Комплексные соединения кобальта

 

 

 

 

 

 

Экспериментальная часть

1.Получение  хлорида пеннтаммин-хлоро-кобальта (III)

В коническую колбу на 100 мл помещают 5 г CoCl2 ∙ H2O, 7 г NH4Cl и растворяют при слабом нагревании в минимальном объеме воды – 5-7 мл. К раствору добавляют 25 мл концентрированного раствора аммиака, а затем по каплям при непрерывном помешивании 7 мл 30%-го раствора H2O2. Образование хлоропентамминового комплекса протекает по уравнению

        2CoCl2 + 2NH4Cl + 8NH3 + H2O2 = 2[CoCl(NH3)5]Cl2 +2H2O

   Окислением можно считать законченным, когда раствор примет пурпурную окраску и прекратится вскипание перекиси водорода.

  Полученный раствор нейтрализуют, постепенно добавляя концентрированный раствор HCl. После того как избыточный аммиак будет нейтрализован, на что требуется около  30 мл соляной кислоты, к раствору дополнительно приливают еще 5 мл её. Затем содержимое колбы  нагревают до кипения и оставляют стоять на холоду. Выпавший осадок отсасывают на воронке Бюхнера.

M(CoCl2 ∙ 6H2O) = 130 + 108=238 г

                    238 г – 130 г

                         5 г  -   X

      X=130*5/238= 2.73 г ( безводный СoCl2)

M(CoCl2) = 130 г.     m = 2.73 г.     n = 2.73/130=0.021 моль.

M(NH4Cl) = 53.5 г.   m = 7 г.          n = 7/53.5=0.13 моль

M([CoCl(NH3)5]Cl2 ) = 250.5 г       n=0.021 моль

m= 0.021*250.5= 5.260 г.

                              

m теор = 5.260 г

mпр =  5,905 г

η= 5,905г*100% /5,260г = 112%

 

Качественные реакции.

[CoCl(NH3)5]Cl2 +2AgNO3 = 2AgCl↓ + [CoCl(NH3)5]Cl2

 

 [CoCl(NH3)5]Cl2 + 3NaOH = Co(OH)3 + 3NaCl + 5NH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Хлорид трис-(этилендиамин)-кобальта (III).

                         [Co(en)3]Cl3

В плоскодонную коническую колбу емкостью 100мл поместить 5г CoCl2 . 6H2O и растворить соль в 10 мл H2O. Добавить 16 мл 30%-го раствора этилендиамина, частично нейтрализованного 4 мл 20%-й HCl ( нейтрализацию проводить под тягой), затем 30 мл 3%-го раствора H2O2. Реакционную смесь перемешивать на магнитной мешалке  40 мин. Полученный раствор желтого-бурого цвета перелить в выпарительную чашку емкостью 100 мл и упарить до объема 30 мл.  Горячий раствор перелить в стакан  емкостью 100 мл, охладить до комнатной температуры, добавить 8 мл конц. HCl и 20 мл этилового спирт. Смесь выдержать при 0°C в течении 15 мин. Выпавшие кристаллы желто-оранжевого цвета отфильтровать на воронке Бюхнера, промыть 10 мл эфира. Полученный препарат перенести тарированный бюкс, высушить в сушильном шкафу при 75°C и взвесить.

                       CoCl2 + C2H8N2 +  H2O2 = [Co(C2H8N2)3]Cl3 + H2O.

M(CoCl2 ∙ 6H2O) = 130 + 108=238 г

                     238 г – 130 г

                         5 г  -   X

        X=130*5/238= 2.73 г ( безводный СoCl2)

M(CoCl2) = 130 г.     m = 2,73 г.     n = 2.73/130=0.021 моль

M(C2H8N2) = 60 г   m= V*ρ = 16*0.892 = 14.272 г  n= 14.272/60=0.23 моль

M([Co(C2H8N2)3]Cl3) = 345.5 г   n=0.021 моль          m = 345.5*0.021=7,255 г

m теор = 7,255 г

mпр =  5,915 г

η = 5,915*100% /7,255= 81,5%

 

 

 

 

Расчеты для изготовления 20%-го раствора HCl.

      ρ и м= 1.18г/мл

     Ѡ = 36.32%

     ρ  = 1,098г/мл

     Ѡ = 20%

     1,095 – 19,49

     1,100 – 20,39

     0,005 – 0,9

     ρ x  - 0,39                     ρ x = (0,0005 *0,39 )/0,9 = 0,002.

     ρ 20% = 1,098г/мл 

      Ѡ = (m р-в)/(m р-ра) * 100%.

m р-в = (Ѡ*V*P)/(100% ) = (20%*10мл*1,098г/мл)/(100%) = 2,196г

           Ѡ = (m р-в)/(V*ρ)*100% ;  V = (2.196*100%)/(1,18*36,32) = 5,124г  на 10 мл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчеты для изготовления 3% -го раствора Н2О2.

ρ им = 1,136 г/мл

Ѡим = 35,79%

V = 50 мл

Ѡ = 3%

1,0058 – 2%

1,0131 – 4%

ʌѠ = 2%     ʌρ = 0,0073 г/мл

ʌѠx = 1%  -  ʌρх  = ʌρ=0,0058

ʌρx = 1% *0,0073/2%=0,00365 г/мл

ρx = ʌρx + 1,0058= 0,00365+1,0058 = 1,00945 г/мл

ρ3% = 1,00945 г/мл

Ѡ= (m р-в)/(V*ρ) * 100%

mр-в= (3%*1,00945*50мл)/(100%) = 1,52г (H2O2)

V = (1.151г*100%)/(35,79*1,136) = 3,71 мл доводим до 50 мл (Н2О)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электронный спектр поглощения раствора комплекса в области 350-800 нм.

См=  ϑ/V;  ϑ = C × V= 0.01моль/л    ×  50/1000л = 0.0005 моль.

М([Co(C2H8N2)3]Cl3 = 58+3 (16×2+8+14+2)+35.5×3=368.5г/моль.

m = ϑ × M = 0.0005моль  × 368.5г/моль = 0.185г.

  Длина  волны λ, нм                            Оптическая плотность.                 

        364                                                    0,29      

        400                                                    0,25

        440                                                     0,5

        490                                                    0,37 

        540                                                    0,083

        590                                                      0

        670                                                      0

        750                                                      0

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

Диссоциация комплекса.

[Co(C2H8N2)3]Cl3  ↔ [Co(C2H8N2)]3+  + Cl-

[Co(C2H8N2)3]3+ ↔ Co3+ + C2H4(NH2)2    

 

 

Качественные реакции.

[Co(C2H8N2)3]Cl3 + 3AgNO3 = 3AgCl↓ + [Co(C2H8N2)3](NO3)3

                                                   (белый осадок)

[Co(C2H8N2)3]Cl3 + 3KOH =  Co(OH)3 + 3C2H4(NH2)2  + 3KCl

                                               (бурый осадок)

2[Co(C2H8N2)3]Cl3 + 3Na2S = Co2S3↓ + 6NaCl + 2C2H4(NH2)2

                                              (черный осадок)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Тригидрат  трис-(оксалато)-кобальтата (III) калия.

                  K3[Co(C2O4)3] ∙ 3H2O.

В стакан емкостью 250 мл налить 125 мл H2O и нагреть до кипения на плите. В горячую воду всыпть  3,8 г щавелевой кислоты , 14 г оксалата калия и растворить их при нагревании. Затем при подогреве и перемешивании на магнитной мешалке добавить небольшими порциями 5г CoCО3 . После прекращения выделения CO2 раствор охладить до 40°C . При энергичном перемешивании добавить 5 г PbO2, затем 5 мл ледяной уксусной кислоты из капельной воронки со скоростью 1 мл за 2-3 мин. (работать под тягой). При это реакционная смесь изменить красную окраску на зеленую. Полученный раствор профильтровать через бумажный фильтр в стакан емкостью 500 мл и добавит 150 мл этилового спирта. Выпавшие изумрудно - зеленые кристаллы трис-(оксалато)-кобольтата (III) калия отфильтровать на воронке Бюхнера, промыть 10 мл смеси этилового спирта с водой взятых в равных количествах, а затем 5 мл этилового спирта. Кристаллы сушить на фильтре током воздуха до тех пор, пока вещество не перестанет прилипать к стеклянной палочке, поместить тарированный бюкс и взвесить.

H2C2O4 + K2C2O4 + CoCO3 → CoC2O4 + K2C2O4 + CO2↑ + H2O

CoC2O4 + K2C2O4 + PbO2 +CH3COOH → Co2(C2O4)3 + K2C2O4 + PbAc2 + H2O

3H2C2O4+3K2C2O4+2CoCO3+PbO2+2CH3COOH→2K3[Co(C2O4)3]+                                   Pb(CH3COO)2+2CO2↑+4H2O

M(H2C2O4) = 90 г;  m= 3.8 г  n= 3.8/90=0.04 моль

M(K2C3O4) = 166 г    m=14 г  n=14/166=0,08 моль

M(CoCl3)= 119 г      m= 5 г    n= 5/119=0.04 моль

M(PbO2) = 239 г     m= 5 г     n=5/239=0,02 моль

M(K3[Co(C2O4)3] = 440 г  n= 0.04 моль   m = 0,04*440=17,6 г

mтеор = 17,6 г

mпр =  7.38 г

η = 7,38*100% / 17,6 = 41,9%

 

Электронный спектр поглощения раствора комплекса в области 350-800 нм.

См=  ϑ  /V;  ϑ = C × V= 0.01моль/л    ×  50/1000л = 0.0005 моль.

М(K3[Co(C2O4)3]) = (39*3) + (58+3(12*2+16*4)=439г/моль

m = ϑ × M = 0,0005моль*439г/моль = 0,219г

Длина волны λ, нм                             Оптическая плотность.                 

        364                                                     0,138       

        400                                                     0,3

        440                                                     0,26

        490                                                     0,0532

        540                                                     0,131

       590                                                      0,26

       670                                                      0,129

       750                                                     0,072

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диссоциация комплекса.

K3[Co(C2O4)3] ↔ 3K+  + [Co(C2O4)3]3-

[Co(C2O4)3]3- ↔ Co3+ + 3C2O42-

Качественные реакции.

2K3[Co(C2O4)3] + 3Na2S = Co2S3 ↓+3K2C2O4 + 3Na2C2O4

                                         (черный осадок)

2K3[Co(C2O4)3] + 6NaOH = 2Co(OH)3 ↓ +3K2C2O4 + 3Na2C2O4

                                                   (бурый осадок)

K3[Co(C2O4)3]+ Na3[Co(NO2)6] = K2Na[Co(NO2)6]↓+ KNa2[Co(C2O4)3]     

                                                            (Желтый осадок)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     4. Получение гегсанитро-(III) кобальтата натрия.

2,5 г CoCl2∙6H2O или 3 г Co(NO3)2∙6H2O растворяют в 3-5 мл воды и 8 г NaNO2 в 25 мл воды. Обе соли растворяют при слабом нагревании. Охлажденные растворы смешивают и добавляют по каплям 2,5 мл 50%-ного CH3COOH. Соли кобальта (II) окисляют ся с образованием раствора Na3[Co(NO2)6] как избытком нитрата натрия

Co2+ + 7NO2- + 2CH3COOH = [Co(NO2)6]3- +NO +2CH3COO- +H2O

Так и кислородом воздуха в присутствии комплексующего реагента – нитрит ионов:

4Co2+ +24NO2- + O2 + 4CH3COOH = 4[Co(NO2)6]3- + 4CH3COO- +2H2O

Полученной смеси после добавления уксусной кислоты дают постоять 8-10 мин, время от времени перемешивая ее  стеклянной палочкой для ускорения реакция окисления кобальта (II) кислородом воздуха. Желтый раствор содержит Na3[Co(NO2)6]. 

Co(NO3)2+7NaNO2+2CH3COOH  =

                              =  Na3[Co(NO2)6]+NO+2CH3COONa+2NaNO3+H2O

 

 

Синтез комплексного соединения не удался, по-видимому, из-за недостаточного количества кислорода воздуха для окисления Co(II) в Co(III).

 

 

 

 

 

 

 

                    Вывод:

1.   мной получено три комплексных соединения:

• Хлорид пеннтаммин-хлоро-кобальта (III)
• Хлорид трис-(этилендиамин)-кобальта (III)
• Тригидрат трис-(оксалато)-кобальтата (III) калия.

2.   я понаблюдала за тем, как меняется их окраска.

3.   сняла электронные спектры поглощения.
4.   графически изобразила их в ходе своей работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     Литература:

• Спицын. В.И, Мартыненко. Л.И. Неорганическая химия. – 1991г., 1994г., (Том 1, 2)
• Глинка. Н.Л. Общая химия. – Москва: Высшая школа, 2003г.
• www.wikipedia.ru