Комплексные соединения. Цель работы: получить представление о комплексных соединениях
Цель работы: получить представление о комплексных соединениях, их строении, комплексообразователях, лигандах, координационном числе, научиться составлять уравнения реакций с участием комплексных соединений.
Задание:получить комплексные соединения меди, ртути, серебра; проделать окислительно-восстановительные реакции и реакции обмена с участием комплексных соединений. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.
Теоретическое введение
Соединения, в состав которых входят комплексные ионы, способные существовать как в кристаллах, так и в растворах, называются комплексными. Комплексные соединения могут быть получены при взаимодействии нейтральных молекул:
Fe(CN)3 + 3KCN = K3[Fe(CN)6]; BF3 + KF = K[BF4].
В молекуле комплексного соединения один атом или ион, обычно положительно заряженный, занимает центральное место и называется комплексообразователем. В непосредственной близости к нему расположены или координированы противоположно заряженные ионы или нейтральные молекулы, называемые лигандами. Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения. Число лигандов, расположенных вокруг комплексообразователя, называется координационным числом.Чаще всего координационное число равно 6, 4 и 2. В формулах комплексных соединений внутреннюю сферу обозначают квадратными скобками. Все остальные ионы, не вошедшие во внутреннюю сферу, составляют внешнюю сферу.
При растворении в воде комплексные электролиты диссоциируют на внутреннюю и внешнюю сферу: [Ag(NH3)2]Cl ↔ [Ag(NH3)2]+ + Cl‾. Наряду с этим происходит и другой процесс, хотя в значительно меньшей степени:
[Ag(NH3)2]+ ↔ Ag+ + 2NH3. Здесь диссоциация протекает обратимо и равновесие резко сдвинуто влево. Константа диссоциации комплексного иона
называется константой нестойкости (Кн). Она характеризует устойчивость комплекса. Чем меньше константа нестойкости, тем прочнее комплексный ион в растворе.
Выполнение работы
Опыт 1. Получение комплексной соли меди
Налить в пробирку 1–2 мл раствора сульфата меди CuSO4 и по каплям прибавить раствор аммиака NH4OH. Наблюдать образование осадка основной соли меди (CuOH)2SO4. Отметить цвет осадка. Прилить избыток раствора аммиака. Получается раствор, содержащий комплексный ион [Cu(NH3)4]2+. Отметить цвет раствора.
Требования к результатам опыта
1. Написать уравнение реакции образование основной соли (CuOH)2SO4.
2. Составить уравнение реакции получения комплексной соли меди.
Опыт 2. Получение комплексной соли ртути
Налить в пробирку 1–2 мл раствора нитрата ртути Hg(NO3)2 и добавить по каплям раствор иодида калия KI до появления ярко оранжевого осадка HgI2. Слить с осадка жидкость. К осадку добавить раствор KI. Осадок растворяется с образованием комплексного иона [HgI4]2−.
Требования к результатам опыта
1. Написать уравнение реакции образования иодида ртути.
2. Составить уравнение реакции получения комплексного соединения ртути.
Опыт 3. Получение комплексной соли серебра
Налить в пробирку 1–2 мл раствора AgNO3 и добавить такой же объем раствора хлорида натрия NaCl. Отметить цвет осадка. Слить с образовавшегося осадка жидкость. К осадку добавить раствор аммиака NH4OH. Наблюдать растворение осадка хлорида серебра. Раствор сохранить для следующего опыта.
Требования к результатам опыта
1. Написать уравнение реакции взаимодействия AgNO3 и NaCl.
2. Составить уравнение реакции образования [Ag(NH3)2]Cl.
Опыт 4. Разрушение комплексных соединений
К раствору комплексной соли серебра, полученной в предыдущем опыте, прибавить несколько капель концентрированной азотной кислоты до кислой реакции. Наблюдать выпадение белого осадка хлорида серебра
Требование к результату опыта
1. Закончить уравнение реакции [Ag(NH3)2]Cl + НNO3 → ….
2. Объяснить разрушение комплексного иона.
Опыт 5. Комплексные соединения в реакциях обмена
· Налить в пробирку 1–2 мл раствора гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] и добавить несколько капель раствора сульфата железа (II) FeSO4. Наблюдать образование осадка гексацианоферрата (III) железа (II) калия KFe[Fe(CN)6] синего цвета, получившего название турнбулевой сини.
· Налить в пробирку 1–2 мл раствора гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] и добавить несколько капель раствора хлорида железа (III) FeCl3. Наблюдать образование осадка гексацианоферрата (II) железа (III) калия KFe[Fe(CN)6] синего цвета, называемого берлинской лазурью.
Требование к результатам опыта
Написать молекулярные и ионные уравнения реакций образования осадков гексацианоферрата (III) железа (II) калия и гексацианоферрата (II) железа (III) калия.
Опыт 6. Комплексные соединения в реакциях окисления-восстановления
· Смешать в пробирке по 1–2 мл растворов пероксида водорода H2O2 и разбавленного раствора щелочи, прилить несколько капель K3[Fe(CN)6]. Какой газ выделяется (испытать тлеющей лучинкой)?
· К подкисленному раствору перманганата калия KMnO4 прибавить 1–2 мл раствора гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6]. Наблюдать обесцвечивание раствора.
Требование к результатам опыта
Закончить уравнения реакций:
K3[Fe(CN)6] + Н2О2 + КОН = …;
K4[Fe(CN)6] + KMnO4 + Н2SO4 = …
В каждой реакции указать окислитель и восстановитель.
Примеры решения задач
Пример 15.1. Определить заряд комплексного иона, координационное число комплексообразователя (к.ч.) и степень окисления комплексообразователя в соединениях: а) [Cr(H2O)4Cl2]Cl, б) K3[Fe(CN)6], в) [Cu(NH3)4]SO4.
Решение. Заряд комплексного иона равен заряду внешней сферы, но противоположен ему по знаку. Координационное число комплексообразователя равно числу лигандов, координирующихся вокруг него. Степень окисления комплексообразователя определяется так же, как степень окисления атома в любом соединении, исходя из того, что сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. Заряды нейтральных молекул (Н2О, NH3) равны нулю. Заряды кислотных остатков определяют из формул соответствующих кислот. Отсюда: заряд иона а) +1, б) −3, в) +2; координационное число а) 6, б) 6, в) 4;
степень окисления а) +3, б) +3, в) +2
Пример 15.2.Назвать комплексные соли: [Cu(NH3)4]SO4, [Co(Н2О)4(NO2)2]Cl, K4[Fe(CN)6], Na2[Pt(OH)5Cl], [Pt(NH3)2Cl2], [Cu(NH3)2(SCN)2].
Решение. При составлении названия комплексного соединения первым в именительном падеже называется анион, в потом в родительном – катион, независимо, который из них является комплексным.
1. Соль содержит комплексный катион. Название комплексного катиона составляют следующим образом: сначала указывают числа (ди, три, тетра, пента, гекса и т.д.) и названия отрицательно заряженных лигандов с окончанием «о» (Cl‾ –хлоро, SO42− – сульфато, ОН− – гидроксо, CN‾ – циано. SCN− – родано, NO2− – нитро и т.п.); затем указывают числа и названия нейтральных лигандов, причем вода называется аква, аммиак – аммин; последним называют комплексообразователь, указывая его степень окисления (в скобках римскими цифрами после названия комплексообразователя). Например, [Cu(NH3)4]SO4 – сульфат тетраамминмеди (II); [Co(Н2О)4(NO2)2]Cl – хлорид динитротетрааквакобальта (III).
2. Соль содержит комплексный анион. Название комплексного аниона составляют аналогично названию катиона и заканчивают суффиксом «ат». Например, K4[Fe(CN)6] − гексацианоферрат (II) калия; Na2[Pt(OH)5Cl] – хлоропентагидроксоплатинат (IV) натрия.
3. Наименование нейтральных комплексов образуют так же, как и катионов, но комплексообразователь называют в именительном падеже, а его степень окисления не указывают. Например, [Pt(NH3)2Cl2] – дихлородиамминплатина; [Cu(NH3)2(SCN)2] – дироданодиамминмеди.