Название: лабораторные работы по химии (Л.А. Стениловская,В.Н. ПаутовГ.К. Лупенко,)

Жанр: Химия

Просмотров: 1493


3. комплексные соединения

 

Цель работы

 

Изучение строения и свойств комплексных соединений.

 

Теоретическое введение

 

Комплексные соединения характеризуются наличием ковалентной связи, возникающей по донорно-акцепторному механизму.

Механизм образования ковалентной связи за счет неподеленной пары электронов одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора) называется донорно-акцепторным.

Строение комплексных соединений рассмотрим на примере [Ag(NH3)2]Cl.    [Ag(NH3)2]+ – внутренняя сфера (обычно заключена в квадратные скобки); Cl- – внешняя сфера.

Состав внутренней сферы: Ag+ – центральный ион, называемый комплексообразователем, молекулы NH3 – лиганды. Число присоединившихся к комплексообразователю лигандов называют координационным числом комплексообразователя. В соединении [Ag(NH3)2]Cl ион Ag+ имеет координационное число, равное 2.

Заряд комплексного иона вычисляют как алгебраическую сумму зарядов комплексообразователя и всех лигандов. В данном примере: +1+2.(0) = +1.

Рассмотрим виды связей в комплексном соединении [Ag(NH3)2]Cl. Для этого напишем электронные формулы элементов и подчеркнем валентные электроны:

 

¯

 

¯

 
Но 1s1

 

No 1s2 2s2 2p3

¯­

 
  

 

Ago 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s1 5po

 

Ag+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5so 5po

 

В молекуле аммиака NH3 между атомами азота и атомами водорода существует обычная ковалентная связь, образованная 1s электронами атома водорода и 2p электронами атома азота (обменный механизм).

У атома азота есть неподеленная пара 2s2 электронов. Азот предоставляет эту пару электронов иону серебра на свободные орбитали 5s и 5p. Между ионом Ag+ и молекулами NH3 образуется ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму. Ag+ – акцептор электронов, азот в NH3 – донор.

Типы связей в комплексном соединении [Ag(NH3)2]Cl.

 

│          Н                Н         │           Условные обозначения:

│         •х                •х         │                  • –  электроны азота

│Н х • N  •• Ag+ •• N • х Н | D о Cl        х – электроны водорода

│         •х                •х         │                  о – электрон хлора

│          Н                Н         │                  D – электрон серебра

 

х •   ковалентная        ••  донорно-акцепторная            D о  ионная

 связь                         связь                                               связь

 

Комплексные соединения хорошо диссоциируют на внешнюю и внутреннюю сферы комплекса: [Ag(NH3)2]Cl ® [Ag(NH3)2]+ + Cl-.

Такая диссоциация протекает полностью и называется первичной.

Комплексные ионы являются слабыми электролитами, т. е. диссоциируют лишь в незначительной степени (вторичная диссоциация):

Ag(NH3)2+ ↔ Ag+ + 2 NH3 .

Применяя закон действующих масс к обратимым процессам, получим выражения для константы равновесия диссоциации комплексного иона

Кн = [Ag+].[ NH3]2/[[Ag(NH3)2]+] .

Константа равновесия диссоциации комплексных ионов называется константой нестойкости (Кн). Величина Кн  характеризует устойчивость комплексного иона. Чем больше Кн, тем менее прочен комплексный ион.

Непрочные (неустойчивые) комплексные ионы можно разрушить добавлением воды, так как при разбавлении увеличивается степень диссоциации. Например, ион [Co(CNS)4]2-  неустойчив, Кн = 1,0.10-3, и при добавлении воды наблюдается переход фиолетовой окраски раствора, характерной для ионов [Co(CNS)4]2-, в розовую, характерную для иона Со2+.

Устойчивые комплексные ионы можно разрушить, выводя из сферы реакции ионы или молекулы, образующиеся при диссоциации комплексного иона.

В качестве примера рассмотрим разрушение комплексного иона [Ag(NH3)2]+ азотной кислотой НNО3. Ион [Ag(NH3)2]+ диссоциирует:

[Ag(NH3)2]+ ↔ Ag+ + 2 NH3 (Кн = 6,8.10-8).

При добавлении НNО3  ион Н+ выводит из сферы реакции молекулу аммиака, связывая ее в более прочный комплексный ион аммония:

NН3  + Н+ ↔ NH4+,   Кн = 8,3.10-10 .

 

В результате равновесие диссоциации  [Ag(NH3)2]+  смещается вправо, концентрация Ag+ увеличивается и становится достаточной для образования осадка AgСl:

 

[Ag(NH3)2]Cl + 2 НNО3 = AgCl¯ + 2 NH4NО3.

В отличие от комплексных соединений, соединения с малоустойчивой внутренней сферой называют двойными солями. Их формулы записывают без квадратных скобок, как соединения молекул:

(NH4)2SO4.Fe2(SO4)3;  К2SO4.Al2(SO4)3.

 

В растворах двойные соли диссоциируют практически полностью.

 

Экспериментальная часть

 

Опыт 1.  Получение комплексного катиона [Cu(NН3)4]2+

 

На часовое стекло поместите капли раствора меди сульфата и добавьте 1…2 капли раствора NaOH. К полученному осадку прибавьте 2…5 капель 25 \%-го раствора NH4ОН до растворения осадка. Отметьте качественные признаки реакции. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакции образования меди дигидроксида и взаимодействия его с избытком аммиака. Объясни-те состав комплексного соединения, указав его внешнюю и внутреннюю сферы, комплексообразователь, лиганды, координационное число. Укажите типы связей в комплексном соединении и объясните образование ковалентной связи по донорно-акцеп-торному механизму на основании электронных формул атомов Cu и N.

 

Опыт 2.  Диссоциация комплексного соединения и двойной соли

 

2.1. Качественные реакции на железо (3+) и калий (+)

 

А. Открытие железа (3+) иона. В пробирку внесите 2…3 капли раствора железа трихлорида и добавьте такое же количество раствора аммония роданида. Наблюдайте характерную реакцию на железо (3+) ион. Отметьте качественный признак реакции и запишите уравнение в молекулярном и ионном виде.

Б. Открытие калий (+) иона. В пробирку внесите 2…3 капли раствора калия хлорида и добавьте несколько кристаллов Na3[Co(NO2)6]. Образование ярко-желтого осадка К2Na[Co(NO2)6] указывает на присутствие в растворе калия иона:

 

2KCl + Na3[Co(NO2)6] = К2Na[Co(NO2)6] ¯ + 2 NaCl

2К+ + Na+ + [Co(NO2)6]3- = К2Na[Co(NO2)6] .

 

В отчете отметьте качественный признак реакции и запишите уравнение в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

 

2.2. Диссоциация комплексного соединения К3[Fe(CN)6]

 

В две пробирки внесите по 2…3 капли раствора К3[Fe(CN)6]. В одну пробирку добавьте столько же капель раствора NH4CNS, а в другую – несколько кристаллов Na3[Co(NO2)6]. Что наблюдается? Какие ионы обнаружены в растворе К3[Fe(CN)6]? Напишите уравнение электролитической диссоциации К3[Fe(CN)6].

 

2.3. Диссоциация двойной соли (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3

 

В пробирке приготовьте раствор железоаммонийных квасцов (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3, внеся 6…8 капель воды и один микрошпатель соли. К полученному раствору добавьте 2…3 капли раствора аммония роданида. Какие ионы будут обнаружены в растворе? Составьте уравнение диссоциации (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3. Чем отличается диссоциация двойной соли от диссоциации комплексной соли?

 

Опыт 3.  Исследование устойчивости

комплексных ионов

 

3.1. Разрушение комплексного иона [Co(СNS)4]2-

 

На часовое стекло поместите 1…2 капли кобальта дихлорида и добавьте микрошпатель соли аммония роданида NH4СNS. Раствор окрашивается в синий цвет, свойственный ионам [Co(СNS)4]2-. Составьте молекулярное и ионное уравнения реакции. К раствору комплексной соли добавьте (по каплям) воду и наблюдайте изменение окраски. Объясните, почему и как меняется окраска раствора при разбавлении водой. Напишите уравнение диссоциации комплексного иона. Как смещается равновесие диссоциации комплексного иона при добавлении воды? Напишите выражение для константы нестойкости [Co(СNS)4]2- и приведите ее численное значение. Устойчив ли комплексный ион [Co(СNS)4]2- ?

3.2. Разрушение комплексного иона [Ag(NH3)2]+

 

В пробирку поместите 5…6 капель раствора серебра нитрата и столько же натрия хлорида. Наблюдайте выпадение осадка. Осадок растворите, добавляя по каплям 25 \%-й раствор аммиака. Растворение осадка – признак образования комплексного иона [Ag(NH3)2]+. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций. Раствор разделите на две части. К одной прибавьте 1…2 капли воды, к другой – 1…2 капли НNО3.

В какой пробирке выпадает осадок AgСl? Разрушается ли комплексный ион [Ag(NH3)2]+ при разбавлении водой?

Составьте уравнение диссоциации [Ag(NH3)2]Сl и комплексного иона [Ag(NH3)2]+. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакции аммиака NH3 с азотной кислотой. Какой комплексный ион при этом образуется? Как отразится образование этого иона на равновесии диссоциации [Ag(NH3)2]+? Почему выпадает осадок AgСl? Составьте молекулярное и ионное уравнения реакций взаимодействия [Ag(NH3)2]Сl с азотной кислотой. Приведите выражение для константы нестойкости иона [Ag(NH3)2]+ и ее численное значение. Сделайте вывод, какой комплексный ион – [Co(СNS)4]2 или [Ag(NH3)2]+ – устойчивее.