Тема: Комплексные соединения

1. Гидроксид алюминия растворяется в NaOH с образованием комплексного иона [Al(OH)₄]^-. Напишите реакцию растворения и определить заряд иона-комплексообразователя.

2. Почему гидроксид двухвалентной меди растворяется в аммиаке?

3. Приведите названия солей: K₄[Fe(CN)₆], [Pt(NH₃)₂Cl₂], Na₂[PdI₄], K₂[Co(NH₃)₂ (NO₂)₄].

4. Приведите примеры аквакомплексов, аммиакатов, ацидокомплексов.

5. Определите валентность комплексообразователей, координационные числа и заряды комплексных ионов в соединениях: K₃[Co(NO₂)₆]; Cu₂[Fe(CN)₆], K[Au(CN)₂], [Cd(NH₃)₄](OH)₂.

6. Напишите формулу комплексного соединения, состоящего из ионов: К⁺, Cd²⁺, CN^-.

_7. Координационное число трехвалентного кобальта равно 6. Напишите координационные формулы следующих комплексных со­единений: Co(NO₂)₃·3NаNO₂; Co(NO₂)₃·6NH₃ ; Co(NO₂)₃·KNO₂·2NH₃ .

8. Координационное число двухвалентной меди равно 4. Со­ставьте формулы аммиачного и цианистого комплексов двухвален­тной меди, укажите их валентности и приведите примеры солей, в состав которых входили бы эти комплексные ионы.

9. Укажите, в каком из указанных одномолярных растворов комплексных солей концентрация ионов CN^- будет наибольшей, а в каком – наименьшей: K[Au(CN)₂], K₂[Cu(CN)₄], K[Ag(CN)₂], K₂[Hg(CN)₄]? Константы нестойкости комплексных ионов рав­ны:

K_н([Ag(CN)₂]^-)= 10^-21; K_н([Au(CN)₂]^-) = 5· 10^-39;

K_н([Cu(CN)₄]^2-)= 5· 10^-28; K_н([Нg (CN)₄] ^2-) = 4· 10^-41.

10. Константа нестойкости комплексного иона [Fe(CN)₆]^4- равна 10^-37, а иона [Fe(CN)₆]^3- – 10^-44. Какой из этих ионов наиболее прочен?

11. Изобразите распределение электронов в ионе [Ni(NH₃)₄]²⁺ парамагнетизм которого определяется двумя неспаренными электронами.

12. Комплексный ион [Cr(H₂O)₆]³⁺ является парамагнитным, изобразите его электронную структуру.

13. Ион [Ag(CN)₂]^- имеет линейную строение, изобразите его электронную структуру.

14. Изобразите распределение электронов в ионе [FeF₆]^4-, учитывая, что его парамагнетизм отвечает 4 неспаренным электронам.

15. Какие комплексные соединения называются двойными солями? Напишите уравнения диссоциации солей К₄[Fe(CN)₆] и (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ в водном растворе. В каком случае выпадает осадок гидроксида железа (II), если к каждой из них прилить раствор щелочи? Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнение реакции.

Контрольная работа №2

1. Распределите электроны по энергетическим уровням, напишите электронную атома, предложенного в задании. Укажите квантовые состояния валентных электронов в невозбужденном и возбужденном состояниях и распределите их по квантовым ячейкам. Определите квантовые числа последнего (невозбужденного) состояния электрона в атоме.

2. Напишите электронные формулы предложенных ионов, укажите квантовые состояния валентных электронов и распределите их по квантовым ячейкам.

3. В какой последовательности заполнятся электронами предложенные в задании подуровни, дайте объяснение.

4. По квантовому состоянию последнего электрона укажите положение элемента в периодической таблице (период, группу, подгруппу). Укажите, к какому электронному семейству относится заданный элемент, приведите его электронные аналоги.

5. Определите вид химической связи и тип кристаллической решетки в предложенных веществах, укажите, какими свойствами они обладают?

6. Рассмотрите строение предложенных в задании молекул с позиции метода валентных связей, укажите квантовые состояния валентных электронов в атомах, образующих связи в молекулах, форму и валентные углы между связями. Нарисуйте модели молекул и определите, являются ли они полярными.

7. Свойства комплексных соединений.

Таблица 8

№ Варианта	Задание
Элементы	Ионы	Энергетические подуровни	Квантовые состояния	Вещества	Строение молекулы
	Pb	Sn4+, H 1+	3p, 3s, 4p, 4s,	4p6, 5d5	BBr3, Si, Zn	OF2, Br 2, CH2Cl2
	Te	Cr2+,Si4-	5s, 4p, 4d, 4s	3p5, 5d2	Ва, CoCl2, Ne	РH3, C6H6, H2Se
	Сu	Co2+, As2-	6p, 7s, 6d, 5f	4p6, 6d1	Na, NaH, NaCl	SnI4 , SeS2, C2Br 4
	Ti	Sn2+, N3-	4s, 3s, 3p, 3d	3d1, 5p4	Сu, О2 , СuCl2	SnBr2, SbBr3, CHI3
	Sn	Pt2+, H1-	4d, 4p, 3d, 4f	5d2, 6p5	Co, CoCl2, Xe	CH2O, CCl4, SiCl2
	Se	Mg2+,	4p, 5s, 3d, 3p	5d3, 5p6	CH4, Cалм, SiC	PBr3, CS2, H2Se
	Mo	Fe3+, Te2-	7s, 6d, 6p, 5f	5d4, 4p4	Zn, ZnS, Sе	H2Te, CH3Br, SF2
	Ag	Ga3+, O2-	6p, 5f, 7s, 4d	4p6, 5d5	W, CsCl, CS2	AlBr3, C2F4, CCl4
	Au	Fe2+,Ti4+	5s, 4s, 4d, 5p	4d1, 4p2	CaF2, F2, Ca	AsCl3, SiCl4, CO2
	Sc	As3+,S-2	5d, 6s, 4d, 4p	3d3, 4p3	Au, NaH, H2	BBr3, F2, C2Cl4
	Ta	Mn2+,Ni3+	3s, 4p, 4s, 3p	4p6, 6d1	CO2, Pd, GaSb	NCl3, C6H6, H2Te
	As	Sb3+, V2+	4s, 3p, 3s, 3d	4p1, 5d7	GaCl3, GaAs, Ga	GeBr2, GeBr4, CHCl3
	Nb	Hg2+, Br-	4f, 3p, 4s, 5p	3p5, 5d2	Ca, CaH2, CaCl2	CоS, Br3, AsF3
	Gа	Au3+,Au1+	6s, 5p, 5d, 4f	3d1, 5p4	GeCl4, CdSe, Ge	OF2, Cl2, C2Cl4
	Fe	Al3+, P3-	4d, 3s, 3d, 5d	3d2, 5p5	BCl3, Si, Al	GaCl3, GeCl4, H2O
	Cd	Bi3+, Se2-	5s, 4p, 4d, 4s	3d5, 6s1	PCl3, Ge, Na2SO4	NH3, H2S, C2H2
	Hf	Cl- , Cl7+	4s, 5p, 4f, 3p,	4p5, 5d6	Li, LiCl, LiH	H2Se, CH3I, SeF2
	At	As5+,Те-2	4f, 5p, 6s, 5d,	4d2, 4p3	Ве, ВеS, Р	AlBr3, C2F4,CCl4
	As	Ga3+, N3-	6s, 4d, 5d, 4p	3d1, 4p2	К, P2O5, В	SbCl3, GeCl4, SO3
	W	N5+, Cl3+	3s, 3p, 4p, 4s,	4p6, 5d2	NaOH, NH4Cl, Cl2	BCl3, F2, C2H 4

 

№ варианта	Задание №7.
	Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях [Сu(NH3)4]SO4, K2[PtCl6], К[Ag(CN)2]. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений серебра: AgCl·2NH3, AgCN·KCN, AgNO2·NaNO2. Координационное число серебра равно двум. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений платины: PtCl4·6NH3, PtCl4·4NH3, PtCl4·2NH3. Координационное число платины (IV) равно шести. Напишите уравнение диссоциации этих соединений в водных растворах. Какое из соединений является комплексным неэлектролитом?
	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений кобальта: СоСl3·6NH3, СоCl3·5NH3, СoCl3·4NH3. Координационное число кобальта (IV) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
	Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число сурьмы в соединениях Rb[SbBr6], K[SbCl6], Na[Sb(SO4)2]. Как диссоциируют эти соединения в водных растворах?
	Из сочетания частиц Сr3+, Н2О, Сl- и К+ можно составить семь координационных формул комплексных соединений хрома, одна из которых [Cr(H2O)6]Cl3. Составьте формулы других шести соединений и напишите уравнения их диссоциации в водных растворах.
	Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях К4[Fe(CN)6], K4[TiCl8], K2[HgI4]. Как диссоциируют эти соединения в водных растворах?
	Из сочетания частиц Со3+, NH3, NO2- и K+ можно составить семь координационных формул комплексных соединений кобальта, одна из которых [Co(NH3)6(NO2)3. Составьте формулы других шести соеди­нений и напишите уравнения их диссоциации в водных растворах.
	Определите, чему равен заряд следующих комплексных ионов: [Cr(H2O)4Cl2], [HgBr4], [Fe(CN)6], если комплексообразователями являются Сr3+, Hg2+, Fe3+. Напишите формулы соединений, содержащих эти комплексные ионы.
	Определите, чему равен заряд комплексных ионов [Cr(NH3)5NO3], [Pd(NH3)Cl3], [Ni(CN)4], если комплексообразователями являются Сr3+, Pd2+, Ni2+. Напишите формулы комплексных соединений, содержащих эти ионы.
	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений кобальта: 3NaNO2·Co(NO2)3, СoCl3·3NH3·2H2O, 2KNO2·NH3·Co(NO2)3. Координационное число кобальта (III) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
	Напишите выражения для констант нестойкости комплексных ионов [Ag(NH3)2]+, [Fe(CN)6]4-, [PtCl6]2-. Чему равны степень окисления и координационное число их комплексообразователей?
	Константы нестойкости комплексных ионов [Со(СN)4]2-, [Hg(CN)4]2-, [Cd(CN)4]2- соответственно равны 8·10-20, 4·10-41, 1,4·10-17. В каком растворе ионов СN- больше (при равной молярной концентрации растворов)?
	Напишите выражения для констант нестойкости следующих комплексных ионов: [Ag(CN)2]-, [Ag(NH3)2]+, [Ag(SCN)2]-, зная, что они соответственно равны 1,0·10-21, 6,8·10-8, 2,0·10-11. Укажите, в каком растворе больше ионов Ag (при равной молярной концентрации растворов).
	При прибавлении раствора КСN к раствору [Zn(NH)3]4SO4 образуется растворимое комплексное соединение K2[Zn(CN)4]. Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнение реакции. Константа нестойкости какого иона больше: [Zn(NH3)4]2+ или [Zn(CN)4]2-? Почему?
	Напишите уравнения диссоциации солей К3[Fe(CN)6] и NH4Fe(SO4)2 в водном растворе. К каждой из них прилили раствор щелочи. В каком случае выпадает осадок гидроксида железа (III)? На­пишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнения реакции. Какие комплексные соединения называются двойными солями?
	Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений платины(II), координационное число которой равно 4: PtCl2·3NH3, PtCl2·NH3·KCl, PtCl2·2NH3. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах. Какое из соединений является комплексным неэлектролитом?
	Какие комплексные соединения называются двойными солями? Напишите уравнения диссоциации солей К3[Fe(CN)6] и KA1(SO4)2 в водном растворе. К каждой из них прилили раствор щелочи. Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнение реакции.
	Хлорид серебра растворяется в растворах аммиака и тиосульфата натрия. Дайте этому объяснение и напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакции.
	Константы нестойкости комплексных ионов [Co(NH3)6]3+, [Fe(CN)6]4-, [Fe(CN)6]3- соответственно равны 6,2·10-36; 1,0·10-37; 1,0·10-44. Какой из этих ионов является более прочным? Напишите выражения для констант нестойкости указанных комплексных ионов и формулы соединений, содержащих эти ионы.

Глава 3. Термодинамика химических процессов

 

Основные понятия термодинамики

Термодинамика – это наука, изучающая законы обмена энергией между системой и окружающей средой.

Термодинамическая система – тело или группа тел, находящихся во взаимо­действии, мысленно или реально обособ­ленные от окружающей среды (под взаимодействием подразумевается обмен энергией и веществом).

Различают три типа термодинамических систем в зависимости от их возможности обмениваться с окружающей средой веществом и энергией. Система, ко­торая не обменивается с окружающей сре­дой ни веществом, ни энергией– изолированная система. Закрытая система – система, которая обменивается с окружающей средой энер­гией, но не обменивается веществом. Открытая система – система, которая обменивается с окружающей средой и ве­ществом, и энергией.

Гомогенная система – система, внутри которой нет поверхностей, разделяющих отличающиеся по свойствам части системы (фазы). Гетерогенная система – система, вну­три которой присутствуют поверхности, разделяющие отличающиеся по свойствам части системы. Фаза – совокупность гомогенных час­тей гетерогенной системы, одинаковых по физическим и химическим свойствам, отде­ленная от других частей системы видимы­ми поверхностями раздела.

Параметры состояния – величины, ха­рактеризующие какое-либо макроскопиче­ское свойство рассматриваемой системы, позволяющие определить состояние системы непосредственным измерением этих величин. Различают экстенсивные параметры состояния, пропорциональные количеству вещества системы (масса, объем, внутренняя энергия), и интенсивные параметры состояния, не зависящие от количества вещества системы (давление, температура, вязкость).

Состояние системы определяется различными функциями, называемыми функциями состояния. Функция состояния – функция независимых параметров системы, изменение которой не зависит от пути перехода системы из начального состояния в конечное, а зависит только от состояния системы в этих точках. Для функции состояния можно измерить или рассчитать лишь ее изменение (∆). Изменение функции состояния рассматривается как разность ее значений в конечном и исходном состояниях системы, изменения функций состояния могут принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Термодинамический процесс – всякое изменение (хотя бы одного пара­метра) термодинамического состояния системы.

Обратимый процесс – процесс, допус­кающий возможность возвращения систе­мы в исходное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо из­менения.

Равновесный процесс – процесс, при котором система проходит через непрерыв­ный ряд состояний, бесконечно близких к состоянию равновесия. Характерные осо­бенности равновесного процесса:

1) бесконечно малая разность действую­щих и противодействующих сил;

2) совершение системой в прямом про­цессе максимальной работы;

3) бесконечно медленное течение процес­са, связанное с бесконечно малой разностью действующих сил и бесконечно большим числом промежуточных состояний.

Самопроизвольный процесс – процесс, который может протекать без затраты рабо­ты извне, причем в результате может быть получена работа в количестве, пропорци­ональном произошедшему изменению со­стояния системы. Самопроизвольный про­цесс может протекать обратимо или необ­ратимо.

Несамопроизвольный процесс – про­цесс, для протекания которого требуется затрата работы извне в количестве, пропор­циональном производимому изменению со­стояния системы.

Энергия – мера способности системы со­вершать работу, общая качественная мера движения и взаимодействия материи. Энергия является неотъемлемым свойством материи. Различают потенциальную энер­гию, обусловленную положением тела в по­ле некоторых сил, и кинетическую энергию, обусловленную изменением положе­ния тела в пространстве.

Внутренняя энергия (U) – сумма энергии хаотического (теплового) движения всех микрочастиц системы (молекул, атомов, ионов и т. д.), энергии колебательных и вращательных движений атомов в молекулах и энергии взаимодействия этих частиц, т. е. полный запас энергии в веществе – кинетической и потенциальной. Измерить и рассчитать абсолютное значение внутренней энергии невозможно, можно лишь с достаточной точностью измерить ее изменение (∆ U). Это характерно для всех функций состояния системы. Поскольку для нахождения изменения функций состояния и сравнения их между собой необходим единый уровень отсчета, то ввели понятие стандартного состояния вещества.

Стандартные величины – величины, определенные для веществ, находящихся в стандартном состоянии (обозначаются над­строчным индексом ⁰). Одно из возможных стандартных состояний характеризуется стандартными условиями: давлением (p⁰), составом (молярная концентрация С⁰), температурой (t⁰ или Т⁰):

p⁰= 101325 Па = 1 атм; С⁰= 1 моль/л; t⁰=25⁰C (298,15 К)

Стандартные величины для веществ приводятся в справочниках.

Теплота (Q) – форма передачи энергии путем неупорядоченного движения образующих тело частиц (молекул, атомов и т. д.). Количественной мерой теплоты служит количество теплоты, т.е. количество энергии, получаемой (+ Q) или отдаваемой системой (– Q) при теплообмене. Теплота измеряется в единицах энергии: Дж, кал (1 кал = 4,184 Дж).

Работа (A) – форма передачи энергии пу­тем упорядоченного движения частиц (мак­роскопических масс) под действием каких-либо сил. – A работа, совершенная системой против внешних сил; + A работа, совершенная внешними силами над системой (Дж). Вся работа делится на механическую ра­боту расширения (или сжатия) и прочие виды работы (полезная работа). Механическая работа представляется произведением силы на перемещение. Электрическая работа рассматривается как произведение заряда на разность потенциалов. Работа расширения идеального газа равна произведению давления на изменение объема. Теплота и работа являются эквивалентными формами передачи энергии.