Практическая работа 1, страница 414 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Химический практикум. Практическая работа 1. Получение комплексных органических и неорганических соединений, исследование их свойств - страница 414.

Условие.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1

ПОЛУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ

Получение комплексной соли сульфата тетраамминмеди(II) и исследование её свойств.

1. Налейте в две пробирки по 10 капель 10%-ного раствора сульфата меди(II). В одну пробирку добавьте 2 капли раствора хлорида бария. Что наблюдаете? В другую пробирку внесите кусочек гранулированного олова. Обратите внимание на изменение цвета поверхности металла. Почему это происходит?

2. Получите комплексное соединение меди, для чего в пробирку с 15 каплями раствора сульфата меди(II) по каплям добавляйте 25%-ный раствор аммиака до выпадения осадка гидроксосульфата меди(II) $(CuOH)_2SO_4$. При дальнейшем добавлении аммиака осадок начнёт растворяться. Обратите внимание на изменение цвета раствора при образовании комплексного сульфата тетраамминмеди(II).

3. Полученный раствор разлейте в две пробирки и проведите два опыта, как с раствором сульфата меди(II). Выпадает ли осадок при добавлении хлорида бария? Выделяется ли медь на грануле олова?

4. Напишите уравнения проведённых реакций и уравнение электролитической диссоциации комплексного соединения в водном растворе.

Получение комплексных соединений меди

Получение гексацианоферрата меди(II).

В пробирку внесите 2 мл раствора сульфата меди(II) и добавьте равный объём раствора гексацианоферрата(II) калия (жёлтая кровяная соль). Отметьте цвет выпавшего осадка. Напишите уравнение реакций.

Получение комплексного тиосульфата меди(I).

1. В пробирку налейте 1 мл раствора сульфата меди(II) и равный объём раствора иодида калия. Отметьте выпадение осадка иодида меди(I) и окрашивание раствора в жёлтый цвет. Чтобы выделившийся иод не препятствовал образованию комплексного соединения, в пробирку по каплям добавьте раствор сульфита натрия до обесцвечивания раствора.

2. В пробирку с иодидом меди(I) добавьте раствор тиосульфата натрия $Na_2S_2O_3$ до полного растворения осадка. Напишите уравнения всех реакций, учитывая, что тиосульфат-анион $S_2O_3^{2-}$ — монодентатный лиганд, а координационное число катиона $Cu^+$ равно двум.

3. К 2 мл раствора гидроксида натрия добавьте 10–15 капель раствора сульфата меди(II) до появления голубого осадка гидроксида меди(II). К осадку приливайте водный раствор глицерина, наблюдая растворение осадка и изменение цвета раствора. Напишите уравнение реакции. Как называются комплексные соединения, не имеющие внешней сферы? Как называются лиганды, образующие с центральным ионом-комплексообразователем две связи?

4. Получите осадок гидроксида меди(II), как описано в предыдущем опыте. Добавьте к нему раствор тартрата калия-натрия (двойная соль винной кислоты $(KOOC-CHOH-CHOH-COONa)$, сегнетона соль) до полного растворения осадка. Отметьте цвет образующегося раствора. Напишите уравнения реакций. Полученный реактив — фелингова жидкость, или реактив Фелинга, — используется в аналитической химии для обнаружения в растворе альдегидов и восстанавливающих сахаров.

5. К полученному реактиву добавьте 10 капель раствора глюкозы и слегка нагрейте на водяной бане. Фелингова жидкость — мягкий селективный окислитель, который превращает альдегидную группу в карбоксильную. Отметьте выпадение осадка и укажите его цвет. Что представляет собой осадок?

Гидратная изомерия аквакомплексов хрома(III).

Хлорид хрома(III) $CrCl_3 \cdot 6H_2O$ образует три изомера разного цвета:

$[Cr(H_2O)_6]Cl_3$ сине-фиолетовый

$[Cr(H_2O)_5Cl]Cl_2$ тёмно-зелёный

$[Cr(H_2O)_3Cl_3] \cdot 3H_2O$ светло-зелёный

В растворах они находятся в равновесии, состояние которого зависит от различных факторов, в том числе температуры.

В две пробирки внесите по нескольку кристаллов хлорида хрома(III) $CrCl_3 \cdot 6H_2O$ и по 10 капель воды. Одну пробирку нагрейте на кипящей водяной бане. Сравните цвет растворов в пробирках. Какой изомер аквакомплекса хрома(III) более устойчив при комнатной температуре, а какой — при нагревании? Назовите каждый аквакомплекс.

Решение.

Решение 2.

Получение комплексной соли сульфата тетраамминмеди(II) и исследование её свойств

1. При добавлении 2 капель раствора хлорида бария к 10 каплям 10%-ного раствора сульфата меди(II) наблюдается выпадение белого мелкокристаллического осадка сульфата бария $BaSO_4$.
Уравнение реакции: $CuSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + CuCl_2$
В другую пробирку с раствором сульфата меди(II) вносят кусочек гранулированного олова. Наблюдается изменение цвета поверхности металла: она покрывается красно-коричневым налетом металлической меди. Раствор постепенно обесцвечивается. Это происходит потому, что олово является более активным металлом, чем медь, и вытесняет (восстанавливает) медь из ее соли.
Уравнение реакции: $Sn + CuSO_4 \rightarrow SnSO_4 + Cu \downarrow$
Ответ: В первой пробирке выпадает белый осадок $BaSO_4$. Во второй пробирке гранула олова покрывается красным налетом меди, так как олово вытесняет медь из раствора соли.

2. Для получения комплексного соединения меди в пробирку с 15 каплями раствора сульфата меди(II) по каплям добавляют 25%-ный раствор аммиака. Сначала выпадает голубоватый осадок основного сульфата меди(II) $(CuOH)_2SO_4$.
Уравнение реакции: $2CuSO_4 + 2NH_3 \cdot H_2O \rightarrow (CuOH)_2SO_4 \downarrow + (NH_4)_2SO_4$
При дальнейшем добавлении избытка раствора аммиака осадок начинает растворяться. Раствор приобретает интенсивный сине-фиолетовый (васильковый) цвет за счет образования комплексного соединения — сульфата тетраамминмеди(II).
Уравнение реакции: $(CuOH)_2SO_4 + 8(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow 2[Cu(NH_3)_4]SO_4 + 2H_2O + 8H_2O$
Ответ: При добавлении аммиака сначала выпадает голубой осадок, который затем растворяется в избытке аммиака с образованием раствора интенсивного сине-фиолетового цвета.

3. Полученный раствор сульфата тетраамминмеди(II) разливают в две пробирки.
При добавлении хлорида бария выпадает белый осадок сульфата бария $BaSO_4$. Это происходит потому, что сульфат-ион $SO_4^{2-}$ находится во внешней сфере комплексной соли и диссоциирует в растворе, оставаясь доступным для реакции.
Уравнение реакции: $[Cu(NH_3)_4]SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + [Cu(NH_3)_4]Cl_2$
При добавлении гранулы олова в раствор комплексной соли видимых изменений не происходит. Медь не выделяется на грануле олова. Это связано с тем, что ион меди(II) прочно связан в комплексном ионе $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$. Концентрация свободных ионов $Cu^{2+}$ в растворе настолько мала, что олово не может вытеснить медь.
Ответ: Осадок при добавлении хлорида бария выпадает. Медь на грануле олова не выделяется.

4. Уравнения проведённых реакций:
Получение основного сульфата меди(II): $2CuSO_4 + 2NH_3 \cdot H_2O \rightarrow (CuOH)_2SO_4 \downarrow + (NH_4)_2SO_4$
Растворение осадка в избытке аммиака: $(CuOH)_2SO_4 + 8NH_3 \rightarrow 2[Cu(NH_3)_4]SO_4 + 2H_2O$
Реакция с хлоридом бария: $[Cu(NH_3)_4]SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + [Cu(NH_3)_4]Cl_2$
Уравнение электролитической диссоциации комплексного соединения в водном растворе (первичная диссоциация):
$[Cu(NH_3)_4]SO_4 \rightleftharpoons [Cu(NH_3)_4]^{2+} + SO_4^{2-}$
Комплексный ион также подвергается вторичной (неполной) диссоциации:
$[Cu(NH_3)_4]^{2+} \rightleftharpoons Cu^{2+} + 4NH_3$
Ответ: Уравнения реакций и диссоциации представлены выше.

Получение комплексных соединений меди

1. Получение гексацианоферрата меди(II).
При смешивании раствора сульфата меди(II) и раствора гексацианоферрата(II) калия (жёлтой кровяной соли) образуется красно-коричневый осадок гексацианоферрата(II) меди(II).
Уравнение реакции: $2CuSO_4 + K_4[Fe(CN)_6] \rightarrow Cu_2[Fe(CN)_6] \downarrow + 2K_2SO_4$
Ответ: Выпадает осадок красно-коричневого цвета.

1. Получение комплексного тиосульфата меди(I).
При смешивании раствора сульфата меди(II) и иодида калия выпадает белый осадок иодида меди(I) $CuI$, а раствор окрашивается в желто-бурый цвет из-за образования молекулярного иода $I_2$. Это окислительно-восстановительная реакция.
$2CuSO_4 + 4KI \rightarrow 2CuI \downarrow + I_2 + 2K_2SO_4$
Чтобы выделившийся иод не мешал, к раствору по каплям добавляют раствор сульфита натрия до обесцвечивания. Сульфит-ион восстанавливает иод до иодид-иона.
$I_2 + Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow 2NaI + H_2SO_4$
Ответ: Выпадает белый осадок $CuI$, раствор окрашивается в желто-бурый цвет. Обесцвечивание происходит при добавлении $Na_2SO_3$.

2. К полученному осадку иодида меди(I) добавляют раствор тиосульфата натрия $Na_2S_2O_3$ до полного растворения осадка. Происходит образование растворимого комплексного соединения. Учитывая, что тиосульфат-анион $S_2O_3^{2-}$ — монодентатный лиганд, а координационное число катиона $Cu^+$ равно двум, образуется дитиосульфатокупрат(I) натрия.
Уравнения реакций:
1) $2CuSO_4 + 4KI \rightarrow 2CuI \downarrow + I_2 + 2K_2SO_4$
2) $CuI + 2Na_2S_2O_3 \rightarrow Na_3[Cu(S_2O_3)_2] + NaI$
Ответ: Осадок $CuI$ растворяется с образованием бесцветного раствора комплексной соли. Уравнения реакций приведены выше.

3. К 2 мл раствора гидроксида натрия добавляют 10–15 капель раствора сульфата меди(II) до появления голубого студенистого осадка гидроксида меди(II).
$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$
К полученному осадку приливают водный раствор глицерина. Осадок растворяется, и образуется прозрачный раствор интенсивного синего цвета. Это происходит за счет образования комплексного соединения — глицерата меди(II), в котором глицерин выступает как хелатный лиганд.
Уравнение реакции (упрощенно):
$Cu(OH)_2 + 2C_3H_5(OH)_3 \rightarrow [C_3H_5(OH)O_2]_2CuH_2 + 2H_2O$
Комплексные соединения, не имеющие внешней сферы, называются нейтральными комплексами (например, $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$). В данном случае образуется хелатный комплекс, который является анионным, но его часто приводят в пример внутрикомплексных соединений.
Лиганды, образующие с центральным ионом-комплексообразователем две связи, называются бидентатными. Если лиганд образует с центральным ионом цикл, такие комплексы называются хелатными.
Ответ: Осадок $Cu(OH)_2$ растворяется в глицерине с образованием ярко-синего раствора. Комплексы без внешней сферы — нейтральные. Лиганды, образующие две связи, — бидентатные.

4. Осадок гидроксида меди(II) получают, как описано в предыдущем опыте. К нему добавляют раствор тартрата калия-натрия (сегнетовой соли) до полного растворения осадка. Образуется прозрачный раствор васильково-синего цвета, известный как реактив Фелинга. В этой реакции тартрат-ион выступает в качестве бидентатного хелатного лиганда, образуя с ионом $Cu^{2+}$ растворимый комплекс.
Уравнение реакции (схематично):
$Cu(OH)_2 + KNaC_4H_4O_6 \rightarrow KNa[Cu(C_4H_2O_6)] + 2H_2O$
Ответ: Осадок гидроксида меди(II) растворяется при добавлении раствора сегнетовой соли, образуя ярко-синий раствор (реактив Фелинга).

5. К полученному реактиву Фелинга добавляют 10 капель раствора глюкозы и слегка нагревают. Наблюдается изменение цвета раствора с синего на желтый, а затем выпадает кирпично-красный осадок оксида меди(I) $Cu_2O$. Фелингова жидкость является мягким окислителем и окисляет альдегидную группу глюкозы до карбоксильной, при этом ион $Cu^{2+}$ восстанавливается до $Cu^+$.
Уравнение реакции (упрощенно, R-CHO — глюкоза):
$2Cu^{2+} + R-CHO + 5OH^- \xrightarrow{t} Cu_2O \downarrow + R-COO^- + 3H_2O$
Осадок представляет собой оксид меди(I) $Cu_2O$.
Ответ: Выпадает кирпично-красный осадок оксида меди(I) $Cu_2O$.

Гидратная изомерия аквакомплексов хрома(III)

При растворении кристаллов хлорида хрома(III) $CrCl_3 \cdot 6H_2O$ в воде образуется раствор сине-фиолетового цвета, что соответствует наличию в растворе ионов гексааквахрома(III) $[Cr(H_2O)_6]^{3+}$. Это наиболее устойчивая форма при комнатной температуре. При нагревании этого раствора на кипящей водяной бане его цвет меняется на зелёный. Это связано со смещением равновесия в сторону образования аквахлорокомплексов, в которых молекулы воды во внутренней координационной сфере замещаются на ионы хлора.
$[Cr(H_2O)_6]^{3+} \text{(сине-фиолетовый)} \rightleftharpoons [Cr(H_2O)_5Cl]^{2+} \text{(тёмно-зелёный)} + H_2O \rightleftharpoons [Cr(H_2O)_4Cl_2]^{+} \text{(светло-зелёный)} + 2H_2O$
Нагревание способствует эндотермическому процессу замещения лигандов $H_2O$ на $Cl^-$, поэтому в горячем растворе преобладают комплексы зелёного цвета.
Названия аквакомплексов, приведенных в задании:
- $[Cr(H_2O)_6]Cl_3$ — гексааквахрома(III) хлорид.
- $[Cr(H_2O)_5Cl]Cl_2$ — пентааквахлорохрома(III) хлорид.
- $[Cr(H_2O)_3Cl_3] \cdot 3H_2O$ — триакватрихлорохром(III) тригидрат.
Ответ: При комнатной температуре более устойчив сине-фиолетовый изомер $[Cr(H_2O)_6]Cl_3$ (гексааквахрома(III) хлорид). При нагревании более устойчивы зелёные изомеры, такие как $[Cr(H_2O)_5Cl]Cl_2$ (пентааквахлорохрома(III) хлорид) и другие хлоросодержащие комплексы. Названия комплексов приведены выше.