Химия элементов

Министерство науки и высшего образования 

Российской Федерации

Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

М. Г. Иванов, В. В. Вайтнер, С. Д. Ващенко

Химия элементов

Практикум

Рекомендовано методическим советом  
Уральского федерального университета  
для студентов вуза, обучающихся  

по направлению подготовки 
18.03.01 — Химическая технология

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2021

УДК 546(076.5)
ББК 24.12я73
          И20

Рецензенты:

кафедра химии и процессов горения УрИ ГПС МЧС Рос‑
сии (и. о. начальника кафедры, канд. хим. наук М. Л. Кон-
дратьева);
канд. хим. наук, доц., научный сотрудник лаборатории пи‑
рохимических процессов и электрохимических технологий 
ИВТЭ УрО РАН Е. В. Никитина

Научный редактор — доц., канд. хим. наук Е. А. Никоненко

 
Иванов, Михаил Григорьевич.

И20    Химия элементов : лабораторный практикум / М. Г. Ива‑

нов, В. В. Вайтнер, С. Д. Ващенко ; М‑во высш. обр. и нау‑
ки. — Екатеринбург : Изд‑во Урал. ун‑та, 2021. — 108 с.

ISBN 978‑5‑7996‑3265‑6

Практикум по выполнению лабораторных работ предназначен 

для освоения методики экспериментов, содержит описание отчетов 
по выполненной работе, задания для самостоятельной подготовки 
по основным разделам курса «Химия элементов»: «Комплексные 
соединения», «Химические свойства неметаллов и их соединений», 
«Химические свойства металлов и их соединений». Практикум раз‑
работан с учетом введения балльно‑рейтинговой системы оценива‑
ния знаний и умений студентов, полученных ими в ходе изучения 
курса «Химия элементов».
УДК 546(076.5)
ББК 24.12я73

ISBN 978‑5‑7996‑3265‑6 
© Уральский федеральный

 
университет, 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ....................................................................................... 4
Комплексные соединения ................................................................. 5
Лабораторная работа № 1. Некоторые закономерности  
периодической системы ...................................................................15
Лабораторная работа № 2. Комплексные соединения ....................19
Лабораторная работа № 3. Свойства галогенов  
и их соединений ................................................................................33
Лабораторная работа № 4. Свойства серы и ее соединений ...........40
Лабораторная работа № 5. Свойства соединений азота ..................45
Лабораторная работа № 6. Свойства соединений  
углерода и кремния ...........................................................................50
Лабораторная работа № 7. Свойства соединений железа,  
кобальта, никеля ...............................................................................57
Лабораторная работа № 8. Свойства соединений марганца ...........63
Лабораторная работа № 9. Свойства соединений хрома .................69
Лабораторная работа № 10. Свойства соединений ванадия ............74
Лабораторная работа № 11. Свойства соединений титана ..............79
Лабораторная работа № 12. Свойства соединений меди .................83
Лабораторная работа № 13. Свойства соединений  
олова и свинца ...................................................................................87
Приложения. Справочные материалы для выполнения  
лабораторных работ ..........................................................................97

Предисловие

Предисловие

П

редлагаемый практикум представляет собой руко‑
водство по выполнению лабораторных работ на за‑
нятиях по дисциплине «Химия элементов» для сту‑

дентов‑бакалавров первого курса ХТИ и ИММ очной и заочной 
форм обучения. В книге изложены методики проведения лабо‑
раторного эксперимента и рекомендации по оформлению от‑
четов о проделанной работе.

После каждой лабораторной работы приведены задания 
для самостоятельной подготовки, которые студент выполня‑
ет по указанию преподавателя и сдает вместе с лабораторным 
отчетом на проверку.

Контрольные задания по трем основным разделам «Ком‑

плексные соединения», «Химические свойства неметаллов и их 
соединений», «Химические свойства металлов и их соедине‑
ний» могут быть использованы как студентами для самокон‑
троля, так и преподавателями для текущего контроля знаний.

Во введении рассмотриваются строение, номенклатура, спо‑

собы получения и химические свойства комплексных соеди‑
нений. «Комплексные соединения» — это одна из наиболее 
сложных тем для студентов. Эти соединения связывают химию 
металлов (комплексообразователь чаще всего металл или ион 
металла) и неметаллов (лиганды — соединения неметаллов). 
Комплексным соединениям посвящена лабораторная работа 
№ 2, кроме того, эти вещества будут встречаться и в ряде дру‑
гих лабораторных работ практикума «Химия элементов». 

1. Основные понятия 

Комплексные соединения

1. Основные понятия 
С

уществует множество определений комплексных со‑
единений. Согласно одному из них комплексные или 
координационные соединения — сложные соедине‑

ния, в составе которых имеются связи, образованные по донор‑
но‑акцепторному механизму.

Комплексообразователь (КС) — центральный атом или ион 

металла. Комплексообразователями являются атомы или ионы, 
имеющие вакантные электронные орбитали. Вокруг комплексо‑
образователя формируется координационная сфера из заряженных 
ионов или нейтральных молекул, которые называются лиганда-
ми. Различают внутреннюю и внешнюю координационные сферы.

Совокупность комплексообразователя и координированных 

вокруг него лигандов называют внутренней координационной 
сферой. Её принято записывать в квадратных скобках. Части‑
цы, находящиеся за пределами координационной сферы, об‑
разуют внешнюю сферу, которая записывается за пределами 
квадратных скобок:

[Cu(NH3)4]Cl2 

внутренняя сфера внешняя сфера

K3[CoF6] 

внешняя сфера внутренняя сфера

КомПлеКсные соединения

При составлении формулы комплексного соединения снача‑

ла записывают катион, а затем — анион. Во внутренней коор‑
динационной сфере (в квадратных скобках) первым указывают 
химический символ комплексобразователя, далее — символы 
лигандов с указанием их числа: [Mn(L 0)x(L‑)y]. Внутренняя коор‑
динационная сфера достаточно устойчива. Комплексообразова‑
тель, как правило, обладает высоким поляризующим действием 
(ПД). Чем выше ПД, тем сильнее способность к комплексоо‑
бразованию. ПД, как правило, прямо пропорционально заря‑
ду комплексообразователя и обратно пропорционально раз‑
меру ядра. В связи с тем, что переходные d‑металлы обладают 
незавершенной 18‑электронной структурой, чаще всего именно 
они выполняют роль комплексообразователя. Однако бывают 
КС, в которых комплексообразователем может быть неметалл, 
а также щелочной или щелочноземельный металл. Комплексоо‑
бразователь обычно акцептор, а лиганды — доноры электронов, 
и при образовании КС между ними возникает донорно‑акцеп‑
торная (координационная) связь. КС могут быть электроней‑
тральными (неэлектролитами — [Со(NH3)3Cl3]), могут иметь 
отрицательный заряд (комплексный анион — [Sn(ОН)4] 2–) или 
положительный заряд (комплексный катион — [Ag(NH3)2]+).

Если внутренняя сфера имеет заряд, то его компенсируют 

противоионы, образующие внешнюю сферу. Внешнесферны‑
ми могут быть и катионы, например, K+ в K2[Sn(ОН)4], и ани‑
оны, например NO3
– в [Ag(NH3)2]NO3. Кроме противоионов 

во внешней сфере могут находиться и нейтральные молекулы. 
КС могут состоять только из комплексообразователя и лиган‑
дов, например, карбонилы металлов: Ti(CO)7, Cr(CO)6.
Лигандами могут быть нейтральные молекулы, анионы:
• нейтральные: Н2O, CO, NH3, этилендиамин  
Н2N–CH2–CH2–NH2 и др;

• анионы СN─, OH─, Cl─, Br─, I─ и др.
Лиганды к центральному атому присоединяются двухцен‑

тровыми или многоцентровыми связями. В случае двухцентро‑

2. Номенклатура 

вых связей лиганды выступают в качестве доноров электрон‑
ных пар, а комплексообразователь — их акцептор.

Число координационных мест, которые занимает лиганд 

в координационной сфере, называется дентатностью ли‑
ганда (лат. имеющий зубы). Монодентатные лиганды (Cl─, 
CN─, CO, H2O и т. д.) связаны с центральным атомом одной 
связью, полидентатные — несколькими. Например, этилен‑
диамин Н2N–CH2–CH2–NH2 относится к бидентантным  
лигандам.
Число лигандов, координируемых комплексообразователем, 

называется координационным числом (к. ч.). К. ч., как правило, 
больше степени окисления (СтО) комплексообразователя. Из‑
вестны к. ч. в пределах от 2 до 13. Чаще встречаются к. ч., рав‑
ные 4; 6; 2. Эти числа соответствуют симметричной геометри‑
ческой конфигурации КС: тетраэдрической или квадратной (4), 
октаэдрической (6), линейной (2).

Общие принципы численного значения к. ч.:
• нейтральных лигандов может присоединиться больше, 
чем заряженных;
• к. ч. зависит от размеров комплексообразователя и раз‑
меров лигандов;
• чем больше СтО комплексообразователя, тем больше 

его к. ч.; как правило, если СтО = +1, то к. ч. = 2; если  
СтО = +2, то к. ч. = 4; если СтО = +3, то к. ч. = 6.

2. Номенклатура 

Многие КС сохранили свои исторические названия, связан‑

ные с их цветом, именем ученого и т. п. В настоящее время на‑
звания КС строятся в соответствии с номенклатурными пра‑
вилами ИЮПАК.

Первым в именительном падеже называется анион, а затем 

в родительном падеже — катион. Это наблюдается и для обыч‑

КомПлеКсные соединения

ных соединений: NaNO3 — нитрат натрия. Название комплекс‑
ной частицы — аниона — оканчивается суффиксом «ат».

При построении названия комплексной частицы сначала пе‑

речисляют лиганды, затем называют центральный атом с ука‑
занием его СтО римской цифрой в круглых скобках.

Порядок перечисления лигандов: а) анионные, б) нейтраль‑

ные, в) катионные без разделения друг от друга дефисом. Ани‑
оны перечисляют в таком порядке: Н─, О2
2─, ОН─, простые ани‑

оны, полиатомные и, наконец, органические в алфавитном 
порядке. Молекулы Н2О и NH3 называют «аква» и «аммин»: 
[PtClNO3(NH3)2]SO4 — cульфат хлоронитродиамминплатины (IV).

Приставки ди‑, три‑, тетра‑ и т. д. используют перед просты‑

ми лигандами: дихлоро‑, тетраоксо‑, гексациано‑. Бис‑, трис‑ 
используют перед лигандами со сложными названиями, в кото‑
рых в самом названии уже есть приставки (моно‑, ди‑): хлорид 
трис (этилендиамин)железа (III). Названия таких лигандов за‑
ключают в скобки.

3. Классификация 

Выделяют следующие подходы к классификации:
• по принадлежности к определенному классу соединений: 

кислоты, основания, соли, неэлектролиты;
• природе лигандов: Н2О — аквакомплексы, NH3 — амми‑
акаты, ОН─ — гидроксокомплексы, анионы кислот (га‑
логены, цианиды, карбонаты и т. д.) — ацидокомплексы;

• знаку заряда комплекса: катионные, анионные, ней‑

тральные (нейтральные не имеют внешней сферы);

• числу ядер, составляющих соединение: моно‑ и полия‑
дерные.

Примеры названий и классов КС:
[Cu(NH3)2]OH — гидроксид диамминмеди (I) — основание, 

катионный;

4. Диссоциация 

[Cu (NH3)4] SO4 — сульфат тетраамминмеди (II) — соль, ка‑
тионный;
Li[AlH4] — тетрагидридоалюминат лития — соль, анионный;
Na2[Zn(OH)4] — тетрагидроксоцинкат натрия — соль, ани‑
онный;
[Cr(H2O)6]Cl3 — хлорид гексааквахрома (III) — соль, ка‑ 
тионный комплекс;
[Pt(Н2О)(NH3)2ОН]NO3 — нитрат гидроксодиамминаква‑

платины (II) — соль, катионный;

H2[PtCl6] гексахлороплатинат (IV) водорода — кислота,  
анионный;
[Pt(NH3)2Cl2] — дихлородиамминплатина — неэлектролит.

4. Диссоциация 

Внутренняя и внешняя сферы координационных соедине‑

ний сильно отличаются по устойчивости. Частицы, находящие‑
ся во внешней сфере, связаны с комплексными ионами преиму‑
щественно электростатическими силами и легко отщепляются 
при растворении комплексов в воде, то есть диссоциация в рас‑
творах на внешнюю и внутреннюю сферы происходит как дис‑
социация сильных электролитов:

 
[Ag (NH3)2]NO3 = [Ag (NH3)2]+ + NO3
─, α = 1.

Внутренняя сфера КС диссоциирует как слабый электролит: 

обратимо и ступенчато. Число ступеней равно числу лигандов, 
входящих в состав внутренней сферы:

 
[Ag (NH3)2]+ ⇄ [AgNH3]+ + NH3 

 
[AgNH3]+ ⇄ Ag+ + NH3 

Константы диссоциации внутренней сферы комплексных 
соединений (без учета гидратации) называют константами 
нестойкости:

КомПлеКсные соединения

 
K
=[
] [
]

[ [
(
) ] ]

Ag NH
NH

Ag NH
1нест
3

+

3

3
2
+
(
)
Ч
=
Ч
1 2 10 4
,
-  

 
K
=[
] [
]
[ [
] ]
Ag
NH
AgNH
2нест

+
3

3
+
Ч
=
Ч
4 8 10 4
,
-  

Часто используют общие константы нестойкости, которые 
равны произведению соответствующих последовательных кон‑
стант и обозначаются b:
 
[Ag(NH3)2]+ ⇄ [Ag]+ + 2NH3 

 
b
b
 = [
] [
]
[ [
) ] ]
     = К
К
Ag
NH
Ag(NH

+
3

3
+

2

2
1нест
2
Ч
=
Ч
Ч
5 8 10 8
,
;
-
нест. 

Константа нестойкости — это мера прочности комплекса.

Комплексообразование в растворах 

Комплексные соединения можно получать различными ме‑

тодами. Лиганды и центральные ионы могут взаимодействовать 
в газовой, жидкой или твердой фазах, но чаще всего комплекс‑
ные соединения синтезируют в растворах:
 
[Fe(H2O)6] 3+ + NCS– ⇄ [Fe (H2O)5 (NCS)] 2+ + H2O 
константа равновесия реакции имеет вид:

 
K =[
(
) (
)
][
]

[
(
)
][
]
.
Fe H O
NCS
H O
Fe H O
NCS
с
2
5
2+
2

2
6
3+


В ходе реакции комплексообразования концентрация воды 

не изменяется. Константу равновесия комплексообразования 
без учета процессов гидратации называют константой устой-
чивости:

 
K
= [
(
)
]

[
][
]

Fe NCS
Fe
NCS
уст

2+

3+
- .  

Комплексообразование в растворах 

Константы устойчивости и константа нестойкости — вели‑
чины обратнопропорциональные:

 
K
=
1

К
.
уст
нест

 

Гидролиз как процесс комплексообразования. С позиции ком‑
плексообразования может быть также рассмотрен процесс ги‑
дролиза солей. При взаимодействии с водой любая соль металла 
превращается во внутрисферный гидрат. Например, ион алю‑
миния в воде (процесс гидратации) образует координационное 
соединение, во внутренней сфере которого находятся молеку‑
лы воды: [Al(H2O)6] 3+:
 
Al 3+ + 6H2O = [Al(H2O)6] 3+.
Под действием положительного заряда центрального атома 

вода в координационной сфере иона Al 3+ поляризуется и дис‑
социирует в большей степени, чем обычная. В результате от‑
щепляется протон и образуется гидроксид‑ион:
 
[Al(H2O)6] 3+ ⇄ [Al(H2O)5(OH)] 2+ + H+ 

Среда становится кислой из‑за возрастания концентрации 

ионов водорода. В общем случае гидролиз солей слабых осно‑
ваний и сильных кислот для первой стадии описывается урав‑
нением:
 
[M(H2O)x]n+ ⇄ [M(H2O)x–1 (OH)]n–1 + H+ 

Таким образом, начало гидролиза объясняется с данной 

точки зрения поляризационным воздействием иона метал‑
ла на внутрисферную воду. В ходе превращения [M (H2O)x]n+ 
в [M (H2O)x‑1 (OH)]n–1 отрицательный заряд гидроксид‑иона ча‑
стично компенсирует положительный заряд катиона. Это при‑
водит к резкому снижению поляризующего действия катиона, 
дальнейшая диссоциация внутрисферной воды протекает в зна‑
чительно меньшей мере, то есть в меньшей степени протекает 
вторая стадия гидролиза.