Комплексные соединения

«Все познается в сравнении».
«Наиболее рациональный прием изучения нового –
перенос знаний ранее изученного (известного)
на новый изучаемый объект (на неизвестное)».

Цель. Познакомить с особым видом соединений – комплексными соединениями, рассказать об их значении, применении, номенклатуре. Расширить представления о химической связи и многообразии химических соединений. Закрепить навыки работы с периодической системой Д.И.Менделеева, составления химических уравнений, выполнения практических опытов.

Задание к уроку. Повторить темы «Химическая связь», «Характеристика элемента по таблице Д.И.Менделеева», «Металлы», «Номенклатура неорганических веществ».

Оборудование и реактивы. Штатив с пробирками, нож, вата; растворы аммиака, сульфата меди(II), гидроксида натрия, хлорида алюминия, роданида калия, хлорида железа(III), фторида калия KF, cульфата железа(II), гексацианоферрата(III) калия К₃[Fe(СN)₆] (красная кровяная соль), гексацианоферрата(II) калия К₄[Fe(СN)₆] (желтая кровяная соль).

На столах учащихся: штатив с пробирками; вода, растворы АlСl₃, Na(ОН), FeSO₄, FeCl₃,
К₃[Fe(СN)₆], К₄[Fe(СN)₆].

Задание на дом. Записи, § 25.1, 25.3, упражнения 3, 4, с. 74 по учебнику Л.С.Гузея и Р.П.Суровцевой «Xимия-10».

ХОД УРОКА

Приступая к изучению новой темы, вспомним электронное строение атома азота и молекулы аммиака.

Электронная формула атома азота – ₇N 1s²2s²2p³.

При обозначении орбиталей клетками (ячейками), а электронов стрелками получаем электронно-графическую формулу:

Внешний электронный слой молекулы аммиака представляет собой устойчивый октет, причем в нем присутствует неподеленная электронная пара атома азота. В реакции с хлороводородом атом азота аммиака выступает донором – отдает свою электронную пару для образования связи. Роль акцептора электронной пары играет пустая орбиталь иона водорода Н⁺. Происходит образование донорно-акцепторной связи – разновидности ковалентной связи:

Комплексные соединения – это вещества определенного состава, состоящие из более простых, способных к самостоятельному существованию соединений. Комплексные соединения существуют как в твердом состоянии, так и в растворе, причем их образование не связано с возникновением новых электронных пар.

Координационная теория комплексных соединений создана Альфредом Вернером (1839).

Последователем Вернера был Лев Чугаев.

Учитель проводит демонстрационный опыт образования осадка гидроксида меди(II) и растворения его в водном аммиаке. Учащиеся записывают уравнения реакций:

На примере данного соединения рассмотрим строение комплексных соединений.

Лабораторный опыт. Получение осадка Al(OH)₃ и растворение его в избытке щелочи
(см. учебник, опыт № 21, с. 165).

Схема превращений:

Запишите уравнения реакций, укажите части комплексного соединения.

Учащиеся проводят опыты и записывают уравнения реакций:

АlCl₃ + 3NаОН = 3NаСl + Al(ОН)₃,

Al(ОН)₃ + 3NaOH = Na₃[Al(OH)₆].

Координационное число (КЧ), показывающее число лигандов вокруг комплексообразователя, зависит от радиуса атома комплексообразователя и его заряда. Координационные числа обычно четные. В таблице показаны КЧ, в скобках – встречающиеся реже.

Таблица

Названия комплексных соединений

Формула комплексного соединения читается справа налево. Ионы лигандов внутренней сферы в названии приобретают суффикс «о»: Cl^– – хлоро, ОН^– – гидроксо, СN^– – циано. Для координированной молекулы воды используют название «аква», для молекулы аммиака – «аммин» (с двумя м).

Если комплексный ион является анионом, то его название имеет окончание «ат».

Примеры:

(NH₄)₂[PtCl₄] – тетрахлороплатинат(II) аммония,

[Co(NH₃)₆]Cl₃ – хлорид гексаамминкобальта(III).

Степень окисления центрального атома обозначают римской цифрой в круглых скобках.

Самостоятельная работа

1. Составьте формулы комплексных солей, обозначьте заряды ионов:

AgNO₃ + 2NH₃ = … ([Ag⁺(NH₃)₂]NO₃^–),

PtCl₄ + 2KCl = … (K₂⁺[Pt₄+Cl₆]^2–).

2. Cвязи во внутренней сфере комплексного соединения между комплексообразователем и лигандами:

а) донорно-акцепторные; б) ионные;

в) ковалентные неполярные; г) водородные.

Ответ. а.

3. Проверьте предложенные названия комплексных соединений. Если название неправильное, дайте верный вариант.

[Аl(Н₂О)₆]Сl₃ – хлорид гексаакваалюминия (верно),

K_2[PtCl₆] – гексахлоридплатинат(IV) калия (надо: гексахлороплатинат(IV) калия),

Na₂[Zn(OH)₄] – тетрагидроксоцинкат натрия (верно),

[Сu(NH₃)₄](OH)₂ – гидроксидтетрааммиакат меди (надо: гидроксид тетраамминмеди(II)),

NH₄Cl – хлорид аммония (верно),

[Ag(NH₃)₂]Cl – хлориддиаммин серебра(I) (надо: хлорид диамминсеребра(I)).

Тезисы сообщений учащихся выглядят следующим образом.

Гальванические покрытия предназначены для защиты одного металла другим. Например, медью покрывают железо. Покрытие наносят с помощью комплексных соединений, тогда медь крепко соединяется с железом.

Электролитическое получение металлов удобно рассмотреть на примере алюминия. Алюминий получают электролизом раствора Al₂O₃ в расплаве криолита Na₃[AlF₆] при 900–950 °С. Из расплавов соединений комплексных солей получают также металлические Nb, Tl, Th, Mg.

Защита металлов от коррозии. Ингибиторы – комплексные органические вещества или комплексные соли, замедляющие коррозию металлических изделий.

В аналитической химии комплексные соединения находят применение как реактивы, индикаторы, которые помогают распознать вещества или ионы.

Лабораторный опыт. Качественные реакции на ионы железа Fe²⁺ и Fe³⁺ (см. учебник, опыт
№ 43, с. 177).

Проведите качественные реакции на ионы Fe²⁺ и Fe³⁺, запишите уравнения реакций.

(Два ученика записывают уравнения реакций у доски.)

Демонстрационный опыт

Протереть нож раствором FeCl₃ (сказать, что дезинфекция раствором йода). Руку пациента помазать ваткой с раствором КCNS или NН₄CNS, тупым краем ножа провести по руке. Образуется «рана». Ватку обмакнуть в раствор фторида калия и заживить рану.

Уравнения реакций:

FeCl₃ + 3KCNS = Fe(CNS)₃ + 3KCl,

Fe(CNS)₃ + 6KF = K₃[FeF₆] + 3KCNS.

Получение золота и других металлов

Золотой песок растворяется в растворе цианида натрия NaСN в присутствии кислорода. Образуется комплексное соединение:

4Au + O₂ + 2H₂O + 8NaCN = 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH.

В комплексном соединении (дицианоаурат(I) натрия) степень окисления золота +1, координационное число 2.

Из полученного раствора золото вытесняется цинком по уравнению реакции:

Zn + 2Na[Au(CN)₂] = Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au.

Комплексными являются важнейшие органические соединения – гемоглобин и хлорофилл. (Схема их строения приведена в книге Л.А.Николаева «Металлы в живых организмах» и др.)

Примечание. Константу диссоциации на данном уроке обсуждать не следует. Об этом можно поговорить при изучении аквакомплексов.

ЛИТЕРАТУРА

Гузей Л.С., Суровцева Р.П. Химия-10. М.: Дрофа, 2002; Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. М.: Просвещение, 1983; Глинка Н.Л. Общая химия. М.: Высшая школа, 1982; Хомченко Г.П. Химия для поступающих в вузы. М.: Высшая школа, 1993; Гликина Ф.Б., Ключников Н.Г. Химия комплексных соединений. М.: Просвещение, 1982; Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка.
Л.: Химия, 1991.

В.А.ЛУНЬКИНА,
учитель химии средней школы № 1
(п. Колышлей, Пензенская обл.)