Поурочный план по химии на тему "Комплексные соединения" (11 класс)

МБОУ «СОШ №3 г. Мамадыш»

Тема:

           Учитель химии: Камалова М.И.

Тема урока:

                      

              (Чудесный секрет мастера Турнбуля)

 Цель:

Сформировать понятия о составе, строении и основах номенклатуры комплексных соединений;

Познакомить учащихся с их свойствами, способами получения и применения;

Стимулировать познавательный деятельность учащихся;

Оборудование и реактивы:

                     Таблицы и слайды: «Пространственные строения комплексных соединений», « Строение гемоглобина и хлорофилла», « Название лигандов», « Названия комплексных соединений», вытяжка хлорофилла, штатив с пробирками, стеклянные палочки, к. HCI, NH₄OH, растворы CuSO₄, Fe₂(SO₄)₃ , CoCI₂, NiCI₂, желтая и красная кровяные соли, держатель, растворы KCNS, FeSO₄, H₂O, на столах учащихся карточка с алгоритмом. Костюмы мастера Турнбуля и подмастерья.

Плакаты с высказываниями: « Многие вещи нам непонятные не потому, что наши понятия слабы, но потому, что сие вещи не входят в круг наших понятий»  

                                                                        Козьма Прутков  

Только с появлением теории Вернера химия комплексного соединения утратила характер лабиринта или темного леса, в котором исследователь рисковал заблудиться… ныне в этом лесу проложены широкие дороги.

Ход урока

Учитель: Сегодня нам предстоит расследовать чудесный секрет мастера Турнбуля, который сумел в такой степени усовершенствовать применение одного из веществ, что оно получило огромную ценность и увековечило имя этого мастера

Учитель:  В 1780-1790 г.г. дед английского физика и химика У. Рамзая, носивший фамилию Турнбуль, владея заводом, на котором производились вещества, применяемые для крашения тканей.

В класс входят мастер Турнбуль и его ученик – подмастерья

( в соответствующей одежде)

Подмастерье: Великий мастер! Как прекрасны ткани, окрашенные краской, созданной на вашем заводе! Этот неповторимый цвет лазури пользуется большим успехом. Вы слышали, что Вашу синюю краску уже называют Вашим именем –

« Турнбулева синь или турнбулева лазурь». Великий мастер, объясните мне, какое же вещество является причиной столь чудесной окраски ткани. Неужели Вы никогда не раскроете свой секрет?

Турнбуль: Да, я немало потрудился для создания этого чуда

( показывет окрашенный образец ткани). А технология окраски тканей по моему методу очень проста: она заключается в протравливании ткани раствором сульфата железа ( II) и последующей обработке и раствором… А вот тут- то весь секрет! Что это за чудесное соединение, тебе придется узнать самому. Постарайся, попробуй!

Уходя, Турнбуль вручает своему ученику баночку с кристаллами вещества и лист бумаги, на котором написано: « Красная кровяная соль: М = 329 г/моль, W(K) = 35, 56%,  W (Fe) = 17, 02%, W(C) = 21,88%, остальное азот.

( расположите элементы по мере возрастания электроотрицательности)

Подмастерье:  Да… Вот загадка так загадка ( обращается классу). Может вы мне поможете

( прикрепляет лист бумаги к доске и уходит)

Учитель:  Вот он секрет мастера, сделавший его знаменитым, а имя его бессмертный. Какое же это соединение? Как оно построено, какое значение подобные вещества, имеет в жизни человека, в природе, технике. Как их можно получить? На все эти вопросы нам и предстоит сегодня ответить.

Предлагайте пути решения задачи

Решают задачу  на местах.

Формула: K₃FeC₆N₆

Учитель: К какому классу соединений может принадлежать вещество такого состава?. После обсуждения учащихся делают вывод, что это соль, но соль сложная относящаяся к комплексным соединением.

K₃[Fe(CN)₆] – это красная кровяная соль.

K₃[Fe(CN)₆] = 3К⁺ +[Fe(CN)₆]^3-

Ученик: В середине 19 в. в химии господствовало классическое учение о валентности, разработанное Э. Франклендом, А. Кекуле и другими учеными. Оно объясняло структуру лишь бинарных веществ, таких как H₂O, HCI, NH₃, CH₄  и другие. По мере развития химии ученые все чаще стали сталкиваться с необычными соединениями.

Оказалось, что простейшие бинарные соединения, в которых валентные возможности атомов уже насыщены, способны соединяться друг с другом, образуя более сложные вещества

Например:

NH₃ + H → CI → NH₄CI    Опыт учителя

Подобные вещества сложного состава назвали комплексными соединениями. Комплексные соединения получается, например, в результате взаимодействия сульфата меди ( II) с раствором аммиака:

Опыт:   CuSO₄ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄] SO₄

                                                 Комплексное соединение ярко- синего цвета

Неясна была причина многообразия комплексных соединений, объяснение их состава и строения не укладывалась в рамки классической теории валентности.

Учитель:  Все это привело к созданию новой координационной теории – теории строения комплексных соединений.

Хотя комплексные соединения были известны более двух столетий, причина их образования долгое время оставалось загадкой.

В 1893 г. швейцарский химик Альфред Вернер систематизировал и обобщил экспериментальный материал об этих веществах и разработал координационную теорию.

В основу этой теории легли предложения о  пространственном строении веществ и теория электролитической диссоциации. Большой вклад внесли в разработку этой теории ученые Л.А. Чугаев, А.А. Гринберг, И.И. Черняев.

Координационная теория использует понятия:

- комплексные соединения, атом – комплексообразователь ( центральный атом);

-лиганды ( атомы, ионы, полярные и неполярные молекулы, связь с центральным атомом)

- координационное число атома – комплексообразования ( число лиганд)

В соответствии с координационной теорией Вернера атомы большинства химических элементов наряду с обычной валентностью, названной главной, проявляют побочную валентность. Атомы каждого элемента стремятся насытить как главную, так и побочную

[Со(NH₃₎₆]CI₃

                                                            NH₃            CI            NH₃

 

                                                  NH₃                     Co                   NH₃

                                                        

                                                                                                     CI

                                                              CI                        NH₃

NH₃

Co – комплексообразователь ( центральный атом)

NH₃ – лиганда ( нейтральная молекула, который насыщет побочную валентность комплексообразователя

[Со(NH₃₎₆] – координационная внутренняя сфера комплексного соединения

[Со(NH₃₎₆]³⁺ - заряд комплексного иона – это алгебраическая

 сумма зарядов иона – комплексообразователя и лигандов

- ионы или молекулы не входящие в состав внутренней координационной сферы составляет внешнюю координационную сферу.

- координационное число – от 1 до 14, чаще 2,4,6,8

к.ч. = 6                                 к.ч. = 4

 

      ●

  ●         

●

октаэдрическое               тетраэдрическое                          квадрат   

На слайде схема     

                                                                                      внешняя к. сфера

                            Внутр. к. сфера

                                               [Сo             (NH₃)₆]              CI₃

                                                                 лиганды

                                                                           координационное число

                                  Ион-ком-ль

Задание учащимся

Вариант 1.                          [Cu(NH₃)₄] SO₄

Вариант 2                          K₃ [Fe(CN) ₆]

-  укажите ион комплексообразователь, лиганды, координационное число,     внешние и внутреннее сферы.

Рассчитайте заряды комплексного иона, иона комплексообразователя и лигандов. Предскажите возможное пространственное строение комплексного иона.

Комплексные соединения образуется d элементами. d элементы иначе называют переходными элементами. Наличие вакантными. D- орбиталей наделяет переходные элементы способностью к комплексообразователю. Недаром химию комплексного соединения иногда называют химией переходных элементов.

Номенклатура

Название комплексного соединения состоит из названия комплексного иона и названия внешней сферы. Сначала указывают название аниона, затем катиона.

Название комплексного иона начинается перечисления названии лигандов

 ( таблица №1), их число указывают? Приставками. Вслед за названием центрального атома указывают его степень окисления.

Таблица №2.

.Сu(NH₃)₄] SO₄ – сульфат тетрааммин меди ( II)

комплексный катион

Таблица №3

K₃ [Fe(CN) ₆] – гексацианоферрат (III) калия

Комплексный анион

Закрепление изученного

1) Используя таблицы 1-3 дайте названия следующим названиям:

1) Вариант №1 [AI(H₂O] CI_3,                 Na₃[Ag(S₂O₃)₂]

Вариант №2.     Na₃[AI(OH)₆]          [Co(NH₃)₆]

2) Составьте формулу комплексного соединения по его названию, напишите уравнение электролитической диссоциации этого соединения:

Вариант №1  тетрагидрооксокупрат (II) натрия         Na₂[Cu²⁺(OH)₄]^2-

Вариант №2.  гексанитрокобальтат (III) калия           K₃[Co³⁺(NO₂^-)₆]^3-

После выполнения проверяется

Учитель: Комплексные соединения очень много, чрезвычайно распространены в природе. Их больше, чем всех остальных неорганических веществ. Такие природные соединения, как гемоглобин крови и хлорофилл зеленых растений – тоже комплексные соединения.

- демонстрация таблиц или слайдов со строением гемоглобина и хлорофилла

- показывает вытяжку хлорофилла

Применение комплексных соединений

Как катализаторы , при получении

1)      полимеров

2)     переработка нефти

3)     производства кислот

4)     синтетических моющих средств

5)     лаков

- в борьбе с коррозией

- для устранения жесткости воды, очистка воды

-для получения особо  чистых металлов ( Cu, W, Ag, AI, Pt, Fe, Au)

- в аналитической химии для определения многих ионов, а кроме того для получения красителей.

Именно  эти стороны их применения позволят нам разгадать секреты Турнбуля.

Сообщение ученика:

Комплексные соединения используют как пигменты масляных красок, т.к. они имеют разнообразную яркую окраску. Самым первым искусственно полученным пигментом была берлинская лазурь интенсивно синего цвета. Берлинская лазурь была случайно получена в 1704 г. немецким мастером Дисбахом, готовившим краски для художников. В России её применяли с давних пор для окраски тканей, бумаги в иконописи и при создании фресок.

М.В. Ломоносов в своем рапорте президенту А.Н. К. Разумовскому в январе 1750 г. писал: « В конце прошлого лета и по осени искал я способов как делать лазурь берлинскую, которой два сорта при селе прилагаю». Ломоносов синтезировал берлинскую лазурь из …

2 Fe(SO₄)₃ + 3K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 6K₂SO₄

Эту реакцию применяют до сих пор в промышленности и в лабораторной практике.

Лабораторный опыт

( учащиеся делают опыт получение берлинской лазури)

Сообщение ученика:

Где же брали фабриканты желтую кровяную соль для изготовления красок? Желтая кровяная соль или синильно- кислый поташ или синьками комплект состава K₄[Fe(CN)₆] называемый в наше время гексацианоферратом (II) калия, вещество ядовитое. В одном из законов Российского государства, изданном 1830 г было сказано, что покупка синьками разрешается только по свидетельству земской полиции. Это соединение получали из животных отбросов ( кровь, копыта, шкуры, сухая рыба, кожа, мясо, щетина, шерсть и другие).

В 1749 г. Правительственный сенат постановил отпускать Московским купцам П. Сухареву и И. Беляеву бычью кровь « с богом безнадежно…ибо она стекает на землю и пропадает туне, от которой в летнее время бывает… пребезмерная духота и вонь смрадная». Отходы нагревали вместе с карбонатом калия и железными опилками. Животные отбросы содержат серу и азот. При их прокаливании с карбонатом калия и железом образуются цианид калия и сульфид железа. Затем спек обрабатывают горячей водой.

6KCN + FeS = K₄[Fe(CN)₆] + K₂S

K₄[Fe(CN)₆] употребляли в больших количествах для окраски хлопчатобумажных тканей и шелка в синий цвет, для производства синей краски – берлинской лазури.

Учитель: Наряду с желтой кровяной солью широко используется для получения красителя и красная кровяная соль – K₃[Fe(CN)₆] которая получается при обработке желтой кровяной соли газообразным хлором.

Красную кровяную соль образует вещество при взаимодействии с ионами Fe²⁺ На этом свойстве основано её использование при копировании чертежей на синьках.

Лабораторный опыт

Учитель: Из желтой кровяной и красной кровяной солей должно получить пигменты разнообразной окраски.

На доске уравнения химических реакций:

 

2CoCI₂ + K₄[Fe(CN)₆] = Co₂[Fe(CN)₆]    + 4KCI

                                              коричневый

2 NiCI₂ + K₄[Fe(CN)₆] = Ni₂[Fe(CN)₆]    + 4KCI

                                              зеленый

3СoCI₂ + 2 K₃[Fe(CN)₆] = Co₃[Fe(CN)₆] ₂      + 6KCI

                                                красный

3NiCI₂ + 2K₃[Fe(CN)₆] = Ni₃[Fe(CN)₆] ₂        + 6KCI

                                                 Желтый

В аналитической химии для определения ионов Fe²⁺    и   Fe³⁺  используют реакции:

3FeCI₃ + 2K₃[Fe(CN)₆] = Fe₃[Fe(CN)₆]₂  + 6KCI    турнбулева синь

4FeCI₃ + 3K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fe(CN)₆]₃  + 12KCI  берлинская лазурь

Учитель: Я думаю, теперь вы можете раскрыть секрет мастера Турнбуля

Подмастерье: Ребята! Какое вещество находится в баночке, которую вручил мне мастер Турнбуль. Как Турнбуль использовал это вещество при окраске ткани?. Как называют соединения, к которым относятся красная кровяная соль и турнбулева синь? Кем и когда создана теория объясняющая их строение?

Подмастерье: Спасибо вам за помощь. Теперь я во всем разобрался.

Поспешу к мастеру, я уверен, что у великого Турнбуля есть в запасе ещё немного секретов

Учитель:  Сегодня вы не только разгадали чудесный секрет мастера Турнбуля, но и узнали ещё много секретов о комплексных соединениях.

Поистине мир веществ богат и разнообразен и открывает он свои тайны только тому, кто настойчиво добивается этого.

Домашнее задание : Записи в тетради.