Окислительно-восстановительные реакции с участием металлов

 

Цель работы: Знакомство с окислительно-восстановительными процессами с участием металлов

Реактивы и приборы: металлы – цинк, железо, натрий, калий, кальций, магний, медь, алюминий; концентрированные кислоты – серная, азотная; концентрированный раствор щелочи, растворы солей – ацетата свинца, хлорида олова (II), сульфата меди (II), фенолфталеин; кристаллизатор, спиртовка.

Сравнение окислительно-восстановительных свойств металлов

Опыт 1. В две пробирки положите по кусочку металлического цинка и прилейте в одну 1-2 мл раствора ацетата свинца Pb(CH₃COO)₂, а в другую - хлорида олова (II). Что происходит? Напишите уравнения реакций.

Опыт 2. В пробирку с 1-2 мл раствора сульфата меди (II) поместите железную пластинку, предварительно очистив ее нижний конец от ржавчины. Что происходит? Напишите уравнение реакции.

Вытеснение водорода из воды активными металлами

Внимание! Щелочные и щелочноземельные металлы брать только пинцетом.

Опыт 3. В кристаллизатор объемом 0,5-1 л налейте воды до половины объема и поставьте перед ним прозрачный защитный экран. Из склянки с керосином вытащите кусочек натрия, положите на фильтр, промочите и отрежьте скальпелем небольшой кусочек. Обратите внимание, что блестящая поверхность среза быстро тускнеет вследствие окисления натрия. Оставшийся кусочек натрия положите в склянку с керосином, а взятый для опыта перенесите в кристаллизатор с водой. Наблюдайте процесс взаимодействия натрия с водой. После окончания реакции добавьте в кристаллизатор фенолфталеин. Напишите уравнение реакции.

Опыт 4. Повторите опыт, заменив натрий калием.

Опыт 5. Извлеките из склянки с керосином кусочек кальция, положите на фильтр, промокните, и, придерживая пинцетом, с помощью скальпеля зачистите часть поверхности. Опустите кальций в воду, добавьте фенолфталеин, наблюдайте взаимодействие кальция с водой. Напишите уравнение реакции.

Окислительные свойства ионов водорода

Опыт 6. В четыре пробирки налейте по 1-2 мл 2 н. раствора соляной кислоты и опустите в них кусочки металлов: магния, цинка, железа, меди. Выделяющийся газ испытайте горящей лучиной. Составьте уравнения реакций. Повторите опыт, заменив соляную кислоту 2 н. раствором H₂SO₄.

Действие концентрированной серной кислоты на металлы (тяга!).

Опыт 7. В три пробирки налейте по 1 мл концентрированной H₂SO₄. Опустите в одну пробирку кусочек цинка, в другую – железа, в третью – меди. При необходимости осторожно подогрейте. Какие газы выделяются? Напишите уравнения реакций.

Взаимодействие алюминия с раствором щелочи и водой

Опыт 8. Возьмите кусочек алюминиевой проволоки. Зачистите один ее конец (~ 1 см) наждачной бумагой и опустите в концентрированный раствор щелочи. Какой газ выделяется? Напишите уравнение реакции.

Через минуту, вынув проволоку из раствора щелочи, быстро перенесите ее в пробирку с дистиллированной водой. Почему идет реакция? Напишите ее уравнение.

Действие азотной кислоты на медь (тяга!)

Опыт 9. Опустите в две пробирки по кусочку меди и добавьте в одну раствор разбавленной азотной кислоты, в другую – концентрированной. Пробирку с разбавленной кислотой осторожно подогрейте. Какие газы выделяются? Напишите уравнения реакций.

 

**************************************

Примеры решения задач

Пример 1

Определите величину электродного потенциала хромового электрода,
погруженного в раствор соли CrCl₃ с молярной концентрацией: а) 0,1 моль/л;
б) 0,01 моль/л; в) 0,001 моль/л. Сделайте вывод о величине электродного потенциала в зависимости от молярной концентрации раствора.

Дано: СМ = 0,001 моль/л Е0Cr3+|Cr = – 0,74 В	Решение Для определения значения электродного потенциала воспользуемся уравнением Нернста: 0,059 E = E0 + ——–– lg [Men+] n
Е1 (Cr3+|Cr)? Е2 (Cr3+|Cr)? Е3 (Cr3+|Cr)?

 

В данном случае [Meⁿ⁺] = [Cr ³⁺]:

а) [Cr ³⁺] = 0,1 моль/л, отсюда:

 

0,059 0,059

Е₁ (Cr³⁺|Cr) = Е⁰Cr³⁺|Cr + —–– lg [Cr ³⁺] = – 0,74 + —–– lg 10^–1 =

n 3

0,059

= – 0,74 + —–– (–1) = – 0,74 + (– 0,02) = – 0, 759 (В);

 

б) [Cr ³⁺] = 0,01 моль/л:

0,059 0,059

Е₂ (Cr³⁺|Cr) = Е⁰Cr³⁺|Cr + ——–– lg[Cr³⁺] = – 0,74 +—–– lg10^–2 = – 0, 779 (В);

n 3

 

в) [Cr ³⁺] = 0,001 моль/л:

0,059 0,059

Е₃ (Cr³⁺|Cr) = Е⁰Cr³⁺|Cr +—–– lg[Cr³⁺] = – 0,74 + ——– lg10^–3 = – 0, 799 (В).

n 3

Сравнив значения вычисленных электродных потенциалов, делаем вывод, что с разбавлением раствора, в который погружен хромовый электрод, электродный потенциал последнего уменьшается.

Ответ: Е₁ (Cr³⁺|Cr) = – 0, 759 В; Е₂ (Cr³⁺|Cr) = – 0, 779 В; Е₃ (Cr³⁺|Cr) = – 0, 799 В.

Пример 2

Определите ЭДС гальванического элемента Fe|0,1М FeSO₄ || 0,1М Н⁺| Pt, Н₂(степень электролитической диссоциации FeSO₄ – 60 %).

Дано: α(FeSO4) = 60 % = 0,6 СМ = [FeSO4] = 0,1М	Решение 1. Найдем концентрацию ионов Fe2+ в 0,1М растворе FeSO4: [Fe2+] = α (FeSO4) • [FeSO4] = 0,6 • 0,1 = 0,06 моль/л.
ЕГЭ=?	2. Найдем электродный потенциал железного электрода:

 

0,059 0,059

Е Fe²⁺| Fe = Е⁰ Fe²⁺| Fe + ——–– lg[Fe²⁺] = – 0,44 + ——–– lg 6 • 10^–2 = – 0, 476 (В).

n 2

 

3. Вычислим электродный потенциал водородного электрода:

0,059 0,059

Е2Н⁺|Н₂ = Е⁰Н₂| 2Н⁺ + ——–– lg [Н⁺] = 0,00 + ——–– lg 10^–1 = – 0, 059 (В).

n 1

 

4. В соответствии со значениями электродных потенциалов работает следующая гальваническая цепь:

ē

|

(–) Fe | FeSO₄ || 2Н⁺ | Pt, Н₂ (+)

 

На электродах происходят следующие процессы:

 

(–) анод (Fe) (+) катод (Pt, Н₂)

Fe – 2ē = Fe²⁺ 2Н⁺ + 2ē = Н₂

 

5. Электродвижущая сила данного гальванического элемента:

Е_ГЭ = Екатода – Еанода = Е2Н⁺|Н₂ – ЕFe²⁺|Fe = – 0,059 – (–0,476) = 0,417 (В).

Ответ: Е ГЭ = 0,417 В

Пример 3

Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых свинцовый электрод являлся бы катодом, а в другом – анодом. Напишите уравнения реакций, происходящих при работе этих элементов, и вычислите значения их стандартных ЭДС (ΔЕ⁰).

Дано: Е0 Pb|Pb2+ = – 0,13 В	Решение 1. Если катодом является свинцовый электрод, то в качестве материала анода следует использовать более активный металл, то есть металл с меньшим (более отрицательным) значением электродного потенциала.
Е01? Δ02?

Такую функцию может, например, выполнить стандартный кобальтовый электрод, у которого Е⁰ Со|Со²⁺ = – 0,28 В. Электроны будут перемещаться от кобальтового электрода к свинцовому, а гальваническая цепь данного элемента будет следующая: ē

|

(–) Со | Со²⁺ || Pb²⁺ | Pb (+)

 

На электродах происходят следующие процессы:

 

(–) анод (Со) (+) катод (Pb)

Co – 2ē = Co²⁺ Pb²⁺ + 2ē = Pb

 

Рассчитаем ЭДС такого гальванического элемента:

Е⁰₁ = Е катода – Е анода = Е⁰Pb²⁺|Pb – Е⁰Со²⁺|Со = – 0,13 – (–0,28) = 0,15 В.

2. В гальваническом элементе, со свинцовым анодом, в качестве материала катода следует использовать менее активный металл, то есть металл с большим значением электродного потенциала, например, стандартный серебряный электрод (Е⁰ Ag|Ag⁺ = + 0,80 В). Гальваническая цепь данного элемента:

ē

|

(–) Pb | Pb²⁺ || Ag⁺ | Ag (+)

 

Электроны перемещаются от свинцового электрода к серебряному, а на электродах происходят следующие процессы:

 

(–) анод (Pb) (+) катод (Ag)

Pb – 2ē = Pb²⁺ Ag⁺ + 2ē = Ag

 

ЭДС такого гальванического элемента будет следующей:

ΔЕ⁰₂ = Екатода – Еанода = Е⁰Ag⁺|Ag – Е⁰Pb²⁺|Pb = + 0,80 – (–0,13) = 0,93 (В).

Ответ: ΔЕ⁰₁ = 0,15 В, Е⁰₂ = 0,93 В.

Пример 4

Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе следующих растворов (электроды инертные):

1) раствора KNO₃

Решение

Соль диссоциирует по реакции: KNO₃(р–р) Û K⁺ + NO₃^¯

Стандартный электродный потенциал системы К⁺ + ē = К (-2,92 В) значительно меньше – 0,41 В. В связи с этим на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды (рН раствора KNO₃ равен 7), сопровождающееся выделением газообразного водорода, а на аноде – электрохимическое окисление воды, так как ионы NO₃^¯ – кислородсодержащие ионы. Схема электролиза будет следующей:

 

Катод (–): K⁺, Н⁺, H₂O Анод (+): NO₃^¯, ОН^–, H₂O

х 2 │ 2H₂O + 2ē = H₂ + 2OH^¯ 2H₂O – 4ē = O₂ + 4H⁺

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

6H₂O = 2H₂ + O₂ + 4OH^¯ + 4H⁺ или 2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑.

2) раствора CoCl₂

Решение

CoCl₂ (р–р) Û Co²⁺ + 2Cl^– Значение стандартного электродного потенциала системы Co²⁺ + 2ē = Co (– 0,28 В) близко к значению – 0,41 В.

В связи с этим на катоде происходит электрохимическое восстановление как катионов Co²⁺, так и воды, с выделением и металла и газообразного
водорода.

На аноде происходит электрохимическое окисление ионов хлора (бескислородные ионы).

Схема электролиза будет следующей:

 

Катод (–): Co²⁺, Н⁺, H₂O Анод (+): 2Cl^¯, ОН^¯, H₂O

Co²⁺ + 2ē = Co

2H₂O + 2ē = H₂ + 2OH^¯ 2Cl^¯ – 2ē = Cl₂

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Co²⁺ + 2H₂O = Co + H₂↑+ Cl₂↑ + 2H⁺

 

CoCl₂ + 2H₂O = Co + H₂↑ + Cl₂↑ + H₂SO₄.

Пример 5

Какая масса серебра выделится на катоде, если ток силой 6 А пропускать через электролизер с раствором нитрата серебра в течение 1 часа (выход по току – 90%). Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе.

Дано: I = 6 А τ = 1 час = 3600 с ω = 90%	Решение 1. Е0 Ag|Ag+ = + 0,80 В >> 0,41 В, следовательно, на катоде идет восстановление катионов Ag+, а на аноде – электрохимическое окисление воды (так как анионы NO3– – кислородсодержащие анионы).
mпрактич.(Ag)=?

 

Схема электролиза:

AgNO₃ (р–р) Û Ag⁺ + NO₃^¯

 

Катод (–): Ag⁺, Н⁺, H₂O Анод (+): NO₃^¯, ОН^¯, H₂O

Ag⁺ + ē = Ag 2H₂O – 4ē = O₂ + 4H⁺

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

4Ag⁺ + 2H₂O = 4Ag + O₂ + 2H⁺

 

2. Согласно закону Фарадея:

 

Мэ(Ag) 108 г/моль

m (Ag)= ––––––– I•τ = –––––––––––––– • 6А • 3600с = 24,2 г

F 96500 Кл/моль

 

3. Вследствие побочных продуктов только 90% прошедшего через раствор электричества принимало участие в восстановлении ионов серебра. Поэтому масса серебра, выделившегося на катоде, будет равна:

m_{практич.}(Ag) = m_теор. (Ag) • ω = 24,2 г • 0,9 = 21,8 г

 

Ответ: m_{практич.} (Ag) = 21,8 г

Пример 6.

Алюминий склепан с медью. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если эти металлы попадут в кислую среду? Составьте схему гальванического элемента, образующегося при этом.

Решение.

Исходя из положения металлов в ряду стандартных электродных потенциалов, определяем, что алюминий более активный металл:

E⁰_Al³⁺|_Al = – 1,66 В, Е⁰_Cu²⁺| _Cu = + 0,34 В.

В образующейся гальванической паре алюминий будет анодом и будет подвергаться коррозии, а медь – катодом, на котором выделяется водород:

Al – 3 ē = Al³⁺; (Cu) 2H⁺ + 2 ē = H₂↑

 

Образуется гальванический элемент:

ē ē

|^{––––––––––} |^{–––––––––––––––––}

Al | Н⁺ | Cu, или более подробно: (–)Al | Al³⁺ | Н⁺ | Cu, H₂↑

Пример 7.

Железо покрыто никелем. Какой металл будет корродировать в случае разрушения поверхности покрытия? Коррозия происходит: а) в щелочной среде в присутствии кислорода; б) в щелочной среде в отсутствии кислорода. Составьте схемы микрогальванических элементов, образующихся при этом.

 

Решение

1. При нарушении поверхностного слоя никеля на железе корродировать будет более активный металл – железо (E⁰_Fe²⁺|_Fe = – 0,44 В < Е⁰_Ni²⁺| _Ni = – 0,25 В), то есть железо будет окисляться и в виде ионов переходить в раствор по реакции
Fe – 2ē = Fe²⁺.

На никеле будут происходить следующие процессы:

а) в щелочной среде в присутствии кислорода восстанавливается
кислород:

O₂ + 4ē + 2H₂O = 4OH^¯;

 

ē ē

|^{–––––––––––––––––} |^{–––––––––––––––––––––––––}

Fe | ОН^¯, О₂ | Ni, или более подробно: (–)Fe / Fe²⁺ | ОН^¯, О₂ | Ni;

 

б) в щелочной среде в отсутствии кислорода восстанавливается вода:

2H₂O + 2ē = H₂­+ 2OH^¯.

В образующейся гальванической паре железо – анод, а никель – катод, то есть образуется гальванический элемент:

ē ē

|^{–––––––––––––––} |^{–––––––––––––––––––––––––––}

Fe | ОН^¯ | Ni, или более подробно: (–)Fe | Fe²⁺ | ОН^¯ | Ni, Н₂↑

 

Контрольные задания по теме «Электрохимические процессы»

Вариант 1

1. ЭДС элемента, состоящего из медного и свинцового электродов, погруженных в 1 М растворы их солей, равна 0,47 В. Как изменится ЭДС, если взять 0,001 М растворы?

2. При какой силе тока можно получить на катоде 0,5 г никеля, подвергая электролизу раствор сульфата никеля в течение 25 минут? Восстановление воды не учитывать.

3. Цинк склепан с железом и помещен в кислую среду. Какая масса цинка, подверглась коррозии, если за 4 мин работы образовавшейся гальванопары через внешнюю цепь протекло 2750 Кл электричества? Какой объем водорода выделился при этом на железном катоде?

Вариант 2

1. Вычислите ЭДС серебряно-кадмиевого гальванического элемента, в котором активные концентрации ионов Ag⁺ и Cd²⁺ соответственно равны 0,1 и 0,005 моль/л. Укажите, к какому электроду будут по внешней цепи перемещаться электроны.

2. Электролизу подвергается раствор, содержащий нитраты меди (II) и серебра (I). Какой металл выделится в первую очередь? Напишите уравнения электродных процессов.

3. Алюминий покрыт свинцом. Какой из металлов будет окисляться при нарушении покрытия, если эта пара находится в щелочной среде (оксидную пленку Аl не принимать во внимание)? Дайте схему анодного и катодного процессов.

 

Вариант 3

1. Рассмотрите электродные процессы и вычислите ЭДС гальванического элемента Pb | Pb²⁺ (0,01M) || H⁺ (0,01M) | H₂

2. Через раствор ZnCl₂ пропущено 48250 Кл электричества, при этом массы выделившихся цинка и хлора соответственно равны 9,8 и 16,0 г. Рассчитайте, чему равен выход по току каждого из продуктов электролиза.

3. Никель покрыли медью. Какой из металлов будет корродировать в случае разрушения покрытия? Опишите протекающие процессы. Коррозия происходит в нейтральной среде в присутствии кислорода.

 

Вариант 4

1. Как зависит величина потенциала водородного электрода от рН раствора, в который он погружен? Дайте ответ на основании расчета для случаев, когда таким раствором является: а) чистая вода; б) раствор с рН = 3.

2. При электролизе раствора хлорида меди на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.). Найти массу меди, выделившейся на катоде.

3. Железная пластина склёпана с никелевой пластиной. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если они опущены в раствор электролита с рН равным 7? Запишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде.

 

Вариант 5

1. Определить ЭДС гальванического элемента

Ag|AgNO3 (0,001 M) || AgNO3 (0,1 M) | Ag.

2. Определите массу цинка, выделившегося на катоде при электролизе раствора сульфата цинка в течение 2 ч при токе 42,4 А, если выход цинка по току равен 50%.

3. Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

Вариант 6

1. Вычислите ЭДС железо-цинкового гальванического элемента, у которого
[Fe²⁺] = [Zn²⁺]= 1 моль/л. Составьте схему и напишите уравнения электродных процессов. Укажите, какой металл является анодом, какой – катодом?

2. Составьте схему и напишите уравнения процессов, протекающих на графитовых электродах при электролизе расплава NaOH. Определите массу веществ, которые выделятся на электродах при пропускании через данный расплав тока силой 10 А в течение 20 минут.

3. Какой металл и почему следует выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, медь, висмут? Составьте уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии. Каков состав продуктов коррозии?

 

Вариант 7

1. Рассмотрите электродные процессы и вычислите ЭДС гальванического элемента Mn | MnSO₄ (0,01M) || Pb(NO₃)₂ (1н.) | Pb.

2. При электролизе водного раствора CuBr₂ на электроде выделилось 0,48 г меди. Какая масса брома выделится на другом электроде? Напишите уравнения процессов, происходящих на катоде и аноде.

 

Вариант8

1. Вычислите электродный потенциал электрода Ni|NiSO₄ (t = 25 °С, [Ni²⁺]=0,01 моль/л).

2. Ток силой 3,7 А проходит через раствор хлорида меди (II) в течение
40 мин. Вычислитк массу разложившегося хлорида меди.

3. Железное изделие покрыли никелем. Составьте уравнения анодного и катодного процессов коррозии изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?

 

Вариант 9

1. Составьте схемы двух гальванических элементов, в одном из которых свинцовый электрод является катодом, в другом – анодом. Напишите уравнения реакций, происходящих при работе этих элементов, и вычислите значения их стандартных ЭДС.

2. Рассчитайте, какая масса серебра выделится на катоде, если ток силой 6 А пропускать через электролизер с раствором нитрата серебра в течение 1 часа. Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе.

3. Железная пластина склёпана с никелевой пластиной. Какой из металлов будет подвергаться коррозии, если они опущены в раствор электролита с рН < 7? Запишите уравнения процессов, протекающих на катоде и аноде.

Вариант 10

1. Определите ЭДС медно-никелевого гальванического элемента, если концентрации растворов NiSO₄ и CuSO₄ соответственно равны 0,2 н. и 0,1М.

2. Составьте уравнения процессов, происходящих при электролизе следующих растворов (электроды инертные): 1) раствора KNO₃, 2) раствора CoCl₂.

3. Цинковая пластина склепана с никелевой пластиной. Какие процессы и почему будут происходить при коррозии, если образец окажется в щелочной среде (кислород присутствует)?

 

Вариант 11

1. Составьте схему и рассчитайте ЭДС гальванического элемента, электроды которого сделаны из кадмия и висмута и погружены в 0,1 М растворы их солей.

2. При электролизе 120 мл 0,4 н раствора сульфата меди за 50 мин выделена вся медь из раствора. Вычислите силу тока, напишите суммарное уравнение процесса
электролиза.

3. Дана система Al | Ni в 1 М растворе НСl. Какой металл будет разрушаться?
Напишите уравнение реакций.

 

Вариант 12

1. Вычислите ЭДС гальванического элемента Zn | ZnSO₄(0,1M) || HCl (1М) | H₂ (Pt).

Запишите уравнения процессов, происходящих на катоде и аноде.

2. Какой объем водорода выделится при электролизе водного раствора КОН в течение 2,5 ч при силе тока 1,2 А, температуре 27 °С и давлении 764 мм рт. ст.

3. Железо покрыто медью. Какой металл и почему будет подвергаться коррозии в щелочной среде в случае нарушения покрытия?

 

Вариант 13

1. Определите ЭДС гальванического элемента: Fe | 0,1М FeSO₄ || 0,1М Н⁺ | Pt, Н₂.

Напишите уравнения реакций, происходящих при работе этого элемента.

2. Напишите уравнения реакций процессов, происходящих при электролизе водных растворов нитрата и хлорида кадмия с платиновыми электродами.

3. Медная пластина, склепанная с никелевой пластиной, помещена в воду с растворенным в ней кислородом. Какой металл и почему будет подвергаться коррозии? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Вариант 14

1. Вычислите электродные потенциалы металлов, находящихся в контакте с растворами их солей с заданной молярной концентрацией (моль/л):

а) Ni | NiSO₄, [Ni²⁺] = 0,01 М; б) Mn | MnSO₄, [Mn²⁺] = 2,0 М.

2. В растворе находится смесь солей сульфатов цинка и никеля. Какой металл и почему выделится в первую очередь? Напишите уравнения электродных процессов.

3. Составьте уравнение анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии железа в кислой среде. Предложите металл, который может являться катодом в данном процессе.

 

 

Вариант 15

1. Вычислите ЭДС гальванических элементов, образованных сочетанием:
цинкового электрода в растворе ZnSO₄, [Zn²⁺] = 0,2 моль/л и свинцового электрода в растворе Pb(NO₃)₂, [Pb²⁺] = 0,01 моль/л.

2. Напишите уравнения для процессов, протекающих на электродах при хромировании детали в растворе Cr₂(SO₄)₃. Сколько времени потребуется для нанесения 1,73 г хрома при силе тока 4 А на деталь?

3. Дана система Cr | Sn в 1 М растворе KOH (кислород присутствует). Какой металл разрушается? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Раздел 10

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Молекулярные соединения, образующие комплексные ионы, способные к существованию, как в растворе, так и в кристалле, называются комплексными соединениями. Строение комплексных соединений объясняет координационная теория, предложенная в 1893 г. А. Вернером. В соответствии с этой теорией в комплексных соединениях различают внешнюю и внутреннюю (комплексный ион) сферы. Во внутренней сфере комплексных соединений: – центральное место занимает комплексообразователь (центральный ион) – обычно положительно заряженный ион – катион металла; – вокруг комплексообразователя расположены (координированы) лиганды (адденды) – ионы противоположного знака (анионы) или нейтральные молекулы: – число лигандов, удерживаемых комплексообразователем, называется координационным числом. Наиболее характерными значениями координационного числа (КЧ) для некоторых ионов комплексообразователей являются:   КЧ = 2 КЧ = 4 КЧ = 6 КЧ = 8 Cu+, Ag+, Au+ Cu2+, Hg2+, Au3+, Cd2+, Pb2+, Pt2+, Al3+, Pd2+, Be2+ Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Al3+, Zn2+, Pt4+, Pb4+, Mg2+ Ca2+, Sr2+, Ba2+   Во внешнюю сферу входят катионы или анионы. Комплексные соединения неэлектролиты, не имеют внешней сферы. Например, [Pt(NH3)2Cl4]. Типичные комплексообразователи: d-элементы – Ag, Au, Cu, Cu, Hg, Cd, Zn, Fe, Fe, Co, Ni, Pt и другие, s-, p-элементы – Ba, Be, Al, Sn, Pb. Важнейшие лиганды: - нейтральные молекулы: H2O, NH3, CO, NO и другие; - ионы: CN-, NO2-, Cl-, Br-, J-, OH-, CO32-, S2O32- и другие. Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов комплексообразователя и лигандов. Так как в целом комплексное соединение электронейтрально, алгебраическая сумма зарядов внешней и внутренней сфер равна нулю. При составлении названия комплексного соединения первым указывают анион, затем катион. Название комплексного иона пишется в одно слово. Название комплексного аниона (анионный комплекс) начинают с указания состава внутренней сферы: прежде называют лиганды – анионы, прибавляя к их латинскому названию окончание «о» (Cl− – хлоро, CN− – циано, OH− – гидроксо, NO3− – нитрато, SO42− – сульфато, SO32− – сульфито, SCN− – тиоцианато или родано, S2O32−– тиосульфато, C2O42−– оксалато);   затем называют нейтральные молекулы (NH3 – аммин, H2O – аква, СО – карбонил, NO – нитрозил), число лиганд указывают греческими числительными (1 – моно, 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса); далее называют комплексообразователь, используя корень его латинского названия и окончание -ат, после чего (в скобках) указывают степень окисления комплексообразователя римскими цифрами. После обозначения состава внутренней сферы называют внешнюю сферу. Примеры: K3[Fe(CN)6] – гексацианоферрат(III) калия; (NH4)2[PtCl4(OH)2] – дигидроксотетрахлороплатинат(IV) аммония; Ba[Cr(NH3)2(SCN)4]2 – тетрароданодиамминхромат(III) бария. При названии комплексного катиона (катионный комплекс) комплексообразователь называют по-русски в родительном падеже, также указывая в скобках степень окисления комплексообразователя. Примеры: [Co(NH3)4(H2O)Cl]Cl2 – хлорид хлороакватетраамминкобальта (III) [К(H2O)4]NO3 – нитрат тетрааквакалия. В названии нейтральных комплексных частиц (нейтральный комплекс) комплексообразователь указывается в именительном падеже, а степень окисления его не указывается, так как она однозначно определяется, исходя из электронейтральности комплекса. Примеры: [Pt(NH3)2Br2] – диамминдибромоплатина, [Cr(CO)6] – гексакарбонилхром   В водных растворах комплексные соли диссоциируют с образованием комплексных ионов внутренней сферы – первичная диссоциация: [Ag(NH3)2]Cl Û [Ag(NH3)2]+ + Cl-; K[Ag(CN)2] Û K+ + [Ag(CN)2] - Под воздействием дополнительных внешних факторов комплексные ионы, в свою очередь, подвергаются вторичной диссоциации: [Ag(NH3)2]+ Û Ag+ + 2NH3 (1) [Ag(CN)2]- Û Ag+ + 2Cl- (2) Диссоциация по такой схеме протекает в незначительной степени.   Применяя закон действия масс к реакциям (1) и (2), получают выражения констант нестойкости комплексов, характеризующей устойчивость внутренней сферы: [Ag]+ [NH3]2 [Ag+] [CN-]2 Кн = —–––——––– = 6,8•10-8, Кн = ––——–––— = 1,0•10-21 [[Ag(NH3)2]+] [[Ag(CN)2] -]   Следовательно, комплекс [Ag(CN)2]- более прочен, чем комплекс [Ag(NH3)2]+.   От комплексных соединений следует отличать двойные соли, которые обозначают как совокупность нескольких солей. К двойным солям относятся, например: соль Мора (NH4)2SO4•FeSO4•6H2O, двойной хлорид калия и меди 2КCl•CuCl2•2H2O, алюмо-калиевые квасцы KAl(SO4)2•12H2O и многие другие. При растворении в воде двойные соли диссоциируют на составляющие их ионы и молекулы, например: 2KCl•CuCl2•2H2O Û 2K+ + Cu2+ + 4Cl- + 2H2O. Все присутствующие в растворе ионы можно обнаружить с помощью соответствующих качественных реакций.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

КОМПЛЕКСНЫе СОЕДИНЕНИя

Цель работы: получение и изучение свойств комплексных соединений.

 

Приборы: химические пробирки, химические стаканы.

 

Реактивы: растворы аммониево-железных квасцов, роданида аммония, гексацианоферрата (III) калия, хлорида бария, соли хрома (III), соли никеля (II), соли кобальта (II), сульфата магния, хлорида цинка, гидроксидов натрия и аммония, серной кислоты, пероксида водорода (3 %).

Экспериментальная часть