Разработка урока химии. 10-й класс. Тема: "Знакомство с комплексными соединениями"

Разделы: Химия

Класс: 10

Цель урока:

  1. На основе знаний о видах химической связи сформировать представление о составе, строении и способах получения комплексных соединений.
  2. Познакомить с номенклатурой и значением комплексных соединений.

Планируемые результаты обучения.

Учащиеся должны знать:

  • структуру и названия составных частей комплексных соединений;
  • правила номенклатуры комплексных соединений и названия важнейших лигандов;
  • способы получения комплексных соединений.

Учащиеся должны уметь:

  • объяснять строение комплексных соединений;
  • давать названия комплексным соединениям;
  • определять заряд комплексного иона;
  • практически получать комплексные соединения.

Оборудование и реактивы:

  • штатив с пробирками,
  • концентрированный раствор аммиака,
  • раствор хлорида меди (II),
  • раствор гидроксида натрия.

Ход урока

Повторение вопросов о видах химических связей и механизмах их образования.

  1. Приведите примеры неорганических соединений с различными типами химических связей.
  2. Какие механизмы образования ковалентной связи вам известны?
  3. Вспомните, каков механизм образования химической связи в ионе аммония?
  4. С какими комплексными соединениями вы уже знакомы из курса химии девятого класса?

На этом уроке перед вами стоит задача – познакомиться с составом и строением, способами получения различных комплексных соединений, изучить их номенклатуру, разобраться в механизме образования химической связи в этих веществах и, наконец, познакомиться с областями применения комплексных соединений.

Изучение нового материала.

Основополагающие представления о комплексных соединениях ввел в науку швейцарский химик, лауреат Нобелевской премии Альфред Вернер(1898г.) Разработанная им координационная теория легла в основу современных представлений о комплексных соединениях. Значительный вклад в исследование химии комплексных соединений и развитие координационной теории Вернера внесли учёные Л. А. Чугаев и И. И. Черняев. Комплексные соединения - обширный и разнообразный класс веществ, к нему принадлежат хорошо знакомые вам хлорофилл и гемоглобин (слайд 1).

Точного и исчерпывающего определения комплексных соединений нет, но, учитывая их состав, можно выделить кислоты, основания, соли и не электролиты:

Кислоты

Основания

Соли

Неэлектролиты

H2[PtCl6]

H2[PdCl4]

[Cd(NH3)4](OH)2

[Ag(NH3)]OH

K3[Fe(CN)6]

Na[Al(OH)4]

[Ni(CO)4]

[Fe(CO)5]

Продолжим знакомство с представителями этого класса, изучая способы их получения. Из курса химии 9-го класса вам известно, что амфотерный гидроксид алюминия растворяется в избытке раствора щелочи.

Лабораторный опыт 1. «Получение соединения с комплексным анионом»

(учащиеся используют инструкцию)

К раствору хлорида алюминия по каплям прилейте раствор гидроксида натрия до образования белого осадка гидроксида алюминия (самостоятельно запишите уравнение реакции образования гидроксида алюминия в тетрадях):

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3

Добавляйте избыток щелочи до полного растворения осадка Al(OH)3.

Учитель. Почему произошло растворение осадка гидроксида алюминия?

Образовались новые соединения с новыми свойства, отличными от свойств составляющих их простых соединений – например, совершенно иной окраской, растворимостью и способностью взаимодействовать с различными реагентами. Запишите химическое уравнение получения комплексного соединения тетрагидроксоалюмината натрия:

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

тетрагидроксоалюминат натрия

Al(OH)3 + OH - = [Al(OH)4] -

Растворение осадка гидроксида алюминия можно объяснить переходом его в состав комплексного аниона [Al(OH)4]- .

Лабораторный опыт 2 «Получение соединения с комплексным катионом».

(инструкция)

К 1- 2 мл раствора хлорида меди (II) приливайте по каплям раствор аммиака до образования осадка Cu(OH)2 (самостоятельно запишите уравнение реакции образования Cu(OH)2 в тетрадях):

CuCl2 + + 2NH3 . H2O = Cu(OH)2 + 2NH4Cl

Затем к полученному осадку гидроксида меди (II) добавляйте по каплям избыток концентрированного раствора аммиака до растворения осадка.

Учитель. Сравните окраску ионов Cu2+ в хлориде меди c окраской полученного раствора. Присутствие каких ионов изменило окраску раствору? Какое вещество образовалось? Каковы его формула и название? К какому классу соединений его можно отнести?

Растворение голубого осадка гидроксида меди(II) под действием концентрированного раствора аммиака можно объяснить переходом Cu(OH)2 в растворимое комплексное соединение сине-фиолетового цвета. Запишите уравнение образования комплексного соединения - гидроксида тетраамминмеди(II):

Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2

гидроксид тетраамминмеди(II)

В ионно-молекулярной форме:

Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-

Опытным путем доказано, что сине-фиолетовая окраска аммиачного раствора обусловлена образованием очень прочных комплексных ионов [Cu(NH3)4]2+, в состав которых входит ион меди и четыре молекулы аммиака.

Вывод. Комплексными можно считать соединения, содержащие сложные ионы и молекулы, способные к существованию в растворах.

Механизм образования комплексного иона

При образовании комплексных ионов ведущая роль отводится донорно-акцепторным взаимодействиям. В ионе [Cu(NH3)4]2+ при образовании химической связи донорами электронов являются молекулы аммиака, так как атом азота имеет одну неподеленную пару электронов.

В качестве акцепторов выступают ионы Cu2+, которые предоставляют для неподеленных электронных пар молекулы аммиака одну 4s-орбиталь и три 4p-орбитали:

В образованном комплексном ионе [Cu(NH3)4]2+ все четыре ковалентные связи Cu-N являются равноценными.

Вывод. Таким образом, комплексными можно считать соединения, в которых хотя бы одна связь образована по донорно-акцепторному механизму.

Схема строения полученных комплексных соединений:

Строение молекул комплексных соединений рассматриваем на основе координационной теории Альфреда Вернера. Молекулы комплексных соединений состоят из внутренней и внешней сферы. Центральное место в комплексном соединении занимают атомы или ионы-комплексообразователи. Ими могут быть как металлы, так и неметаллы.

Но наиболее типичные комплексообразователи-катионы d-элементов: Cu+, Ag+, Au+ Cu2+, Hg2+, Sn2+, Pt2+, Pb2+, Ni2+, Co2+, Zn2+, Au3+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Co3+, Ni2+, Cr3+, Sn4+, Pt4+(слайд 4).

Комплексообразователь - центральный ион, к которому присоединено определенное число молекул или ионов (лигандов).

Лиганды (слайд 5)- ионы или полярные молекулы, которые удерживает (координирует) комплексообразователь:

а)полярные молекулы – Н2О, NH3, CO, NO;

б)простые ионы – H+,F–, Cl–, Br–, I-;

в) сложные ионы – NO2–, CN–, SCN–, OH–.

Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу (комплексный ион), который при написании обычно заключают в квадратные скобки. Суммарный заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов комплексообразователя (центрального иона) и лигандов. Например , заряд комплексного иона [Al(OH)4]x равен Х= +3 + 4(-1)= -1 .Молекулы или ионы, окружающие комплексный ион, составляют внешнюю сферу. Лиганды различаются по размеру, поэтому число лигандов, которые располагаются вокруг комплексообразователя, является переменным (слайд 2):

Слово «лиганд» ( от лат. «ligo» - «связываю») переводится как «связанный», впервые был введен немецким химиком А.Штоком. В таблице (слайд 3) приведены названия некоторых важнейших лигандов.

Формула лиганда

Название лиганда

H2O

аква

NH3

аммин

Cl-

хлоро

NO-2

нитро

CN-

циано

OH-

гидроксо

SO42-

сульфато

Задание учащимся. Определить комплексообразователь, лиганды, внутреннюю и внешнюю сферы у следующих соединений: , [Ag(NH3)2]Cl, [Mn(H2O)6]SO4, K2[PtCl4], Na[Al(OH)4].

Число лигандов, непосредственно связанных с комплексообразователем, называется координационным числом (КЧ) центрального иона. Большинство комплексных соединений имеют координационные числа 4 и 6, однако встречаются числа 2,8 и даже10 и 14.Значение координационного числа зависит от размеров лиганда и центрального иона и, как правило, равно удвоенному заряду (степени окисления) иона-комплексообразователя.

Зависимость координационного числа от заряда иона-комплексообразователя представлена в таблице (слайд4):

Заряд комплексообразователя

Координационное число

1+ ; Ag+1; Cu+1

2

2+; Cu+2; Zn+2; Pt+2

4

3+; Co+3; Fe+3; Al+3;Cr+3

6

4+; Pt+4

6,8

Номенклатура комплексных соединений.

Формула комплексного соединения читается в обратной последовательности ее записи: сначала указывают анион в именительном падеже, а затем катион - в родительном. Название комплексного иона пишут в одно слово. Степень окисления центрального атома обозначают римской цифрой, помещенной в круглые скобки.

В катионном комплексе перечисляют лиганды, указывая их число греческими числительными(1 – моно, 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса ) слитно с названием лиганда; затем дают название комплексообразователю, используя русское наименование элемента в родительном падеже(в скобках указывают его степень окисления). Молекулярные лиганды соответствуют названиям молекул, для обозначения воды и аммиака применяются термины «аква» и «аммин»: [Ag(NH3)2]Cl – хлорид диамминосеребра (I); [Co(NH3)3H2OCl2]NO3 – нитрат дихлороакватриамминкобальта(III); [Hg2(H2O)2](NO3)2 – нитрат диаквадиртути(II); [Mn(H2O)6]SO4сульфат гексааквамарганца(II);

[Cr2(NH3)9(OH)2]Cl4- хлорид дигидроксононаамминдихрома(III).

В анионном комплексе перечисляют анионы ( Cl– – хлоро, CN– – циано, OH– – гидроксо и другие), затем называют нейтральные лиганды (в первую очередь аммиак и его производные), далее указывают название комплексообразователя , употребляя латинское название элемента, а в конце прибавляют окончание –ат: K3[AlF6] – гексафтороалюминат(III) калия; (NH4)2[PtCl6] –тетрахлороплатинат (IV) аммония; K2[HgI4] – тетраиодомеркурат(II) калия; H[Sb(OH)6] – гексагидроксостибат (V) водорода; Na[Ag(CN)2] - дицианоаргентат(I) натрия. В случае неэлектролитов степень окисления центрального атома не приводят, так как комплекс-электронейтрален: [Ni(CO)4].

Задание для закрепления.Дайте названия, определите заряд комплексного иона, координационное число (к.ч.) и степень окисления комплексообразователя в соединениях: а) К4[Fe(CN)6]; б) Nа[Ag(NO2)2]; в) К2[МoF8]; г) [Cr(H2O)2(NH3)3Cl]Cl2.

Комплексные соединения находят широкое применение:

1) в аналитической химии для определения многих ионов;

2) для извлечения некоторых металлов из природных соединений и получения металлов высокой степени чистоты;

3) для получения красителей;

4) для умягчения воды;

5) в качестве катализаторов важных биохимических процессов:

Интересное и новое о комплексных соединениях.

Группе учёных из Токийского технологического института удалось найти практический способ применения эффекта искусственного фотосинтеза для борьбы с парниковым эффектом в атмосфере: преобразование двуокиси углерода (CO2) в окись углерода (CO).Для этого в качестве фотокатализатора учёные использовали сложное супермолекулярное комплексное

рутений-рениевое (Ru-Re) соединение (слайд 5).

Фотофункциональный гамбургер. Команда исследователей из Osaka University (Япония) объединили порфириновый комплекс молибдена и полиоксометаллат вольфрама в структуру, названную порфириновым гамбургером. Два седловидных порфириновых комплекса исполняют роль булок, а кластер из полиоксометаллата подобно котлете находится между ними. В структуре совмещены два типа фоточувствительных молекул, проявляющих также окислительно-восстановительную активность. Это означает, что молекулы могут откликаться на свет и принимать участие в окислительно-восстановительных процессах (слайд 6).

Большая часть металлов в организме находится в виде хелатов (клешневидных комплексов) с биологически активными веществами (слайд 7).

Организм — сложная динамическая полилигандная и полиметаллическая система.

Подведение итогов урока.

Сегодня мы познакомились с новым классом соединений, который играет важнейшую роль в жизни человека и открывает широкие перспективы для использования.

Литература и Интернет-ресурсы

  1. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Химия. 10 класс. Профильный уровень. Учебник для общеобразовательных учреждений.-2-е изд.- М. ООО «ТИД «Русское слово - РС», 2009.
  2. Ахметов Н.С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. Книга для учителя.М.; Просвещение,1991.
  3. Комплексные соединения. http://www.bigpi.biysk.ru