Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Khái niệm cơ bản về phức chất
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em xác định được nguyên tử/ion trung tâm, phối tử và số phối trí trong công thức một phức chất đơn giản, và giải thích được bằng khái niệm phức chất các phản ứng "lạ" đã gặp ở những khoá trước: Cu(OH)₂ tan trong NH₃ dư, phản ứng tráng bạc, phản ứng biuret.
Kiến thức nền cần nhớ
Rất nhiều phản ứng em đã học trước đây, tưởng chừng không liên quan, thực chất đều cùng một bản chất: Cu(OH)₂ hoà tan glucose ở nhiệt độ thường (Course 2), phản ứng biuret nhận biết protein bằng Cu(OH)₂ cho màu tím (Course 4), và phản ứng tráng bạc dùng $AgNO_3$ trong $NH_3$ (Course 2). Bài này không dạy phản ứng mới, mà đặt tên và hệ thống hoá lại đúng cơ chế chung đứng sau tất cả các hiện tượng đó.
Khởi động
Nhỏ từ từ dung dịch NH₃ vào dung dịch CuSO₄: ban đầu xuất hiện kết tủa xanh lam Cu(OH)₂ như phản ứng base thông thường. Nhưng nếu tiếp tục nhỏ dư NH₃, kết tủa đó lại tan hết, tạo dung dịch xanh lam ĐẬM hơn hẳn ban đầu. Đây không còn là phản ứng acid – base đơn giản nữa — vậy điều gì đã xảy ra?
Kiến thức trọng tâm
**Khái niệm phức chất.** Một phức chất gồm một nguyên tử hoặc ion trung tâm — thường là kim loại chuyển tiếp, có orbital d còn trống hoặc bán điền — liên kết với các phối tử xung quanh. Phối tử là phân tử hoặc ion có cặp electron chưa liên kết (như $NH_3$, $H_2O$, $OH^-$, $Cl^-$, $CN^-$), có khả năng cho cặp electron đó vào orbital trống của ion trung tâm để tạo liên kết cho – nhận. Số phối tử liên kết trực tiếp với ion trung tâm gọi là số phối trí — phổ biến nhất là số phối trí 4 (thường có dạng hình vuông phẳng hoặc tứ diện) và số phối trí 6 (dạng bát diện).
**Giải thích thí nghiệm ở phần khởi động.** Ban đầu, $Cu^{2+}$ phản ứng với $OH^-$ theo phản ứng base thông thường: $Cu^{2+} + 2OH^- \to Cu(OH)_2\downarrow$ (xanh lam). Khi tiếp tục nhỏ dư $NH_3$, các phân tử $NH_3$ (đóng vai trò phối tử, nhờ cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử N) bao quanh ion $Cu^{2+}$ và tạo liên kết cho – nhận, hình thành phức chất tan: $Cu(OH)_2 + 4NH_3 \to [Cu(NH_3)_4](OH)_2$. Trong phức này, $Cu^{2+}$ là ion trung tâm, $NH_3$ là phối tử (4 phân tử), số phối trí bằng 4 — phức có màu xanh lam đậm rất đặc trưng, được gọi là thuốc thử Svayde, chính là thuốc thử dùng nhận biết ancol đa chức có các nhóm $-OH$ liền kề như glycerol và glucose.
**Phản ứng tráng bạc nhìn qua lăng kính phức chất.** Bản thân ion $Ag^+$ không đủ khả năng oxi hoá nhóm $-CHO$ của glucose trong điều kiện êm dịu. Nhưng khi cho $AgNO_3$ vào dung dịch $NH_3$, phức bạc–amoniac hình thành: $AgNO_3 + 2NH_3 \to [Ag(NH_3)_2]NO_3$ — đây chính là thuốc thử Tollens quen thuộc. Trong phức này, $Ag^+$ là ion trung tâm, $NH_3$ là phối tử, số phối trí bằng 2 (phức có dạng đường thẳng). Phức $[Ag(NH_3)_2]^+$ có khả năng oxi hoá nhóm $-CHO$ dễ dàng hơn hẳn $Ag^+$ tự do, nên phản ứng tráng bạc mới xảy ra thuận lợi trong môi trường này.
**Phản ứng biuret cũng vậy.** Màu tím đặc trưng khi nhỏ $Cu(OH)_2$ vào dung dịch protein thực chất là màu của một phức chất giữa ion $Cu^{2+}$ (ion trung tâm) và các nguyên tử nitrogen trong nhiều liên kết peptide $-CO-NH-$ liên tiếp của protein (đóng vai trò phối tử) — không phải một phản ứng acid – base thông thường như nhiều học sinh vẫn nghĩ.
Ví dụ
Xác định ion trung tâm, phối tử, số phối trí
1
Xác định ion trung tâm, phối tử và số phối trí trong hai phức chất $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$ và $[Ag(NH_3)_2]^+$.
2
Ion trung tâm là kim loại/ion mang điện tích dương ở giữa công thức, nhận cặp electron từ phối tử: trong $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$ là $Cu^{2+}$; trong $[Ag(NH_3)_2]^+$ là $Ag^+$.
3
Cả hai phức đều có phối tử là phân tử $NH_3$ (nhờ cặp electron chưa liên kết trên N). Số phối trí là số phối tử liên kết trực tiếp: $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$ có số phối trí 4; $[Ag(NH_3)_2]^+$ có số phối trí 2.
4
Số phối trí KHÔNG phải là điện tích hay hoá trị của ion trung tâm — đó là số phối tử bao quanh nó, một khái niệm hoàn toàn khác cần phân biệt rõ.
Ví dụ
Giải thích đầy đủ hiện tượng nhỏ NH₃ dư vào dung dịch CuSO₄
1
Nhỏ từ từ dung dịch NH₃ vào dung dịch CuSO₄ đến dư. Mô tả đầy đủ các hiện tượng quan sát được, viết phương trình minh hoạ cho từng giai đoạn, và liên hệ với phản ứng biuret nhận biết protein đã học ở Course 4.
2
Khi NH₃ còn thiếu, nó đóng vai trò một base yếu, phản ứng với Cu²⁺ tạo kết tủa xanh lam: $Cu^{2+} + 2NH_3 + 2H_2O \to Cu(OH)_2\downarrow + 2NH_4^+$.
3
Khi NH₃ dư, các phân tử NH₃ tiếp tục đóng vai trò phối tử, bao quanh Cu²⁺ và hoà tan kết tủa: $Cu(OH)_2 + 4NH_3 \to [Cu(NH_3)_4](OH)_2$, tạo dung dịch màu xanh lam đậm hơn hẳn màu của kết tủa ban đầu.
4
Cơ chế tạo phức bằng liên kết cho – nhận giữa Cu²⁺ và phối tử chứa N chính là bản chất chung của phản ứng biuret (Cu²⁺ tạo phức với các nguyên tử N trong liên kết peptide của protein, cho màu tím) — cả hai đều là ví dụ của phức chất, chỉ khác phối tử là NH₃ tự do hay N trong mạch protein.
Sai lầm thường gặp
Học sinh thường nhầm số phối trí với hoá trị hay điện tích của ion trung tâm — đây là hai khái niệm hoàn toàn khác nhau. Ngoài ra, nhiều em coi các phản ứng tạo phức (Cu(OH)₂ tan trong NH₃, phản ứng tráng bạc, phản ứng biuret) là những phản ứng acid – base hoặc oxi hoá – khử thông thường mà không nhận ra bản chất liên kết cho – nhận chung giữa chúng.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Phức chất gồm ion trung tâm (thường là kim loại chuyển tiếp) liên kết với phối tử (có cặp electron chưa liên kết) bằng liên kết cho – nhận; số phối tử trực tiếp gọi là số phối trí (phổ biến 4 hoặc 6). Cu(OH)₂ tan trong NH₃ dư, phản ứng tráng bạc, phản ứng biuret đều là ví dụ thực tế của phức chất đã gặp ở các khoá trước.
Chương cuối cùng của khoá học hệ thống hoá lại toàn bộ Fe, Cr, Cu — so sánh tính chất, luyện đề tổng hợp theo đúng cấu trúc thi tốt nghiệp THPT 2025.
Rất nhiều phản ứng em đã học trước đây, tưởng chừng không liên quan, thực chất đều cùng một bản chất: Cu(OH)₂ hoà tan glucose ở nhiệt độ thường (Course 2), phản ứng biuret nhận biết protein bằng Cu(OH)₂ cho màu tím (Course 4), và phản ứng tráng bạc dùng AgNO3 trong NH3 (Course 2). Bài này không dạy phản ứng mới, mà đặt tên và hệ thống hoá lại đúng cơ chế chung đứng sau tất cả các hiện tượng đó.
Khái niệm phức chất. Một phức chất gồm một nguyên tử hoặc ion trung tâm — thường là kim loại chuyển tiếp, có orbital d còn trống hoặc bán điền — liên kết với các phối tử xung quanh. Phối tử là phân tử hoặc ion có cặp electron chưa liên kết (như NH3, H2O, OH−, Cl−, CN−), có khả năng cho cặp electron đó vào orbital trống của ion trung tâm để tạo liên kết cho – nhận. Số phối tử liên kết trực tiếp với ion trung tâm gọi là số phối trí — phổ biến nhất là số phối trí 4 (thường có dạng hình vuông phẳng hoặc tứ diện) và số phối trí 6 (dạng bát diện).
Giải thích thí nghiệm ở phần khởi động. Ban đầu, Cu2+ phản ứng với OH− theo phản ứng base thông thường: Cu2++2OH−→Cu(OH)2↓ (xanh lam). Khi tiếp tục nhỏ dư NH3, các phân tử NH3 (đóng vai trò phối tử, nhờ cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử N) bao quanh ion Cu2+ và tạo liên kết cho – nhận, hình thành phức chất tan: Cu(OH)2+4NH3→[Cu(NH3)4](OH)2. Trong phức này, Cu2+ là ion trung tâm, NH3 là phối tử (4 phân tử), số phối trí bằng 4 — phức có màu xanh lam đậm rất đặc trưng, được gọi là thuốc thử Svayde, chính là thuốc thử dùng nhận biết ancol đa chức có các nhóm −OH liền kề như glycerol và glucose.
Phản ứng tráng bạc nhìn qua lăng kính phức chất. Bản thân ion Ag+ không đủ khả năng oxi hoá nhóm −CHO của glucose trong điều kiện êm dịu. Nhưng khi cho AgNO3 vào dung dịch NH3, phức bạc–amoniac hình thành: AgNO3+2NH3→[Ag(NH3)2]NO3 — đây chính là thuốc thử Tollens quen thuộc. Trong phức này, Ag+ là ion trung tâm, NH3 là phối tử, số phối trí bằng 2 (phức có dạng đường thẳng). Phức [Ag(NH3)2]+ có khả năng oxi hoá nhóm −CHO dễ dàng hơn hẳn Ag+ tự do, nên phản ứng tráng bạc mới xảy ra thuận lợi trong môi trường này.
Phản ứng biuret cũng vậy. Màu tím đặc trưng khi nhỏ Cu(OH)2 vào dung dịch protein thực chất là màu của một phức chất giữa ion Cu2+ (ion trung tâm) và các nguyên tử nitrogen trong nhiều liên kết peptide −CO−NH− liên tiếp của protein (đóng vai trò phối tử) — không phải một phản ứng acid – base thông thường như nhiều học sinh vẫn nghĩ.
Xác định ion trung tâm, phối tử và số phối trí trong hai phức chất [Cu(NH3)4]2+ và [Ag(NH3)2]+.
Ion trung tâm là kim loại/ion mang điện tích dương ở giữa công thức, nhận cặp electron từ phối tử: trong [Cu(NH3)4]2+ là Cu2+; trong [Ag(NH3)2]+ là Ag+.
Cả hai phức đều có phối tử là phân tử NH3 (nhờ cặp electron chưa liên kết trên N). Số phối trí là số phối tử liên kết trực tiếp: [Cu(NH3)4]2+ có số phối trí 4; [Ag(NH3)2]+ có số phối trí 2.
Khi NH₃ còn thiếu, nó đóng vai trò một base yếu, phản ứng với Cu²⁺ tạo kết tủa xanh lam: Cu2++2NH3+2H2O→Cu(OH)2↓+2NH4+.
Khi NH₃ dư, các phân tử NH₃ tiếp tục đóng vai trò phối tử, bao quanh Cu²⁺ và hoà tan kết tủa: Cu(OH)2+4NH3→[Cu(NH3)4](OH)2, tạo dung dịch màu xanh lam đậm hơn hẳn màu của kết tủa ban đầu.