Giải Hóa học 12 trang 141

🔍 Kiến thức cần nhớ

Phức chất aqua: phức chất có phối tử là phân tử nước H₂O, ví dụ [Cu(H₂O)₆]²⁺, [Fe(H₂O)₆]²⁺, [Co(H₂O)₆]²⁺. Ion kim loại chuyển tiếp trong dung dịch nước thường tồn tại dưới dạng phức aqua.

Màu sắc đặc trưng (theo bảng "Em có biết"):

• [Cr(H₂O)₆]³⁺: xanh tím | [Cr(OH)₆]³⁻: xanh rêu
• [Fe(H₂O)₆]²⁺: lục nhạt | [Fe(H₂O)₆]³⁺: vàng nhạt
• [Co(H₂O)₆]²⁺: hồng đỏ | [Co(NH₃)₆]²⁺: vàng nâu

Phản ứng thế phối tử: các phối tử trong phức chất có thể bị thay thế bởi phối tử khác. Phản ứng xảy ra thuận lợi khi phức chất mới bền hơn phức chất ban đầu. Dạng tổng quát:

Phức chất (cũ) + phối tử mới → Phức chất (mới) + phối tử cũ

💡 Mẹo nhớ: Mỗi lần "đổi phối tử" thường đi kèm "đổi màu dung dịch". Quan sát sự thay đổi màu sắc là dấu hiệu nhận biết phản ứng thế phối tử đã xảy ra.

---

⚙️ Bài tập

Câu 1

Đề bài: Có 3 lọ hoá chất, mỗi lọ đựng dung dịch của một trong các phức chất sau: [Ag(NH₃)₂]⁺, [Cu(H₂O)₆]²⁺, [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺. Hãy nhận biết phức chất có trong mỗi lọ dựa vào màu sắc đặc trưng của chúng.

Cách 1 — Dựa vào cấu hình electron và màu sắc đặc trưng

Cơ sở lí thuyết: màu của phức chất kim loại chuyển tiếp phụ thuộc vào sự tách mức năng lượng của các electron d dưới tác dụng của phối tử. Ion có cấu hình d¹⁰ (đã bão hoà) thường không màu, còn ion d⁹ (như Cu²⁺) cho phức có màu.

• Ag⁺ có cấu hình d¹⁰ → phức [Ag(NH₃)₂]⁺ không màu.
• Cu²⁺ có cấu hình d⁹ → cả hai phức của Cu²⁺ đều có màu xanh, nhưng đậm nhạt khác nhau tuỳ phối tử:
• [Cu(H₂O)₆]²⁺: phối tử H₂O → màu xanh lam (xanh nhạt).
• [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺: có phối tử NH₃ (tách mức năng lượng mạnh hơn) → màu xanh lam đậm (xanh thẫm).

Kết luận nhận biết:

Cách 2 — Phân loại nhanh theo ion trung tâm

Chia thành 2 nhóm để loại nhanh:

1. Nhìn ngay lọ không màu → đó là [Ag(NH₃)₂]⁺ (Ag⁺ d¹⁰ không màu).
2. Hai lọ còn lại đều màu xanh (đều là Cu²⁺). So sánh độ đậm: lọ xanh đậm hơn chứa phối tử NH₃ → [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺; lọ xanh nhạt hơn là [Cu(H₂O)₆]²⁺.

⚠️ Lưu ý thi: Khi cùng một ion trung tâm (ví dụ Cu²⁺), thay phối tử H₂O bằng NH₃ làm màu đậm lên rõ rệt. Đây là dấu hiệu rất hay được dùng để phân biệt phức aqua với phức ammine của cùng kim loại.

---

Câu 2

Đề bài: CuSO₄ khan màu trắng, khi hoà tan trong nước, các phân tử nước liên kết với ion Cu²⁺ tạo phức chất aqua [Cu(H₂O)₆]²⁺. Hãy cho biết dấu hiệu nào chứng tỏ phức chất aqua đã tạo thành.

Cách 1 — Quan sát sự thay đổi màu sắc

• CuSO₄ khan là chất rắn màu trắng (ion Cu²⁺ trong tinh thể không có phối tử nước nên không cho màu đặc trưng).
• Khi hoà tan vào nước, ion Cu²⁺ kết hợp với 6 phân tử H₂O tạo phức aqua [Cu(H₂O)₆]²⁺, và dung dịch chuyển sang màu xanh lam.

Dấu hiệu chứng tỏ phức chất aqua đã tạo thành: sự xuất hiện của màu xanh lam đặc trưng của dung dịch (chuyển từ chất rắn trắng → dung dịch xanh). Màu xanh lam chính là màu đặc trưng của phức [Cu(H₂O)₆]²⁺.

Cách 2 — Lập luận theo vai trò của phối tử

Màu của phức chất do sự tương tác giữa ion trung tâm và phối tử quyết định. CuSO₄ khan không có phối tử nước → không màu (trắng). Chỉ khi có nước đóng vai trò phối tử, phức [Cu(H₂O)₆]²⁺ hình thành mới sinh ra màu xanh. Vì vậy, màu xanh lam xuất hiện chính là bằng chứng phức aqua đã được tạo thành.

💡 Mẹo nhớ: "Trắng khan – xanh tan". CuSO₄ khan trắng, CuSO₄·5H₂O và dung dịch CuSO₄ đều xanh chính là nhờ phối tử nước.

---

Thí nghiệm: Sự tạo thành phức chất của Cu²⁺

Đề bài: Quan sát hiện tượng và viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra ở hai ống nghiệm.

Ống nghiệm (1): CuSO₄ + NaOH, sau đó nhỏ từ từ NH₃ đến dư

Hiện tượng:

• Khi thêm NaOH: xuất hiện kết tủa xanh lam Cu(OH)₂.
• Khi nhỏ tiếp NH₃ và lắc đều: kết tủa tan dần, thu được dung dịch màu xanh lam đậm (xanh thẫm).

Phương trình hoá học:

(1a) Tạo kết tủa:

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ (xanh) + Na₂SO₄

(1b) Kết tủa tan trong NH₃ dư, tạo phức ammine:

Cu(OH)₂ + 4NH₃ + 2H₂O → Cu(NH₃)₄(H₂O)₂₂

Có thể viết theo dạng phản ứng thế phối tử (H₂O bị thế bởi NH₃):

[Cu(H₂O)₆]²⁺ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ + 4H₂O

Ống nghiệm (2): CuSO₄ + HCl đặc

Hiện tượng: dung dịch chuyển từ màu xanh lam sang màu vàng (vàng – lục) do tạo thành phức [CuCl₄]²⁻.

Phương trình hoá học (phản ứng thế phối tử, H₂O bị thế bởi Cl⁻):

[Cu(H₂O)₆]²⁺ + 4Cl⁻ → [CuCl₄]²⁻ + 6H₂O

⚠️ Lưu ý thi: Cùng là Cu²⁺ nhưng đổi phối tử thì đổi màu: - Phối tử H₂O → [Cu(H₂O)₆]²⁺: xanh lam. - Phối tử NH₃ → [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺: xanh thẫm. - Phối tử Cl⁻ → [CuCl₄]²⁻: vàng (vàng – lục).

---

Câu 3

Đề bài:
a) Trong dung dịch, ion Co²⁺ tạo thành phức chất aqua có dạng hình học bát diện. Hãy viết công thức hoá học của phức chất.
b) Khi cho một lượng dư NH₃ vào dung dịch muối CoCl₂, thấy màu sắc của dung dịch bị thay đổi. Hiện tượng xảy ra là do toàn bộ các phối tử H₂O trong phức chất aqua bị thay thế bởi các phối tử NH₃, tạo thành phức chất mới có dạng bát diện. Viết phương trình hoá học của phản ứng thế phối tử đã xảy ra.

Cách 1 — Suy luận theo dạng hình học và số phối trí

a) Phức bát diện (hình bát diện đều) có số phối trí 6, tức ion trung tâm liên kết với 6 phối tử. Phức aqua nên phối tử là H₂O. Vậy công thức phức chất là:

[Co(H₂O)₆]²⁺

(điện tích +2 do bằng điện tích ion trung tâm Co²⁺, vì phối tử H₂O trung hoà điện).

b) Theo đề, toàn bộ 6 phối tử H₂O bị thay bởi 6 phối tử NH₃, phức mới cũng dạng bát diện (số phối trí 6) → phức mới là [Co(NH₃)₆]²⁺. Phương trình thế phối tử:

[Co(H₂O)₆]²⁺ + 6NH₃ → [Co(NH₃)₆]²⁺ + 6H₂O

Sự đổi màu đi kèm: dung dịch chuyển từ hồng đỏ ([Co(H₂O)₆]²⁺) sang vàng nâu ([Co(NH₃)₆]²⁺), đúng như bảng màu trong "Em có biết". Đây chính là hiện tượng "màu sắc dung dịch bị thay đổi" mà đề nêu.

Cách 2 — Đối chiếu trực tiếp với bảng màu

Bảng "Em có biết" đã cho sẵn hai phức của Co²⁺ ở dạng bát diện:

• [Co(H₂O)₆]²⁺ (hồng đỏ) — chính là phức aqua cần viết ở ý a.
• [Co(NH₃)₆]²⁺ (vàng nâu) — chính là phức tạo thành ở ý b.

Chỉ cần "ghép" hai phức này và cân bằng số phối tử (6 H₂O ⇄ 6 NH₃) là ra ngay phương trình:

[Co(H₂O)₆]²⁺ + 6NH₃ → [Co(NH₃)₆]²⁺ + 6H₂O

💡 Mẹo nhớ: Phức bát diện ⇒ số phối trí 6, phức tứ diện hoặc vuông phẳng ⇒ số phối trí 4. Cứ thấy "bát diện" là điền 6 phối tử quanh ion trung tâm.

⚠️ Lưu ý thi: Phản ứng thế phối tử không làm đổi điện tích của phức khi cả hai phối tử (H₂O và NH₃) đều trung hoà điện. So sánh: [Co(H₂O)₆]²⁺ và [Co(NH₃)₆]²⁺ đều mang điện tích +2. Đừng nhầm sang +3.

---

📌 Nội dung lý thuyết kèm theo (không phải câu hỏi)

• Mục b) Phản ứng thế phối tử đưa ra 3 ví dụ minh hoạ (chỉ để tham khảo, không yêu cầu giải):
• [PtCl₄]²⁻ + NH₃ → [PtCl₃(NH₃)]⁻ + Cl⁻ (một Cl⁻ bị NH₃ thay thế).
• [Fe(H₂O)₆]²⁺ + 6CN⁻ → [Fe(CN)₆]⁴⁻ + 6H₂O (6 H₂O bị CN⁻ thay thế).
• [Cu(H₂O)₆]²⁺ + 4Cl⁻ → [CuCl₄]²⁻ + 6H₂O (6 H₂O bị 4 Cl⁻ thay thế, đổi số phối trí từ 6 → 4).

• Mục "Một số ứng dụng của phức chất": phức chất dùng trong y học (ví dụ cisplatin [PtCl₂(NH₃)₂] chữa ung thư) và làm chất xúc tác trong công nghiệp hoá chất.

---

🎯 Ghi nhớ: - Màu dung dịch là "chứng minh thư" của phức chất: Ag⁺ (d¹⁰) không màu, Cu²⁺ cho màu xanh, đổi phối tử thì đổi màu. - Phản ứng thế phối tử = thay phối tử cũ bằng phối tử mới, xảy ra khi phức mới bền hơn, luôn kèm dấu hiệu đổi màu dung dịch. - Phức bát diện ⇒ số phối trí 6; phối tử trung hoà (H₂O, NH₃) không làm thay đổi điện tích phức. - Hai cặp đổi màu hay ra thi: Cu²⁺ (xanh lam → xanh thẫm với NH₃; → vàng với Cl⁻) và Co²⁺ (hồng đỏ → vàng nâu với NH₃).