Методическое обеспечение: Макарова Л.Н. Редактор: Гордеева

Методическое обеспечение: Макарова Л.Н.
Редактор: Гордеева Ю.В.
3D графика: Дубин А.Н.
Script программирование: Лопаткин И.А.
Управление проектами: Сергиенко Е.В.
Лабораторная работа
Тема: Комплексные соединения
Раздел: «Растворы»
1. ВВЕДЕНИЕ
Цель работы: 1) экспериментально ознакомиться с методами
получения комплексных соединений; 2) изучить химические свойства
комплексных соединений.
2. ТЕОРИЯ
Комплексными соединениями называются такие соединения, в
узлах кристаллической решетки которых находятся комплексные ионы,
способные к самостоятельному существованию в растворе и расплаве.
Центральное место в комплексном соединении занимает
комплексообразователь - обычно положительно заряженный ион
металла. Вокруг него координированы (расположены) лиганды нейтральные молекулы (Н2О, NН3, СО, NО и др.) и отрицательно
заряженные ионы (OH–, CN–, NO2–, CO32– и др.). Число координированных
лигандов
характеризуется
координационным
числом
комплексообразователя. Комплексообразователь и лиганды образуют
внутреннюю сферу комплексного соединения, которую при написании
химических формул комплексных соединений выделяют, заключая в
квадратные скобки. За пределами внутренней сферы комплексного
соединения находится его внешняя сфера. Она может представлять собой
положительно заряженные ионы (если внутренняя сфера заряжена
отрицательно) или отрицательно заряженные ионы (если комплексный
ион заряжен положительно). В случае незаряженной внутренней сферы
внешняя сфера отсутствует.
Например, структура комплексных соединений:
Комплексное
соединение
[Ag(NH3)2]Cl
K3[Fe(CN)6]
[PtCl4(NH3)2]
Комплексный ион
(внутренняя сфера)
[Ag(NH3)2]+
[Fe(CN)6]3[PtCl4(NH3)2]
Комплексообразователь
Ag+
Fe3+
Pt4+
К.Ч.
Лиганды
2
6
6
NH3
CNCl-, NH3
Внешняя
сфера
ClK+
-
Химическая
связь
в
комплексном
ионе
между
комплексообразователем и лигандами осуществляется по донорноакцепторному механизму, ионы же внешней сферы связаны с
комплексным ионом ионной связью. Поэтому в водных растворах
комплексные соединения диссоциируют по типу сильных электролитов на
комплексные ионы и ионы внешней сферы (первичная диссоциация):
[Ag(NH3)2]Cl = [Ag(NH3)2]+ + Cl 
K3[Fe(CN)6] = 3K+ + [Fe(CN)] 3
Диссоциация же комплексных ионов (вторичная диссоциация)
протекает в незначительной степени, обратимо по типу слабого
электролита и количественно характеризуется константой равновесия,
называемой константой нестойкости комплекса Кн. Например,
[Ag(NH3)2]+  Ag+ + 2NH3
[ Ag  ]  [ NH 3 ]2
Kн 
 9,3  10 8

[[ Ag ( NH 3 ) 2 ] ]
[Fe(CN)6]3-  Fe3+ + 6CNKн 
[ Fe 3 ]  [CN  ]6
3
[[ Fe(CN ) 6 ]
]
 1  10 31
Чем меньше константа нестойкости, тем более устойчив
комплексный ион.
С
помощью
качественных1
химических
реакций
обычно
обнаруживаются только ионы внешней сферы или комплексные ионы.
Соединения с малоустойчивой внутренней сферой называются
двойными солями. Обозначают их, в отличие от комплексных соединений,
как соединения молекул. Например:
(NH4)2SO4*FeSO4*6H2O – соль Мора; K2SO4*Al2(SO4)3*12H2O –
алюмокалиевые квасцы.
В отличие от комплексных соединений двойные соли в водных
растворах диссоциируют на все входящие в их состав ионы:
K2SO4*Al2(SO4)3 = 2К+ + 2Аl3+ + 4SO 24 .
Все образовавшиеся в растворе двойной соли ионы можно обнаружить
с помощью соответствующих качественных реакций.
Реакции в растворах комплексных соединений. Смещение
равновесия в обменных реакциях в растворах электролитов с участием
комплексных ионов определяется теми же правилами, что и в растворах
простых (некомплексных) электролитов, а именно: равновесие смещается в
направлении
возможно
более
полного
связывания
ионов
(комплексообразователя, лигандов, ионов внешней сферы), приводящего к
образованию нерастворимых, малорастворимых веществ или слабых
электролитов.
В связи с этим в растворах комплексных соединений возможны
реакции: 1) обмена ионов внешней сферы, при котором состав комплексного
иона остается постоянным; 2) внутрисферного обмена.
Первый тип реакции реализуется в тех случаях, когда это приводит к
образованию нерастворимых и малорастворимых соединений. Примером
может быть взаимодействие K4[Fe(CN)6] и K3[Fe(CN)6] соответственно с
катионами Fе3+ и Fе2+, которое дает осадок берлинской лазури Fe4[Fe(CN)6]3 и
турнбулевой сини Fe3[Fe(CN)6]2:
3[Fe(CN)6]4– + 4Fe3+ = Fe4[Fe(CN)6]3↓,
берлинская лазурь
3–
2+
2[Fe(CN)6] + 3Fe = Fe3[Fe(CN)6]2↓.
турнбулева синь
Реакции второго типа возможны в тех случаях, когда это приводит к
образованию более устойчивого комплекса, т.е. с меньшим значением Кн,
например:
[Ag(NН3)2]+ + 2S2O32–  [Ag(S2O3)2]3– + 2NН3.
Кн:
9,3·10-8
1·10–13
Качественной называют реакцию, сопровождающуюся изменением окраски, выпадением или
растворением осадка, или выделением газа. С ее помощью данная частица обнаруживается в присутствии
большого числа других частиц.
1
3. ОБОРУДОВАНИЕ
3.1 Активные клавиши
Рис. 3.1. Функции манипулятора
Левая клавиша мыши (ЛКМ) - при нажатии берется объект (пробирка,
палочка для перемешивания, капельница)
Средняя клавиша мыши (СКМ) - при прокрутке назад (на себя) сцена
отдаляется, при прокрутке вперед (от себя) сцена приближается.
Правая клавиша мыши (ПКМ) - при нажатии на объект происходит действие
(из капельницы капает вещество, палочка перемешивает вещество)
Движение мыши:
движение вправо - сцена движется вправо,
движение влево - сцена движется влево,
движение вверх - сцена движется вверх,
движение вниз - сцена движется вниз.
3.2 Лабораторное оборудование
Для проведения лабораторной работы необходимо следующее
оборудование:
 Опыт 1: 3 капельницы с надписью:
1. CuSO4
2. 2 н NH4OH
3. 25 % NH4OH
 Опыт 2: 3 капельницы с надписью:
1. K4[Fe(CN)6]
2. FeCl3
3. Na2S
 Штатив с пробирками
 Стаканчик с водой
 Стеклянная палочка для перемешивания реактивов (в стаканчике с
водой)
Справа находится кнопка вызова меню (рис. 3.2). В меню можно увидеть
кнопки переключения между опытами (кнопки «Опыт 1» и «Опыт 2»),
кнопки управления (перезапуск, выход), окна с подсказками к текущему
опыту в лабораторной работе (какие вещества нужно добавить в пробирку),
кнопку для вызова окна настроек (рис. 3.4), в котором можно включить
полноэкранный режим, настроить качество графики. Для выхода из
полноэкранного режима нажать клавишу ESC.
Рис. 3.2. Кнопка вызова меню
Рис. 3.3. Боковое меню
Рис. 3.4. Окно настроек
При наведении курсора мышки на капельницу с веществом в верхней
части экрана появляется надпись с названием вещества. На рис. 3.5. показан
пример отображения надписи при наведении курсора на капельницу с
надписью CuSO4.
Рис. 3.5. Отображение названия капельницы в верхней части экрана
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Цель работы: 1) экспериментально ознакомиться с методами
получения комплексных соединений; 2) изучить химические свойства
комплексных соединений.
Опыт № 1. Получение катионного комплекса. Получение
комплексного соединения меди с аммиаком
К 3-4 каплям раствора сульфата меди (II) прибавьте 2 капли 2
н.раствора NH4 OH. Наблюдайте выпадение зеленовато-голубоватого
осадка Cu(OH)2. К полученному осадку добавьте несколько капель 25%ного раствора аммиака до полного растворения осадка. Отметьте цвет
полученного раствора, обусловленный комплексным ионом меди.
Последовательность действий:
1. Берем пробирку (нажать на пробирку ЛКМ);
2. Берем капельницу с надписью CuSO4 (нажать на капельницу ЛКМ);
3. Капаем 4 капли CuSO4 в пробирку (нажимаем 4 раза ПКМ);
4. Отставляем капельницу с CuSO4 в сторону (ЛКМ);
5. Берем капельницу с надписью 2 н NH4OH (ЛКМ);
6. Капаем 2 капли 2 н NH4OH в пробирку с CuSO4 (2 нажатия ПКМ);
7. Отставляем капельницу с надписью 2 н NH4OH в сторону (ЛКМ);
8. Берем стеклянную палочку из стаканчика с водой (ЛКМ);
9. Перемешиваем содержимое пробирки (ПКМ) и убираем палочку в стакан
(ЛКМ);
10. Наблюдаем выпадение зеленовато-голубоватого осадка Cu(OH)2;
11. Берем капельницу с надписью NH4OH-конц. (ЛКМ);
12. К полученному осадку в пробирке добавляем 4 капли NH4OH-конц. (4
нажатия ПКМ);
13. Отставляем капельницу с надписью NH4OH-конц. в сторону (ЛКМ);
14. Берем стеклянную палочку (ЛКМ) и убираем палочку в стакан (ЛКМ);
15. Перемешиваем содержимое в пробирке (ПКМ);
16. Наблюдаем цвет полученного раствора.
Напишите: 1)молекулярные и ионно-молекулярные уравнения
реакций получения основания Cu(OH)2 и комплексного соединения с
координационным числом комплексообразователя, равным четырем; 2)
уравнения первичной и вторичной диссоциации комплексного соединения;
3) выражение константы нестойкости комплекса.
Сделайте вывод о методе получения катионного комплекса; назовите
полученное комплексное соединение и опишите его структуру по схеме:
Формула
комплексного
соединения
Внутренняя
сфера
(комплекс)
Комплексообразователь
К.Ч.
Опыт № 2. Диссоциация комплексной соли
Лиганды
Внешняя
сфера
Для проведения второго опыта нажать кнопку «Опыт 2» в боковом
меню.
Диссоциация гексацианоферрата (II) калия
Продукты диссоциации комплексной соли можно обнаружить с
помощью качественных реакций, для этого возьмите две пробирки, в
каждую из них внесите по несколько капель раствора комплексной соли
K4[Fe(CN)6].
В одну из пробирок прилейте несколько капель раствора соли FeCl3
для обнаружения ионов [Fe(CN)6]4-. В присутствии этих ионов должен
выпасть осадок Fe4[Fe(CN)6]3 синего цвета под названием "берлинская
лазурь"(качественная реакция на данный комплексный ион). Сделайте
вывод о наличии или отсутствии в растворе ионов [Fe(CN)6]4-.
В другую пробирку добавьте несколько капель раствора Na2S для
обнаружения ионов Fe2+. В присутствии этих ионов должен выпасть осадок
FeS черного цвета (качественная реакция на ион Fe2+). Наблюдается ли
выпадение черного осадка FeS?
Сделайте вывод о наличии или
2+
отсутствии в растворе ионов Fe .
Последовательность действий:
1. Нажать кнопку «Опыт 2»;
2. Берем пробирку (нажать на пробирку ЛКМ);
3. Берем капельницу с надписью K4[Fe(CN)6] (нажатие ЛКМ);
4. Капаем 4 капли K4[Fe(CN)6] в пробирку (4 нажатия ПКМ);
5. Отставляем капельницу с надписью K4[Fe(CN)6] в сторону (нажатие ЛКМ);
6. Берем капельницу с надписью FeCl3 (нажатие ЛКМ);
7. Добавляем 2 капли FeCl3 в пробирку с K4[Fe(CN)6] (2 нажатия ПКМ);
8. Отставляем капельницу с надписью FeCl3 в сторону (нажатие ЛКМ);
9. Берем стеклянную палочку (нажатие ЛКМ) и перемешиваем содержимое в
пробирке (нажатие ПКМ);
10. Убираем стеклянную палочку в стакан с водой (нажатие ЛКМ);
11. Наблюдаем выпадение осадка синего цвета под названием «берлинская
лазурь» (качественная реакция на ион [Fe(CN)6]4-);
12. Делаем вывод о наличии или отсутствии в растворе ионов [Fe(CN)6]4-;
13. Убираем пробирку с содержимым в штатив (нажатие ЛКМ);
14. Берем вторую пробирку (нажатие ЛКМ);
15. Берем капельницу с надписью K4[Fe(CN)6] (нажатие ЛКМ);
16. Капаем 4 капли K4[Fe(CN)6] в пробирку (4 нажатия ПКМ);
17. Отставляем капельницу с надписью K4[Fe(CN)6] в сторону (нажатие ЛКМ);
18. Берем капельницу с надписью Na2S (нажатие ЛКМ);
19. Добавляем 2 капли Na2S в пробирку с K4[Fe(CN)6] (2 нажатия ПКМ);
20. Берем стеклянную палочку (нажатие ЛКМ) и перемешиваем содержимое в
пробирке (нажатие ПКМ);
21. Убираем стеклянную палочку в стакан с водой (нажатие ЛКМ);
22. Не наблюдаем выпадения осадка черного цвета.
23. Делаем вывод об отсутствии свободных ионов Fe2+ в растворе.
Напишите уравнения происходящих реакций в кратком ионномолекулярном виде. Сделайте вывод о характере диссоциации
комплексной соли и о возможности определения продуктов
диссоциации с помощью качественных реакций, напишите уравнения
электролитической диссоциации комплексной соли K4[Fe(CN)6.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
Опишите структуру комплексных соединений, приведите их названия,
напишите уравнения электролитической диссоциации и выражение
константы нестойкости:
а) K[AuBr4]
г) K[PtNH3Cl5]
б) K2[Cd(CN)4]
д) K[Cr(SO4)2]
в) H[Co(H20)2(CN)4]
е) Na2[FeNO(CN)5]
2. Напишите координационные формулы комплексных соединений,
обосновав выбор комплексообразователя, приведите их названия:
а) Co(NO2)3 * KNO2*2 NH3 г) Cd(OH)2*4NH3
б) PtCl4*2NH3
д) Co(NO2)3 * 3NH3
в) 2Ca(CN)2*Fe(CN)2
е) 3NaCl*IrCl3
3.Вычислите концентрацию ионов Cd2+ в 0,1М растворе [Cd(NH3)4]SO4.
4. Будет ли выпадать осадок хлорида серебра при смешивании
равных объемов 0,02 н. растворов хлорида калия и нитрата
диамминсеребра?
5.Вычислите концентрацию ионов Ag+ в 0,01 н растворе K[Ag(CN)2].
6. Будет ли выпадать осадок сульфида меди (II) при добавлении к 200
мл 0,01 М раствора K2[Cu(CN)4] 300 мл 0,1 М раствора сульфида калия?
7. Вычислите концентрацию ионов Ag+ в 0,1 М растворе
[Ag(NH3)2]NO3, который дополнительно содержит 1 моль/л аммиака.
8. Комплексное соединение содержит ионы Сг3+, С1- и молекулы NH3.
Для осаждения ионов С1- из этой соли массой 11,3 г потребовался нитрат
серебра массой 8,5 г. При разрушении комплексного соединения той же
массы был получен аммиак объемом 4,48 л (н. у.). Молярная масса
соединения 226,5 г/моль. Составьте координационную формулу соли,
назовите ее.
6. ОТЧЕТ
6.1 Форма отчета
Цель работы___________________________________________________
_______________________________________________________________
Название опыта_________________________________________________
Ход работы: (краткий конспект)___________________________________
1._____________________________________________________________
2._____________________________________________________________
3._____________________________________________________________
4._____________________________________________________________
и т.д.__________________________________________________________
Используемые реактивы: (перечислить реактивы, которые используете в
опыте_________________________________________________________
________________________________________________________________
1.______________________________________________________________
2.______________________________________________________________
3.______________________________________________________________
4.______________________________________________________________
5.______________________________________________________________
Наблюдения по опыту № 1
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Наблюдения по опыту № 1_________________________________________
________________________________________________________________
Химические уравнения____________________________________________
_1._____________________________________________________________
_2._____________________________________________________________
_3._____________________________________________________________
Выводы по работе________________________________________________
1.______________________________________________________________
2.______________________________________________________________
Работу выполнил__________________________________________
Отчет принял_____________________________________________
«____»______________20___г.
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: ВШ, 2004. – 558с.
2. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 2003. – 704с.
3. Севастьянова, Г.К., Карнаухова. Т.М. Общая химия: Курс лекций. – Тюмень:
ТюмГНГУ, 2009. – 212 с.