Работа 5. Комплексные соединения

Комплексные (координационные) соединения относятся к соединениям высшего порядка. В их состав входит особая группировка частиц, называемая комплексным ионом или комплексом. Центральный ион (атом) комплекса на­зывается комплексообразователем (КО – ядро комплекса). В непосредственной близи около него координируются лиганды (L – ионы противоположного знака или полярные молекулы), образуя правильную геометрическую структуру. Комплекс, содержащий один центральный ион, называется одноядерным. Ковалентная химическая связь между лигандами и комплексообразователем в большинстве случаев реализуется по донорно-акцепторному механизму взаимодействия: КО – акцептор электронной пары, L – донор электронной пары. Такие связи называются координационными. Комплекс является внутренней сферой комплексного соединения. Положительный или отрицательный заряд комплексного иона компенсируется противоположными зарядами ионов внешней сферы. Комплексы могут быть электронейтральны и не иметь внешней сферы, например, карбонилы. Комплексы сохраняют относительную стабильность при различных физико-химических превращениях вещества, в частности, при растворении и диссоциации комплексных соединений в воде.

В данной работе рассматриваются реакции комплексообразования в водной среде, сопровождающиеся образованием одноядерных комплексов комплексообразователей Meⁿ⁺ с неорганическими лигандами (анионами кислот, гидроксильными группами, молекулами аммиака).

Одним из признаков комплексообразования является растворение первоначально выпавшего осадка в избытке осадителя..

Задание 1. Соединения с комплексными анионами

Задание 1.1. Получение тетраиодомеркурата (II) калия

В пробирку внесите 1 каплю раствора соли ртути (II) и 2-3 капли иодида калия KI. Наблюдайте образование осадка иодида ртути. Отметьте цвет осадка. Продолжайте добавлять по каплям раствор иодида калия, тщательно перемешивая содержимое пробирки, до полного растворения осадка.

Напишите уравнения реакций осаждения иодида ртути и его растворения с образованием наиболее устойчивого иодидного комплекса ртути (II) [4]. Напишите уравнение процесса ионизации комплексного соединения, выражение константы нестойкости K_1-4 комплексного иона и укажите ее значение [4].

Задание 1.2. Получение комплексных соединений Ag(I), Hg(II), Bi(III)

Напишите формулу одного из комплексных соединений, перечисленных ниже, и получите в пробирке раствор данного соединения:

а) дироданоаргентат аммония (лиганды – роданид-ионы CNS^-);

б) гексаиодовисмутат (III) калия;

в) тетрароданомеркурат (II) аммония (лиганды – роданид-ионы CNS^-);

г) дисульфитоаргентат натрия (лиганды – сульфит-ионы SO₃^2-).

В пробирку поместите 1 см³ раствора соли соответствующего металла (комплексообразователя) и по каплям добавляйте реагент, содержащий нужный лиганд, до образования осадка. Отметьте его цвет. Растворите осадок, добавляя по каплям тот же реагент-осадитель. Запишите цвет раствора полученного комплекса.

Напишите уравнения реакций осаждения и растворения осадка в избытке реагента-осадителя с образованием комплексного соединения.

Рассчитайте концентрацию всех ионов в 0,1 М растворе этого соединения.

Задание 1.3. Получение гидроксокомплексов

Растворение амфотерных гидроксидов в щелочах – это процесс образования гидроксокомплексов [Me(OH)_n]^q-.

В пробирку внесите 1-2 капли раствора соли: а) Zn (II); б) Al (III); в) Cr (III); г) Be (II); д) Pb (II). Добавляйте по каплям разбавленный раствор аммиака до образования осадка гидроксида металла. Отметьте цвет осадка. В пробирку с осадком добавляйте по каплям 4 М раствор щелочи, тщательно перемешивая раствор после каждой капли, до полного растворения осадка гидроксида.

Напишите уравнения реакций образования гидроксида и его растворения в щелочи. В уравнении реакции комплексообразования запишите наиболее устойчивый гидроксокомплекс металла, характеризующийся наибольшим значением константы устойчивости b_n [4].

Задание 2. Соединения с комплексными катионами.

Аммиачные комплексы

В пробирку внесите 1-2 капли раствора соли: а) Cu (II); б) Zn (II); в) Ni (II). Добавьте по каплям разбавленный раствор аммиака, перемешивая раствор после каждой капли, и наблюдайте образование осадка гидроксида. Отметьте цвет осадка. В пробирку с осадком добавляйте по каплям концентрированный раствор аммиака до полного растворения осадка вследствие образования аммиачных комплексов [Me(NH₃)_n]^q+. Отметьте цвет раствора.

Напишите уравнения реакций осаждения гидроксида и растворения его при добавлении избытка раствора аммиака. В уравнении реакции запишите наиболее устойчивый комплексный ион, характеризующийся наибольшим значением константы устойчивости b_n [4]. Сформулируйте условия, необходимые для получения комплексных катионов.

Задание 3. Разрушение комплексных ионов

В две пробирки внесите по 2-3 капли раствора соли Cu (II). В одну пробирку добавьте несколько капель раствора сульфида натрия Na₂S, в другую – оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄. Наблюдайте образование осадков в обеих пробирках. Отметьте их цвет.

Напишите уравнения реакций. Выпишите из справочника значения ПР для сульфида и оксалата меди (II). Какой из этих осадков имеет меньшую растворимость?

В двух других пробирках приготовьте раствор аммиаката меди: внесите по 2‑3 капли раствора соли меди (II) и по каплям добавьте концентрированный раствор аммиака до полного растворения выпавшего вначале осадка гидроксида меди. Образующиеся комплексные ионы [Cu(NH₃)₄]²⁺ окрашивают раствор в насыщенный сине-фиолетовый цвет. В одну пробирку добавьте сульфид натрия, в другую – оксалат аммония.

В какой пробирке появился осадок и, следовательно, произошло разрушение аммиаката меди? Почему не образовался осадок в другой пробирке? Сравните значения ПР оксалата и сульфида меди (II) с константой нестойскости аммиаката меди и объясните наблюдаемые явления. Напишите уравнения реакций образования аммиаката меди и его разрушения.

Задание 4. Разделение ионов в растворе с использованием реакций

комплексообразования

Для проведения опыта используйте модельные смеси двух солей металлов:

а) Fe(III) и Cu(II); б) Fe(III) и Ni(II); в) Fe(III) и Cr(III).

Операцию разделения катионов металлов можно провести, используя растворы аммиака или щелочи. Ионы железа (III) образуют гидроксид, который не растворяется в избытке растворов аммиака или щелочи. Катионы меди, никеля, хрома образуют гидроксиды, способные растворяться либо в избытке аммиака, либо в избытке щелочи с образованием аммиакатов или гидроксокомплексов (см. задания 1 и 2, справочник [4]). После добавления к смеси избыточного количества реагента, подходящего для разделения, образуется две фазы (осадок и раствор), каждая из которых содержит соединение только одного металла. Фазы разделяют фильтрованием.

В пробирку внесите 1 см³ раствора, содержащего смесь ионов. Выберите реагент для разделения – концентрированный раствор аммиака или 4 М раствор щелочи. Добавляйте реагент по каплям, тщательно перемешивая раствор, и наблюдайте образование осадков гидроксидов. Прилейте избыток реагента 0,5‑1 см³ и нагрейте содержимое пробирки для коагуляции осадка гидроксида железа. Разделите фазы фильтрованием, используя воронку и фильтровальную бумагу. Отметьте цвет осадка и фильтрата. Напишите уравнения всех реакций.

Таблица 4

Индивидуальные задания к лабораторной работе 5