Лабораторный практикум по неорганическому синтезу (стр. 4 )

2 Какие существуют виды изомерии комплексных соединений?

3 Опишите поведение комплексных ионов в растворах, их константы устойчивости и нестойкости.

4 Метод валентных связей в применении к комплексным соединениям, его основные положения, понятие о внешне - и внутриорбитальных комплексах и его условность. Примеры применения, достоинства и недостатки метода.

5 Описание комплексных соединений в рамках теории кристаллического поля. Причины расщепления d-подуровня (на примере октаэдрических комплексов). Параметр расщепления и факторы, от которых он зависит. Порядок заселения электронами расщепленного d-подуровня.

6 В рамках МВС и ТКП опишите строение и свойства полученного Вами комплексного соединения. Опишите его оптические и магнитные свойства.

7 Предложите реакции на свойства полученного Вами комплексного соединения. Проведите их экспериментально.

8 Почему аммиачный комплекс меди имеет состав [Сu(NH3)4(H2O)2]2+. Каковы особенности координации меди в данном комплексном ионе?

9 Почему в аммиачных комплексах кобальт проявляет степень окисления (+3), а не более характерную для него (+2)?

10 Чем объяснить, что в присутствии тетрайодомеркурат-иона медь легко переходит в степень окисления +1?

11 Будет ли разрушаться в водном растворе сульфида натрия полученный Вами комплекс (составьте уравнение предполагаемой реакции, ответ подтвердите количественно).

4.4 Вопросы для самоконтроля к Модулю 4

1. Что называют аммиакатами? Ацидокомплексами? Какова устойчивость комплексов?

2. Все ли аммиачные комплексы можно получить из водных растворов?

3. Какие существуют способы разрушения аммиакатов?

4. Как на основе величин произведений растворимости осадков, констант устойчивости комплексов можно прогнозировать образование и разрушение комплексных ионов?

Проектное задание к модулю 4.

Провести синтез одного из предложенных комплексных соединений. Рассчитать практический выход. Написать уравнения реакций, отражающих химические свойства полученного вещества.

Тест рубежного контроля к модулю 4.

1. Какие из соединений относятся к классу аммиакатов?
а) NH3 · H2O	б) [Ni(NH3)6] I2
в) [Ni(H2O)6] I2	г) K[Co(NH3)2 (NO2)4]
2. Какой заряд могут иметь комплексообразователи?
а) «0», «─», «+»	б) «─» и «+»
в) «+»	г) «0» и «+»
3. Какой из ионов имеет название катион «хлоронитротетраммин кобальта (+3)»
а) [Co(NH3)4 (NO2)4]+	б) [Co(NH3)3 (NO2)2 Cl]
в) [Co(NH3)4 (NO2)Cl]+	г) [Co(NH3)2 (NO2)2 Cl2] ─
4. Какие пространственные структуры соответствуют диамагнитным ионам с конфигурациями: d10, d8, d6.
а) тетраэдр, квадрат, октаэдр	б) квадрат, октаэдр, октаэдр
в) октаэдр, квадрат, октаэдр	г) пирамида, октаэдр, квадрат
5. Что обычно используют в качестве окислителя и в качестве катализатора при окислении иона Со2+ в аммиачном растворе?
а) H2O2 и PbO2	б) H2O2 и уголь активированный
в) О2 воздуха и платину	г) О2 и уголь активированный
6. Какое устройство применяют для барботирования воздуха через смесь?
а) аппарат Киппа	б) дефлегматор
в) насос	г) газометр

Бланк ответов

1	2	3	4	5	6

Модуль 5. ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ

Комплексные цели: знать классификацию и номенклатуру оксидов, основные способы получения; строение высших оксидов хрома, молибдена и вольфрама, оксида хрома (+3); уметь объяснять закономерности изменения кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств, писать уравнения реакций, отражающих химические свойства оксидов.

5.1. Теоретическая часть

Методы получения оксидов и их особенности

Получение оксидов может быть осуществлено синтезом из простых веществ, а также термическим разложением солей, гидроксидов, кислот. Низшие и промежуточные оксиды при повышенных температурах в присутствии кислорода воздуха неустойчивы, но бывает и так, что при высоких температурах высшие оксиды теряют кислород и переходят в низшие. Оксиды металлов низших и промежуточных степеней окисления получают в основном тремя путями:

а) окислением простого вещества или оксида с еще более низкой степенью окисления при высоких температурах; б) восстановлением оксида, в котором элемент находится в более высокой степени окисления, чем та, которую необходимо получить; в) восстановлением оксида металла металлом, входящим в состав этого оксида.

Метод термического разложения очень прост и находит широкое применение. В качестве исходных веществ для получения оксидов обычно применяют различные соли. Наиболее пригодны для этой цели нитраты и карбонаты. Нитратами пользуются для приготовления оксидов тяжелых и щелочноземельных металлов; нитраты щелочных металлов при прокаливании переходят в нитриты и оксидов не дают. Прокаливанием карбонатов можно получить оксиды: кобальта, никеля, свинца, магния, цинка, кадмия, меди, кальция и др. Однако оксиды стронция и особенно бария этим способом получить очень трудно, т. к. их карбонаты начинают разлагаться только при °С.

Для приготовления некоторых оксидов (но только низших) применяются в качестве исходных веществ оксалаты, так как при их разложении выделяются окись и двуокись углерода, в атмосфере которых оксиды металлов могут существовать не окисляясь. Прокаливанием оксалатов можно получить оксиды элементов в двухвалентном состоянии: железа, марганца и олова, но получаются они при этом не очень чистыми.

Солями большинства других кислот нельзя пользоваться для приготовления оксидов, так как многие из этих солей не разлагаются даже при сильном нагревании. Так, полное разложение сульфатов большинства тяжелых металлов происходит только при 700-800°, а в некоторых случаях при еще более высокой температуре.

Соли, образованные нелетучими кислотами (фосфаты, бораты, вольфраматы и др.) при нагревании не разлагаются за исключением солей аммония и ртути и потому не могут служить исходными веществами для получения оксидов. Ртутные же и аммонийные соли вольфрамовой, молибденовой, ванадиевой и некоторых из других кислот могут быть использованы для получения ангидридов этих кислот.

При прокаливании аммонийных солей нелетучих кислот необходимо учитывать то обстоятельство, что выделяющийся аммиак является сильным восстановителем. Это может привести к загрязнению получаемого продукта низшими оксидами элементов. Так, при прокаливании парамолибдата аммония в закрытом тигле получается главным образом двуокись молибдена, а не молибденовый ангидрид.

В качестве исходных веществ для получения оксидов можно применять также гидроксиды. При прокаливании гидроокисей хрома, олова, алюминия, магния, цинка, меди, кадмия, стронция, бария и некоторых редких элементов можно получать оксиды соответствующих элементов. Для каждого отдельного случая имеется своя определенная температура разложения. Однако дегидратация не всегда идет до конца, и часто полученные таким образом оксиды содержат небольшое количество гидроокиси. Чтобы получить чистые оксиды железа, кобальта, никеля, марганца и свинца по составу строго отвечающие соответствующим формулам необходимо соблюдать температурный режим прокаливания, а в некоторых случаях и определенные условия получения исходных веществ, т. е. гидратов окисей. Для получения чистых оксидов способ прокаливания их гидратов имеет все же ограниченное применение, так как большинство гидроокисей трудно получить в чистом, свободном от примесей состоянии (многие гидраты при осаждении их из растворов очень прочно удерживают различные ионы).

Наконец, для получения оксидов можно использовать и некоторые кислоты и их гидратированные формы. Прокаливанием такого рода веществ можно получить йодноватый, молибденовый, вольфрамовый, теллуровый, ванадиевый, ниобиевый, танталовый, кремневый и борный ангидриды, пятиокиси и трехокиси мышьяка и сурьмы, трехокись висмута, двуокиси селена и олова, а также трехокись и двуокись теллура.

Получение оксидов прокаливанием различных соединений несложно по выполнению. Когда требуется получить чистый продукт, наибольшее внимание нужно уделять очистке исходных веществ, а в некоторых случаях и выбору материала, из которого сделан тигель. За очень редким исключением почти все примеси, имеющиеся в исходных веществах, остаются после прокаливания в полученном продукте. Довольно часто продукт несколько загрязняется материалом тигля (происходит как бы внедрение получаемого оксида в материал тигля и наоборот).

Температура прокаливания влияет на физическое состояние получаемых оксидов. При низких температурах получаются мелкодисперсные порошки. Особенно часто это явление наблюдается при прокаливании гидратированных форм оксидов. Прокаливание при высоких температурах приводит к получению крупнозернистых порошков. Рост частиц оксида с повышением температуры прокаливания происходит не только в результате диффузионных процессов в твердой фазе, но также и за счет испарения мелких частиц с последующей конденсацией пара на более крупных. Это явление особенно характерно для оксидов, имеющих при температуре прокаливания заметное давление пара, например для трехокиси и двуокиси молибдена и вольфрама, трехокиси сурьмы и некоторых других.

Некоторые особенности оксидов переходных металлов.

Низшие оксиды многих переходных элементов по свойствам (электропроводность, металлический блеск) напоминают металлы, что можно объяснить перекрыванием частично заполненных d-орбиталей.

Монооксиды 3d-металлов (от Ti+2 до Ni+2) имеют структуру типа NaCl, многие являются нестехиометричными. Большинство диоксидов переходных металлов кристаллизуется в тетрагональной структуре типа рутила, где атомы металла находятся в тетрагонально-искаженном октаэдре из атомов кислорода.

Для переходных металлов известно не очень большое число триоксидов, которые имеют разнообразные кристаллические решетки. Структура ReO3 состоит из октаэдров ReO6, связанных общими вершинами. Атомы Re образуют кубическую примитивную ячейку. Близкую структуру имеет WO3. Оксид хрома (VI) представляет собой темно-красные призматические кристаллы, построенные из тетраэдров CrO4 , которые связаны между собой вершинами в цепи. MoO3 - это белый кристаллический порошок со слоистой структурой, в которой октаэдры MoO6 (сильно искажены из-за неравноценности связей Mo – O) соединены и вершинами, и ребрами. WO3 – желтый кристаллический порошок. Кристаллическая структура состоит из октаэдров WO6 , которые связаны между собой всеми вершинами (структура типа ReO3).

Трехокись молибдена МоО3 – белый, нежный, напоминающий тальк порошок. В кристаллическом состоянии – бесцветные кристаллы с зеленоватым оттенком. Температура плавления – 795°С, температура кипения - 1155°С; выше 650°С МоО3 заметно сублимирует. Растворимость МоО3 в воде низка и составляет 0,4-2 г/л при комнатной температуре. МоО3 растворяется в водных растворах щелочей, аммиака, а также в растворах минеральных кислот (составьте уравнения; какие свойства проявляет МоО3 в каждой из них?). МоО3 восстанавливается водородом до металла при °С.

Для получения МоО3 молибдат аммония в количестве 15 г подвергается нагреванию в фарфоровой чашке в течение » 2 часов (уравнение реакции).

Молибденовый ангидрид, полученный таким образом, часто имеет синеватую окраску, вызванную образованием низших оксидов молибдена (в степени окисления +5 или +4). Это объясняется восстановительным действием аммиака, выделяющегося в ходе разложения (напишите уравнение реакции).

Для получения МоО3 и его возгонки прокаленный остаток растирают, помещают в тугоплавкую трубку (см. рисунок 12) и нагревают в токе кислорода или воздуха в течение 1,5-2 часов при температуре около 700°С. Препарат для прокаливания помещают ближе к входному отверстию трубки, что обеспечивает оседание возогнанного препарата на холодном конце трубки.

Для получения крупнокристаллического оксида хрома смешивают равные весовые количества бихромата калия и хлористого натрия, растертых в порошок. Полученную смесь переносят в железный тигель, засыпают сверху слоем хлористого натрия и прокаливают. После охлаждения содержимое тигля выщелачивают (что переходит в раствор?). Какую роль в этом синтезе играет хлористый натрий?

Можно получить оксид хрома в аморфном состоянии. Для этого прокаливают в тигле смесь бихромата калия и серы, взятых в весовом отношении 10 : 1. После охлаждения тигля массу отделяют от стенок, промывают водой путем декантации (что переходит в раствор?). Осадок отфильтровывают и сушат на воздухе.

Взвесьте полученные продукты и рассчитайте выход их в процентах от теоретического по бихромату калия. Напишите уравнения реакций.

Предложите методику получения окиси хрома из: а) гидрата окиси хрома; б) нитрата хрома; в) хромита калия; г) хромата хрома? Как можно из окиси хрома получить соли хрома: а) трехвалентного; б) шестивалентного?

1 На какие большие группы делятся оксиды (приведите примеры)? В каких реакциях проявляются кислотно-основные свойства каждой из указанных групп? От чего зависят окислительно-восстановительные свойства оксидов (приведите примеры реакций)?

2 Получение оксидов может быть осуществлено синтезом из простых веществ, а также термическим разложением солей, гидроксидов, кислот. Низшие и промежуточные оксиды при повышенных температурах в присутствии кислорода воздуха неустойчивы, но бывает и так, что при высоких температурах высшие оксиды теряют кислород и переходят в низшие (приведите примеры).

3 Какими тремя основными способами могут быть получены низшие и промежуточные оксиды?

4 Сравните строение, температуры плавления и кипения, устойчивость, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства хромового, молибденового и вольфрамового ангидридов, объясните причины различий, приведите примеры реакций. Можно ли описанным ниже способом получить хромовый ангидрид? вольфрамовый ангидрид?

5 Изобразите схему расположения молекулярных орбиталей Мо(+5)-(+6) в октаэдрическом поле лигандов. Объясните причины асимметричного расположения катиона молибдена в октаэдрах. Как это отражается на строении оксида, изо - и гетерополианионов молибдена. Характерно ли то же самое для производных вольфрама?

6 Охарактеризуйте строение, реакционную способность и химические свойства оксида хрома (III), оксида марганца (IV). Сравните их с другими оксидами этих же элементов.

5.4 Вопросы для самоконтроля к модулю 5

1. Какие Вы знаете способы получения оксидов?

2. Все ли оксиды могут быть получены разложением нитратов и карбонатов?

3. Почему разложение оксалатов используется только для получения низших оксидов?

4. Охарактеризуйте применимость реакций разложения сульфатов, фосфатов, боратов, солей аммония, гидроксидов для получения оксидов.

5. Охарактеризуйте применимость реакций разложения основных и кислотных гидроксидов для получения оксидов

6. Каково поведение примесей при проведении реакций разложения?

7. Каково физическое состояние оксида, полученного в результате реакции разложения, и как его можно менять, регулируя температуру?

Проектное задание к модулю 5.

Провести синтез какого-либо из оксидов. Рассчитать практический выход. Написать уравнения реакций, отражающих химические свойства полученного вещества.