покрыли никелем. Составьте уравнения анодного и катодного процессов коррозии изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

Вариант 9

1. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых свинцовый электрод является катодом, в другом – анодом. Напишите уравнения реакций, происходящих при работе этих элементов, и вычислите значения их стандартных ЭДС.

2. Рассчитайте, какая масса серебра выделится на катоде, если ток силой 6 А пропускать через электролизер с раствором нитрата серебра в течение 1 часа. Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе.

3. Железная пластина склёпана с никелевой пластиной. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если они опущены в раствор электролита с рН < 7? Запишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде.

Вариант 10

1. Определите ЭДС медно-никелевого гальванического элемента, если концентрации растворов NiSO4 и CuSO4 соответственно равны 0,2 н. и 0,1М.

2. Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе следующих растворов (электроды инертные): 1) раствора KNO3, 2) раствора CoCl2.

3. Цинковая пластина склепана с никелевой пластиной. Какие процессы и почему будут происходить при коррозии, если образец окажется в щелочной среде (кислород присутствует)?

Вариант 11

1. Составьте схему и рассчитайте ЭДС гальванического элемента, электроды которого сделаны из кадмия и висмута и погружены в 0,1 М растворы их солей.

2. При электролизе 120 мл 0,4 н раствора сульфата меди за 50 мин выделена вся медь из раствора. Вычислите силу тока, напишите суммарное уравнение процесса
электролиза.

3. Дана система Al | Ni в 1 М растворе НСl. Какой металл будет разрушаться?
Напишите уравнение реакций.

Вариант 12

1. Вычислите ЭДС гальванического элемента Zn|ZnSO4(0,1M)||HCl (1М)|H2 (Pt).

Запишите уравнения процессов, происходящих на катоде и аноде.

2. Какой объем водорода выделится при электролизе водного раствора КОН в течение 2,5 ч при силе тока 1,2 А, температуре 27 °С и давлении 764 мм рт. ст.

3. Железо покрыто медью. Какой металл и почему будет подвергаться коррозии в щелочной среде в случае нарушения покрытия?

Вариант 13

1. Определите ЭДС гальванического элемента: Fe|0,1М FeSO4||0,1М Н+|Pt, Н2 .

Напишите уравнения реакций, происходящих при работе этого элемента.

2. Напишите уравнения реакций процессов, происходящих при электролизе водных растворов нитрата и хлорида кадмия с платиновыми электродами.

3. Медная пластина, склепанная с никелевой пластиной, помещена в воду с растворенным в ней кислородом. Какой металл и почему будет подвергаться коррозии? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Вариант 14

1. Вычислите электродные потенциалы металлов, находящихся в контакте с растворами их солей с заданной молярной концентрацией (моль/л):

а) Ni | NiSO4, [Ni2+] = 0,01 М; б) Mn | MnSO4, [Mn2+] = 2,0 М.

2. В растворе находится смесь солей сульфатов цинка и никеля. Какой металл и почему выделится в первую очередь? Напишите уравнения электродных процессов.

3. Составьте уравнение анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии железа в кислой среде. Предложите металл, который может являться катодом в данном процессе.

Вариант 15

1. Вычислите ЭДС гальванических элементов, образованных сочетанием:
цинкового электрода в растворе ZnSO4, [Zn2+] = 0,2 моль/л и свинцового электрода в растворе Pb(NO3)2 , [Pb2+] = 0,01 моль/л.

2. Напишите уравнения для процессов, протекающих на электродах при хромировании детали в растворе Cr2(SO4)3. Сколько времени потребуется для нанесения 1,73 г хрома при силе тока 4 А на деталь?

3. Дана система Cr | Sn в 1 М растворе KOH (кислород присутствует). Какой металл разрушается? Напишите уравнения соответствующих реакций.

окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru окислительно-восстановительные реакции с участием металлов - student2.ru Раздел 10

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Молекулярные соединения, образующие комплексные ионы, способные к существованию, как в растворе, так и в кристалле, называются комплексными соединениями. Строение комплексных соединений объясняет координационная теория, предложенная в 1893 г. А. Вернером. В соответствии с этой теорией в комплексных соединениях различают внешнюю и внутреннюю (комплексный ион) сферы. Во внутренней сфере комплексных соединений: – центральное место занимает комплексообразователь (центральный ион) – обычно положительно заряженный ион – катион металла; – вокруг комплексообразователя расположены (координированы) лиганды (адденды) – ионы противоположного знака (анионы) или нейтральные молекулы: – число лигандов, удерживаемых комплексообразователем, называется координационным числом. Наиболее характерными значениями координационного числа (КЧ) для некоторых ионов комплексообразователей являются:  
КЧ = 2 КЧ = 4 КЧ = 6 КЧ = 8
Cu+ , Ag+ , Au+ Cu2+ , Hg2+ , Au3+ , Cd2+ , Pb2+ , Pt2+ , Al3+, Pd2+, Be2+ Fe2+ , Fe3+ , Co2+ , Ni2+ , Al3+ , Zn2+ , Pt4+ , Pb4+, Mg2+ Ca2+ , Sr2+ , Ba2+

Во внешнюю сферу входят катионы или анионы. Комплексные соединения неэлектролиты, не имеют внешней сферы. Например, [Pt(NH3)2Cl4].

Типичные комплексообразователи:

d-элементы – Ag, Au, Cu, Cu, Hg, Cd, Zn, Fe, Fe, Co, Ni, Pt и другие,

s-, p-элементы – Ba, Be, Al, Sn, Pb.

Важнейшие лиганды:

- нейтральные молекулы: H2O, NH3 , CO, NO и другие;

- ионы: CN-, NO2-, Cl-, Br-, J-, OH-, CO32-, S2O32- и другие.

Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов комплексообразователя и лигандов. Так как в целом комплексное соединение электронейтрально, алгебраическая сумма зарядов внешней и внутренней сфер равна нулю.

При составлении названия комплексного соединения первым указывают анион, затем катион. Название комплексного иона пишется в одно слово.

Название комплексного аниона (анионный комплекс) начинают с указания состава внутренней сферы:

прежде называют лиганды – анионы, прибавляя к их латинскому названию окончание «о» (Cl– хлоро, CN– циано, OH – гидроксо,
NO3– нитрато, SO42− – сульфато, SO32− – сульфито, SCN – тиоцианато или родано, S2O32−– тиосульфато, C2O42−– оксалато);

затем называют нейтральные молекулы (NH3 – аммин, H2O – аква, СО – карбонил, NO – нитрозил), число лиганд указывают греческими числительными (1 – моно, 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса);

далее называют комплексообразователь, используя корень его латинского названия и окончание -ат, после чего (в скобках) указывают степень окисления комплексообразователя римскими цифрами. После обозначения состава внутренней сферы называют внешнюю сферу.

Примеры: K3[Fe(CN)6] – гексацианоферрат(III) калия;

(NH4)2[PtCl4(OH)2] – дигидроксотетрахлороплатинат(IV) аммония;

Ba[Cr(NH3)2(SCN)4]2 – тетрароданодиамминхромат(III) бария.

При названии комплексного катиона (катионный комплекс) комплексообразователь называют по-русски в родительном падеже, также указывая в скобках степень окисления комплексообразователя.

Примеры: [Co(NH3)4(H2O)Cl]Cl2 – хлорид хлороакватетраамминкобальта (III)

[К(H2O)4]NO3 – нитрат тетрааквакалия.

В названии нейтральных комплексных частиц (нейтральный комплекс) комплексообразователь указывается в именительном падеже, а степень окисления его не указывается, так как она однозначно определяется, исходя из электронейтральности комплекса.

Примеры: [Pt(NH3)2Br2] – диамминдибромоплатина,

[Cr(CO)6] – гексакарбонилхром

В водных растворах комплексные соли диссоциируют с образованием комплексных ионов внутренней сферы – первичная диссоциация:

[Ag(NH3)2]Cl Û [Ag(NH3)2]+ + Cl- ;

K[Ag(CN)2] Û K+ + [Ag(CN)2] -

Под воздействием дополнительных внешних факторов комплексные ионы, в свою очередь, подвергаются вторичной диссоциации:

[Ag(NH3)2]+ Û Ag+ + 2NH3 (1)

[Ag(CN)2]- Û Ag+ + 2Cl- (2)

Диссоциация по такой схеме протекает в незначительной степени.

Применяя закон действия масс к реакциям (1) и (2), получают выражения
констант нестойкости комплексов, характеризующей устойчивость внутренней сферы:

[Ag]+ [NH3]2 [Ag+] [CN-]2

Кн = —–––——––– = 6,8•10-8 , Кн = ––——–––— = 1,0•10-21

[[Ag(NH3)2]+] [[Ag(CN)2] -]

Следовательно, комплекс [Ag(CN)2]- более прочен, чем комплекс [Ag(NH3)2]+.

От комплексных соединений следует отличать двойные соли, которые обозначают как совокупность нескольких солей. К двойным солям относятся,
например: соль Мора (NH4)2SO4•FeSO4•6H2O,

двойной хлорид калия и меди 2КCl•CuCl2•2H2O,

алюмо-калиевые квасцы KAl(SO4)2•12H2O и многие другие.

При растворении в воде двойные соли диссоциируют на составляющие их ионы и молекулы, например: 2KCl•CuCl2•2H2O Û 2K+ + Cu2+ + 4Cl- + 2H2O.

Все присутствующие в растворе ионы можно обнаружить с помощью соответствующих качественных реакций.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

КОМПЛЕКСНЫе СОЕДИНЕНИя

Цель работы: получение и изучение свойств комплексных соединений.

Приборы: химические пробирки, химические стаканы.

Реактивы: растворы аммониево-железных квасцов, роданида аммония, гексацианоферрата (III) калия, хлорида бария, соли хрома (III), соли никеля (II), соли кобальта (II), сульфата магния, хлорида цинка, гидроксидов натрия и аммония, серной кислоты, пероксида водорода (3 %).

Экспериментальная часть

Наши рекомендации