И восстановленной форм ионов в растворе

 

Сделайте теоретический расчет отношения активностей катионов металла в растворе, содержащем смесь солей (например, Fe²⁺ и Fe³⁺), используя приведенное в табл. 3 значение ЭДС гальванического элемента, составленного из двух электродных систем: платинового электрода, погруженного в искомый раствор смеси солей, и электрода сравнения.

В качестве электрода сравнения обычно используют удобный в эксплуатации хлоридсеребряный электрод - электрод из серебра, погруженный в насыщенный раствор смеси солей AgC1 и КС1. Его потенциал при комнатной температуре равен +0,201 В.

Запишите схему гальванической системы, например Pt½Fe³⁺, Fe²⁺½½KC1, AgC1½Ag, определите полюса, рассчитайте потенциал искомого электрода и по уравнению Нернста определите отношение активностей a(Ox)/a(Red).

Таблица 3

Индивидуальные задания для расчета

Вариант
a(Ox)/a(Red)	Fe^3+/Fe^2+	Ce^4+/Ce^3+	Co^3+/Co^2+	Fe^3+/Fe^2+	Ti^4+/Ti^3+
ЭДС	0,45	1,45	1,69	0,51	0,29

 

 

Работа 5. Комплексные соединения

 

Комплексными называются соединения, содержащие сложный ион (комплекс), способный к самостоятельному существованию в водном растворе или в кристаллической решетке. Например, в соединении K₂[ZrF₆] - это анион [ZrF₆]^2-, а в соединении [Cd(NH₃)₄](NO₃)₂ - это катион [Cd(NH₃)₄]²⁺.

 

Задание 1. Соединения с комплексными анионами

Задание 1.1. Получение тетраиодомеркурата (II) калия

 

В пробирку внесите 1-2 капли раствора соли ртути (II) и 2-3 капли иодида калия KJ. Наблюдайте образование осадка иодида ртути. Отметьте цвет осадка. Продолжите добавление по каплям раствора иодида калия, тщательно перемешивая содержимое пробирки, до полного растворения осадка.

Растворение первоначально выпавшего осадка в избытке осадителя – признак комплексообразования.

Напишите уравнения реакций осаждения иодида ртути и его растворения с образованием наиболее устойчивых иодидных комплексов ртути (II) с координационным числом 4 (см. справочник [4]). Напишите уравнение процесса ионизации комплексного соединения и выражение константы нестойкости К_1-4 комплексного иона.

 

Задание 1.2. Получение растворов комплексных соединений

Ag(I), Hg(II), Bi(III)

 

Напишите формулу одного из комплексных соединений, перечисленных ниже, и получите в пробирке раствор данного соединения:

а) дироданоаргентат аммония (лиганды – роданид-ионы CNS^-);

б) гексаиодовисмутат (III) калия;

в) тетрароданомеркурат (II) аммония (лиганды – роданид-ионы CNS^-);

г) тритиосульфатоаргентат натрия (лиганды – тиосульфат-ионы S₂O₃^2-).

 

В пробирку поместите 1 мл раствора соли соответствующего металла (комплексообразователя) и по каплям добавляйте реагент, содержащий нужный лиганд, до образования осадка. Отметьте его цвет. Растворите осадок, добавляя по каплям тот же реагент-осадитель. Запишите цвет раствора полученного комплексного соединения.

Напишите уравнения реакций осаждения и растворения осадка в избытке реагента-осадителя с образованием комплексного соединения.

 

 

Задание 1.3. Получение гидроксокомплексов

 

Растворение амфотерных гидроксидов в щелочах – это процесс образования гидроксокомплексов [Me(OH)_n]^q-.

В пробирку внесите 5-6 капель одного из растворов солей: а) ZnCl₂; б) AlCl₃; в) Cr(NO₃)₃; г) BeCl₂; д) Pb(NO₃)₂. Осадите гидроксид металла, добавляя по каплям разбавленный раствор аммиака. Отметьте цвет осадка. В пробирку с осадком добавьте 1 мл разбавленного раствора щелочи. Наблюдайте растворение осадка вследствие образования комплексного соединения.

Напишите уравнения реакций образования гидроксида и его растворения в щелочи. В уравнении реакции комплексообразования запишите наиболее устойчивый гидроксокомплекс металла, характеризующийся наибольшим значением константы устойчивости b_n (см. справочник [4]).

 

Задание 2. Соединения с комплексными катионами.

Аммиачные комплексы

В пробирку внесите 5-6 капель одного из следующих растворов солей: а)Cu(II); б) Zn(II); в) Ni(II). Добавьте по каплям разбавленный раствор аммиака, перемешивая раствор после каждой капли, и наблюдайте образование осадка гидроксида. Отметьте цвет осадка. Прилейте 1-2 мл концентрированного раствора аммиака и тщательно перемешайте. Наблюдайте растворение осадка гидроксида вследствие образования аммиачных комплексов [Me(NH₃)_n]^q+. Отметьте цвет раствора.

Напишите уравнения реакций осаждения гидроксида и растворения его при добавлении избытка аммиака. В уравнении реакции комплексообразования запишите наиболее устойчивый комплексный ион, характеризующийся наибольшим значением константы устойчивости b_n (см. справочник [4]).

 

Задание 3. Разрушение комплексных ионов

В две пробирки внесите по 4-5 капель раствора соли меди (II). В одну добавьте несколько капель раствора сульфида натрия Na₂S, в другую – оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄. Наблюдайте образование осадков в обеих пробирках. Отметьте их цвет.

Напишите уравнения реакций. Выпишите из справочника значения ПР для сульфида и оксалата меди (II). Какой из этих осадков менее растворим?

В двух других пробирках приготовьте раствор аммиаката меди: внесите по 4-5 капель раствора соли меди (II) и по каплям добавьте концентрированный раствор аммиака до полного растворения выпавшего вначале осадка гидроксида меди. Образующиеся комплексные ионы [Cu(NH₃)₄]²⁺ окрашивают раствор в насыщенный сине-фиолетовый цвет. В одну пробирку добавьте сульфид натрия, в другую – оксалат аммония.

В какой пробирке появился осадок и, следовательно, произошло разрушение аммиаката меди? Почему не образовался осадок в другой пробирке? Сопоставьте значения ПР для оксалата и сульфида меди (II) и константу нестойскости аммиаката меди и объясните наблюдаемые явления. Напишите уравнения реакций образования аммиаката меди и его разрушения.

 

Задание 4. Разделение ионов в растворе с использованием реакций

комплексообразования

Для проведения опыта используйте модельные смеси двух солей металлов: а) Fe(III) и Cu(II); б) Fe(III) и Al(III); в) Fe(III) и Ni(II); г) Fe(III) и Cr(III).

Операцию разделения ионов проведите с помощью растворов аммиака или щелочи, используя различие в свойствах гидроксидов указанных металлов. Ионы железа(III) образуют гидроксид, нерастворимый в избытке аммиака и щелочи, тогда как гидроксиды меди, алюминия, никеля, хрома способны растворяться в избытке либо аммиака, либо щелочи с образованием аммиакатов или гидроксокомплексов (см. задания 1, 2 и справочник). Образовавшиеся две фазы (осадок и раствор), каждая из которых содержит соединение только одного металла, разделяют фильтрованием.

В пробирку внесите 1 мл раствора, содержащего смесь ионов. Выберите подходящий реагент для разделения – аммиак (концентрированный раствор) или щелочь. Добавляйте реагент по каплям, тщательно перемешивая раствор, и наблюдайте образование осадков гидроксидов. Прилейте еще 1 мл реагента (избыток) и нагрейте содержимое пробирки для лучшей коагуляции осадка гидроксида железа. Разделите фазы фильтрованием, используя воронку и фильтровальную бумагу. Отметьте цвет осадка и фильтрата. Напишите уравнения всех реакций.

Таблица 4

Индивидуальные задания к лабораторной работе 5

 

Вари- ант	Выполнить задания	Вари- ант	Выполнить задания
	1.1, 1.2а, 1.3а, 2а, 3, 4в		1.1, 1.2б, 1.3а, 2а, 3, 4в
	1.1, 1.2б, 1.3б, 2в, 3, 4а		1.1, 1.2в, 1.3б, 2в, 3, 4г
	1.1, 1.2в, 1.3в, 2б, 3, 4б		1.1, 1.2г, 1.3в, 2б, 3, 4б
	1.1, 1.2г, 1.3г, 2а, 3, 4г		1.1, 1.2а, 1.3г, 2а, 3, 4г
	1.1, 1.2а, 1.3д, 2в, 3, 4а		1.1, 1.2в, 1.3д, 2в, 3, 4б