Опыт 5. Комплексные соединения d-элементов

а) Получение аммиачных комплексов металлов.

Выполнение опыта. Получить аммиачные комплексы с ионами меди (II), цинка (II), кадмия (II), кобальта (II) и никеля (II). Для этого в пробирки с растворами солей, содержащих ионы указанных металлов (2 - 3 капли), добавить по каплям 2 н. раствор аммиака до полного растворения образовавшихся вначале осадков.

Отметить окраску осадков и растворов полученных комплексных соединений. Написать уравнения реакций получения комплексных солей.

б) Взаимодействие солей ртути с раствором аммиака.

Выполнение опыта. В одну пробирку поместить 2 капли раствора нитрата ртути (II), в другую - столько же нитрата ртути (I). В каждую пробирку добавить по 1 - 2 капли 2 н. раствора аммиака. Наблюдать в первой пробирке выпадение белого осадка нитрата меркураммония [Hg₂ONH₂]NO₃, во второй пробирке - черный осадок ртути, которая образуется наряду с нитратом меркураммония по уравнению:

 

2Hg₂(NO₃)₂ + 4NH₃ + Н₂О = [Hg₂ONH₂]NO₃ + 2Hg + 3NH₄NO₃.

 

Разложение [Hg₂]²⁺ = Hg²⁺ + Hg в присутствии аммиака так ускоряется, что происходит практически мгновенно.

В чем отличие реакции взаимодействия с аммиаком солей ртути и солей других d-элементов (Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Ni²⁺)?

в) Получение йодидного комплекса ртути (II).

Выполнение работы. В пробирку с 2 - 3 каплями раствора нитрата ртути(II) прибавить 2 капли раствора йодида калия до выпадения осадка йодида ртути. Прибавить избыток йодида калия (10 - 12 капель) до растворения осадка.

Написать уравнения реакций, учитывая, что ион ртути (II) имеет координационное число 4.

г) Получение роданидных комплексов кобальта, железа.

Выполнение опыта. Поместить в пробирку с ионами кобальта Со²⁺ 2 капли насыщенного раствора роданида аммония. Учесть, что при этом образуется раствор комплексной соли (NH₄)₂[Co(CNS)₄]. Комплексные ионы [Co(CNS)₄]^2- окрашены в синий цвет, а гидратированные ионы Co²⁺ в розовый. Прибавить к комплексной соли кобальта воды. Как изменяется окраска? Эта реакция применяется для качественного обнаружения иона Co²⁺.

В другую пробирку с 5 - 6 каплями раствора железа (III) добавить 1 каплю 0,01 н. раствора роданида аммония. Отметить окраску раствора. Эта реакция является качественной на ион Fe³⁺.

Написать уравнения реакций, отметить окраску полученных роданидных комплексов кобальта (II) и железа (III).

д) Получение фосфатного комплекса железа (III).

Выполнение опыта. В пробирку с 3 - 4 каплями раствора FeCl₃ добавить 1 каплю 0,01 н. раствора роданида аммония и 2 капли 2 н. раствора ортофосфорной кислоты. Что наблюдается?

Учитывая, что устойчивый комплексный ион [Fe(PO₄)₂]^3- бесцветен, объяснить происходящий процесс и написать уравнения соответствующих реакций.

Опыт 6. Окислительно-восстановительные свойства

Ионов металлов

а) Окислительные свойства ионов серебра (I) (получение серебряного зеркала).

Выполнение опыта. В маленьком стаканчике нагреть 30 - 50 мл воды до кипения. В пробирку внести 4 - 5 капель раствора нитрата серебра и прибавить 2 - 5 капель 2 н. раствора NaOH, встряхивая пробирку до растворения выпавшего в начале реакции осадка Ag₂O (избегать избытка NaOH!). К полученному раствору прибавить такой же объем 10%-ного раствора глюкозы C₅H₆(OH)₅COH (или муравьиного альдегида НСОН). Перемешать раствор и поставить пробирку в стаканчик с горячей водой. Через 2 - 3 мин вынуть пробирку из горячей воды и наблюдать полученное серебряное зеркало.

Написать уравнение реакции нитрата серебра с муравьиным альдегидом в присутствии NaOH, считая, что муравьиный альдегид переходит в муравьиную кислоту НСООН.

б) Окислительные свойства ионов меди (II).

Выполнение опыта. Внести в пробирку по 2 капли растворов сульфата меди (II) и йодида калия. Выделившийся свободный йод обесцветить, для чего прибавить в пробирку несколько кристалликов сульфита натрия до исчезновения желтой окраски.

Написать уравнения реакций:

• взаимодействия сульфата двухвалентной меди с йодидом калия. Отметить цвет образующегося осадка CuI;

• взаимодействия йода с сульфитом натрия.

в) Окислительные свойства ионов железа (III).

Выполнение опыта. В пробирку с 2 - 3 каплями раствора соли Fe (III) добавить 1 - 2 капли раствора йодида калия. Наблюдать изменение окраски раствора. Написать уравнение реакции.

г) Восстановительные свойства железа (II).

Выполнение опыта. В две пробирки поместить по 2 - 3 капли растворов КМnO₄ и К₂Сr₂О₇ и прибавить по 5 капель подкисленного раствора соли Мора (FeSO₄). Наблюдать изменение окраски растворов.

Написать уравнения соответствующих реакций и составить электронно-ионный баланс.

Индивидуальные задания.

У преподавателя получить одно из следующих заданий, выполнить его и сдать ответ.

Задание 1. а) Какими реакциями можно различить изделия из меди (или ее сплавов) и золота? Привести уравнения реакций.

б) Серебряная деталь покрылась черным налетом. Объяснить, что это за соединение. Как снять налет химическим способом, не повредив детали? Привести уравнения реакций.

Задание2*. Получить три пробирки (№№ 1 - 3), содержащие бесцветные растворы солей цинка, кадмия и ртути. Пользуясь лишь реагентом NaOH (2 н), определить, в какой пробирке находится каждый из ионов.

Проделать опыты, написать уравнения реакций.

Задание 3*. Получить три пробирки (№№ 1 - 3), содержащие бесцветные растворы солей цинка, кадмия и ртути. Пользуясь лишь реагентом Na₂S (2 н.), определить, в какой пробирке находится каждый из ионов.

Проделать опыты, написать уравнения реакций.

Задание 4*. Получить три пробирки (№№ 1 - 3), содержащие:

а) растворы солей железа (II), алюминия (III), кобальта (II). Пользуясь лишь реагентами КМnO₄ (0,05 н.) и Н₂SO₄ (2 н.), определить, в какой пробирке находится каждый из ионов;

б) растворы солей железа (III), алюминия (III), никеля (II). Пользуясь лишь реагентом NaOH (2 н.), определить, в какой пробирке находится каждый из ионов;

в) растворы солей меди (II), ртути (II), никеля (II). Пользуясь лишь реагентом KI (2 н.), определить, в какой пробирке находится каждый из ионов;

г) растворы солей меди (II), цинка (II), алюминия. Пользуясь лишь реагентом NH₄OH (2 н.), определить, в какой пробирке находится каждый из ионов.

Проделать опыты, написать уравнения реакций.

__________________________________

* Для экспериментального выполнения задания надо взять три чистые пробирки (А, В, С) и в каждую пробирку поместить по 3 - 5 капель анализируемого раствора из пробирок №№ 1 - 3. Затем в каждую пробирку (А, В, С) добавить 2 - 3 капли указанного реагента. Отметить результаты наблюдений. Если надо, прибавить избыток реагента. Чтобы не было сомнения в предполагаемых результатах, нужно поступить следующим образом: поместить в чистую пробирку 3 - 5 капель заранее приготовленного раствора (из штатива) предполагаемого иона, провести реакцию с предложенным реагентом и сопоставить полученный эффект с контрольным анализом (пробирки А, В, С). Не забудьте обратить внимание на исходную окраску ионов в контрольных растворах (№№ 1 - 3)!)

Контрольные вопросы и задания

1. Как изменяется химическая активность металлов в IВ и IIB подгруппах? Ответ обоснуйте.

2. Приведите уравнения реакций растворения золота.

3. Предложите несколько методов разрушения комплексного иона [Ag(NH₃)₂]⁺.

4. Как взаимодействует ртуть с избытком и недостатком азотной кислоты? Напишите уравнения соответствующих реакций.

5. Как проявляется амфотерность металлов? Приведите примеры реакций для цинка, алюминия.

6. Как изменяется химическая активность металлов IIIA подгруппы?

7. Как взаимодействует бор с концентрированной азотной кислотой? Напишите уравнения реакции.

8. Как происходит гидролиз буры? Напишите уравнение реакции.

9. Для каких солей металлов имеет место полный гидролиз?

10. Приведите примеры роданидных комплексов кобальта и железа.

11. Приведите пример реакции окисления сульфида железа (II).

12. Приведите примеры окрашенных сульфидов металлов.

 

Элементы IА подгруппы

 

Литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr находятся в IA подгруппе периодической системы Д.И. Менделеева и относятся к щелочным металлам.

Эти элементы принадлежат к s- электронному семейству, их атомы имеют на внешнем уровне один электрон (ns¹), который они легко отдают, приобретая степень окисления +1.

Все эти металлы - мягкие, серебристо белые, только цезий золотисто желтый. Литий самый легкий металл (ρ = 0,53г/см³), литий, натрий, калий легче воды. Все они высоко активны. Активность возрастает сверху вниз по подгруппе. Литий, натрий, калий на воздухе тотчас окисляются, Rb и Cs – самовоспламеняются.

Литий с кислородом и азотом взаимодействует в нормальных условиях, поэтому на воздухе окисляется образуя темно-серый налет продуктов взаимодействия (Li₂O, Li₃N). Характерно, что только литий при сгорании образует нормальный оксид Li₂O, остальные щелочные металлы образуют при этом пероксидные соединения: Na₂O₂, KO₂, RbO₂, CsO₂.

При растворении в воде пероксиды металлов образуют пероксид водорода, обладающий, как и все пероксиды, окислительно-восстановительной двойственностью.

Na₂O₂ + 2Н₂О = Н₂О₂ + 2NaOH

 

В атмосфере фтора и хлора эти металлы самовоспламеняются, при нагревании взаимодействуют с серой, водородом и другими неметаллами.

Восстановительная способность щелочных металлов настолько велика, что они восстанавливают даже атомы водорода, превращая их в отрицательно заряженные ионы Н^–: 2Na +H₂ = 2NaH

Гидриды металлов имеют ионное строение – в их составе металл является катионом, а водород – анионом.

Все щелочные металлы энергично разлагают воду, восстанавливая из нее водород. Взаимодействие калия с водой сопровождается самовоспламенением выделяющегося водорода, а взаимодействие Rb и Cs – даже взрывом.

 

2K + 2HOH = 2KOH + H₂↑+ Q

 

Поэтому их хранят под слоем вазелина или парафина в запаянных сосудах.

Гидроксиды ЭOH – бесцветные гигроскопические вещества, хорошо растворимы в воде, являются самыми сильными основаниями.

Также они энергично растворяются в кислотах, образуя соответствующие соли. Большинство солей этих металлов хорошо растворимы в воде. Соли, образованные щелочными металлами и слабыми кислотами, имеют щелочную реакцию среды в результате гидролиза. Например:

 

Na₂S + HOH ⇄ NaHS + NaOH

 

Труднорастворимых солей немного, к ним относятся: LiF, Li₂CO₃, Li₃PO₄, перхлораты KClO₄, RbClO₄, CsClO₄, гексахлороплатинаты(VI) K₂[PtCl₆], Rb₂[PtCl₆], гексанитритокобальтат(III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆].

Наиболее чувствительным методом определения присутствия этих металлов является фотометрия. При внесении в пламя горелки соли щелочного металла она разлагается, и пары освободившегося металла окрашивают пламя в характерный для каждого металла цвет: литий – в карминово-красный, натрий – в желтый, калий – в фиолетовый.

 

Работа № 8.

Натрий

Приборы и реактивы: тигель; фильтровальная бумага; треугольник фарфоровый; микрошпатель; стеклянная палочка; натрий; перекись натрия; карбонат натрия; гидрокарбонат натрия; сульфат хрома; лакмус (нейтральный); фенолфталеин; раствор KMnO₄ (0,5 н).