Đăng nhậpDùng miễn phí

Hoá học 12 · Chương 8. Sơ lược về dãy kim loại chuyển tiếp thứ nhất và phức chất

Bài 28. Sơ lược về phức chất

Phức chất là hợp chất có liên kết cho – nhận giữa nguyên tử trung tâm và phối tử. Bài học giúp nhận biết cấu tạo phức chất, viết công thức ion phức, giải thích tính chất tan của kết tủa và nhận biết một số ion trong dung dịch.

Nhớ nhanh

1. Phức chất và ion phức

1.1 Khái niệm

Định nghĩa
  • Phức chất (hay hợp chất phối hợp) là hợp chất trong đó có liên kết cho – nhận giữa một nguyên tử (hoặc ion) kim loại ở vị trí trung tâm với các phân tử hoặc ion xung quanh.
  • Phần trong ngoặc vuông gồm nguyên tử trung tâm và các phối tử. Nếu phần này mang điện tích thì gọi là ion phức, ví dụ: [Ag(NH3)2]+\mathrm{[Ag(NH_3)_2]^+}, [Cu(NH3)4]2+\mathrm{[Cu(NH_3)_4]^{2+}}, [Fe(CN)6]3−\mathrm{[Fe(CN)_6]^{3-}}. Phức chất cũng có thể trung hoà điện, ví dụ [PtCl2(NH3)2]\mathrm{[PtCl_2(NH_3)_2]}.

Trong công thức phức chất, phần viết trong ngoặc vuông chính là ion phức; các ion nằm ngoài ngoặc vuông là ion trái dấu, trung hoà điện tích của ion phức. Ví dụ [Cu(NH3)4]SO4\mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4} gồm ion phức [Cu(NH3)4]2+\mathrm{[Cu(NH_3)_4]^{2+}} và ion SO42−\mathrm{SO_4^{2-}}.

1.2 Cấu tạo

Nguyên tử trung tâm, phối tử, liên kết và số phối trí
  • Nguyên tử trung tâm: thường là ion kim loại chuyển tiếp, có orbital rỗng để nhận cặp electron, ví dụ Fe2+\mathrm{Fe^{2+}}, Fe3+\mathrm{Fe^{3+}}, Cu2+\mathrm{Cu^{2+}}, Ag+\mathrm{Ag^{+}}.
  • Phối tử: phân tử hoặc ion có nguyên tử sở hữu cặp electron tự do chưa dùng để liên kết. Phối tử thường gặp: NH3\mathrm{NH_3}, H2O\mathrm{H_2O}, CN−\mathrm{CN^-}, SCN−\mathrm{SCN^-}, F−\mathrm{F^-}, Cl−\mathrm{Cl^-}.
  • Liên kết trong phức chất: là liên kết cho – nhận; phối tử cho cặp electron, nguyên tử trung tâm nhận cặp electron.
  • Số phối trí: số cặp electron mà nguyên tử trung tâm nhận từ các phối tử, với các phối tử chỉ tạo một liên kết thì bằng số phối tử liên kết với nguyên tử trung tâm.
Quy tắc xác định điện tích nguyên tử trung tâm.

Gọi xx là điện tích của nguyên tử trung tâm; qiq_i là điện tích phối tử thứ ii; nn là số phối tử; QQ là điện tích của ion phức. Khi đó

x+∑i=1nqi=Q.x+\sum_{i=1}^{n}q_i=Q.

1.3 Dạng hình học của phức chất

Số phối tríDạng hình họcVí dụ
4Tứ diện[Zn(NH3)4]2+\mathrm{[Zn(NH_3)_4]^{2+}}, [CoCl4]2−\mathrm{[CoCl_4]^{2-}}
4Vuông phẳng[PtCl4]2−\mathrm{[PtCl_4]^{2-}}, [PtCl2(NH3)2]\mathrm{[PtCl_2(NH_3)_2]}
6Bát diện[Fe(H2O)6]3+\mathrm{[Fe(H_2O)_6]^{3+}}, [Fe(CN)6]3−\mathrm{[Fe(CN)_6]^{3-}}, [Co(NH3)6]3+\mathrm{[Co(NH_3)_6]^{3+}}

Nhiều ion kim loại chuyển tiếp trong dung dịch nước tồn tại dưới dạng phức chất aqua bát diện [M(H2O)6]n+\mathrm{[M(H_2O)_6]^{n+}}.

2. Tính chất đặc trưng

3. Phương trình hoá học tiêu biểu

Các phản ứng thường gặp gồm tạo phức, tan kết tủa bằng phối tử dư và phá hủy phức bằng acid.

CuSO4+4NH3⟶[Cu(NH3)4]SO4AgCl+2NH3⟶[Ag(NH3)2]ClCu(OH)2+4NH3⟶[Cu(NH3)4](OH)2[Ag(NH3)2]Cl+2HNO3⟶AgCl↓+2NH4NO3Fe3++SCN−⟶[Fe(SCN)]2+\begin{gather*} \mathrm{CuSO_4 + 4NH_3 \longrightarrow [Cu(NH_3)_4]SO_4}\\ \mathrm{AgCl + 2NH_3 \longrightarrow [Ag(NH_3)_2]Cl}\\ \mathrm{Cu(OH)_2 + 4NH_3 \longrightarrow [Cu(NH_3)_4](OH)_2}\\ \mathrm{[Ag(NH_3)_2]Cl + 2HNO_3 \longrightarrow AgCl\downarrow + 2NH_4NO_3}\\ \mathrm{Fe^{3+} + SCN^- \longrightarrow [Fe(SCN)]^{2+}} \end{gather*}

4. Điều chế và ứng dụng

4.1 Điều chế trong phòng thí nghiệm

Người ta thường điều chế phức chất bằng cách trộn dung dịch muối của kim loại với dung dịch chứa phối tử. Ví dụ cho CuSO4\mathrm{CuSO_4} tác dụng với NH3\mathrm{NH_3} dư được [Cu(NH3)4]SO4\mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4}.

4.2 Ứng dụng

5. Phương pháp giải bài tập

Các bước xác định thành phần và đặc điểm của phức chất
  1. 1.
    Tách phần trong ngoặc vuông để xác định ion phức; phần ngoài ngoặc là ion trái dấu.
  2. 2.
    Nếu trong ngoặc vuông chỉ có một kim loại thì đó là nguyên tử trung tâm; các phân tử hoặc ion còn lại là phối tử.
  3. 3.
    Đếm số phối tử trực tiếp liên kết với nguyên tử trung tâm để xác định số phối trí.
  4. 4.
    Áp dụng quy tắc điện tích: đặt điện tích nguyên tử trung tâm là xx, cộng với tổng điện tích các phối tử, cho bằng điện tích ion phức.
  5. 5.
    Viết phương trình phản ứng: chi tiết theo hiện tượng tan kết tủa, tạo phức hoặc phá hủy phức.

6. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1

Cho phức chất K3[Fe(CN)6]\mathrm{K_3[Fe(CN)_6]}. Hãy xác định nguyên tử trung tâm, phối tử, điện tích của nguyên tử sắt và số phối trí.

Lời giải · 4 bước

Phần trong ngoặc vuông là ion phức [Fe(CN)6]3−\mathrm{[Fe(CN)_6]^{3-}}.

Bước 2

Nguyên tử trung tâm là Fe\mathrm{Fe}; phối tử là CN−\mathrm{CN^-}; có 66 phối tử nên số phối trí bằng 66.

Bước 3

Gọi điện tích của Fe\mathrm{Fe} trong ion phức là xx. Theo quy tắc điện tích:

x+6(−1)=−3⇒x=+3.x+6(-1)=-3 \Rightarrow x=+3.
Bước 4

Vậy trong phức chất trên, sắt có điện tích +3+3, số phối trí là 66.

Ví dụ 2

Giải thích hiện tượng: kết tủa AgCl\mathrm{AgCl} tan trong dung dịch NH3\mathrm{NH_3}, nhưng khi thêm nitric acid vào dung dịch thu được lại xuất hiện kết tủa trắng.

Lời giải · 2 bước

Trong dung dịch NH3\mathrm{NH_3} dư, AgCl\mathrm{AgCl} phản ứng tạo phức tan:

AgCl+2NH3⟶[Ag(NH3)2]Cl.\mathrm{AgCl + 2NH_3 \longrightarrow [Ag(NH_3)_2]Cl}.
Bước 2

Khi thêm HNO3\mathrm{HNO_3}, NH3\mathrm{NH_3} bị chuyển thành NH4+\mathrm{NH_4^+}, phối tử mất đi nên phức bị phá hủy:

[Ag(NH3)2]Cl+2HNO3⟶AgCl↓+2NH4NO3.\mathrm{[Ag(NH_3)_2]Cl + 2HNO_3 \longrightarrow AgCl\downarrow + 2NH_4NO_3}.
Ví dụ 3

Nhận biết hai dung dịch: một chứa Fe3+\mathrm{Fe^{3+}}, một chứa Cu2+\mathrm{Cu^{2+}}, bằng phản ứng tạo phức.

Lời giải · 2 bước

Cho KSCN\mathrm{KSCN} vào từng dung dịch. Dung dịch chứa Fe3+\mathrm{Fe^{3+}} chuyển thành màu đỏ máu do tạo phức:

Fe3++SCN−⟶[Fe(SCN)]2+.\mathrm{Fe^{3+} + SCN^- \longrightarrow [Fe(SCN)]^{2+}}.
Bước 2

Cho NH3\mathrm{NH_3} dư vào dung dịch còn lại. Dung dịch chứa Cu2+\mathrm{Cu^{2+}} có kết tủa Cu(OH)2\mathrm{Cu(OH)_2} rồi tan trong NH3\mathrm{NH_3} dư tạo dung dịch màu xanh lam đậm:

Cu(OH)2+4NH3⟶[Cu(NH3)4](OH)2.\mathrm{Cu(OH)_2 + 4NH_3 \longrightarrow [Cu(NH_3)_4](OH)_2}.

7. Lưu ý hay nhầm lẫn

Lưu ý
  • Không nhầm số phối trí với số ion ngoài ngoặc vuông. Trong [Cu(NH3)4]SO4\mathrm{[Cu(NH_3)_4]SO_4}, số phối trí của Cu\mathrm{Cu} là 44, không tính ion SO42−\mathrm{SO_4^{2-}}.
  • Muốn kết tủa tan tạo phức cần dùng lượng đủ hoặc dư phối tử; nếu thiếu phối tử, kết tủa có thể không tan hết.
  • Cặp electron dùng để tạo liên kết cho – nhận phải là cặp electron tự do của phối tử, không phải cặp electron đã dùng trong liên kết hoá học.
  • Ion phức mang điện tích và kết hợp với ion trái dấu bên ngoài ngoặc vuông để tạo phức chất trung hoà; cũng có phức chất mà phần trong ngoặc vuông không mang điện, như [PtCl2(NH3)2]\mathrm{[PtCl_2(NH_3)_2]}.
Gặp bài khó? Chụp ảnh để CEAO giảiAI giải từng bước, đề kiểm tra theo bài, thẻ ghi nhớ. Đăng ký miễn phí.
Thử ngay