Một số vấn đề cơ bản về phức chất
Dùng thuyết Werner phân biệt cầu nội và cầu ngoại (đếm Cl⁻ bằng AgNO₃), tính điện tích – số oxi hoá – số phối trí của phức có phối tử nhiều càng, gọi tên phức theo IUPAC và viết sự phân li của muối phức.
Ứng với SGK Hoá học 12 (bộ thống nhất): Chuyên đề 3 · Bài 7
⚡ Nhớ nhanh
- 1Thuyết Werner: ion kim loại ở tâm có số phối trí xác định (Co³⁺: 6); các phối tử liên kết trực tiếp tạo cầu nội [ ], ion còn lại ở cầu ngoại và phân li hoàn toàn trong nước.
- 2Chỉ Cl⁻ cầu ngoại kết tủa với AgNO₃: [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ + 2AgNO₃ → [Co(NH₃)₅Cl](NO₃)₂ + 2AgCl↓; Cl ở cầu nội thì không.
- 3Số phối trí = số liên kết cho – nhận = số nguyên tử cho (không phải số phối tử): [Co(en)₃]³⁺ có 3 phối tử nhưng số phối trí là 6.
- 4Số oxi hoá trung tâm = điện tích phức − tổng điện tích phối tử; K₃[Fe(CN)₆] ⇒ x + 6·(−1) = −3 ⇒ Fe(+3).
- 5Gọi tên: phối tử (theo chữ cái, có di-, tri-, tetra-…) → kim loại (đuôi -ate nếu phức anion) → số oxi hoá La Mã. Vd: tetraamminecopper(II) sulfate.
- 6Bẫy: tưởng mọi Cl đều kết tủa. CoCl₃·5NH₃ chỉ cho 2 AgCl trên mỗi muối, không phải 3.
👀 Nhìn là hiểu
Kéo thanh trượt số NH₃ của muối CoCl₃·nNH₃ (hoặc bấm nút mẫu) và bật AgNO₃ dư: Cl⁻ cầu ngoại hoá AgCl↓, Cl cầu nội đứng yên; xem tên IUPAC tô màu từng mảnh. Tab Thí nghiệm làm lại thí nghiệm Werner với bốn muối, nhớ sấy khô kết tủa; tab Đoán trước có 4 tình huống.
Tên IUPAC: pentaamminechloridocobalt(III) chloride
[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ → [Co(NH₃)₅Cl]²⁺ + 2Cl⁻
Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓
Kéo thả tự do, xem số và đồ thị chạy theo.
0,010 mol muối + AgNO₃ dư ⇒ 0,020 mol AgCl (2,87 g): 2 Cl⁻ ở cầu ngoại kết tủa, 1 Cl ở cầu nội ở lại trong phức.
1 🧪 Thuyết Werner: cầu nội và cầu ngoại
Cần nhớ
- ✦Cuối thế kỉ XIX, Alfred Werner (Nobel Hoá học 1913) nghiên cứu các muối CoCl₃·xNH₃ có màu khác nhau và đề ra thuyết phối trí: nguyên tử trung tâm có hoá trị chính (số oxi hoá, trung hoà bằng anion) và hoá trị phụ (số phối trí, hướng trong không gian, thoả mãn bằng phối tử).
- ✦Phối tử gắn trực tiếp vào trung tâm tạo cầu nội, viết trong dấu [ ]. Các ion trái dấu bên ngoài là cầu ngoại, liên kết với phức chỉ bằng lực hút tĩnh điện nên phân li hoàn toàn trong nước.
- ✦Cl⁻ ở cầu nội liên kết cho – nhận với Co³⁺ nên không gặp được Ag⁺; chỉ Cl⁻ cầu ngoại tạo AgCl↓. Đếm mol AgCl ⇒ biết số Cl⁻ ngoài cầu. Độ dẫn điện cũng đếm được số ion.
- ✦Cả bốn muối đều có Co³⁺ với số phối trí 6: NH₃ càng ít thì càng có nhiều Cl vào cầu nội thay chỗ.
Bốn muối CoCl₃·xNH₃ của Werner (1 mol muối, AgNO₃ dư)
| Muối | Công thức phức | Cl⁻ cầu ngoại ⇒ AgCl | Số ion | Màu thường gặp |
|---|---|---|---|---|
| CoCl₃·6NH₃ | [Co(NH₃)₆]Cl₃ | 3 mol | 4 | vàng |
| CoCl₃·5NH₃ | [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ | 2 mol | 3 | tím |
| CoCl₃·4NH₃ | [Co(NH₃)₄Cl₂]Cl | 1 mol | 2 | lục hoặc tím (hai đồng phân) |
| CoCl₃·3NH₃ | [Co(NH₃)₃Cl₃] | 0 mol | 0 (phân tử) | lục |
Dạng bài
Suy ra cầu nội, cầu ngoại từ lượng AgCl
- 1 Đổi ra mol: n(muối) và n(AgCl) = m/143,5.
- 2 k = n(AgCl)/n(muối) là số Cl⁻ ở cầu ngoại; Cl ở cầu nội = tổng Cl − k.
- 3 Điền NH₃ cho đủ số phối trí 6: số NH₃ + số Cl cầu nội = 6.
- 4 Viết công thức [Co(NH₃)ₓCl_y]Cl_k.
- 5 Thử lại: tổng Cl = y + k = 3 và tổng NH₃ khớp công thức muối.
⚠️ Bẫy hay gặp: Cho rằng cả 3 Cl⁻ đều kết tủa: 0,010 · 3 · 143,5 = 4,305 g, gấp 1,5 lần giá trị cân được (2,87 g).
Hoà tan 0,010 mol muối CoCl₃·5NH₃ vào nước rồi thêm AgNO₃ dư, thu được 2,87 g kết tủa AgCl. Xác định công thức phức.
Hướng dẫn giải
2 🔗 Phối tử, số phối trí và số oxi hoá
Cần nhớ
- ✦Phối tử là phân tử hay ion có cặp electron riêng cho vào orbital trống của nguyên tử trung tâm. Số nguyên tử cho trong một phối tử gọi là số càng: NH₃, H₂O, Cl⁻, CN⁻ đơn càng; ethane-1,2-diamine (en) và oxalate C₂O₄²⁻ hai càng; EDTA⁴⁻ sáu càng.
- ✦Số phối trí = số nguyên tử cho nối với trung tâm (số liên kết cho – nhận), không phải số phối tử: [Co(en)₃]³⁺ và [Fe(C₂O₄)₃]³⁻ đều có số phối trí 6.
- ✦Phối tử nhiều càng ôm lấy kim loại tạo vòng khép kín gọi là chelate (phức vòng càng); phức này bền hơn phức với các phối tử đơn càng tương ứng.
- ✦Điện tích ion phức = điện tích trung tâm + tổng điện tích phối tử. NH₃, H₂O, en không mang điện; Cl⁻, CN⁻, OH⁻ mỗi cái −1; C₂O₄²⁻ là −2.
Phối tử thường gặp
| Phối tử | Nguyên tử cho | Số càng | Điện tích |
|---|---|---|---|
| NH₃ · H₂O | N · O | 1 | 0 |
| Cl⁻ · OH⁻ | Cl · O | 1 | −1 |
| CN⁻ | C | 1 | −1 |
| en (H₂N–CH₂CH₂–NH₂) | 2 N | 2 | 0 |
| oxalate C₂O₄²⁻ | 2 O | 2 | −2 |
| EDTA⁴⁻ | 2 N + 4 O | 6 | −4 |
Dạng bài
Tính điện tích, số oxi hoá, số phối trí
- 1 Điện tích ion phức = −(tổng điện tích ion cầu ngoại).
- 2 Số oxi hoá trung tâm x: x + Σ(điện tích phối tử) = điện tích ion phức.
- 3 Số phối trí = Σ (số phối tử × số càng).
- 4 Thử lại: điện tích Fe/Co + điện tích phối tử có trở lại điện tích phức không.
⚠️ Bẫy hay gặp: Lấy số phối tử làm số phối trí: [Fe(C₂O₄)₃]³⁻ ra 3, đúng phải là 6 vì mỗi oxalate cho 2 cặp electron.
Phức chất K₃[Fe(C₂O₄)₃]. Xác định số oxi hoá của Fe và số phối trí của Fe.
Hướng dẫn giải
3 🏷️ Gọi tên phức chất theo IUPAC
Cần nhớ
- ✦Đọc phối tử trước, kim loại sau. Các phối tử xếp theo thứ tự chữ cái của tên (bỏ qua tiền tố số lượng): ammine rồi mới tới chlorido.
- ✦Số lượng phối tử: di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-; một phối tử thì không thêm tiền tố.
- ✦Tên phối tử: NH₃ là ammine (hai chữ m), H₂O là aqua; anion đuôi -ide đổi thành -ido: Cl⁻ chlorido, CN⁻ cyanido, OH⁻ hydroxido (sách cũ viết chloro, cyano, hydroxo).
- ✦Số oxi hoá của trung tâm viết số La Mã trong ngoặc, liền sau tên kim loại.
- ✦Nếu ion phức là anion, tên kim loại có đuôi -ate: Fe ⇒ ferrate, Cu ⇒ cuprate, Ag ⇒ argentate, Pt ⇒ platinate, Al ⇒ aluminate, Zn ⇒ zincate. Phức cation hay trung hoà giữ nguyên tên kim loại.
- ✦Tên muối: cation đọc trước, anion đọc sau, như muối thường.
Một số phức chất và tên
| Công thức | Tên |
|---|---|
| [Cu(NH₃)₄]SO₄ | tetraamminecopper(II) sulfate |
| [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ | pentaamminechloridocobalt(III) chloride |
| [Pt(NH₃)₂Cl₂] | diamminedichloridoplatinum(II) |
| K₃[Fe(CN)₆] | potassium hexacyanidoferrate(III) |
| K₄[Fe(CN)₆] | potassium hexacyanidoferrate(II) |
| Na[Al(OH)₄] | sodium tetrahydroxidoaluminate(III) |
| [Cu(H₂O)₆]²⁺ | ion hexaaquacopper(II) |
Dạng bài
Gọi tên một phức chất
- 1 Tìm điện tích ion phức từ các ion cầu ngoại; phức cation, anion hay trung hoà?
- 2 Tính số oxi hoá của kim loại, viết số La Mã.
- 3 Gọi tên phối tử, xếp theo chữ cái, thêm di-, tri-… theo số lượng.
- 4 Ghép: phối tử – kim loại (đuôi -ate nếu anion) – (số oxi hoá) – ion cầu ngoại.
- 5 Thử lại: đọc ngược tên phải ra đúng công thức và điện tích.
⚠️ Bẫy hay gặp: Xếp phối tử theo số lượng thay vì chữ cái: "dichloridotetraamminecobalt(III) chloride" là sai; ammine (a) phải đứng trước chlorido (c).
Gọi tên muối [Co(NH₃)₄Cl₂]Cl (muối CoCl₃·4NH₃).
Hướng dẫn giải
4 💧 Sự phân li của phức chất trong dung dịch
Cần nhớ
- ✦Muối phức phân li hai giai đoạn: (1) cầu ngoại tách khỏi ion phức, hoàn toàn: [Cu(NH₃)₄]SO₄ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄²⁻; (2) ion phức phân li rất ít, thuận nghịch: [Cu(NH₃)₄]²⁺ ⇌ Cu²⁺ + 4NH₃, cân bằng lệch mạnh về phía phức (phức bền).
- ✦Vì vậy dung dịch [Cu(NH₃)₄]SO₄ cho kết tủa trắng BaSO₄ với BaCl₂ (SO₄²⁻ ở cầu ngoại), còn Cu²⁺ tự do quá ít nên NaOH loãng gần như không tạo Cu(OH)₂.
- ✦Số ion khi hoà tan (coi ion phức không phân li) = số ion cầu ngoại + 1: [Co(NH₃)₆]Cl₃ cho 4 ion, K₃[Fe(CN)₆] cho 4, [Cu(NH₃)₄]SO₄ cho 2, [Pt(NH₃)₂Cl₂] không cho ion. Cùng nồng độ, nhiều ion hơn ⇒ dẫn điện mạnh hơn (Werner đo độ dẫn điện để suy ra số ion 4, 3, 2, 0).
- ✦Phản ứng tạo phức: AgCl + 2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]Cl; Cu(OH)₂ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄](OH)₂. Hai ion sắt cho phản ứng màu với phức cyanide: 4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]⁴⁻ → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ (xanh Prussian) và 3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]³⁻ → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓ (xanh đậm).
Dạng bài
Tính nồng độ ion trong dung dịch muối phức
- 1 Đổi ra mol muối: n = C·V (V đổi ra lít).
- 2 Viết phân li cầu ngoại hoàn toàn: muối → ion phức + ion cầu ngoại (hệ số chính là số ion).
- 3 n từng ion = hệ số × n muối; chia cho V để ra nồng độ (bỏ qua phân li của ion phức).
- 4 Thử lại: tổng điện tích dương = tổng điện tích âm.
⚠️ Bẫy hay gặp: Tính cả Cl cầu nội: 0,30 mol AgCl = 43,05 g, hơn kết quả đúng 1,5 lần.
Hoà tan 0,10 mol [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ vào nước được 500 mL dung dịch. Tính nồng độ Cl⁻ cầu ngoại, rồi khối lượng AgCl khi thêm AgNO₃ dư.
Hướng dẫn giải
5 🏠 Hoá học quanh ta
- ✦🖨️ Bản vẽ kĩ thuật màu xanh (blueprint, cyanotype): giấy tẩm muối sắt(III) và K₃[Fe(CN)₆] đổi sang màu xanh đậm ở chỗ có ánh sáng — màu do phức cyanide của sắt.
- ✦🧂 Muối ăn chống vón cục có thể chứa chất phụ gia kali hexacyanidoferrate(II) (E536): CN⁻ bị giữ chặt trong cầu nội của phức rất bền nên không phân li ra ion độc ở liều cho phép.
- ✦🩸 Nhận ra Fe³⁺ bằng KSCN: dung dịch đỏ máu của phức [Fe(SCN)(H₂O)₅]²⁺ là phản ứng tạo phức đổi phối tử quen thuộc trong phòng thí nghiệm.
- ✦🧪 Phân biệt AgCl với AgBr: AgCl tan trong dung dịch NH₃ tạo [Ag(NH₃)₂]⁺, còn AgBr hầu như không tan — cùng là kết tủa nhưng khác khả năng tạo phức.
6 💡 Mẹo làm nhanh và lỗi hay sai
⚡ Mẹo làm nhanh trắc nghiệm
- ✦Muối CoCl₃·xNH₃: số Cl⁻ kết tủa = x − 3 (x = 6, 5, 4, 3 cho 3, 2, 1, 0 AgCl); số Cl cầu nội = 6 − x.
- ✦Số ion trong dung dịch = số ion cầu ngoại + 1; phức trung hoà thì 0 ion.
- ✦Số oxi hoá nhẩm: điện tích phức = −(điện tích cầu ngoại); trừ đi điện tích các phối tử mang điện (Cl⁻, CN⁻, OH⁻ mỗi cái −1).
- ✦Thấy anion phức [ ]ⁿ⁻ thì kim loại tên có đuôi -ate (ferrate, cuprate, aluminate, platinate…).
⚠️ Lỗi hay sai nhất
- ✦Cho cả 3 Cl của CoCl₃·5NH₃ kết tủa: 0,010 mol muối cho 0,020 mol AgCl (2,87 g), không phải 0,030 mol (4,305 g).
- ✦Lấy số phối tử làm số phối trí: [Co(en)₃]³⁺ có số phối trí 6, không phải 3.
- ✦Quên tính điện tích Cl⁻ phối tử: [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺ có Co(+3), không phải Co(+1).
- ✦Xếp phối tử theo số lượng: phải tetraamminedichlorido…, không phải dichloridotetraammine…
- ✦Gọi K₄[Fe(CN)₆] là "hexacyanidoferrate(III)": điện tích −4 ⇒ x − 6 = −4 ⇒ Fe(II).
- ✦Tưởng ion phức cũng phân li hoàn toàn như cầu ngoại: [Cu(NH₃)₄]²⁺ chỉ phân li rất ít nên NaOH loãng không tạo Cu(OH)₂.
⚖️ Kiểm tra bảo toàn
- ✦Điện tích: điện tích trung tâm + Σ điện tích phối tử = điện tích phức; trong muối, tổng điện tích âm bằng tổng điện tích dương (K₃[Fe(CN)₆]: 3 · (+1) + (−3) = 0 ✓).
- ✦Nguyên tố: với CoCl₃·xNH₃, Cl cầu nội + Cl cầu ngoại = 3 và tổng NH₃ = x.
- ✦Số phối trí: x NH₃ + Cl cầu nội = 6 với mọi muối Co(III) của bài này.
- ✦Khối lượng: n(AgCl) không thể vượt 3 · n(muối); vượt tức là đếm cả Cl cầu nội.
✏️ Luyện tập
Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần kiến thức.
Thuyết Werner, cầu nội và cầu ngoại
- 1Nhận biết
Theo thuyết Werner, cầu ngoại của phức chất [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ gồm
- 2Thông hiểu Hoà tan 0,020 mol [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ vào nước rồi thêm AgNO₃ dư. Khối lượng kết tủa là g (M của AgCl là 143,5 g/mol).
- 3Thông hiểu
Hoà tan 0,10 mol muối CoCl₃·4NH₃ vào nước, thêm AgNO₃ dư thu được 0,10 mol AgCl. Công thức phức chất của muối là
- 4Nhận biết
Dung dịch muối nào dưới đây (cùng nồng độ mol) dẫn điện kém nhất?
Phối tử, số phối trí, số oxi hoá
- 1Nhận biết
Phối tử nào sau đây là phối tử hai càng?
- 2Thông hiểu
Số phối trí của Co trong ion phức [Co(en)₂Cl₂]⁺ là
- 3Thông hiểu Số oxi hoá của sắt trong K₄[Fe(CN)₆] là (viết số, không dấu).
- 4Thông hiểu
Ion phức [Cr(H₂O)₄Cl₂] có crom số oxi hoá +3. Điện tích của ion phức là
- 5Vận dụng
Ion Ni²⁺ tạo phức bát diện (số phối trí 6) chỉ với phối tử en. Công thức ion phức là
Gọi tên phức chất
- 1Nhận biết
Trong tên IUPAC của phức chất, phối tử NH₃ được gọi là
- 2Thông hiểu
Tên của [Cu(NH₃)₄]SO₄ là
- 3Thông hiểu
Tên của K₃[Fe(CN)₆] là
- 4Thông hiểu
Tên IUPAC của [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ là
- 5Vận dụng
Công thức của phức chất diamminedichloridoplatinum(II) là
Phân li và phản ứng của phức chất
- 1Thông hiểu
Nhỏ dung dịch BaCl₂ vào dung dịch [Cu(NH₃)₄]SO₄. Hiện tượng là
- 2Thông hiểu Hoà tan 0,10 mol K₃[Fe(CN)₆] vào nước (coi ion phức không phân li). Tổng số mol ion tạo thành là mol.
- 3Vận dụng Hoà tan 200 mL dung dịch [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ 0,50 M rồi thêm AgNO₃ dư. Khối lượng AgCl thu được là g (làm tròn đến hàng phần mười).
Thí nghiệm và số liệu
- 1Vận dụng
Làm thí nghiệm với 0,010 mol mỗi muối CoCl₃·xNH₃ (AgNO₃ dư, lọc – rửa – sấy khô kết tủa rồi cân), được bảng: Số ion Cl nằm trong cầu nội của muối x = 5 là
- 2Thông hiểu
Đo độ dẫn điện mol của dung dịch bốn muối CoCl₃·xNH₃ (x = 3 đến 6) có cùng nồng độ, số liệu minh hoạ: Biết D là x = 3 và độ dẫn điện tăng theo số ion, dung dịch B là muối
- 3Vận dụng
Hoà tan 2,335 g muối CoCl₃·xNH₃ (M = 233,5 g/mol) vào nước, thêm AgNO₃ dư, lọc – rửa – sấy được 1,435 g kết tủa. Công thức phức chất của muối là
🏆 Luyện theo dạng đề tốt nghiệp
Đề Hoá học có 3 phần: 18 câu 4 lựa chọn, 4 câu đúng/sai (mỗi câu 4 ý) và 6 câu trả lời ngắn (đáp số tối đa 4 ký tự, kể cả dấu − và dấu phẩy). Dưới đây là đủ 3 dạng, chỉ dùng kiến thức của bài này.
Kiểm tra · Trắc nghiệm
- 1Thông hiểu
Trong phức chất [Co(en)₂Cl₂]Cl, số oxi hoá và số phối trí của Co lần lượt là
- 2Thông hiểu
Tên của K₂[PtCl₄] là
- 3Vận dụng
Hoà tan 0,050 mol [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ vào nước rồi thêm AgNO₃ dư. Khối lượng AgCl thu được là
Kiểm tra · Đúng / sai
- 1Thông hiểu
Hoà tan 0,010 mol muối X (CoCl₃·4NH₃) vào nước, thêm AgNO₃ dư, lọc – rửa – sấy được 1,435 g kết tủa trắng. Cho M(AgCl) = 143,5 g/mol.
a)Công thức phức chất của X là [Co(NH₃)₄Cl₂]Cl.
b)Số oxi hoá của Co trong ion phức là +3.
c)Dung dịch X dẫn điện mạnh hơn dung dịch [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ có cùng nồng độ.
d)Thay X bằng 0,010 mol [Co(NH₃)₆]Cl₃ thì khối lượng AgCl gấp đôi (2,87 g).
- 2Vận dụng
Cho các phát biểu về phối tử và cách gọi tên phức chất.
a)Ethane-1,2-diamine (en) là phối tử hai càng.
b)Trong ion phức [Cr(en)₂Cl₂]⁺ (Cr số oxi hoá +3), số phối trí của Cr là 4.
c)K₃[Fe(CN)₆] có tên là potassium hexacyanidoferrate(III).
d)Na[Al(OH)₄] có tên là sodium tetrahydroxidoaluminium(III).
Kiểm tra · Trả lời ngắn
- 1Thông hiểu Cho các chất: [Co(NH₃)₆]Cl₃, [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂, [Co(NH₃)₄Cl₂]Cl, [Co(NH₃)₃Cl₃], [Pt(NH₃)₂Cl₂], K₂[PtCl₄]. Có bao nhiêu chất tạo kết tủa AgCl khi hoà tan rồi nhỏ AgNO₃ dư ngay lúc trộn? Đáp số:
- 2Thông hiểu Hoà tan 0,25 mol K₄[Fe(CN)₆] vào nước, coi ion phức không phân li. Tổng số mol ion trong dung dịch là bao nhiêu mol? Đáp số:
- 3Vận dụng Phần trăm khối lượng của Co trong [Co(NH₃)₆]Cl₃ là bao nhiêu % (làm tròn đến hàng đơn vị, Co = 59, N = 14, H = 1, Cl = 35,5)? Đáp số:
🎯 Chuyên đề này dùng để kiểm tra thế nào?
- •Chuyên đề này không có trong đề thi tốt nghiệp; dùng cho kiểm tra trên lớp và đánh giá chuyên đề.
- •Câu hỏi thường gặp: từ lượng AgCl suy ra số Cl⁻ cầu ngoại và công thức phức (thí nghiệm Werner); tính số oxi hoá, số phối trí khi phối tử nhiều càng; gọi tên hoặc viết công thức từ tên IUPAC.
- •Bài tính hay có: n(AgCl) từ nồng độ và thể tích muối (nhớ chỉ tính Cl⁻ cầu ngoại), tổng số mol ion, % khối lượng kim loại; bẫy hay gặp là tính cả Cl cầu nội và xếp phối tử sai thứ tự chữ cái.
Liên kết và cấu tạo của phức chất