Синтез соли или координационного соединения

9 заданий

Расчёт загрузки и выхода

Синтез начинается с уравнения и расчёта:

Выбрать ограничивающий реагент (обычно самый ценный) и найти теоретический выход продукта.
Дешёвые реагенты берут в избытке (5–20 %), чтобы ограничивающий прореагировал полностью; но избыток не должен загрязнять продукт.
Практический выход \(\eta = m_\text{практ}/m_\text{теор}\cdot100\) %. Потери: растворимость продукта в маточном растворе и промывной жидкости, перенос, побочные реакции.

edit_noteСоль Мора

\(\ce{Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2 ^}\); затем \(\ce{FeSO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O -> (NH4)2Fe(SO4)2*6H2O}\). Из 2,79 г железа теоретически \(2{,}79/55{,}85\cdot392{,}14 = 19{,}6\) г соли. Получено 15,2 г — выход 77,6 %.

scienceКлассические синтезы практикума

\(\ce{2Al + 2KOH + 6H2O -> 2K[Al(OH)4] + 3H2 ^}\); \(\ce{K[Al(OH)4] + 2H2SO4 + 8H2O -> KAl(SO4)2*12H2O}\) — алюмокалиевые квасцы из фольги.
\(\ce{CuSO4*5H2O + 4NH3 -> [Cu(NH3)4]SO4*H2O + 4H2O}\) — осаждение спиртом.
\(\ce{FeCl3 + 3K2C2O4 + 3H2O -> K3[Fe(C2O4)3]*3H2O + 3KCl}\) — зелёные светочувствительные кристаллы.

Кристаллизация и выделение

Кристаллизация — главный способ очистки неорганических продуктов:

Горячий раствор фильтруют от нерастворимых примесей (нерастворившийся металл, гидроксиды).
Упаривают до начала кристаллизации (появление плёнки или кристаллов на палочке).
Медленно охлаждают: чем медленнее, тем крупнее и чище кристаллы (примеси остаются в маточном растворе). Быстрое охлаждение даёт мелкие кристаллы, захватывающие маточник.
Если продукт хорошо растворим в воде, его высаливают спиртом (\(\ce{[Cu(NH3)4]SO4}\)) или охлаждают льдом.
Кристаллы отделяют на воронке Бюхнера, промывают малым количеством холодной воды или спирта, сушат на воздухе (кристаллогидраты нельзя сушить при нагревании).

boltПерекристаллизация

Если продукт загрязнён, его растворяют в минимуме горячей воды и снова кристаллизуют: выход падает (часть остаётся в растворе), чистота растёт. Компромисс «выход — чистота» — вечная задача синтетика.

auto_awesomeВыращивание кристаллов

Крупный кристалл квасцов растёт на затравке — маленьком кристалле на нитке, подвешенном в насыщенном растворе, который очень медленно испаряется или остывает. Школьные кристаллы хромокалиевых и алюмокалиевых квасцов — октаэдры размером с орех.

Состав и чистота продукта

Как убедиться, что получено то, что нужно?

Внешний вид: цвет, форма кристаллов (квасцы — октаэдры; соль Мора — светло-зелёные моноклинные).
Качественные реакции на примеси: в соли Мора — нет \(\ce{Fe^3+}\) (KSCN), в квасцах — нет железа.
Количественный анализ: металл (титрование, гравиметрия), анион, лиганд, вода — по потере массы при нагревании (термогравиметрия, урок 225).
Устойчивость: соль Мора не желтеет на воздухе неделями, \(\ce{K3[Fe(C2O4)3]}\) на свету восстанавливается (фотохимия).

scienceФотохимия ферриоксалата

\[\ce{2[Fe(C2O4)3]^3- ->[свет] 2[Fe(C2O4)2]^2- + C2O4^2- + 2CO2 ^}.\]

Этой реакцией измеряют интенсивность света (химический актинометр), а в XIX веке на её основе делали синие фотографии — цианотипию (с гексацианоферратом).

boltПроверка по воде

Кристаллогидрат теряет воду ступенчато; потеря массы должна совпадать с расчётной для формулы. Если потеря меньше — продукт частично выветрился, больше — влажный.

push_pinГлавное

Синтез: (1) уравнение и расчёт загрузки, ограничивающий реагент, разумный избыток дешёвого реагента; (2) порядок операций: растворение, реакция, фильтрование горячего раствора от примесей, упаривание до начала кристаллизации, медленное охлаждение (крупные чистые кристаллы), отделение на воронке Бюхнера, промывка холодной водой или спиртом, сушка на воздухе; (3) выход \(= m_\text{практ}/m_\text{теор}\); (4) чистота: форма и цвет кристаллов, отсутствие примесных ионов (качественные реакции), состав (анализ металла, лиганда, воды — термогравиметрия). Классические синтезы: соль Мора, алюмокалиевые квасцы, \(\ce{[Cu(NH3)4]SO4*H2O}\), \(\ce{K3[Fe(C2O4)3]*3H2O}\).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.