Лекция-беседа "Комплексные соединения"

Планируемый результат обучения:

Студенты должны знать:

1. классификацию и номенклатуру комплексных соединений;
2. строение комплексных соединений (комплексообразователь, лиганды, внутренняя сфера, внешняя сфера);
3. виды химических связей в комплексных соединениях;
4. значение комплексных соединений.

Студенты должны уметь:

1. составлять формулы комплексных соединений;
2. определять координационное число;
3. составлять уравнения первичной диссоциации комплексных соединений;
4. составлять уравнения реакций получения комплексных соединений.

Оборудование: периодическая таблица Д.И. Менделеева, сухая желтая кровяная соль, ее раствор, качественные реактивы для обнаружения ионов калия, железа (2). Реактивы для проведения химических реакций с комплексными соединениями FeCl₃, Hg(NO₃)₂, KI, KCl, FeSO₄, CuSO₄, NH₄OH. Компьютерное сопровождение.

Продолжительность занятия: 90 минут.

План

1. Координационная теория А. Вернера.
2. Строение комплексных соединений.
   • комплексообразователь,
   • лиганды,
   • координационное число,
   • внутренняя сфера,
   • внешняя сфера.
3. Классификация комплексных соединений.
4. Номенклатура комплексных соединений.
5. Свойства, получения комплексных соединений.
6. Роль русских ученых.
7. Значение комплексных соединений.

Ход занятия 

I. Организационный момент. (3 минуты)

II. Мотивация учебной деятельности через решение проблемой ситуации и определения целей занятия. (15 минут)

– Мир химии богат и разнообразен. Немало загадок и тайн приготовил он человеку. Но человек любознателен и настойчив – множество веществ и явлений было открыто уже очень давно. Однако не все еще познано.

Сегодня вашему вниманию я предлагаю вещество, качественный и количественный состав, которого определен экспериментально абсолютно точно К₄FeC₆N₆.

– К какому классу соединений может принадлежать это вещество?

В ходе беседы возникает предположение: судя по составу, вещество не может быть ни кислотой, ни основанием. Значит, это соль.

– Если это соль, то какой кислоты? И какова же истинная формула вещества?

Студенты высказывают предположения, что в состав входит цианид калия и цианид железа. 4KCN·Fe(CN)₂

– Я приготовила раствор этой соли.

– Давайте проверим, является ли она электролитом.

Если она растворима в воде и является электролитом, то скажите, какие частицы должны присутствовать в растворе?

Ионы двухвалентного железа, ион калия и цианид – ион.

– Давайте проведем качественный анализ этой соли.

Используя подробную инструкцию I, учащиеся проводят лабораторные опыты: контрольные и по исследованию неизвестного вещества.

Инструкция 1.

1. Проведите контрольные опыты:
   а) К раствору сульфата двухвалентного железа добавьте несколько капель раствора NaOH, обратите внимание на признак реакции;
   б) К раствору хлорида калия добавить несколько капель гидротартрата натрия. Охладите пробирку в струе воды, потирая стеклянной палочкой. Обратите внимание на признак реакции;

2. Проведите опыты по исследованию неизвестного вещества:
   а) К раствору неизвестного вещества добавьте несколько капель раствора NaOH. Что наблюдаете? Сравните с контрольным опытом.
   б) К раствору неизвестного вещества добавить несколько капель гидротартрата натрия. Охладите пробирку с струе воды, потирая стеклянной палочкой.

Проводятся качественные реакции на катионы:

K⁺ + NaHC₄H₄O₆→
Fe²⁺ + 2OH^- →

Уравнения химических реакций не записываем, но оговариваем, что студенты проводят качественные реакции, используя элементы аналитической химии.

– Что наблюдаете? Сравните с контрольным опытом.

Студенты сравнивают и высказывают свое мнение.

– Как видите качественный анализ, показал наличие только катионов K⁺.

В результате опыта не удалось обнаружить ни Fe²⁺, ни CN^-. В то же время данная соль дает ряд реакций, которые не свойственны ни Fe²⁺, ни CN^-, взятым в отдельности.

К тому же известно, что анионы CN^- обладают очень высокой токсичностью, но данная соль – обычный лабораторный реактив.

Учитывая результаты опытов, можно сделать вывод, что при диссоциации исследуемой соли железо (II) перешло в раствор не в виде ионов Fe²⁺, а в составе более сложных ионов, не разрушившихся при растворении кристаллов. Как могут быть построены эти ионы? И как построено соединение в целом?

– Начиная с XVIII в., накапливались сведенья о таких соединениях. Долгое время эти соединения оставались непонятными. Число их росло, расширялся круг элементов, способных давать такие соединения. Были предприняты попытки, объяснить, что скрывается за таинственной точкой, связывающей друг с другом формулы двух или нескольких соединений, но эти попытки не выдержали испытанием времени, т. к. не могли удовлетворенно объяснить всю совокупность экспериментальных сведений.

Возникает проблемная ситуация: учащиеся знают состав и некоторые свойства вещества, однако их теоретические знания не позволяют объяснить его строение.

– Сегодня мы рассмотрим соединения этого типа, которые называются комплексными соединения. (Слайд 1) И чтобы отразить свойства вещества формулу, рассмотренной нами соли записывают K₄[Fe(CN)₆]. Эта формула будет занимать центральное место, и мы не раз еще вернемся к ней. К соединениям этого класса относятся [Cu(NH₃)₄]SO₄, K₃[Al(OH)₆], [Al(H₂O)₃(OH)₃]

И нашей задачей будет разобраться каковы эти соединения, живущие в квадратных скобках.

– Скажите, какие цели вы бы поставили перед собой на сегодняшнем занятии? (Студенты отвечают)

– А теперь посмотрим, совпадают ли цели, поставленные вами с планируемым результатом обучения. (слайд 2)

– По мнению К. Пруткова, «многие вещи нам непонятны не потому, что наши понятия слабы, но потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий».

И я надеюсь, что после этого урока комплексные соединения станут для вас понятны: вы узнаете строение, свойства, применение исследуемого вещества, а так же познакомитесь и с другими комплексными соединениями. И это важно для вас не только на данном этапе изучения химии. Знания комплексных соединений вам необходимы для успешного изучения аналитической и фармацевтической химии.

III. Изложение нового материала. (70 минут)

– Общепринятого определения понятия «комплексных соединений» нет. Это обусловлено разнообразием комплексных соединений и их характерных свойств. И для вас сегодня еще одна задача – дать определение комплексным соединениям.

– Основная заслуга в создании современных представлений о строении комплексных соединений принадлежит швейцарскому химику Альфреду Вернеру, сформулировавшему в 1893 г. (ему в это время было 26 лет) основные положения так называемой координационной теории.

По словам Л.А.Чугаева, "только с появлением теории Вернера химия комплексных соединений утратила характер лабиринта или темного леса, в котором исследователь рисковал заблудиться... Нынче в этом лесу проложены широкие дороги...".

– Посмотрите на составные части комплексных соединений (слайд 3)

И это будут ключевые слова нашего урока.

– А теперь более подробно.

Слайд 4. (По отдельности рассматриваем все составляющие части комплексных соединений.)

1. Центральное место в комплексных соединениях занимает комплексообразователь. Это обычно положительный ион (чаще всего металл).

К хорошим комплексообразователям относятся:

1. Ag⁺ Au⁺ Cu⁺
2. Cu²⁺ Zn²⁺ Hg²⁺ Fe²⁺ Ca²⁺ Ba²⁺ Pb²⁺
3. Fe³⁺ Co³⁺ Cr³⁺ Au³⁺
4. Pb⁴⁺

2. Вокруг комплексообразователя расположены или координированы лиганды, то есть ионы противоположного знака или нейтральные молекулы.

Запишем важнейшие лиганды и их названия. Это нам пригодиться для номенклатуры комплексных соединений.

Нейтральные молекулы:

• Аква H₂O
• нитрозо NO
• амин NH₃
• карбонил CO

Ионы:

• фторо F^-
• бромо Br^-
• йодо I^-
• хлоро Cl^-
• нитро NO₂^-
• нитрато NO₃^-
• циано CN^-
• амидо NH₂^-
• тиосульфато S₂O₃^2-
• карбонато CO₃^2-
• оксалато C₂O₄^2-
• гидроксо OH^-
• гидридо H⁺

3. Важной характеристикой комплексообразователя является координационное число – число, показывающее, сколько лигандов координировано вокруг комплексообразователя. Координационное число зависит от многих факторов, главное из которых является степень окисления комплексообразователя.

Посмотрите наиболее характерные координационные числа в растворах и заряд центрального атома:

заряд центрального атома Zк	+1	+2	+3	+4
координационные числа Кч	2	4-6	6-4	8

– Может, вы заметили какую-нибудь закономерность?

Приближенно можно считать, что характерное координационное число определяется зарядом (степенью окисления) центрального иона:

Кч ≈ 2Z

В принципе координационное число может быть от 1 до 12, но чаще всего: 2, 4, 6, что соответствует наибольшей симметрии расположения лигандов относительно комплексообразователя.

4. Комплексообразователь и лиганды образую внутреннюю сферу комплексных соединений (собственно комплекс).

5. Внутренняя сфера выделяется квадратными скобками.

6. Если внутренняя сфера имеет заряд, комплексные соединения имеют внешнюю сферу – ионы, стоящие вне квадратных скобок.

Для уточнения слайд 5.

– А теперь разберем по составу комплексные соединения:

[Cu(NH₃)₄]SO₄
K₃[Al(OH)₆]
[Al(H₂O)₃(OH)₃]

– Давайте напишем формулы комплексных соединений (под диктовку)

• Комплексообразователь Pb²⁺
• Лиганд OH^-
• координационное число 4
• внешняя сфера K⁺

• комплексообразователь Cu²⁺
• лиганд H₂O
• Координационное число 4
• внешняя сфера SO₄^2-

– А теперь проверим. (студенты могут допустить ошибки, поэтому необходимо рассмотреть следующий материал)

– Что надо знать, чтобы написать правильно формулу вещества?

Заряды ионов.

1. Заряд комплексного иона можно определить по внешней сфере (вернуться к формулам на доске).

– НО если убрать внешнюю сферу?

2. Заряд комплексного иона определяется алгебраической суммой заряда комплексообразователя и тех ионов или нейтральных молекул, которые находятся во внутренней сфере.

(Слайд 6)

(слайд 7) для уточнения.

После уточнения исправить ошибки, ели таковые имеются, и по необходимости дается дополнительное задание.

– А теперь внимательно посмотрите на формулы, которые написаны на доске и в вашей тетради и попробуйте разделить их на группы.

Что вы приняли за основу классификации?

Классификацию рассматриваем, используя слайды.

• Слайд 8 общая классификация
• Слайд 9 катионные
• Слайд 10 анионные
• Слайд 11 нейтральные

– Как любые вещества комплексные соединения необходимо уметь называть.

Номенклатура комплексных соединений.

В настоящее время общепринята рациональная номенклатура, основанная на рекомендациях Международного союза по чистой и прикладной химии. Основной принцип ее состоит в том, чтобы как можно полнее отразить в названии состав соединения. По этой номенклатуре при названии комплексных соединений соблюдаются следующие правила:

1. название комплексного соединения ионного характера состоит из двух слов: первым в родительном падеже называют анион, а потом в родительном падеже - катион, независимо от того, который их них комплексный.
2. при названии комплексного иона сначала перечисляются лиганды, а после них центральный атом, лиганды перечисляются в следующем порядке:
   • Первыми называют нейтральные молекулы.
   • Далее называют лиганды – отрицательные однозарядные и т.д.
   • Количество лигандов указывают греческими числительными: один – моно (обычно упускают), два – ди, тир – три, четыре – тетра, пять – пента, шесть – гекса и т д.
   • После ландов называют центральный атом. Если он входит в состав катиона, то используют русское название элемента и в скобках указывают римской цифрой степень его окисления. Если он входит в состав комплексного аниона, то употребляют латинское название этого элемента, перед ним ставят степень окисления в скобках, а в к онце прибавляют окончание –АТ.

Для уточнения рассмотреть примеры

• (Слайд 12)
• (Слайд 13)

– А теперь назовите комплексные соединения, написанные вами. (при необходимости уточнить, исправить)

– Комплексные соединения способны к диссоциации и реакциям ионного обмена Комплексные ионы участвуют в реакциях обмена с образованием более прочного или менее растворимого соединения. Это свойство используется при проведении качественного анализа.

(слайд 13)

Провести реакцию:

FeCl₃ + K₄[Fe(CN)₆] →

Но в результате химических реакций можно получить комплексную соль.

Hg(NO₃)₂ + 2KI→ HgI₂↓ + 2KNO₃
HgI₂↓ + 2KI →K[ HgI₄]

– Назовите комплексное соединение.

– С точки зрения современных представлений о строении атома образование комплексного иона можно объяснить наличием у ионов комплексообразователя свободных электронных ячеек на s- p- d-подуровне.

Рассмотрим на примере хлорида гексаамиина кобальта (III).

– Определите, какой вид связи.

А теперь давайте дадим определение комплексным соединениям.

Отсюда: Комплексными соединениями называются…

Можно дать такое определение: комплексные соединения - это соединения, в узлах кристаллической решетки находятся комплексы, способные к самостоятельному существованию в растворе. Или

Комплексными соединениями называются… соединения, характеризующиеся хотя бы одной ковалентной связью по донорно-акцепторному механизму.

– Нельзя не упомянуть ученых нашей страны, которые внесли огромный вклад в развитие химии комплексных соединений. Начатые еще Менделеевым и Курнаковым исследования получили блестящее развитие в работах Л. Чугаева и его учеников И. Черняева, А. Гринберга, О. Звягивцева. О значении этих исследований известный английский химик Дж. Чатт заметил, что не случайно страна, уделявшая столько внимания химии комплексных соединений, первой послала ракету на Луну.

– Возможно, у вас возникнет вопрос: зачем изучать комплексные соединения?

Дело в том, что эти сложные вещества чрезвычайно распространенны в природе и очень часто встречаются в химической практике. Их значительно больше, чем всех остальных неорганических веществ. Комплексные соединения используются как аналитические реактивы, в качестве катализаторов при получении полимеров, для связывания атмосферного азота, при производстве синтетических моющих средств, лаков, красок, для борьбы с коррозией металлов. А чтобы убедиться, что они не такие уж «закомплексованные» эти комплексные соединения мы послушаем сообщения студентов.

(Такие природные органические соединения, как гемоглобин, придающий красный цвет крови, и хлорофилл в зеленых растениях, тоже комплексные соединения.)

IV. Уточнение и закрепления материала

проходит параллельно изучению нового материала во время беседы и просмотра слайдов.

V. Домашнее задание.

Знать:

1. классификацию и номенклатуру комплексных соединений;
2. строение комплексных соединений (комплексообразователь, лиганды, внутренняя сфера, внешняя сфера);
3. виды химических связей в комплексных соединениях;
4. значение комплексных соединений.

Презентация.