Xemtailieu Tải về Phức chất và bài tập cân bằng tạo phức trong trong dung dịch bồi dưỡng học sinh giỏi
Chuyên đề PHỨC CHẤT VÀ BÀI TẬP CÂN BẰNG TẠO PHỨC TRONG TRONG DUNG DỊCH BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Nhóm Hóa học Trường THPT Chuyên Chu Văn An, Lạng Sơn I. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong chương trình phổ thông chuyên đặc biệt là trong ôn thi HSG, phần hoá học phức chất là một phần khá trừu tượng và gây nhiều khó khăn cho học sinh để hiểu và vận dụng thành thạo. Khi học về phần này, nếu chỉ sử dụng sách giáo khoa chuyên thì học sinh khó hình dung và khó áp dụng các kiến thức vào giải các BTHH có liên quan. Do đó, để giúp hoc sinh tiếp cận kiến thức cơ bản về phức chất và biết áp dụng vào giải các bài tập nhất là bài tập về cân bằng tạo phức trong dung dịch, chúng tôi xây dựng chuyên đề “PHỨC CHẤT VÀ BÀI TẬP CÂN BẰNG TẠO PHỨC TRONG TRONG DUNG DỊCH BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI” II. NỘI DUNG A. Mục tiêu: * Về kiến thức: - Biết được khái niệm về phức chất, thành phần phức chất - Biết gọi tên và các loại đồng phân của phức chất - Biết dùng thuyết liên kết hóa trị để giải thích cấu tạo phức chất * Kĩ năng: - Vận dụng kiến thưc làm các bài tập về cân bằng tạo phức trong dung dịch. B. Tài liệu tham khảo: 1. Hoá học vô cơ tập III. Hoàng Nhâm (trang 3 - 46) 2. Hoá học đại cương 1. Cấu tạo chất. Trần Thành Huế (397-422) 3. Hoá học phân tích. Câu hỏi và bài tập. Nguyễn Tinh Dung, Đào Thị Phương Diệp (167-177) C. Tìm hiểu đại cương về phức chất: I. KHÁI NIỆM: 1. Khái niệm: * Phức chất: là hợp chất phức tạp được tạo thành từ ion phức và ion trái dấu (hoặc các phân tử trung hoà). * Ion phức: thường được hình thành bởi cation kim loại (thường là các ion kim loại chuyển tiếp) liên kết với các ion trái dấu hoặc phân tử có cực. Trong phức chất ion phức được đặt trong dấu [ ]. Vd: [Ag(NH3)2]Cl; ion phức là [Ag(NH3)2]+ 2. Thành phần: * Cầu nội: là ion phức được tạo bởi: + Ion (nguyên tử) trung tâm: là ion kim loại tạo phức + Phối tử: các ion trái dấu và phân tử phân cực liên kết trực tiếp với ion trung tâm + Số phối trí: số lượng phối tử liên kết trực tiếp với ion trung tâm * Cầu ngoại: là phần ion trái dấu liên kết với ion phức: Vd: phức chất [Ag(NH3)2]Cl có cầu nội: [Ag(NH3)2]+ ion trung tâm là: Ag+ phối tử là: NH3 số phối trí của Ag+ là: 2 cầu ngoại: ClII. DANH PHÁP * số phối tử: - Phối tử 1 càng dùng tiếp đầu ngữ: đi, tri, tetra; penta, hexa…tương ứng với 2, 3, 4, 5, 6… - Phối tử nhiều càng dùng tiếp đầu ngữ: bis; tris; tetrakis; pentakis; hexakis…tương ứng với 2, 3, 4, 5, 6… * Tên phối tử: - Nếu phối tử là anion: tên anion + “o” F- floro S2O32- tiosunfato Cl- cloro C2O42- oxalato Br- bromo CO32- cacbonato I- iođo HO- hiđroxo NO2- CN- xiano ONO- nitrito SCN- tioxianato SO32- sunfito NCS- isotioxianato nitro - Nếu phối tử là phân tử trung hoà: tên của phân tử đó: C2H4: etylen; C5H5N: pyriđin; CH3NH2: metylamin… - Một số phân tử trung hoà có tên riêng: H2O: aqua; NH3: ammin; CO: cacbonyl; NO: nitrozyl Chú ý: tên phối tử trong phức: gọi tên theo trình tự chữ cái của anion rồi đến phối tử trung hoà. 1. Cation phức: phức chất với cầu nội là ion dương: Số phối trí + tên phối tử + tên ion trung tâm (hoá trị) + tên cầu ngoại Vd: [Ag(NH3)2]Cl: điamminbạc(I) clorua [Cu(NH2CH2CH2NH2)2]SO4: bisetylenđiamin đồng (II) sunfat [Co(H2O)5Cl]Cl2: cloropentaaquacoban(III) clorua 2. Anion phức: phức chất với cầu nội là anion: Tên cầu ngoại + số phối tử + tên phối tử + tên ion trung tâm“at” (hoá trị) (tên latinh) K3[Fe(CN)6]: Kali hexaxianoferat (III) Na[Al(OH)4]: Natri tetrahiđroxoaluminat (III) 3. Phức trung hoà: Gọi tương tự như cation phức nhưng tên ion trung tâm thì gọi theo tên latinh: [Pt(NH3)2Cl2] điclođiamminplatin (II) [Co(H2O)4Cl2] điclotetraaquacobant (II) III. ĐỒNG PHÂN 1. Đồng phân hiđrat hóa: là những chất có cùng thành phần nhưng khác nhau về chức năng (đặc điểm liên kết) của các phân tử nước trong thành phần của phức chất. Vd: [Cr(H2O)6]Cl3: xanh hơi tím, tạo kết tủa với AgNO3 theo tỉ lệ số mol 1:3 [Cr(H2O)5Cl]Cl2: màu lục, tạo kết tủa với AgNO3 theo tỉ lệ số mol 1:2 [Cr(H2O)4Cl2]Cl: màu lục, tạo kết tủa với AgNO3 theo tỉ lệ số mol 1:1 2. Metame ion hoá: là những chất có cùng thành phần nhưng trong nước phân li thành các ion khác. Vd: [Co(NH3)5Br]SO4 [Co(NH3)5Br]2+ + SO42[Co(NH3)5 SO4]Br [Co(NH3)5SO4]+ + Br3. Đồng phân muối: là các chất có cùng thành phần nhưng phối tử của chúng là đồng phân vô cơ của nhau. Vd: [Co(NH3)5NO2]X: xanto màu vàng, không bị thuỷ phân trong môi trường axit [Co(NH3)5ONO]X: isoxanto màu nâu tươi, thuỷ phân khi tác dụng với axit gp NO2 4. Đồng phân phối trí: là những chất có cùng khối lượng phân tử nhưng có sự phân bố khác nhau của các phối tử trong thành phần của các ion phức tạo nên phân tử hợp chất. [Co(NH3)6]Cl3 + K3[Cr(CN)6] [Cr(NH3)6]Cl3 + K3[Co(CN)6] 3KCl + [Co(NH3)6] [Cr(CN)6] 3KCl + [Cr(NH3)6] [Co(CN)6] 5. Đồng phân hình học: là những hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng có sự phân bố khác nhau của các phối tử xung quanh ion trung tâm: Vd: [Pt(NH3)2Cl2] tồn tại hai đồng phân cis – trans: Cl- H3N Cl- Pt2+ Pt2+ Cl- H3N Cis điclorođiammin platin (II) (da cam) NH3 Cl- H3N Trans điclorođiammin platin (II) (vàng nhạt) 6. Đồng phân quang học: là những chất có cùng khối lượng phân tử, các phân tử của chúng không có tâm đối xứng và không có mặt phẳng đối xứng. Do đó chúng có khả năng làm quay mặt phẳng phân cực của ánh sang Vd: Cl Cl N Cl Cl N Co Co N H3N NH3 N NH3 NH3 IV. GIẢI THÍCH LIÊN KẾT TRONG PHỨC CHẤT * Thuyết liên kết hoá trị 1. Luận điểm Liên kết hoá học hình thành trong phức chất được thực hiện bởi sự xen phủ giữa AO chứa cặp e riêng của phối tử với AO lai hoá trống có định hướng không gian thích hợp của hạt trung tâm. 2. Một số trường hợp lai hoá Dạng lai hoá Dạng hình học Một số ion trung tâm sp đường thẳng Ag+; Cu+… sp3 tứ diện Fe3+; Al3+; Zn2+; Co2+; Ti3+… dsp2 vuông phẳng Pt2+; Pd2+; Cu2+; Ni2+; Au3+… d2sp3 hoặc sp3d2 bát diện Cr3+; Co3+; Fe3+; Pt4+; Rh3+… 3. Cường độ của phối tử - Các phối tử có tương tác khác nhau đến ion trung tâm, nó ảnh hưởng đến trạng thái lai hoá của ion trung tâm và từ tính của phức. Khả năng tương tác của các phối tử được xếp theo trình tự sau: I->[Fe]'. Vậy có thể tính theo cân bằng : �� � Al3+ + Y4AlY �� � K = 10-2,69 0,025 0,025 – y Ta có K = y y y2 y2 + 10-2,69y – 0,025.10-2,69 = 0 y = 6,196.10-3 M 0, 025 y [AlY] = 0,0188, [Al3+]' = 6,196.10-3 M [Al3+] = 6,138.10-3; [Y4-]' = 6,196.10-3 M [Y4-] = 2,265.10-16; [FeY] = 0,0125; [Fe3+]' = 7,325.10-12 [Fe3+] = 4,373.10-12; Bài 12. (Câu VII đề thi chọn đội tuyển olympic quốc tế năm 2006) Dung dịch A được tạo thành bởi CoCl2 0,0100 M, NH3 0,3600 M và H2O2 3,00.103 M. 1. Tính pH và nồng độ ion Co2+ trong dung dịch A. 2. Viết sơ đồ pin và tính sức điện động E của pin được hình thành khi ghép (qua cầu muối) điện cực Pt nhúng trong dung dịch A với điện cực Ag nhúng trong dung dịch K 2CrO4 8,0.103 M có chứa kết tủa Ag2CrO4. Cho: pKa: NH4+ 9,24; HCrO4 6,50; pKs (chỉ số tích số tan) Ag2CrO4: 11,89. EO: Co3+/Co2+ 1,84V; H2O2/2OH 0,94V; Ag+/Ag 0,799V. Log hằng số tạo phức: Co3+ + 6NH3 Co2+ + 6NH3 RT F Co(NH3)63+ ; lg1 = 35,16 Co(NH3)62+ ; lg2 = 4,39 ln = 0,0592 lg Hướng dẫn giải: 1. Co2+ CoCl2 2Cl– + 0,0100 ----- 0,0100 Tạo phức của ion coban với NH3 Co2+ Co(NH3)62+ ; + 6 NH3 0,0100 0,3600 ----- 0,3000 2 = 104,39 0,0100 Oxi hoá Co(NH3)62+ bởi H2O2. 2 Co(NH3)62+ Co(NH3)63+ + e H2O2 + 2e 2OH 2 (0,94 – E2o) 2 Co(NH3)63+ + 2OH ; K = 10 2 Co(NH3)62+ + H2O2 0,0592(1) o Tính thế chuẩn E2 của cặp Co(NH3)63+/Co(NH3)62+ : Eo1 Co(NH3)63+ Co3+ + 6 NH3 ; 1–1 Co3+ + e Co2+ ; K1 = 10 Co2+ + 6 NH3 Co(NH3)62+ Co(NH3)63+ + e 2 ; Co(NH3)62+ o K2 = K1 1–1 2 0,0592 Eo2 0,0592 ; o E2 = E1 + 0,0592 lg o K2 = 10 2 1 E2 = 1,84 + 0,0592 (4,39 35,16) = 0,0184 (V) 2 (0,94 – E2o) K = 10 0,0592 = K = 10 0,0030 0,0040 ----- = 1031 3+ 2 Co(NH3)0,0592 + 2OH ; 6 2 Co(NH3)62+ + H2O2 0,0100 2 (0,94 – 0,0184 ) 0,0060 K = 1031 (1) 0,0060 Thành phần giới hạn của hệ: Co(NH3)62+ 0,0040 M Co(NH3)63+ NH3 0,0060 M 0,3000 M OH 0,0060 M Tính pH của dung dịch: Sự phân li của các phức chất trong dung dịch không lớn vì lớn và có NH3 dư. Tính pH theo cân bằng: NH3 + NH4+ H2O OH + (2) 6.10-3 C 0,3000 [ ] (0,3000 - x) (6.10-3 + x) x x (0,0060 + x) = 104,76 0,3000 - x x = 7,682.104 ; có dư NH3) [Co(NH3)62+] = 4.10-3 – 2,117.10-4 = 3,788.10-3 (M) 6.10-3= 0,0320 (V) EPt = ECo(NH3)63+/ Co(NH3)62+ = 0,0184 + 0,0592 lg 3,788.10-3 Tính E của điện cực Ag: Thế của điện cực Ag do cặp Ag 2CrO4/2Ag quyết định (hoặc Ag+/Ag). Ag2CrO4 + 2e o 2Ag 2 o CrO42– 1 CrO42– 0,0592 EAg = EAg2CrO4/2Ag + + lg Tính E4 : Ag2CrO4 2 Ag + 2Ag+ + CrO42– ; Ks = 10-11,89 2E3o + 2e 2 Ag ; K3 = 10 0,0592 (E3 2Eo o = 0,799 V) 4 Ag2CrO4 + 2e o K4 = K32. Ks 2Ag o E4 = E3 + + CrO42– ; K4 = 10 0,0592 0,0592 2 lg Ks = 0,447 (V) Tính nồng độ CrO42–: CrO42– Co 8.10-3 + H2O HCrO4– + OH ; Kb = 10-7,5 C 8.10-3 - x x x 2 x 8.10-3 - x = 10-7,5 Ag2CrO4 x = 1,6.10-5