Вход в Личный кабинет

Подписка

  • Цветной журнал с электронными приложениями;
  • Бумажные и электронные версии;
  • Скидки постоянным подписчикам.

Вы можете ознакомиться с номером журнала.

Оформить подписку

Лекция-беседа "Комплексные соединения"

Разделы: Преподавание химии


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 S2O32-
  • карбонато CO32-
  • оксалато C2O42-
  • 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 SO42-

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