Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Октября 2014 в 08:55, лабораторная работа
Цель работы: познакомиться с методами получения комплексных соединений и их свойствами.
Комплексные соединения - это 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.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Кафедра общей и физической химии
(наименование учебной
Тема: Исследование комплексных соединений
Автор: студент гр. РГГ-14 .
ОЦЕНКА:
ПРОВЕРИЛ ассистент Жадовский И.Т.
Санкт-Петербург
2014 год
Цель работы: познакомиться с методами получения комплексных соединений и их свойствами.
Комплексные соединения - это 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] = ЗК+ + [Fe(CN)6]3-;
[Co(NH3)4(S04)]Cl= [Co(NH3)4(S04)]+ + Сl-.
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].
Составные части комплексного соединения при записи формулы 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 am. 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 дентатносгью 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.
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.
Получено в лаборантской: пробирки - 5 шт.; нитрат серебра, нитрат ртути (II), гексацианоферрат(II) калия, гексацианоферрат (III) калия, сульфат железа (II), гексанитрокобальтат(III) натрия, хлорид хрома (III) - растворы концентрацией 5 %; бромид калия - насыщенный раствор; бензол; олово металлическое; цинк металлический.
Порядок выполнения работы
I. Образование комплексных соединений
Опыт 1. Образование и разрушение амминокомплекса серебра. Налил в пробирку 4 капли раствора нитрата серебра, добавил столько же раствора хлорида натрия. Отметил выпадение белого осадка хлорида серебра.
AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
Ag+ + NO3- + Na+ + Cl- → AgCl↓ + Na+ + NO3-
Ag+ + Cl- → AgCl↓
Затем в вытяжном шкафу добавил в пробирку 4 капли концентрированного раствора аммиака и несколько раз встряхнул. Осадок растворился вследствие образования амминокомплекса серебра.
AgCl + 2NH4OH → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
Ag+ + Cl- + 2NH3 + 2H2O → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
Ag+ + Cl- + 2NH3 → [Ag(NH3)2]Cl
Подкислил раствор аммиаката серебра азотной кислотой. Образовался осадок хлорида серебра.
[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 → AgCl↓ + 2NH4NO3
[Ag(NH3)2] + Cl- + 2HNO3 → AgCl↓ + 2HNO3 + 2NH3
[Ag(NH3)2]+ + Cl- → AgCl↓ + 2NH3
Опыт 2. Получение амминокомплекса никеля. Налил в пробирку 4 капли светло-зелёного раствора сульфата никеля. Добавил каплю разбавленного бесцветного раствора аммиака, который находился в штативе с реактивами. В пробирке образовался бирюзовый студенистый осадок сульфата гидроксоникеля.
2NiSO4 + 2NH4OH → (NiOH)2SO4↓ + (NH4)2SO4
2Ni2+ + 2SO42- + 2NH4+ + 2OH- → (NiOH)2SO4↓ + 2NH4+ + SO42-
2Ni2+ + SO42- + 2OH- → (NiOH)2SO4↓
Добавил в вытяжном шкафу 6 капель концентрированного раствора аммиака до полного растворения осадка. Образовался голубовато-сине-фиолетовый раствор, окраска которого обусловлена образованием в растворе катиона гексаамминоникеля (2+).
(NiOH)2SO4↓ + 10NH4OH + (NH4)2SO4 → 2[Ni(NH3)6]SO4 + 12H2O
Ni2SO42+ + 12NH3 + 12H2O + SO42- → 2[Ni(NH3)6]SO4 + 12H2O
Ni2SO42+ + 12NH3 + SO42- → 2[Ni(NH3)6]SO4
К полученному раствору добавил 1 мл насыщенного бесцветного раствора бромида калия. Выпал тёмно-фиолетовый осадок бромида гексаамминоникеля.
[Ni(NH3)6]SO4 + 2KBr → [Ni(NH3)6]Br2↓ + K2SO4
[Ni(NH3)6]2+ + SO42- + 2K+ + 2Br- → [Ni(NH3)6]Br2↓ + 2K+ + SO42-
[Ni(NH3)6]2+ + 2Br- → [Ni(NH3)6]Br2↓
Опыт 3. Образование и реакции амминокомплекса меди. Поместил в две пробирки по 10 капель раствора сульфата меди. В первую пробирку добавил 2 капли раствора соли бария. Образовался голубовато-белый очень вязкий осадок сульфата бария, который указывает на присутствие иона меди.
CuSO4 + 4NH4OH → [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O
Cu2+ + SO42- + 4NH3 + 4H2O → [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O
Cu2+ + SO42- + 4NH3 → [Cu(NH3)4]SO4
Во вторую пробирку внес кусочек гранулированного олова и наблюдал выделение на его поверхности буровато-красного налёта меди, так как олово более активный металл, чем медь.
CuSO4 + Sn → SnSO4 + Cu
Cu2+ + SO42- + Sn → Sn2+ + SO42- + Cu
Cu2+ + Sn → Sn2+ + Cu
Получил комплексное соединение меди, для чего поместил в пробирку несколько капель раствора сульфата меди и по каплям добавлял концентрированный раствор аммиака. Наблюдал растворение выпавшего вначале осадка основного сульфата меди и изменение цвета раствора до темно-синего с фиолетовым оттенком при образовании комплексного сульфата тетраамминомеди (II).
CuSO4 + 4NH4OH → [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O
Cu2+ + SO42- + 4NH3 + 4H2O → [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O
Cu2+ + SO42- + 4NH3 → [Cu(NH3)4]SO4
Полученный раствор комплексной соли меди разделил в две пробирки и в первую пробирку добавил 2 капли раствора соли бария. Образовался голубовато-белый очень вязкий осадок сульфата бария.
[Cu(NH3)4]SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + [Cu(NH3)4]Cl2
[Cu(NH3)4]2+ + SO42- + Ba2+ + 2Cl- → BaSO4↓ + [Cu(NH3)4]2+ + 2Cl-
SO42- + Ba2+ → BaSO4↓
Во вторую пробирку добавил кусочек гранулированного олова и наблюдал выделение на его поверхности буровато-красного налета меди.
[Cu(NH3)4]SO4 + Sn → [Sn(NH3)4]SO4 + Cu
[Cu(NH3)4]2+ + SO42- + Sn → [Sn(NH3)4]2+ + SO42- + Cu
[Cu(NH3)4]2+ + Sn → [Sn(NH3)4]2+ + Cu
Различия в поведении сульфата меди и ее комплексной соли по отношению к каждому добавленному реактиву нет.
Учитывая, что данные по молярной электропроводности раствора комплексного соединения указывают на диссоциацию его на 2 иона, написал его формулу и уравнение электролитической диссоциации: [Cu(NH3)4]SO4 → [Cu(NH3)4]2+ + [SO4]2-
Опыт 6. Получение комплексного иодида ртути. Налил в пробирку 4 капли бесцветного раствора нитрата ртути (II) и добавил 2 капли бесцветного раствора иодида калия. Образовался коричневато-рыжий осадок дииодида ртути.
Hg(NO3)2 + 2KI → HgI2↓ + 2KNO3
Hg2+ + 2NO3- + 2K+ + 2I- → HgI2↓ + 2K+ + 2NO3-
Hg2+ + 2I- → HgI2↓
В пробирку по каплям добавил избыток раствора иодида калия до полного растворения полученного осадка, которое обусловлено образованием в растворе комплексных анионов тетраиодомеркурата. Наблюдал растворение выпавшего вначале осадка иодида ртути, образование бесцветного раствора тетраиодомеркурата калия.
HgI2↓ + 2KI → K2[HgI4]
Hg2+ + 4I- + 2K+ → 2K+ + [HgI4]2-
Hg2+ + 4I- → [HgI4]2-
Окраска раствора может быть обусловлена присутствием ионов или .
Комплексообразователем может быть ион Hg2+, так как согласно координационной теории, в молекуле любого комплексного соединения один из ионов, обычно положительно заряженный, является комплексообразователем и располагается в центральном месте молекулы.
С лигандами I- комплексообразователь Hg2+ может образовать сложный ион [HgI4]-, так как лиганды – это некоторое число противоположно заряженных ионов, находящихся рядом с комплексообразователем.
Этот анион можно выделить в осадок ионами серебра: в пробирку добавил 2 капли раствора нитрата серебра. Образовался беловато-жёлтый осадок тетраиодомеркурата серебра.
K2[HgI4] + 2AgNO3 → Ag2[HgI4]↓ + 2KNO3
2K+ + [HgI4]2- + 2Ag+ + NO3- → Ag2[HgI4]↓ + 2K+ + 2NO3-
[HgI4]2- + 2Ag+ → Ag2[HgI4]↓
Примечание: соли ртути ядовиты. Поэтому опыт проводить осторожно и затем тщательно вымыть руки.
II. Реакции с участием комплексных соединений,
не сопровождающиеся разрушением комплексного иона
Это реакции обмена, в которых комплексные ионы ведут себя аналогично анионам кислородсодержащих кислот, таким как SO42- , CO2- и т.п.
Опыт 9. Образование труднорастворимого гексацианоферрата (III).
А. Налил в пробирку 4 капли прозрачного жёлтого раствора гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6]. Добавил 2 капли жёлто-рыжего раствора хлорида железа (III). Образовался тёмно-синий с зеленоватым оттенком осадок берлинской лазури, используемой для производства художественных красок. Реакция служит для обнаружения катионов Fe3+.
3K4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 → Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12KCl
12K+ + 3[Fe(CN)6]4- + 4Fe3+ + 12Cl- → Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12K+ + 12Cl-
3[Fe(CN)6]4- + 4Fe3+ → Fe4[Fe(CN)6]3↓
Б. Налил в пробирку 4 капли раствора гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6]. Добавил 2 капли раствора сульфата железа (II). Образовался тёмно-синий с зеленоватым оттенком осадок, который в прошлом веке называли турнбулевой синью.
2K3[Fe(CN)6] + 3FeSO4 → Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 3K2SO4
6K+ + 2[Fe(CN)6]3- + 3Fe2+ + 3SO42- → Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 6K+ + 3SO42-
2[Fe(CN)6]3- + 3Fe2+ → Fe3[Fe(CN)6]2↓
В настоящее время установлено, что берлинская лазурь и турнбулева синь - одно и то же вещество, а именно: гексацианоферрат (III) железа (II) Fe3[Fe(CN)6]2. Данная реакция служит для обнаружения катионов Fe2+.
Опыт 10. Образование труднорастворимых гексацианоферратов (II). Налил в две пробирки по 4 капли раствора гексацианоферрата (II) калия. В первую пробирку добавил 2 капли раствора сульфата цинка. Образовался труднорастворимый осадок гексацианофферрата цинка (II) белого цвета.
K4[Fe(CN)6] + 2ZnSO4 → Zn2[Fe(CN)6]↓ + 2K2SO4
4K+ + [Fe(CN)6]4- + 2Zn2+ + SO42- → Zn2[Fe(CN)6]↓ + 4K+ + 2SO42-
[Fe(CN)6]4- + 2Zn2+ → Zn2[Fe(CN)6]↓
Во вторую пробирку добавил 2-3 капли столько же раствора сульфата меди (II). Отметьте цвета образующихся осадков и запишите уравнения реакций. Образуется труднорастворимый осадок гексацианоферрата (II) меди бурого цвета.
K4[Fe(CN)6] + 2CuSO4 → Cu2[Fe(CN)6]↓ + 2K2SO4
4K+ + [Fe(CN)6]4- + 2Cu2+ + SO42- → Cu2[Fe(CN)6]↓ + 4K+ + 2SO42-
[Fe(CN)6]4- + 2Cu2+ → Cu2[Fe(CN)6]↓
Опыт 11. Образование труднорастворимого гексанитрокобальтата (III) натрия-калия. Реакция служит для обнаружения в растворах катионов калия. Налил в пробирку 4 капли раствора Na3[Co(NO2)6] и добавил 2 капли раствора хлорида калия. Образовался ядовито-жёлтый с оттенками оранжевого осадок комплексной соли K2Na[Co(NO2)6].
Na3[Co(NO2)6] + 2KCl → K2Na[Co(NO2)6]↓ + 2NaCl