Опыт 16. Восстановление Fe (III) в Fe (II).
А. В пробирку с 3−4 каплями раствора хлорида железа (III) прилить 3−4 капли сероводородной воды (или по 3−4 капли 2 н. серной кислоты и раствора сульфида натрия). Объяснить помутнение раствора.
Б. В пробирку с 3−5 каплями раствора хлорида железа (III) добавить 2−3 капли раствора иодида калия. Объяснить изменение окраски раствора.
В обоих опытах доказать присутствие ионов Fe2+ с помощью качественной реакции по образованию ярко-синего осадка берлинской лазури с гексацианоферратом (III) калия.
Протокол лабораторной работы
По каждому опыту записать используемые при проведении эксперимента реактивы и результаты проведения реакций: образование осадка, выделение газа, изменение цвета раствора и т.д.
Содержание отчета по лабораторной работе
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Уравнения реакций в молекулярной и ионной форме, уравненные методом полуреакций или методом баланса электронов (по указанию преподавателя) и результаты проведения реакций.
Лабораторная работа № 10. Исследование комплексных соединений
Цель работы: познакомиться с методами получения комплексных соединений и их свойствами.
Общие сведения
Комплексными называют соединения, в структуре которых можно выделить центральный атом – акцептор электронов, находящийся в донорно-акцепторной связи с определенным числом доноров-лигандов. Лигандами могут быть как ионы, так и нейтральные молекулы. Центральный атом и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения, которую при записи формулы выделяют квадратными скобками. Внутренняя сфера часто имеет заряд, который компенсируют противоположно заряженные ионы, располагающиеся во внешней сфере. Внешнесферные ионы не имеют связей с центральным атомом, а образуют ионные связи с комплексными ионами. Поэтому в полярных растворителях комплексные соединения диссоциируют на комплексный и внешнесферный ионы, например:
K3[Fe(CN)6] = 3K+ + [Fe(CN)6]3-;
[Co(NH3)4(SO4)]Cl = [Co(NH3)4(SO4)]+ + Cl-.
В первом случае в растворе практически отсутствуют цианид-ионы, поэтому соединение не относится к сильнодействующим ядам. Второе соединение будет давать в растворе качественную реакцию на хлорид-ион (образование осадка AgCl) и не будет давать осадок BaSO4 с растворами солей бария.
Первое соединение является анионным комплексом, поскольку содержит в своей структуре и образует при диссоциации в растворе комплексные анионы. Второе соединение является катионным комплексом. Существуют и нейтральные комплексы, у которых внутренняя сфера не имеет заряда, соответственно, внешняя сфера отсутствует, например: [Pt(NH3)2Cl2].
При записи формулы комплексного соединения его составные части располагают в порядке возрастания электроотрицательности. На первом месте помещают внешнесферные катионы, затем центральный атом, далее нейтральные лиганды, лиганды-анионы и в конце формулы записывают внешнесферные анионы. Читают формулу в английском языке слева направо, но в русском – справа налево. При этом название внутренней сферы произносят в одно слово, используя соединительную гласную «о», название комплексного аниона заканчивают суффиксом «-ат-». Молекулы воды в качестве лигандов обозначают приставкой «аква-», а молекулы аммиака – приставкой «аммино-». Степень окисления центрального атома при записи названия комплекса указывают римской цифрой в круглых скобках, заряды ионов – арабскими цифрами. Например, первое из приведенных выше комплексных соединений мы назовем: гексацианоферрат (III) калия, второе – хлорид сульфатотетраамминокобальта (III), третье – дихлородиамминоплатина (II).
Число связей, образуемых лигандом с центральным атомом, называют дентатностью лиганда. Например, CN-, NH3 – монодентатные лиганды, а сульфат-ион – бидентатный лиганд. Число связей, образуемых центральным атомом с лигандами, называют координационным числом. Если лиганды монодентатные, координационное число равно числу лигандов, например, координационное число железа в K3[Fe(CN)6] равно 6, координационное число платины в [Pt(NH3)2Cl2] равно 4. Однако в [Co(NH3)4(SO4)]Cl лигандов пять, а координационное число кобальта равно 6, поскольку сульфат-ион бидентатен.
Контрольные вопросы
1. Какие соединения называются координационными или комплексными?
2. Каковы основные структурные единицы комплексного соединения?
3. Каков тип связи во внутренней сфере комплексного соединения?
4. Что такое координационное число?
5. Как оценить дентатность лиганда?
6. Как диссоциируют комплексные соединения?
7. Как протекает диссоциация координационной части комплексного соединения?
Оборудование и реактивы
В штативе: хлорид калия, хлорид натрия, сульфат никеля, гидроксид аммония, сульфат меди, хлорид бария, хлорид кадмия, гидроксид натрия (калия), иодид калия, нитрат висмута (III), сульфат кобальта, сульфат цинка, хлорид железа (III), роданид аммония (калия), оксалат аммония, перманганат калия. В вытяжном шкафу: гидроксид аммония – концентрированный раствор, азотная кислота 2 н. раствор, гидроксид натрия (калия) – 6 н. раствор, соляная кислота – раствор концентрацией 15 %, соляная кислота – 2 н. раствор, серная кислота – 2 н. раствор. Получать в лаборантской: пробирки – 5 шт.; нитрат серебра, нитрат ртути (II), гесацианоферрат (II) калия, гесацианоферрат (III) калия, сульфат железа (II), гесанитрокобальтат (III) натрия, хлорид хрома (III) – растворы концентрацией 5 %; бромид калия – насыщенный раствор; бензол; олово металлическое; цинк металлический.
Выполнение работы
Образование комплексных соединений
Опыт 1. Образование и разрушение амминокомплекса серебра. Налить в пробирку 3−4 капли раствора нитрата серебра, добавить столько же раствора хлорида натрия (или хлорида калия). Отметить выпадение осадка хлорида серебра. Затем в вытяжном шкафу добавить в пробирку 3−5 капель концентрированного раствора аммиака и несколько раз встряхнуть. Осадок должен раствориться вследствие образования амминокомплекса серебра. Подкислить раствор аммиаката серебра азотной кислотой. Должен образоваться осадок хлорида серебра.
Опыт 2. Получение амминокомплекса никеля. Налить в пробирку 3−4 капли раствора сульфата никеля. Добавить каплю разбавленного раствора аммиака, который находится в штативе с реактивами. В пробирке образуется студенистый осадок сульфата гидроксоникеля. Добавить в вытяжном шкафу 4−10 капель концентрированного раствора аммиака до полного растворения осадка. Обратите внимание на окраску раствора, обусловленную образованием в растворе катиона гексаамминоникеля (2+). К полученному раствору добавить 1 мл насыщенного раствора бромида натрия (или бромида калия). Должен выпасть осадок бромида гексаамминоникеля. Запишите уравнения всех реакций в молекулярной и ионной формах.
Опыт 3. Образование и реакции амминокомплекса меди.
Поместить в две пробирки по 10 капель раствора сульфата меди. В первую пробирку добавить 2 капли раствора соли бария. На присутствие какого иона указывает выпавший осадок? Во вторую пробирку внести кусочек гранулированного олова и наблюдать выделение на его поверхности красноватого налета меди.
Получить комплексное соединение меди, для чего поместить в пробирку несколько капель раствора сульфата меди и по каплям добавлять концентрированный раствор аммиака. Наблюдать растворение выпавшего вначале осадка основного сульфата меди и изменение цвета раствора при образовании комплексного сульфата тетраамминомеди (II).
Полученный раствор разделить в две пробирки и провести те же два опыта, которые были проделаны с раствором медного купороса. Выпадает ли осадок при добавлении хлорида бария? Выделяется ли медь на грануле олова? Написать уравнения всех проведенных реакций. Есть ли различие в поведении сульфата меди и комплексной соли по отношению к каждому добавленному реактиву?
Учитывая, что данные по мольной электропроводности раствора комплексного соединения указывают на диссоциацию его на 2 иона, написать его формулу и уравнение электролитической диссоциации.
Опыт 4. Получение комплексного основания кадмия. Получить в пробирке осадок гидроксида кадмия, добавляя к раствору его соли равный объем раствора едкого натра. На полученный гидроксид подействовать концентрированным раствором аммиака до полного растворения осадка.
Написать уравнения реакций получения гидроксида тетраамминкадмия и его электролитической диссоциации. Какое основание является более сильным электролитом: гидроксид кадмия или его комплексное основание? Ответ обосновать.
Опыт 5. Получение тетраиодовисмутата калия. В пробирку к 3–4 каплям раствора нитрата висмута прибавлять по каплям раствор иодида калия до выпадения темно-бурого осадка иодида висмута. Растворить этот осадок в избытке раствора иодида калия. Каков цвет полученного раствора? Может ли эта окраска обусловливаться присутствием ионов K+, I–, Bi3+? Какой из этих ионов может быть комплексообразователем? С какими лигандами он мог образовать в данном растворе сложный ион? Ответ мотивировать.
Опыт 6. Получение комплексного йодида ртути. Налить в пробирку 3−4 капли раствора нитрата ртути (II) и добавить 1−2 капли раствора иодида калия. Отметить цвет образующегося осадка дииодида ртути. В пробирку по каплям добавить избыток раствора иодида калия до полного растворения полученного осадка, которое обусловлено образованием в растворе комплексных анионов тетрайодомеркурата. Каков цвет полученного раствора? Может ли эта окраска обусловливаться присутствием ионов K+, I–, Hg2+? Какой из этих ионов может быть комплексообразователем? С какими лигандами он мог образовать в данном растворе сложный ион?
Этот анион можно выделить в осадок ионами серебра: в пробирку добавить 1-2 капли раствора нитрата серебра. Отметить цвет осадка и записать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.
Примечание: соли ртути ядовиты. Поэтому опыт проводить осторожно и затем тщательно вымыть руки.
Опыт 7. Образование гидроксокомплекса цинка.В пробирку налить 3−4 капли раствора сульфата цинка и добавить по каплям раствор гидроксида натрия, находящийся в штативе с реактивами, до выпадения осадка гидроксида цинка. Затем в вытяжном шкафу добавить по каплям 6 н. раствор едкого натра до полного растворения осадка вследствие образования комплексного аниона тетрагидроксоцинка (2−). Какое свойство гидроксида цинка иллюстрирует данный опыт? Составить уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.
Опыт 8. Внутрикомплексные соединения. В 3 пробирки внести по 3 капли раствора хлорида железа (III). Одну оставить в качестве контрольной. В две другие добавить по 3 капли раствора щелочи. К образовавшемуся осадку в одну из них добавить 12 – 15 капель 2 н. щавелевой кислоты, в другую – столько же 2 н. лимонной кислоты СН2(СООН)–С(ОН)СООН–СН2(СООН). В обе пробирки и в контрольную внести 1 – 2 капли раствора роданида калия или аммония, который образует с ионами Fe3+ ярко окрашенный роданид железа Fe(SCN)3. Во всех ли пробирках наблюдается окрашивание?
При растворении гидроксида железа (III) в щавелевой и лимонной кислотах образуются внутрикомплексные соединения, в которых карбоксильные группы кислот присоединяются к комплексообразователю. Для щавелевокислого комплекса формула имеет вид:
Моно- или полидентатным лигандом является остаток щавелевой кислоты? Написать аналогично формулу лимоннокислого (цитратного) комплекса. Обратить внимание на особую прочность внутрикомплексных соединений.