Общие сведения о комплексных (координационных) соединениях
1. Какие соединения называют соединениями “низшего порядка”, а какие – соединениями “высшего порядка” или комплексными, координационными соединениями? С чем это связано? Приведите примеры подобных соединений. Что представляют собой комплексные соединения с точки зрения теории А.Вернера? Сформулируйте основные положения этой теории.
2. По данным эмпирическим формулам – CoCl3∙6NH3, PdCl2∙2NH3 и Fe(CN)6∙3KCl - составьте формулы соответствующих комплексных соединений и дайте определение следующим понятиям: комплексообразователь, лиганды, координационное число, координационная емкость (дентатность), внутренняя и внешняя координационные сферы, заряды этих сфер.
3. Даны следующие комплексы: Na2[PdCl4], [Co(NH3)5Cl](NO3)2, [Pt(Ph3P)2Cl2], [Cr(H2O)3(OH)3]: на этих (и других) примерах сформулируйте основные принципы классификации и номенклатуры координационных соединений. Какие Вам известны методы исследования строения КС? В чем состоит сущность химического метода изучения комплексного соединения, эмпирическая формула которого CoCl3∙5NH3?
4. Дайте определение понятиям изомерия, изомеры. Какие виды изомерии распространены в координационной химии? В чем состоит сущность геометрической изомерии? Как можно синтезировать цис- и транс-изомеры комплексных соединений платины, пользуясь закономерностью (эффектом) трансвлияния И.И.Черняева?
5. Какие существуют теории и методы для объяснения природы химической связи в комплексных соединениях? В чем их достоинства и недостатки? Какую информацию можно получить о комплексных ионах [Ag(NH3)2]+, [Pt(NH3)4]2+ и [CoF6]3-, если рассматривать их образование с точки зрения метода валентных связей? Почему КС наиболее распространены среди d-элементов?
6. В чем состоят основные принципы теории кристаллического поля? Какую форму имеют электронные облака d-орбиталей центрального атома? Почему их называют вырожденными пятикратно? Как эти орбитали ориентированы в пространстве? Что понимают под расщеплением d -орбиталей в полях различной симметрии (октаэдрическом, тетраэдрическом, плоскоквадратном)? Какие орбитали обозначают dε, а какие dγ?
7. Что понимают под расщеплением d -орбиталей центрального атома в комплексном соединении под действием поля лигандов? От чего зависит характер этого расщепления? Что называют параметром расщепления (∆)? От каких факторов зависит величина ∆? В каком случае лиганды создают вокруг комплексообразователя сильное поле, а в каком – слабое? Что такое спектрохимический ряд лигандов?
8. В соответствии с какими принципами происходит заполнение электронами d-орбиталей комплексообразователя в октаэдрическом и тетраэдрическом поле лигандов? Дайте определение понятию энергия стабилизации кристаллическим полем лигандов (ЭСКП). Как влияет соотношение между ЭСКП (или энергией расщепления d -орбиталей ∆) и энергией спаривания электронов (P) на характер распределения электронов по орбиталям dε и dγ? В каких случаях образуются высокоспиновые, а в каких – низкоспиновые комплексы?
9. Как можно, пользуясь методом валентных связей (МВС), а также теорией кристаллического поля (ТКП), объяснить следующие свойства комплексных ионов – [Fe(CN)6]4-, [FeF6]4-- - пространственную конфигурацию (геометрию), магнитные свойства (пара- или диамагнитные), оптические свойства (окрашены или нет), устойчивость и реакционную способность.
10. Приведите примеры комплексных соединений, отличающихся зарядом внутренней сферы, т.е. катионный, анионный и нейтральный комплексы. Какие из них относятся к электролитам? В чем состоит особенность поведения комплексных соединений в водных растворах? Ч то понимают под константами нестойкости комплексов и константой устойчивости? Что они характеризуют? Каковы условия образования и разрушения комплексов в растворе? Проиллюстрируйте примерами.
s -Элементы и их соединения
1. Какое положение в ПС занимают щелочные и щелочно-земельные элементы? Почему их так называют? Сопоставьте изменение радиусов атомов этих элементов и потенциалов ионизации (I1) в зависимости от их порядкового номера. Какие степени окисления для них характерны? Почему активность этих металлов в ряду напряжений не соответствует их активности в связи с положением в Периодической системе? Какие из s-элементов I и II групп проявляют диагональное сходство? В чем это выражается?
2. Как получают свободные s-металлы I и II групп? Какие физические свойства для них характерны? Как изменяются t0пл. и t0кип. в подгруппах этих металлов? С чем это связано? Пользуясь методом МО ЛКАО, объясните возможность или невозможность существования молекул Li2 и Be2? Спектр какой из этих молекул идентичен со спектром молекулы водорода?
3. Что представляют собой кислородные соединения щелочных металлов: нормальные оксиды, пероксиды, надпероксиды и супероксиды? Какова формальная степень окисления кислорода в этих соединениях? Как получают нормальные оксиды натрия, калия, рубидия и цезия? Как установить, что при горении металлического натрия образуется не оксид, а пероксид? Какие процессы протекают: а) при нагревании пероксида натрия, б) при взаимодействии его с водой, в) с СО2, г) с кислотами?
4. Какие бинарные соединения могут образовывать щелочные и щелочно-земельные металлы, например, Li и K; Be и Ca? Как их получают? Взаимодействуют ли при сплавлении: а) оксиды BeO и CaO с оксидами Na2O и SiO2, б) сульфиды BeS и CaS с сульфидами Na2S и SiS2? Сделайте выводы о различии в их характере. Как взаимодействуют с водой карбиды кальция и натрия?
5. Охарактеризуйте отношение s-металлов к кислороду и галогенам, воде и кислотам. Чем литий по своим свойствам отличается от других s-металлов? Как изменяются термическая устойчивость, растворимость и основные свойства в ряду оксидов и гидроксидов s-элементов? С чем это связано? В чем выражается амфотерность соединений бериллия? Какие соли щелочных и щелочно-земельных металлов подвергаются гидролизу?
6. Что представляют собой следующие вещества: негашеная известь, гашеная известь, известковое молоко, баритовая вода, известковая вода, каустическая сода, сода кристаллическая, сода кальцинированная, сода питьевая? Как получают их в промышленности? Как отличить гашеную известь от измельченного в порошок известняка? Как из Na2CO3, содержащего примесь NaHCO3, получить чистый карбонат? Какая из солей - Na2CO3 или NaHCO3 – в большей степени подвергается гидролизу? Докажите это расчетом Кгидр..
7. Что является причиной жесткости природных вод? Почему жесткую воду требуется умягчать при использовании ее для технических и бытовых целей? Что принимают за количественную меру жесткости воды? Какая вода считается мягкой, средней степени жесткости, жесткой? Что понимают под карбонатной(временной) и некарбонатной (постоянной), общей жесткостью? Какие методы используют для устранения жесткости воды?
d -Элементы и их соединения.
Подгруппа меди – Cu , Ag , Au .
1. Электронное строение, закономерности изменения радиусов и потенциалов ионизации (сравните с аналогичными параметрами щелочных металлов). Какие степени окисления проявляют Cu, Ag и Au? Почему температуры плавления, теплоты плавления и возгонки d- и s-элементов I группы резко отличаются? Приведите электродные потенциалы этих металлов и сравните их химическую активность в водной среде.
2. Отношение меди и серебра к кислороду и кислотам (соляной, серной, азотной и сероводородной). Как объяснить растворение золота в “царской водке”, цианиде калия, в концентрированном растворе азотной кислоты с хлоридом натрия?
3. Получение и свойства оксидов и гидроксидов меди (I) и (II). Объясните различие в их устойчивости. Какие из гидроксидов элементов I группы проявляют амфотерные свойства? Напишите уравнения соответствующих реакций. Какие продукты могут образоваться при прокаливании CuO и CuSO4, при сплавлении Cu2O и Cu2S?
4. Охарактеризуйте термическую устойчивость и кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов в ряду Cu(I), Ag(I), Au(I). Что произойдет, если к раствору CuSO4 прилить избыток раствора щелочи и глюкозы, а затем нагреть? Какое практическое значение имеет малая устойчивость соединений серебра?
5. Как получают галогениды серебра? Объясните различное поведение этих галогенидов по отношению к растворам аммиака, иодида калия и тиосульфата натрия. Что представляет собой реакция «серебряного зеркала»?
6. Получение и характерные свойства солей меди (средних и основных). Какие процессы будут протекать при добавлении к растворам солей Cu(II) растворов KCl, KBr и KI? Как можно в этом убедиться? Чем объясняется неустойчивость CuI2? Что происходит при нагревании водного раствора CuSO4 с глюкозой? В какой среде следует вести эту реакцию?
Пподгруппа цинка – Zn , Cd , Hg .
1. Дайте общую характеристику элементов подгруппы цинка: валентные электронные оболочки, проявляемые степени окисления, изменение атомных радиусов и потенциалов ионизации. В чем причина немонотонного характера в изменении последних характеристик (Rат, и I1)? Сравните физические и химические свойства простых веществ цинка, кадмия и ртути.
2. Приведите стандартные электродные потенциалы систем Ме2+/Ме для цинка, кадмия и ртути. Как изменяется электрохимическая активность в этом ряду относительно водных растворов кислот и щелочей? Как влияет активность металла на состав продуктов восстановления серной и азотной кислот?
3. Охарактеризуйте отношение Zn, Cd и Hg к кислороду, концентрированным и разбавленным кислотам, щелочам. Чем отличаются процессы растворения ртути а) в избытке HNO3; б) в присутствии избытка самой ртути? С чем это связано? В каких свойствах ртути проявляется ее отличие от цинка и кадмия? Чем это обусловлено?
4. Получение и химические свойства оксидов и гидроксидов Zn, Сd, Hg. Как изменяются в этом ряду термическая устойчивость и кислотно-основные свойства? В чем причина различий? Какие свойства гидроксидов Zn и Cd позволяют сделать вывод об относительной величине степени гидролиза их солей?
5. Как можно получить нитраты и хлориды Hg(I) и Hg(II)? Какие свойства они проявляют и в чем их практическое значение? Как протекает взаимодействие нитратов или хлоридов ртути с водой, с растворами SnCl2, H2S, KI и аммиака? Что представляет собой реактив Несслера? Где и для каких целей его используют?
6. Получение, строение и свойства сульфидов Zn, Cd, Hg(I) и Hg(II). Различаются ли они по растворимости в воде и кислотах? Как можно наиболее полно осадить ZnS из водного раствора его соли? Где он применяется? Почему при получении Zn из сульфидных руд используют последовательно две химические реакции, а при получении Hg – одну?
7. Какие реакции будут протекать при добавлении щелочи к раствору, содержащему ионы Zn2+, Cd2+, Hg2+ и Hg22+? С чем связано различие протекающих реакций? В какой среде Zn является более сильным восстановителем? Почему? Будет ли он восстанавливать в растворе K2Cr2O7; взаимодействовать с KNO3? Приведите количественные характеристики.
8. Особенности Zn и Hg. Объясните сущность явлений и приведите примеры реакций, доказывающих амфотерность соединений цинка и способность к диспропорционированию соединений Hg2+2. C помощью каких реакций можно разделить смесь нитратов Ba2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+2? Что представляют собой амальгамы металлов? Изменяются ли химические свойства металлов, содержащихся в амальгаме? Как взаимодействует с водой амальгама натрия, почему ее применяют в качестве восстановителя вместо металлического натрия?
Подгруппа хрома - Cr , M о, W .
1. Дайте общую характеристику элементов побочной подгруппы VI-группы, исходя из их положения в периодической системе (электронные конфигурации, радиусы атомов и ионов, потенциалы ионизации). Какие степени окисления проявляют Cr, Mo и W? Как в этом ряду изменяется устойчивость высшей степени окисления? С чем это связано? Как и почему изменяется химическая активность металлов при переходе от хрома к вольфраму? Чем объясняется большая близость Mо и W по свойствам по сравнению с хромом? Как получают свободные металлы?
2. Приведите формулы оксидов и соответствующих им гидроксидов, которые образует хром. Как изменяются кислотно-основные свойства в ряду этих соединений с повышением степени окисления? Дайте объяснения с точки зрения представлений о химической связи. Как получают оксиды и гидроксиды хрома (II)? Проиллюстрируйте примерами реакций различие в их кислотно- основных и других свойствах.
3. Получение и свойства простых и комплексных солей хрома (II) и (III). Как можно объяснить изменение окраски растворов соединений хрома (II) при стоянии на воздухе? Почему подкисленный соляной кислотой раствор CrCl2 используют для поглощения кислорода? С чем связана высокая восстановительная активность Cr2+?
4. Какие соединения образует хром в степени окисления 6+? Как изменяются устойчивость, окислительные и кислотные свойства однотипных соединений в ряду Cr-Mo-W? Чем отличаются методы получения соответствующих оксидов? Как можно перевести их в растворимое состояние?
К какому классу относится хлористый хромил? Какое строение имеет его молекула? Существует ли он в водных растворах?
5. Что представляют собой хромиты, хроматы и бихроматы? Каковы условия их образования, строение, характерные свойства? В виде каких ионов находятся Cr(III) и Cr(VI) в кислых и щелочных растворах? Какое из соединений – NaCrO2 или CrCl3 – гидролизовано сильнее? Почему CrCl3 гидролизован сильнее, чем CrCl2?
6. Соединения Cr(VI): хромовые кислоты и их соли. Какие кислоты относят к изополикислотам? Получение, условия существования солей Cr(VI) в растворе. Как изменяется окислительная способность соответствующих соединений в ряду Cr-Mo-W? В какие производные переходят хроматы и бихроматы при их восстановлении в нейтральной, кислой и щелочной среде? Что такое “хромовая смесь” (хромпик)? Почему она применяется в лаборатории для мытья посуды?