Урок химии "Комплексные соединения"

Модульный урок

Структура модуля

УЭ-0. Интегрирующие дидактические цели.

УЭ-1. Повторение. Химическая связь, схема ее образования.

УЭ-2. Координационная теория Альфреда Вернера.

УЭ-3. Классификация комплексных соединений.

УЭ-4. Получение комплексных соединений.

УЭ-5. Применение, значение комплексов.

УЭ-6. Свойства комплексных соединений.

УЭ-7. Резюме.

УЭ-8. Контроль.

Оборудование к уроку. На демонстрационном столе:

• концентрированные растворы соляной кислоты и аммиака;
• растворы сульфата алюминия и гидроксида натрия, сульфата меди (П), хлорида железа (III), роданида калия; кристаллический калий железосинеродистый (красная кровяная соль);
• демонстрационные пробирки или цилиндры, экран с подсветкой;
• магнитная доска с набором аппликаций;
• плакат с изображением структурных формул молекул хлорофилла и гемоглобина;
• таблица "Состав комплексных соединений";
• вытяжка хлорофилла в этаноле.

УЭ-0. Интегрирующие дидактические цели

1. Повторить механизм образования ковалентной связи.
2. Познакомиться с новым классом соединений, классификацией.
3. Изучить содержание теории комплексных соединений.
4. Используя химический эксперимент, добиться усвоения получения, физических и химических свойств комплексных соединений.
5. Комплексные соединения в окислительно-восстановительных реакциях.
6. Познакомиться с применением веществ данного класса.

УЭ-1. Механизм образования ковалентной связи

Частные дидактические цели:

1. Повторить механизм образования ковалентной связи.
2. Образование ковалентной связи в молекулах воды, гидроксония, иона аммония.

Руководство. Запишите схему образования молекул: воды, иона гидроксония и аммония. Объясните механизм образования иона аммония.

Донорно-акцепторная связь в ионе аммония. Что является донором, а что является акцептором?

УЭ-2. Координационная теория Альфреда Вернера

Частные дидактические цели:

1. Мотивация, постановка проблемы.
2. Знакомство с новым классом соединений.
3. Изучение строения комплексных соединений (комплексообразователь, лиганды, внутренняя сфера, внешняя сфера).
4. Диссоциация комплексов на внешнюю и внутреннюю сферу.
5. Уметь определять координационное число комплексообразователя.
6. Определять вид химической связи между комплексообразователем и лигандами, внешней и внутренней сферой.
7. Уметь называть комплексные соединения.

1. Руководство

В 1597 году немецкий алхимик и врач Либавий проводил опыты с медным купоросом в поисках лекарства для лечения ран, кожных болезней. Повторите старинный опыт, которому в 2007 году исполнилось 410 лет.

Опыт №1.

Налейте в химический стакан на 1/4 объема раствор сульфата меди(II) и небольшими порциями добавьте раствор аммиака.

Запишите уравнение химической реакции. Ваши наблюдения?

CuSO4 + NH3*H2O= ? + ?

Совпадают ли Ваши наблюдения с предполагаемым продуктом реакции? Объясните Ваши наблюдения, укажите цвет и агрегатное состояние полученного вещества.

Что кроется за калейдоскопом цветов?

Либавий не нашел объяснения случившемуся, бессильны оказались и все его современники. Так Либавий получил первое комплексное соединение, природу которого химики выяснили только в конце ХIХ века. Классическое учение о валентности, разработанное А. Кекуле, Э. Франклендом не могло объяснить, за счет чего объединяются валентно насыщенные молекулы.

Сможете ли вы объяснить проведенные опыты?

2. Ознакомьтесь с теоретическим материалом, запишите основные понятия в тетрадь, ответьте на вопросы самоконтроля

Опорный конспект

В конце XIX века швейцарский химик А.Вернер в 1893 году разработал координационную теорию, в основе которой положения теории пространственного строения веществ и теория электролитической диссоциации.

Были ведены следующие понятия:1) комплексные соединения; 2) атом-комплексообразователь (или центральный атом); 3) лиганды (атомы, ионы, полярные молекулы или неполярные молекулы, связанные с центральным атомом);

4) координационное число центрального атома (число лигандов).

Комплексный ион - это ион, состоящий из комплексообразователя и лигандов(внутренняя сфера).

Комплексообразователь (центральный атом или ион) - это атом (или ион), к которому присоединено определённое число молекул или ионов.

Лиганд - молекула или ион, входящий в состав комплексного иона, связанный с центральным атомом (ионом) донорно-акцепторной связью. "Лиганд" переводится как "связанный".

Вакансия - свободная электронная ячейка d-металла, которая может быть использована для образования донорно-акцепторной связи с лигандами.

Комплексное соединение - сложное вещество, в состав которого входит комплексный ион.

1. Соединения, имеющие в своём составе комплексные ионы, относятся к комплексным соединениям.

Координационное число (К.Ч.) - число, указывающее количество лигандов, которое способен присоединить к себе комплексообразователь. Может иметь значения 2, 4, 6, 8, 10 и другие.

 

Суммарный заряд образовавшегося комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов центрального атома (иона) и лигандов.

Названия комплексных соединений: Na [Al(OH)₄] - тетрагидроксоалюминат натрия,

[Cu (NH₃)₄]SO₄ - сульфат тетраамминмеди (II).

Вывод. Связи между комплексообразователем и лигандами осуществляются с помощью электронных пар. Оба электрона каждой связи предоставляются одним атомом, то есть связи образуются по донорно-акцепторному механизму. Донор электронов - лиганды (молекулы аммиака), а акцептор - центральный атом (ион - комплексообразователь Zn²⁺) .

Пространственное строение комплексных соединений.

Ионы-комплексообразователи (акцепторы) предоставляют свои свободные орбитали, а лиганды (доноры) оба электрона. Пространственное строение комплексного иона определяется типом гибридизации орбиталей.

[NC-Ag-CN]^-, [H₃N-Ag-NH₃]⁺

линейная молекула -- sp-гибридизация, тетраэдр sp-гибридизация.

Проверьте свои знания

Самоконтроль (УЭ-2)

I уровень

1. Написать уравнения диссоциации веществ:

K₂[Zn(OH)₄], Na₄[Fe(CN)₆], [Zn(NH₃)₂](N0₃)₂. (1балл)

Пример ответа: K₂[Zn(OH)₄] = 2К⁺ + [Zn(OH)₄]^2-.

2. Составить формулу комплексного соединения, если известно, что его молекула содержит ионы Ni²⁺, 3C1, а также три молекулы NH₃. (2балла)

3. Определить внутреннюю и внешнюю сферы комплексного соединения, координационное число (к. ч.) металла, заряд центрального иона металла, заряд комплексного иона для соединений:

H₄[PtCl₆], [Cu(NH₃)₂]S0₄, K₄[FeF₆], [Cr(H₂O)₆]Cl₃. (2балла)

Пример ответа: H₄⁺[Pt⁺²Cl₆], к. ч. = 6. внешняя, внутренняя сфера

II уровень

1. Написать уравнения диссоциации веществ:

K₄[Fe(CN)₆],

Na₂[Cu(OH)₄];

H₂[SiF₆],

[Zn(NH₃)₄]Cl₂;

[А1(Н₂О)₆] С1₃ (1балл)

2. Напишите формулу комплексного иона, в котором комплексообразователь - ион Fe³+ с к. ч. равным 6, а лиганды - ионы F. Каков заряд комплексного иона? (2балла)

3. Определите координационное число центрального атома в комплексах, внутреннюю и внешнюю сферу, заряд комплексного иона: [Ag(NH3)2] C1; K₄[Fe(CN)₆]; [Со(NН₃)₃]С1₃. Запишите диссоциацию данных веществ. (2 балла)

Если вы набрали 4-5 баллов, приступайте к изучению следующего учебного элемента.

Если же вы набрали меньше 4 баллов, то вернитесь и прочитайте еще раз УЧЕБНЫЙ ЭЛЕМЕНТ-1 (УЭ-1), поработайте с опорным конспектом.

Ознакомьтесь с теоретическим материалом УЭ-3, проверьте свои знания самоконтролем.

УЭ-3. Классификация комплексных соединений

Частные дидактические цели:

1. Познакомиться с классификацией комплексных соединений по составу внутренней и внешней сферы;

В зависимости от природы лиганда различают:

1) аквакомплексы (Н₂О): [Сг(Н₂О)₆]С1₃;

2) аммиакаты (NH₃): [Cu(NH₃)₄]SO₄, [Ag(NH₃)₂]Cl;

3) гидроксокомплексы (ОН~): K₂[Zn(OH)₄], Na2[Cu(OH)₄];

4) ацидокомплексы (кислотные остатки): K₄[Fe(CN)₆], K₂[HgI₄];

5) комплексы смешанного типа: [Co(NH₃)₄Cl₂]Cl, [Pt(NH₃),(H₂0)₂]C1₄, [Co(NH₃)₄(N0₂)Cl]C1О₄.

 Центральным атомом могут быть как ионы металла так и ионы неметалла.

Центральный атом - неметалл: К[BF] - тетрафтороборат(III) калия.

Центральный атом - металл: Na[Al(OH)₄] -тетрагидроксоалюминат натрия.

Состав комплексных соединений

Проверьте свои знания

Самоконтроль (УЭ-3)

I уровень

1. Из предложенных ниже ответов выберите тот, который характеризует ион-комплексообразователь и его заряд в соединении Na₄ [Fe(CN)₆]:

a) Fe³⁺; б) CN; в) Fe^{2 +} ; г) Na⁺; д) Na.

2. Какая из приведенных ниже формул соответствует гексагидроксоалюминату натрия:

а) [А1(Н₂О)₆] С1₃; б) Na[Al(OH)₄]; в) Na [А1(ОН)₄ (Н₂0)₂]; г) NaAlO₂; д) Na₃ [A1(OH)₆]?

3. Какие ионы образует при электролитической диссоциации в воде хлорид тетраамминмеди (II) : [Cu(NH₃)₄] C1₂: a) Си²⁺, Сl; б) [Cu(NH₃)₄]²⁺ , Сl; в) Cu²⁺, NH₃, Сl; г) Сl; д) [Cu(NH₃)₄]+, Сl?

За каждый правильный ответ (1 балл)

II уровень

1. Из предложенных ниже ответов выберите тот, который характеризует центральный ион и его заряд в соединении [Zn(NH₃)₄]Cl₂ : a) Zn²⁺; б) NН₃; в)[Zn(NH₃)₄]²⁺; г) Сl; д) N^-3.

2. Какая из приведенных ниже формул соответствует сульфату тетраамминмеди (II):

a) [Cu(H₂O)₄] SO₄-H₂O;

б) К [A1(SO₄)₂];

в) [Zn(NH₃)₄]Cl₂;

г) [Cu(NH₃)₄] SO₄;

д) [Zn(NH₃)₄] SO₄?

3. Какие ионы образует при электролитической диссоциации в воде диакватетрагидроксоалюминат натрия Na [A1(OH)₄ (Н₂О)₂]:

a) Na⁺; б) Аl, ОН", Na⁺;

в) Na⁺, [A1(OH)₄ (H₂O)₂]^-;

г) Na + , ОН";

д) Na + , [A1(OH)₄] ^-?

За каждый правильный ответ (1 балл)

УЭ-4. Получение комплексных соединений

Частные дидактические цели:

1. На практике получить комплексные соединения, исследовать их свойства.

2. Записывать химические реакции в молекулярном и ионном виде.

3. Уметь составлять химические формулы комплексных соединений, называть комплексы.

Рекомендации. Получите комплексные соединения, запишите соответствующие химические реакции, объясните результаты проведенных опытов, назовите полученные вещества.

Опыт № 1 . Растворение амфотерных гидроксидов в избытке щелочи.

К раствору сульфата алюминия по капле добавьте щелочь, получите осадок, затем растворите его в избытке щелочи.

1. Объясните результаты проведенных опытов.

2. Запишите уравнения проведённых реакций.

3. Какое пространственное строение комплексного иона?

Опыт №2

К раствору хлорида цинка добавьте по каплям гидроксид калия до появления белого студенистого осадка гидроксида цинка. Разделите в две пробирки: в одну добавьте избыток КОН, а в другую - раствор аммиака. Что наблюдаете?

Задания:

1. Составьте уравнения всех проведенных реакций.

2. Определите координационное число иона Zn²⁺, заряд комплексного иона, внешнюю сферу.

3. Каково пространственное строение комплексного иона?

Опыт №3

К раствору роданита калия (KCNS) добавьте хлорид железа(III), получите красную кровяную соль, запишите её формулу, назовите полученный комплекс.

KCNS + FeCl₃ = ? + KCl роданит калия

1. Допишите уравнение проведенной реакции.

2. Запишите краткое ионное уравнение.

3. Каково пространственное строение комплексного иона?

За каждый правильно оформленный опыт Вы получаете по 2 балла.

Задание. Уравняйте методом электронного баланса или методом полуреакций окислительно-восстановительные реакции, каждое уравнение (3балла).

В настоящее время золото извлекают из руд цианидным методом предложенным князем Петром Романовичем Багратионом - племянником героя войны 1812 г.

Пример 1: Au + NaCN + H₂O + O₂ -> Na[Au(CN)₂] + NaOH

Пример 2: Растворение золота в "царской водке".

Au + HNO₃ + HCl -> H[AuCl₄] + NO + H₂O

УЭ-5. Практическое применение, значение комплексных соединений

Частные дидактические цели:

1. Ознакомиться с применением комплексных соединений.

2.Качественные реакции на ионы металлов.

3. Природные комплексы (хлорофилл и гемоглобин).

Руководство. Познакомьтесь с применением комплексных соединений.

Великий Гете сказал: "Просто знать - еще не все, знания нужно уметь использовать".

Ряд комплексных соединений применяют для распознавания тех или иных ионов.

Желтая кровяная соль (K₄[Fe(CN)₆] ) служит реагентом на катионы железа Fe, а красная кровяная соль ( K₃[Fe(CN)₆] ) реагентом на катионы железа Fe.

Опыт №4. Качественная реакция на ионы Fe.

К раствору хлорида железа(Ш) прилейте 2-3 капли раствора желтой кровяной соли K₄[Fe(CN)₆ . В растворе эта соль диссоциирует на ионы.

K₄[Fe(CN)₆] 4K⁺+[Fe(CN)₆]^4--

4Fe³⁺+3[Fe(CN)₆]^4- -> Fe₄³⁺[Fe²⁺(CN)₆^-]₃^4--

                                       берлинская лазурь (темно-синий осадок)

Образуется темно-синий осадок берлинской лазури, или гексацианоферрата(П) железа(Ш). Берлинская лазурь была случайно получена в 1704 г. немецким мастером Дисбахом, готовившим краски для художников. В России ее применяли для окраски тканей, бумаги, в иконописи и при создании фресок.

Желтая кровяная соль (синильно-кислый поташ, синь-кали) - вещество ядовитое. Это соединение получали из животных отбросов (кровь, копыта, шкуры, сухая рыба, кожа, мясо, шерсть и другое), поэтому оно имеет такое название. Закупать ее в России можно было только с разрешения полиции.

Опыт №5 . Качественная реакция на ионы Fe²⁺.

К раствору сульфата железа(П) прильем несколько капель раствора красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆] . В растворе эта соль диссоциирует на ионы.

K₃[Fe(CN)₆] 3K + [Fe(CN)₆] ^з-

3Fe +2[Fe (CN) ] = Fe₃ [Fe(CN)₆]₂

                                   турнбулева синь

Образуется темно-синий осадок турнбулевой сини, или гексацианоферрата(Ш) железа(П). Турнбулева синь названа в честь Турнбуля (дед английского физика и химика У. Рамзая), владевшего заводом, на котором производились вещества, применяемые для крашения тканей.

Таким образом, соединения K₄[Fe(CN)₆J и K₃[Fe(CN)₆] являются важными аналитическими реагентами соответственно на катионы Fe³⁺ и Fe²⁺.

Вывод: комплексные соединения чрезвычайно разнообразны по составу и строению, поскольку может быть много различных комбинаций не только из разных, но и из одних и тех же компонентов.

УЭ-6.Свойства комплексных соединений

Цели: рассмотреть влияние строения комплексов на их свойства.

1) Изучение влияния строения иона металла на окраску комплексов

Разное количество d-электронов, разное координационное число, отсюда, разная окраска.

2) Сравнение интенсивности окраски комплексных соединений меди.

Окраска зависит от силы влияния частиц, т.е. лигандов во внутренней сфере, изменяется цвет.

3) Цвет комплексов зависит от природы и числа лигандов, окружающих центральный атом (катион).

Получено и широко используется на практике несколько комплексных соединений кобальта, которые имеют одинаковый качественный состав, но различаются числом и характером связи компонентов. Эти вещества входят в состав красителей (кобальтовые краски). Они по-разному окрашены:

Цвет комплексов зависит от природы и числа лигандов, окружающих центральный атом (катион).

УЭ-7. Резюме. Подведение итогов урока.

1. Прочитайте цели урока (УЭ-0).

2. Достигли ли цели урока?

3. К чему пришли в результате овладения темой.

4. Оцените свою работу.

УЭ-8. Контроль

I уровень

1. Определите внешнюю и внутреннюю сферу, заряд комплексного иона, диссоциация комплекса:

а) K[Cr(OH)4] -> б) [Fe(OH)4]SO4 -> в) Na4[Fe(CN)6] ->

а) K2[Zn(OH)4] -> б) K3[Fe(CN)6] -> в) [Zn(NH3)2](NO3)2 ->

2. Получите комплексное соединение, назовите его:

а) NaOH + Zn(OH)2 -> б) HgCl2 + 2NH3 ->

а) KOH + Be(OH)2 -> б) Al2O3 + KOH ->

3.* Уравняйте методом полуреакции:

Zn + NaOH + H₂O -> Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

Be + KOH + H₂O -> K₂[Be(OH)₆] +H₂

Задача. Какой объем водорода выделится, если "растворить": 140 г цинка с 10% примесей ? 36 г бериллия, при выходе водорода 70%(н.у.)

II уровень

1. Запишите диссоциацию, определите степень окисления центрального иона, координационное число, назовите соединения:

а) K[BF4] -> б) [Al(H2O)6]Cl3 -> в) K[Ag(CN)2] ->

а) Na3[AlF6] -> б) [Co(H2O)6]Cl3 -> в) [Al(OH)2]3PO4 ->

2. Получите комплексное соединение, назовите его:

а) CuCl + 2NH3 ->	а) LiH + AlCl3 -> ? + LiCl
б) BeO + 4HF -> ? + H2O	б) Ag2S + NaCN -> ? + Na2S

3*. Уравняйте методом полуреакции:

I вариант

а) Si + HNO₃ + HF -> H₂[SiF₆] + NO + H₂O

Задача. Какая масса кремния с 20% примесей растворится, если выделилось 67,5 л оксида азота(II) (н.у.)?

II вариант

а) Cu + KCN + H₂O -> K[Cu(CN)₆] + KOH + H₂

б) Какой объем водорода выделится при выходе 60%, если растворили 69 г меди с 10% примесей?

Приложение.