Лабораторная работа № 3. Комплексные соединения

Цель: Изучить строение свойства комплексных соединений и сделать вывод о возможности реального существования этих соединений.

Теоретическая часть

Комплексные соединения относятся к группе сложных веществ, в которых атомы и группы атомов соединяются посредством валентной и координационной связи, например, в соединении [Cu(NH₃)₄]SO₄ молекулы NH₃ связываются посредством координационной связи, а комплексный ион с анионом SО₄^2- за счет ионной связи. В водных растворах они распадаются не на те ионы, из которых состояли соли, а образуют при диссоциации новые более сложные комплексные ионы:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2-

K₃[Fe(CN)₆] = 3K⁺ + [Fe(CN)₆]^3-

Согласно теории Вернера, в молекуле каждого комплексного соединения центральное место занимает атом или ион с характерным для него зарядом. Центральный атом или ион носит название комплексообразователя. С ним связаны находящиеся в непосредственной близости ионы или нейтральные группы атомов, называемые лигандами (адденды). Комплексообразователь вместе с лигандами образует при диссоциации комплексный ион. Количество лигандов, связанных с комплексообразователем, называется координационным числом. Ионы, не вошедшие во внутреннюю сферу, располагаются на более далеком расстоянии от комплексообразователя и образуют внешнюю сферу. Заряд комплексного иона определяется алгебраической суммой зарядов комплексообразователя и тех ионов или нейтральных групп, которые находятся во внутренней сфере.

Например, в комплексном соединении: К₃ [Fe (CN)₆ ]

Fe³⁺ – комплексообразователь,

CN^ˉ - лиганды,

3К⁺ - внешняя сфера,

6 - координационное число.

[ Fe(CN)₆]^3ˉ - комплексный ион (внутренняя сфера)

Различные комплексные ионы обладают различной устойчивостью. Комплексные ионы, обладающие высокой устойчивостью, далее не распадаются на ионы. Так, например, [PtCl₄]^2ˉ. Комплексные ионы, обладающие меньшей устойчивостью в растворе, частично диссоциируют. Согласно закону действия масс можно записать константу, которая носит название константы нестойкости комплекса:

К комплексным соединениям, обладающим малой устойчивостью комплексного иона, относятся двойные соли, которые диссоциируют с образованием всех тех ионов, которые находились в растворах простых солей, например:

KAl(SO₄)₂ = K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2-

Экспериментальная часть

Опыт 1. Получение и исследование комплексного соединения сульфата тетраамминмеди (+2)

Налейте в две пробирки по 2 мл раствора сульфата меди и добавьте в одну несколько капель хлорида бария, а во вторую – внесите кусочек гранулированного олова. На присутствие каких ионов указывают данные реакции? Напишите уравнения реакций. Затем в пробирку налейте 2 мл сульфата меди и по каплям добавляйте 25% раствор аммиака (NH₄OH). Наблюдайте растворение выпавшего вначале осадка основного сульфата меди (CuOH)₂SO₄ и изменение цвета раствора при образовании комплексного соединения сульфата тетраамминмеди (+2). Полученный раствор разделите на две пробирки и проделайте те же опыты, которые были проделаны с раствором медного купороса. Выпадает ли осадок при добавлении хлорида бария? Выпадает ли медь на грануле олова? Напишите уравнения всех проделанных реакций. Есть ли различия в поведении сульфата меди и комплексной соли по отношению к каждому добавленному реактиву? Комплексное соединение диссоциирует на 2 иона. Напишите его координационную формулу и уравнение электролитической диссоциации.

Опыт 2. Анионные комплексы

В две пробирки поместите раздельно растворы солей цинка и хрома (+3) и в каждую из них добавляйте по каплям раствор щелочи. Наблюдайте в каждой пробирке вначале выпадение осадка, а затем его растворение в избытке щелочи. Напишите уравнения проделанных реакций, учитывая, что образуются растворимые гидроксокомплексы, содержащие ионы: , . Зная, что гидроксиды цинка и хрома растворяются также в кислотах, указать к какому типу оснований они относятся.

Опыт 3. Катионные комплексы. Получение и разрушение диаммина серебра

Добавьте в пробирку с несколькими каплями азотнокислого серебра раствор хлорида натрия. К образовавшемуся осадку добавьте 25% раствор аммиака. Происходит образование растворимой комплексной соли серебра . Составьте уравнения реакций образования осадка и его растворения. Полученный раствор сохраните для следующего опыта.

Разрушение диаммина серебра.

К раствору хлорида диамминсеребра, оставшегося от предыдущего опыта прибавьте азотную кислоту до кислой реакции (проверьте лакмусовой бумажкой). Выпадает белый осадок хлорида серебра. Составьте уравнение электролитической диссоциации комплексного иона и объясните роль кислоты.

Контрольные вопросы

1) Какие соединения называются комплексными?

2) Какова структура комплексных соединений?

3) Какие частицы могут выступать в качестве лигандов?

4) Как называются комплексные соединения катионного и анионного типа?

5) Что такое константа устойчивости и константа нестойкости комплексного иона? Как они связаны между собой?

6) В состав комплексного соединения входят: Co³⁺, 5NH₃, 3Cl^¯. На взаимодействие 1 моль комплексного соединения требуется 2 моль нитрата серебра. Составьте комплексной соединение, назовите его и все составные части.

7) Напишите уравнение реакции образования комплексного соединения, которое образуется при взаимодействии хлорида алюминия (III) с избытком гидроксида натрия