Комплексные соединения. Урок-исследование для 11 профильного класса.
методическая разработка по химии (11 класс) по теме

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ГИМНАЗИЯ №5»

г. ТЫРНЫАУЗА КБР

Открытый урок-исследование

Учитель химии: Грамотеева С.В.

I квалификационной категории

Класс: 11 «А» химико-биологический

Дата: 14.02.2012 г.

Комплексные соединения.

Требования к уровню подготовки выпускников: знать важнейшие химические понятия: комплексные соединения; уметь называть вещества по систематической номенклатуре.

Цели урока: Обучающие цели: сформировать представление учащихся о составе, строении, номенклатуре, видах и классификации комплексных соединений; научить давать названия комплексным соединениям по формулам, составлять формулы по названиям.

Воспитывающие цели: Создать условия для самостоятельной работы учащихся, укреплять навыки работы учащихся с текстом, выделять основное в тексте, выполнять тесты.

Развивающие цели: Создать на уроке диалоговое взаимодействие, содействовать развитию умений учащихся высказывать свое мнение, выслушивать товарища, задавать друг другу вопросы и дополнять выступления друг друга.

Оборудование: мел, доска, экран, проектор, презентация, компьютер, электронные носители, учебник «Химия», 11 кл., О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова, учебник «Химия: в тестах, задачах и упражнениях», 11 кл., О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов.

Лабораторные опыты: №1. Получение комплексного соединения меди

                                          №2. Получение комплексного соединения алюминия

                                   №3. Определение ионов Fe2+ и Fe3+ 

ХОД УРОКА

1. Организационный момент.
2. Подготовка к изучению нового материала.

1. Фронтальный опрос

1. Что такое гибридизация атомных орбиталей?
2. Какие типы гибридизации s- и р-орбиталей второго энерге тического уровня вы знаете?
3. Приведите примеры органических и неорганических ве ществ, содержащих атомы углерода, кислорода, азота в со стояниях sp3-, sp2- и sp-гибридизации.
4. Изобразите электронно-графическую формулу атома бора в основном и возбужденном состояниях. Какой тип гибриди зации характерен для атома бора?
5. Приведите электронно-графическую формулу атома берил лия в нормальном и возбужденном состояниях. Какой тип гибридизации характерен для атома бериллия? Какова гео метрическая форма молекул состава ВеЭ2?
6. Почему молекулы одного и того же состава (например, АВ3) имеют различную геометрическую форму? В качестве иллюстрации ответа сравните формы молекул ВСl3 и NH3.
7. Какой тип гибридизации наблюдается у атомов углерода в различных аллотропных модификациях: алмаз, графит, карбин, фуллерен? Каким образом тип гибридизации сказывается на строении макромолекул и физических свойствах аллотропных форм?
8. Назовите известные вам виды пространственного строения молекул. Приведите примеры.

2. Проверка домашнего задания: учебник: стр. 62, упр. 1-4.

3. Изучение нового материала.

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?

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 соединениями. 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. 

Комплексные (координационные) соединения чрезвычайно широко распространены в живой и неживой природе, применяются в промышленности, сельском хозяйстве, науке, медицине. Так, хлорофилл - это комплексное соединение магния с порфиринами, гемоглобин содержит комплекс железа(II) с порфириновыми циклами. Многочисленные минералы, как правило, представляют собой координационные соединения металлов. Значительное число лекарственных препаратов содержит комплексы металлов в качестве фармакологически активных веществ, например инсулин (комплекс цинка), витамин B12 (комплекс кобальта), платинол (комплекс платины) и т.д. В широком смысле слова почти все соединения металлов можно считать комплексными соединениями.

Основателем координационной теории комплексных соединений является швейцарский химик Альфред Вернер (1866 - 1919); за работы в этой области ему в 1913 году была присуждена Нобелевская премия по химии.

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...".

Согласно теории А. Вернера, комплексные соединения - это сложные вещества, в которых можно выделить:

1. внутреннюю сферу, в которую входят: цен тральный атом (ион) – комплексообразователь. Ионами-комплексообразователями являются ионы металлов. Наибольшую склонность к комплексообразованию проявляют ионы d-элементов. Вокруг центрально го иона-комплексообразователя находятся, связанные с ним донорно-акцепторными связями, противополож но заряженные ионы или нейтральные молекулы, которые называются лнгандамн, или аддендами. Число лигандов (аддендов), которое координируется вокруг центрального иона-комплексообразователя, называется координационным числом. Внутреннюю сферу обозначают квадратными скобками.
2. внешнюю сферу образуют ионы, не вошедшие во внутреннюю сферу. Если комплексный ион — катион, то во внешней сфере находятся анионы: [Cu(NH3)4]2+SO42-,  [Ag(NH3)2]+Cl-. Если комплексный ион — анион, то во внешней сфере находятся катионы. Катионами обычно являются ионы ще лочных и щелочноземельных металлов или катион аммония: K4+[Fe(CN)6]4-,    Na+[Ag(CN)2]-

Типы комплексных соединений

Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме зарядов иона-комплексообразователя и лигандов. Если лигандами являются электронейтральные молекулы, то заряд комплексного иона равен заряду комплексообразователя.

Форма комплексного иона определяется типом гибридиза ции атомных орбиталей центрального иона.

У иона Ag+ на внешнем уровне нет электронов, по донорно-акцепторному механизму на s- и р-орбитали присоединяются молекулы аммиака. Теперь у серебра задействованы 2 орбитали, значит гибридизация sp, комплекс имеет линейную форму.

Номенклатура комплексных соединений.

1. Соль содержит комплексный катион:

Первым называют анион соли (сульфат, фосфат, хлорид и др.). Затем называют входящие во внутреннюю сферу лиганды-анионы с окончанием на «о»: ОН - гидроксо; F; Cl; Br; I - фторо-; хлоро-; бромо-; йодо-; N- циано; NО2 - нитро и т. д.  После этого называют лиганды, представляющие собой нейтральные полярные молекулы (Н2О - акво; NH3 - аммин; СО - карбонил). Если одинако вых лигандов во внутренней сфере комплекса больше од ного, то их количество указывают греческими числитель ными (2 — ди, 3 — три, 4 — тетра, 5 — пента, 6 — гекса и т. д.). Последним называют центральный ион-комплексообразователь, причем металлы называют в русской транскрип ции.

Если центральный атом имеет переменную валентность, ее указывают римской цифрой в скобках после названия комплексообразователя (она равна заряду иона).

Например:

[Ag(NH3)2]Cl — хлорид диаммин серебра (I),

[Cu(NH3)4]SO4 — сульфат тетрааммин меди (II),

[Co(NH3)4Cl2]Cl — хлорид дихлоротетрааммин кобаль та (III).

2. Соль содержит комплексный анион

Сначала называют лиганды-анионы, затем молекуляр ные лиганды с окончанием «о», указывая количество их греческими числительными. Затем называют комплексообразователь, используя латинское название элемента с при бавлением суффикса «ат»:

Fe – феррат

Сu - купрат

Ag - аргентат

Аu - аурат

Hg - меркурат

Zn - цинкат

Аl - алюминат и т. д.

Валентность центрального иона (если это необходимо) отмечается римскими цифрами в скобках после названия элемента. Последним называют катион, находящийся во внешней сфере (русское название элемента в родительном падеже). Число катионов в назва нии соли не указывается.

Например:

K4[Fe(CN)6] — гексацианоферрат (II) калия, (желтая кровяная соль)

K3[Fe(CN)6] — гексацианоферрат (III) калия, (красная  кровяная соль)

Na[Al(OH)4] — тетрагидроксоалюминат натрия.

Химические свойства комплексных соединений.

1. Диссоциация: K4[Fe(CN)6] ↔ 4K+ + [Fe(CN)6]4-

Внутренняя сфера практически не диссоциирует.

2. Реакция по внешней сфере: 4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12KCl

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3↓ Берлинская лазурь

3FeSO4 + 2 K3[Fe(CN)6] → Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 3K2SO4

3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- → Fe3[Fe(CN)6]2↓ турнбулева синь

[Cu(NH3)4]SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + [Cu(NH3)4]Cl2

3. Реакции с участием лигандов: [Cu(NH3)4]SO4 + 4HCl → CuSO4↓ + 4NH4Cl
4. Реакции по центральному иону:

1. Обменные: [Ag(NH3)2]Cl + KI → AgI↓ + KCl + 2NH3
2. Окислительно-восстановительные:

2[Ag(NH3)2]OH + RCOH → 2Ag↓ + RCOONH4 + H2O + 3NH3 (реакция «серебряного зеркала»)

Лабораторные опыты

Опыт 1.

Получение комплексного соединения меди

Получите гидроксид меди (II) и прилейте к нему избыток концентрированного раствора аммиака.

Задания для самостоятельных выводов.

1. Как изменился цвет при действии на осадок гидроксида меди (II) раствором аммиака? Как это объяснить?
2.  2. Составьте уравнение полученной реакции и назовите комплексное соединение. 

Опыт 2.

 Получение комплексного соединения алюминия 

 Налейте в пробирку 1-2 мл хлорида алюминия. Затем в пробирку постепенно добавьте концентрированный раствор гидроксида натрия до исчезновения осадка.

Задания для самостоятельных выводов.

1. Почему в начале образовался осадок?

2. Почему при избытке гидроксида натрия осадок исчезает?

3. Составьте уравнение происходящих реакций в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде. Назовите образовавшиеся вещества. 

Опыт 3.

Качественная реакция на катионы Fe2+ и Fe3+

1. В пробирку налейте 2мл раствора хлорида железа (III), чуть подкислите соляной кислотой, и прибавьте немного раствора гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] (жёлтая кровяная соль). Выпадает осадок берлинской лазури.
2. Во вторую пробирку налейте 2мл раствора сульфата железа (II) и прилейте к нему немного раствора гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль). Образуется осадок турнбулевой сини. Напишите уравнения реакций.

Задания для самостоятельных выводов.

1. Какие изменения происходят в обеих пробирках?

2. Составьте уравнения происходящих реакций а молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

3. Напишите названия веществ, образующихся в результате реакций.

4. На основании проделанных опытов объясните, как можно определить в растворе  ионы Fe2+ и Fe3+? 

А знаете ли вы, что…

Берлинская лазурь была случайно получена в 1704 году немецким мастером Дисбахом, готовившим краски для художников. В России её применяли для окраски тканей, бумаги, в иконописи и при создании фресок, одна из распространённых синих красок.

Турнбулева синь названа в честь Турнбуля (дед английского физика и химика У. Рамзая), владевшего заводом, на котором производились вещества, применяемые для крашения тканей.

Желтая кровяная соль K4[Fe(CN)6] (синильно-кислый поташ, синькали) – вещество ядовитое. Это соединение получали из животных отбросов (кровь, копыта, шкуры, сухая рыба и другое). Закупать её в России можно было только с разрушения полиции, используется в аналитической химии для определения ионов железа Fe3+.

Реактив Швейцера [Cu(NH3)4](OH)2 – обладает способностью растворять целлюлозу (вату, фильтровальную бумагу) и применяется для изготовления искусственного волокна – ацетатного.

Кобальтовые соединения входят в состав красителей.

CoCl3*6NH3 - оранжевый, CoCl3*5NH3 - пурпурный, CoCl3*4NH3 – зелёно-фиолетовый, CoCl3*3NH3 – зелёно-голубой.

4. Закрепление ЗУН.

Раздаточный материал

1. определить степень окисления центрального иона и назвать вещество:

K3[Fe(CN)6], K2[Zn(OH)4], [Ni(CO)4], Na3[Al(F)6], Na4[Fe(CN)6], [Cr(H2O)6]Cl3, Ca[Hg(CN)4], [Ag(NH3)2]OH.

2. Построить формулы веществ по назвниям:

Гексахлороплатинат (IV) калия

Нитрат хлоронитротетраамминкобальта (III)

Гексагидроксохромат (III) натрия

Тетрахлороаурат (III) водорода

Нитрат гексаамминникеля (II)

Гексацианохромат (III) гексаамминкобальта (III)

3. Напишите уравнения реакций между следующими веществами:

А)  [Cu(NH3)4]SO4 с BaCl2, Na2S, H2SO4$

Б) [Ag(NH3)2]Cl с CH≡CH, HCl, H2S

В) Na3[Cr(OH)6] с H2SO4, Na3PO4.

Домашнее задание:

1. Записи (учить);
2. Стр. 187, 188 (читать);
3. Подготовить сообщения по теории типов и теории радикалов;
4. Упр. в тетради (выполнить).