Методическая разработка урока - семинара «Комплексные соединения»
(11 класс, профильное обучение, физико-химический профиль, 3 часа в неделю)
Цель урока: изучение химии комплексных соединений
Задачи:
-закрепить знания учащихся о строении и номенклатуре комплексных соединений;
- познакомить со способами получения и важнейшими областями применения этих веществ;
-раскрыть на примере комплексных соединений идеи многообразия, взаимосвязи органических и неорганических веществ, их роли в окружающем мире;
-развивать у учащихся умение самостоятельно добывать знания и уметь ориентироваться в сложном многообразии окружающего мира
Девиз урока: «Красота спасет мир!»
Ход урока
I. Вводное слово учителя
На предыдущем уроке мы изучили теорию комплексных соединений. Давайте проверим свои знания (диктант)
«Допуск в мир комплексов»
1. Центральный атом или ион (чаще - d металл - комплексообразователь)
2.Молекула или ион, связанные с комплексообразователем донорно-акцепторной связью (лиганд)
3.Автор координационной теории (А. Вернер)
4.Количество лигандов, входящих в состав комплексного иона (координационное число)
5.Атом или ион, имеющий свободные пары электронов (донор)
6. Атом или ион, имеющий свободные орбитали (акцептор)
7.Вид химической связи между внешней и внутренней сферами комплекса (ионная)
8.Ионы, связанные с комплексным ионом ионной связью (внешняя сфера)
9.Ион, состоящий из d - металла и лигандов (внутренняя сфера)
10.Названия лигандов: H2O, NH3 (аква, амин)
II Основная часть
1. «Без комплексов нет жизни»:
а) показ фрагмента видеофильма «Кислород» (из видеокурса для 8 класса по базовому уровню обучения; авторы - Суровцева Л. С.,часть 1) о роли гемоглобина и хлорофилла растений для живых организмов и комментарий «специалиста по комплексам» к просмотренному фрагменту–сообщение учащегося «Организаторы жизни» - гемоглобин и хлорофилл (сообщение учащегося, приложение 1)
б) «палитра художника»- сообщение учащегося о применении знаний по комплексным соединениям для получения разнообразных красок с демонстрацией эксперимента
Оборудование: пробирки демонстрационные, образцы тканей.
Реактивы: растворы веществ - хлорида кобальта (II), хлорида никеля (II), хлорида железа (II), хлорида железа (III), гексацианоферрата (II) калия, гексацианоферрата (III) калия;
Техника эксперимента: приливаем к 10мл растворов хлоридов кобальта(II), никеля (II), железа (II) и (III) последовательно по 10мл растворов красной и желтой кровяной соли (смесь подкисляем 2мл соляной кислоты для подавления побочных реакций). В полученные осадки погрузим образцы хлопчатобумажной и капроновой ткани.
Химические реакции, лежащие в основе получения красителей:
I 3CoCI2 +2 K3[(Fe (CN)6)]= Co3[(Fe(CN)6]2+6KCI
гексацианоферрат (III) кобальта (II) осадок красный
II 3NiCI2 + 2K3 [(Fe (CN)6]= Ni3[(Fe(CN )6]2++6KCI
гексацианоферрат (III) никеля (II) осадок желтый
III 3 FeCI 2 +2K3[(Fe (CN)6]= Fe3[(Fe(CN)6]2 + 6KCI
гексацианоферрат (III) железа(II) осадок темно – синий «турнбулева синь»
IV 2CoCI2 + K4[(Fe(CN)6)]= Co2[(Fe(CN )6] +4KCI
гексацианоферрат (II) кобальта(II) осадок коричневый
V 2NiCI2 + K4[(Fe(CN)6]= Ni2[(Fe(CN )6]+4 KCI
гексацианоферрат (II) никеля (II) осадок зеленый
VI 4FeCI 3 +3K4[(Fe(CN)6]= Fe4[(Fe(CN)6]3 +12 KCI
гексацианоферрат (II) железа(III) осадок темно – синий «берлинская лазурь»
3. «Попробуем сами творить чудеса»- выполняем лабораторную работу:
а) «многоликий аммиак» - получение тетрааммиаката меди(II)
CuSO4+KOH----голубой коллоидный осадок+ NH3---ярко-синий раствор
Уравнения происходящих реакций:
CuSO4+2KOH=K2SO4 +Cu(OH)2
Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4](OH)2 - гидроксид тетрааммин меди (II)
б) «сами синтезируем, сами красим» - получение турнбулевой сини и окрашивание ткани полученным красителем
3 FeCI2 +2K3(Fe(CN)6 )= Fe3[(Fe(CN)6)2] + 6KCI
в) «Секрет мастера Турнбуля» (cообщение учащегося)
Комплексные соединения используются как пигменты масляных красок, т. к. они имеют самую разнообразную яркую окраску. Самым первым искусственно полученным пигментом была берлинская лазурь интенсивно синего цвета. Она была получена случайно в 1704 г немецким мастером Дисбахом, готовившим краски для художников. В 1750 году великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов впервые получил желтую кровяную соль из животных отбросов (крови, копыт, шерсти) и смешал ее с раствором сульфата железа (III). В своем рапорте президенту Академии наук Кириллу Разумовскому в январе 1750 г он писал: «В конце прошлого лета и по осени искал я способов как сделать лазурь берлинскую, которой два сорта при сем прилагаю». Да, фабриканты получали желтую кровяную соль или «синькали» из животных отбросов. А поскольку это вещество ядовито, то на использование его брали разрешение у земской полиции. В 1749 г Правительственный Сенат постановил отпускать московским купцам Петру Сухареву и Ивану Беляеву бычью кровь « с боен безденежно… ибо оная стекает на землю и пропадает туне, от которой в летнее время бывает…пребезмерная духота и вонь смрадная». Купцы нагревали кровь вместе с карбонатом калия и железными опилками, а образующийся цианид калия и сульфид железа спекали, обрабатывали горячей водой, раствор упаривали до начала кристаллизации. Желтую кровяную соль начинают употреблять в больших количествах для окраски в синий цвет хлопчатобумажных тканей и шелка. Ее же стали использовать для получения красной кровяной соли, обрабатывая газообразным хлором. Эта комплексная соль дает синее окрашивание при взаимодействии с ионами Fe3+ .Эта краска - «турнбулева синь»- имеет свою историю производства.
В 1870 – 1890 годах дед английского химика и физика У. Рамзая, носивший фамилию Турнбуль, владел заводом, на котором производились вещества, применяемые для крашения тканей. Он протравливал ткань раствором сульфата железа (II), а затем обрабатывал ее раствором, который варил из отбросов скотобойни, расположенной неподалеку от его мастерской. Секрет этого вещества химики раскрыли позже. Это была красная кровяная соль, комплексное соединение на основе железа.
4. «Суха теория без практики»- конструируем, разбираем, называем - работаем все.
Задания: а) Назовите комплексные соединения: а) Na4[Fe(CN)6]; б) Ba[Zn(OH)4]; в) [Co(NH3)4]Cl2 ; г) [Al(OH)6]Cl3.
б) Составьте формулы комплексов по частям и назовите (при затруднении смотри в справочник - опорный конспект - приложение 2 ): а)Ag+, NH3 , Cl - , к. ч=2 ; б) Zn2+, H2O, (SO4)2-, к. ч=4; в) K+, (CN)-, Fe3+,к. ч =6.
3.Составь формулу комплекса по названию: а) гексацианоферрат (II) натрия; б) гексагидроксоалюминат калия; в) сульфат тетрааммин меди (II).
4.Выведи формулу комплекса, которую в страшном секрете хранил мастер Турнбуль - решение задачи на вывод молекулярной формулы вещества по следующим данным: М=329г/моль; W(K)=35,56%; W(Fe)=17,02%; W(С)=21, 88%; остальное- азот. (К4[Fe(CN)6])
5. Пропуск из мира комплексов «Что не успели, доделаем дома!»
1. Задание уровня А: разберите комплекс по составу и назовите Na4(Fe(CN)6 ; составьте формулу комплекса по названию и разберите по составу: тетрагидроксоалюминат натрия.
2. Задания уровня В: Na3AlF6- криолит, вещество, применяемое при выплавке алюминия для понижения температуры плавки. Назовите комплекс по правилам номенклатуры и разберите по составу. Дайте характеристику комплекса.
3.Задание уровня С: CuSO4 5H2O – медный купорос, ядохимикат для защиты садов и огородов от вредителей. Зная, что к. ч. ионов меди равно 4, напишите формулу этого комплексного соединения и назовите его по правилам номенклатуры. Успеха!
Список литературы:
1.. Великолепие химии комплексных соединений. Химия в школе №7 2007.
2.. Камень, рождающий металл. Москва. Просвещение. 1984
3.. . Палитра химии. Москва. Наука. 1964
4.. Химия и цвет. Москва. Знание. 1983
5.. Химия для всех. Москва. Знание. 1987
6.. Альфред Вернер. Первое сентября. Приложение «Химия». №46, 1996
Приложение 1
«Организаторы жизни» - гемоглобин и хлорофилл. Одним из наиболее важных внутрикомплексных соединений, которые создала природа, является гемоглобин.
Белковая часть молекулы из четырех полипептидных цепочек образует глобин. К каждому глобину присоединен один гем, состоящий из циклического соединения порфирина и иона железа (II) , расположенного в центре кольца порфирина. Именно гему обязана кровь своим цветом. У иона железа шесть координационных связей: четыре удерживают его в полоскости порфиринового кольца, а две направлены перпендикулярно этой плоскости. Одна из них осуществляет связь гема с глобином, а другая может образовывать связь с молекулой кислорода. 10 000 атомов, составляющих молекулу гемоглобина, собраны в четыре цепи. Физиологическая функция гемоглобина заключается в способности обратимо связывать кислород и переносить его от легких к тканям. К сожалению, молекула гемоглобина способна присоединять, в частности, оксид углерода (II), что является причиной отравления организма угарным газом.
Аналогичную роль в жизни растений играет хлорофилл – комплексное соединение магния.
По строению порфиринового кольца он напоминает глобин. Ион магния также связан в порфириновом кольце с четырьмя атомами азота. Осуществляя фотосинтез при помощи хлорофилла, растение поглощает солнечную энергию и с ее помощью превращает углекислый газ и воду в глюкозу (запас – крахмал) и кислород. Без хлорофилла невозможна жизнь на Земле. За счет энергии уникального процесса фотосинтеза в клетках зеленых растений существуют все остальные гетеротрофные организмы на Земле.
Приложение 2
Опорный конспект «Комплексные соединения»
А. Вернер 1893г – координационная теория
К - центральный атом (комплексообразователь)
L– лиганды- непосредственно связанные с ним молекулы или ионы
Комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу комплекса
к. ч - координационное число - число лигандов
Связь К +L= донорно – акцепторная
Чаще всего лиганд содержит атом неметалла, обладающий неподеленной электронной парой и способный выступать в качестве донора.
Акцептор - катион металла (чаще всего d – элемента, обладающий большим числом вакантных орбиталей)
Комплексы: катионные – (Cu(NH3)4)SO4; анионные – K3(Fe(CN)6); (Cu(NH3)4)(PtCI4); нейтральные –(Fe(CO)5).
Комплексные соединения: соли - (Na3AIF6), кислоты - (HAuCI4), основания - (Ag(NH3)2OH), неэлектролиты (Pt(NH3)2CI2)
Координационные числа металлов
Валентность Ме | Меn+ | к. ч. |
I | Ag+ Cu+ | 2 |
II | Cu2+ Zn2+ Co2+ Pt2+ | 4 |
III | Al3+ Fe3+ Cr3+ Co3+ | 6 |
IV | Mo4+ | 10 |
Пространственное строение комплексных соединений
Названия некоторых лигандов
формула | название | формула | название | формула | название |
H2O | аква | F- | Фторо | CO | карбонил |
NH3 | аммин | Cl- | Хлоро | (NCS)- | тиоцианато |
H+ | гидридо | (NO2)- | Нитро | O2- | оксо |
OH- | гидроксо | Br- | Бромо | S2- | тио |
(CN)- | циано | (SO4)2- | сульфато | NO | нирозил |
