Лабораторная работа №13, страница 124, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

Свойства комплексных ионов переходных металлов

Реактивы: растворы аммиака, сульфата меди (II), сульфата железа (II), хлорида железа (III), гидроксида натрия, соляной кислоты, гексацианоферрата (III) калия $K_3[Fe(CN)_6]$, раствор гексацианоферрата (II) калия $K_4[Fe(CN)_6]$.

Химическая посуда и лабораторное оборудование: пробирки, штатив для пробирок, пипетка, стеклянная палочка.

Техника безопасности. Требуется соблюдение правил работы с растворами кислот, щелочей и нагревательными приборами.

Внимание: с аммиаком обращаемся аккуратно, ни в коем случае не вдыхая его пары!

Ход работы

Опыт 1. Получение аммиачного комплекса меди

Налейте в пробирку 2 мл раствора сульфата меди (II) и добавьте по каплям с помощью пипетки раствор аммиака. Наблюдайте образование голубого осадка. К осадку прибавьте избыток раствора аммиака. К полученному раствору добавьте небольшое количество раствора соляной кислоты. Наблюдайте растворение осадка и появление синей окраски раствора, характерной для комплексного иона аммиаката меди (II) $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.

Опыт 2. Комплексные соединения железа

А) В первую пробирку налейте 2 мл раствора хлорида железа (III) $FeCl_3$ и добавьте 1–2 капли раствора желтой кровяной соли гексацианоферрата (II) калия $K_4[Fe(CN)_6] \cdot 3H_2O$.

Наблюдайте образование малорастворимого осадка “берлинской лазури”. Испытайте отношение осадка к раствору щелочи.

Б) Во вторую пробирку налейте 2 мл раствора сульфата железа (II) $FeSO_4$ и добавьте 1–2 капли раствора красной кровяной соли гексацианоферрата (III) калия $K_3[Fe(CN)_6]$.

Наблюдайте образование темно-синего осадка турнбулевой сини. Испытайте отношение осадка к раствору щелочи.

Вопросы и задания:

Реактивами на какие ионы железа могут служить комплексные ионы $[Fe(CN)_6]^{3-}$, $[Fe(CN)_6]^{4-}$?

Сделайте соответствующие выводы.

Напишите уравнения реакций.

Опыт 1. Получение аммиачного комплекса меди

При добавлении раствора аммиака по каплям к раствору сульфата меди(II) наблюдается образование голубого студенистого осадка гидроксида меди(II). Это происходит из-за того, что раствор аммиака в воде (гидрат аммиака) создает слабощелочную среду.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$CuSO_4 + 2(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + (NH_4)_2SO_4$

При добавлении к образовавшемуся осадку избытка раствора аммиака, осадок растворяется. Раствор приобретает интенсивную ярко-синюю (васильковую) окраску. Это явление связано с образованием устойчивого комплексного иона тетраамминмеди(II) $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$.

Уравнение реакции:

$Cu(OH)_2 + 4NH_3 \rightarrow [Cu(NH_3)_4](OH)_2$

Если к полученному ярко-синему раствору добавить сильную кислоту, например, соляную, то комплексное соединение разрушается. Это происходит потому, что ионы водорода $H^+$ из кислоты связывают молекулы аммиака (лиганды) в ионы аммония $NH_4^+$. В результате ярко-синяя окраска, свойственная комплексу, исчезает, и раствор вновь становится светло-голубым, что характерно для гидратированных ионов меди(II) $Cu^{2+}$.

Уравнение реакции в ионном виде:

$[Cu(NH_3)_4]^{2+} + 4H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 4NH_4^+$

Ответ: При проведении опыта наблюдается последовательность превращений: сначала образуется голубой осадок $Cu(OH)_2$, который затем растворяется в избытке аммиака с образованием ярко-синего раствора комплекса $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$. При добавлении кислоты комплекс разрушается, и раствор становится светло-голубым. Уравнения реакций, описывающие эти процессы, приведены выше.

Опыт 2. Комплексные соединения железа

А)

При добавлении нескольких капель раствора желтой кровяной соли (гексацианоферрата(II) калия $K_4[Fe(CN)_6]$) к раствору хлорида железа(III) $FeCl_3$ происходит образование темно-синего осадка, который носит название "берлинская лазурь". Эта реакция является качественной для определения ионов железа(III) $Fe^{3+}$.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$4FeCl_3 + 3K_4[Fe(CN)_6] \rightarrow Fe_4[Fe(CN)_6]_3\downarrow + 12KCl$

При добавлении к осадку берлинской лазури раствора щелочи (например, гидроксида натрия $NaOH$) осадок разрушается. Синий цвет исчезает, и образуется красно-бурый осадок гидроксида железа(III) $Fe(OH)_3$.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$Fe_4[Fe(CN)_6]_3 + 12NaOH \rightarrow 4Fe(OH)_3\downarrow + 3Na_4[Fe(CN)_6]$

Ответ: В ходе реакции образуется темно-синий осадок "берлинская лазурь", который является качественным признаком присутствия ионов $Fe^{3+}$. Этот осадок неустойчив в щелочной среде и разрушается с образованием бурого осадка $Fe(OH)_3$.

Б)

При добавлении нескольких капель раствора красной кровяной соли (гексацианоферрата(III) калия $K_3[Fe(CN)_6]$) к раствору сульфата железа(II) $FeSO_4$ наблюдается образование темно-синего осадка, известного как "турнбулева синь". Эта реакция является качественной для определения ионов железа(II) $Fe^{2+}$.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$3FeSO_4 + 2K_3[Fe(CN)_6] \rightarrow Fe_3[Fe(CN)_6]_2\downarrow + 3K_2SO_4$

При добавлении к осадку турнбулевой сини раствора щелочи он, так же как и берлинская лазурь, разрушается. Образуется осадок гидроксида железа(II) $Fe(OH)_2$ грязно-зеленого цвета, который на воздухе способен быстро окисляться до бурого гидроксида железа(III) $Fe(OH)_3$.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$Fe_3[Fe(CN)_6]_2 + 6NaOH \rightarrow 3Fe(OH)_2\downarrow + 2Na_3[Fe(CN)_6]$

Ответ: В ходе реакции образуется темно-синий осадок "турнбулева синь", который является качественным признаком присутствия ионов $Fe^{2+}$. Этот осадок разрушается в щелочной среде с образованием осадка гидроксида железа(II).

Вопросы и задания:

Реактивами на какие ионы железа могут служить комплексные ионы $[Fe(CN)_6]^{3-}$, $[Fe(CN)_6]^{4-}$?

Комплексный ион гексацианоферрат(II) $[Fe(CN)_6]^{4-}$ (из желтой кровяной соли) служит реактивом на ионы железа(III) $Fe^{3+}$.

Комплексный ион гексацианоферрат(III) $[Fe(CN)_6]^{3-}$ (из красной кровяной соли) служит реактивом на ионы железа(II) $Fe^{2+}$.

Сделайте соответствующие выводы.

Вывод: Образование темно-синих осадков ("берлинской лазури" и "турнбулевой сини") является характерным признаком, который позволяет качественно определять наличие ионов железа $Fe^{3+}$ и $Fe^{2+}$ в растворе. Эти реакции широко применяются в аналитической химии для раздельного обнаружения ионов железа в разных степенях окисления.

Напишите уравнения реакций.

Уравнения реакций для всех проведенных опытов подробно описаны в соответствующих разделах выше. Ключевые уравнения, лежащие в основе качественного анализа ионов железа, в ионном виде:

1. Реакция обнаружения иона $Fe^{3+}$:

$4Fe^{3+} + 3[Fe(CN)_6]^{4-} \rightarrow Fe_4[Fe(CN)_6]_3\downarrow$ (берлинская лазурь)

2. Реакция обнаружения иона $Fe^{2+}$:

$3Fe^{2+} + 2[Fe(CN)_6]^{3-} \rightarrow Fe_3[Fe(CN)_6]_2\downarrow$ (турнбулева синь)

Ответ: Комплексный ион $[Fe(CN)_6]^{4-}$ является реактивом на ионы $Fe^{3+}$, а ион $[Fe(CN)_6]^{3-}$ — на ионы $Fe^{2+}$. Это позволяет использовать их для качественного определения ионов железа в разных степенях окисления. Соответствующие уравнения реакций приведены в решении.