Hóa học lớp 12 · KNTT · Chương 8

Lý thuyết Hóa học 12 Bài 29: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất

Chương 8: Sơ lược về dãy kim loại chuyển tiếp thứ nhất và phức chất · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12 Bài 29: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá toàn bộ kiến thức trọng tâm, phương trình phản ứng hóa học KaTeX chuẩn, bảng biểu trực quan và câu hỏi củng cố có lời giải chi tiết.

Lớp

10 11 12

Môn

Toán học Vật lý Hóa học Ngữ văn Tiếng Anh Sinh học Lịch sử Địa lý Giáo dục kinh tế & pháp luật Tin học Công nghệ

I. Hệ thống hoá kiến thức trọng tâm: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất

Lý thuyết Một số tính chất và ứng dụng của phức chất (Hóa 12 Kết nối tri thức Bài 29)

I. MỘT SỐ DẤU HIỆU CỦA PHẢN ỨNG TẠO PHỨC CHẤT VÀ PHẢN ỨNG THẾ PHỐI TỬ CỦA PHỨC CHẤT TRONG DUNG DỊCH

1. Một số dấu hiệu của phản ứng tạo phức chất trong dung dịch

- Phản ứng tạo phức chất trong dung dịch có thể được nhận biết dựa vào một số dấu hiệu như: xuất hiện kết tủa; hòa tan kết tủa; thay đổi màu sắc.

- Ví dụ:

+ Nhỏ vài giọt dung dịch NaOH vào ống nghiệm chứa dung dịch AlCl₃, thấy xuất hiện kết tủa, chứng tỏ phức chất [Al(OH)₃(H₂O)₃] đã được tạo thành.

+ Nhỏ vài giọt dung dịch NaCl vào ống nghiệm chứa dung dịch AgNO₃, thu được kết tủa trắng AgCl. Tiếp tục nhỏ vào ống nghiệm dung dịch NH₃ đến dư thấy kết tủa tan, chứng tỏ phức chất [Ag(NH₃)₂]⁺ đã được tạo thành.

+ Nhỏ vài giọt dung dịch HCl đặc vào ống nghiệm chứa dung dịch CuSO₄ loãng thấy dung dịch từ màu xanh chuyển sang màu vàng, chứng tỏ phức chất [CuCl₄]^2- đã được tạo thành.

+ Nhỏ vài giọt dung dịch NH₃ vào dung dịch CuSO₄loãng thấy xuất hiện kết tủa màu xanh nhạt, chứng tỏ phức chất [Cu(OH)₂(H₂O)₄] đã được tạo thành. Tiếp tục nhỏ vào ống nghiệm dung dịch NH₃ đến dư thấy kết tủa tan, đồng thời dung dịch chuyển sang màu xanh lam, chứng tỏ phức chất [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ đã được tạo thành.

*Mở rộng:

- Các phức chất mang điện như [Co(NH₃)₆]³⁺, [Zn(OH)₄]^2- thường tan tốt trong nước, còn các phức chất không mang điện (phức chất trung hòa) như [Fe(CO)₅], [PtCl₂(NH₃)₂] thường ít tan trong nước.

- Màu sắc đặc trưng của một số dung dịch phức chất kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất được cho bằng bảng sau

Phức chất	Màu sắc	Phức chất	Màu sắc
[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

2. Sự tạo thành phức chất của ion kim loại chuyển tiếp và phản ứng thế phối tử của phức chất trong dung dịch

a) Sự tạo thành phức chất của Cu²⁺ trong dung dịch

Thí nghiệm: Sự tạo thành phức chất của Cu²⁺

Chuẩn bị:

Hoá chất: dung dịch CuSO₄ 5%, dung dịch NaOH 10%, dung dịch NH₃ 10%, dung dịch HCl đặc.

Dụng cụ: ống nghiệm.

Tiến hành:

– Cho khoảng 1 mL dung dịch CuSO₄ 5% vào ống nghiệm (1). Cho tiếp 3 giọt dung dịch NaOH 10% vào ống nghiệm, lắc đều. Nhỏ từ từ dung dịch NH₃ 10% vào ống nghiệm, vừa nhỏ vừa lắc đều đến khi kết tủa tan hoàn toàn.

– Cho khoảng 1 mL dung dịch CuSO₄ 5% vào ống nghiệm (2). Nhỏ từ từ dung dịch HCl đặc vào ống nghiệm, vừa nhỏ vừa lắc đều đến khi dung dịch chuyển màu hoàn toàn.

Hiện tượng và viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra:

Ống nghiệm 1:

- Ban đầu xuất hiện kết tủa xanh:

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

- Sau đó kết tủa xanh tan dần tạo thành phức chất có màu xanh lam:

Cu(OH)₂ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄](OH)₂.

Ống nghiệm 2:

- Dung dịch chuyển từ màu xanh sang xanh lá, cuối cùng là màu vàng:

CuSO₄ + 4HCl → H₂[CuCl₄] + H₂SO₄

b) Phản ứng thế phối tử của phức chất trong dung dịch

- Các phối tử trong phức chất có thể bị thế bởi các phối tử khác. Quá trình xảy ra sự thế phối tử này bởi phối tử khác được gọi là phản ứng thế phối tử của phức chất. Quá trình này xảy ra thuận lợi khi phức chất mới được hình thành bền hơn phức chất ban đầu.

- Ví dụ:

[PtCl₄]^2-(aq) + NH₃(aq) → [PtCl₃(NH₃)]^-(aq) + Cl^-(aq)

$\Rightarrow$ Ở phản ứng này, một phối tử Cl^-trong phức chất [PtCl₄]^2- bị thế bởi một phối tử NH₃, tạo ra phức chất [PtCl₃(NH₃)]^-.

[Fe(H₂O)₆]²⁺(aq) + 6CN^-(aq) → [Fe(CN)₆]^4-(aq) + 6 H₂O(l)

$\Rightarrow$ Ở phản ứng này, các phối tử H₂O trong phức chất [Fe(H₂O)₆]²⁺ bị thay thế bởi phối tử CN^-, tạo ra phức chất [Fe(CN)₆]^4-.

II. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT

- Trong y học, nhiều phức chất có khả năng chữa trị hoặc kiểm soát bệnh.

Ví dụ: Phức chất được dùng làm thuốc chữa bệnh ung thư với tên gọi thương phẩm là cisplatin có cấu tạo như sau:

- Trong công nghiệp hóa chất, nhiều hợp chất hóa học được điều chế khi có mặt chất xúc tác là phức chất.

Ví dụ: Phản ứng ghép mạch carbon sử dụng xúc tác là phức chất [Pd(P(C₆H₅)₃)₄].

- Trong hóa học, phức chất được dùng để nhận biết và xác định hàm lượng các ion kim loại chuyển tiếp trong dung dịch.

Ví dụ: Phức chất [Ag(NH₃)₂]⁺ để phân biệt aldehyde và keton.

- Ba phức chất sinh học (còn gọi là các phân tử sinh học chứa kim loại) phổ biến và thiết yếu đối với cuộc sống là:

+ Phức chất của Mg²⁺ cấu tạo nên chlorophyll hay chất diệp lục, có vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của cây xanh, thực vật có màu xanh là do có chứa chlorophyll.

+ Phức chất của Fe²⁺ cấu tạo nên nhân heme, thành phần của hemoglobin hay còn gọi là huyết sắc tố, viết tắt là Hb hay Hgb, là thành phần cấu tạo nên hồng cầu của máu. Trong hệ thống tim mạch, heme có vai trò chính trong việc vận chuyển và tích lũy oxygen trong cơ thể. Hồng cầu có màu đỏ là do có chứa nhân heme.

+ Phức chất có chứa Co³⁺ cấu tạo nên vitamin B₁₂, có vai trò thiết yếu trong việc hình thành tế bào hồng cầu, chuyển hóa tế bào, chức năng thần kinh và sản xuất DNA.

II. Các dạng bài tập trọng tâm và phương pháp giải

Nắm vững bản chất lý thuyết và các quy tắc phản ứng của Một số tính chất và ứng dụng của phức chất giúp học sinh giải nhanh các bài toán định tính (chuỗi phản ứng, nhận biết chất) và bài toán định lượng (bảo toàn electron, hiệu suất phản ứng) trong các đề thi THPT Quốc gia.

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

Tính chất tạo phức và phản ứng thế phối tử: Độ bền của phức chất được đặc trưng bởi hằng số bền ( $K_b$ ). Phối tử tạo liên kết mạnh hơn sẽ thế chỗ phối tử tạo liên kết yếu hơn trong cầu nội phức chất (ví dụ thế phối tử $H_2O$ bằng $NH_3$ hoặc thế $NH_3$ bằng $en$ ).
Ứng dụng y sinh của phức chất: 1. Thuốc điều trị ung thư Cisplatin ( $cis-[Pt(NH_3)_2Cl_2]$ ): Cấu trúc hình học cis cho phép phân tử gắn xen kẽ vào chuỗi xoắn kép DNA của tế bào ung thư, ngăn cản sự sao chép và nhân đôi tế bào ác tính; 2. Trị ngộ độc kim loại nặng: Sử dụng muối disodium calcium EDTA ( $Na_2[Ca(EDTA)]$ ) làm chất chelat hóa 'gắp' các ion kim loại nặng cực độc ( $Pb^{2+}, Hg^{2+}, Cd^{2+}$ ) đào thải qua đường bài tiết an toàn; 3. Vai trò sinh học tự nhiên: Hemoglobin chứa phức chất của ion $Fe^{2+}$ với nhóm heme vận chuyển oxygen; Chlorophyll (chất diệp lục) chứa phức chất của $Mg^{2+}$ xúc tác quang hợp; Vitamin B12 chứa phức chất của Cobalt.
Ứng dụng trong phân tích hóa học và công nghiệp: 1. Chuẩn độ complexon xác định độ cứng của nước bằng dung dịch chuẩn EDTA; 2. Thuốc thử Fehling (phức chất của $Cu^{2+}$ với tartrate) và thuốc thử Tollens ( $[Ag(NH_3)_2]^+$ ) nhận biết và định lượng đường khử trong y tế; 3. Xúc tác đồng thể trong tổng hợp hữu cơ hóa dầu (xúc tác Ziegler-Natta, xúc tác Wilkinson).
Phức chất trong xúc tác công nghiệp: Đóng vai trò xúc tác đồng thể quan trọng trong tổng hợp hữu cơ và công nghệ lọc hóa dầu, tiêu biểu như phức chất cơ kim xúc tác Ziegler – Natta trùng hợp olefin, phức chất rhodium của Wilkinson hydro hóa alkene có tính chọn lọc lập thể cao.

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Cisplatin là gì? Giải thích cơ chế tác dụng chống ung thư của thuốc Cisplatin ở mức độ phân tử?

Cisplatin là một phức chất vuông phẳng của Platinum(II) có công thức hóa học

cis-[Pt(NH_3)_2Cl_2]

, trong đó hai phối tử amine (

NH_3

) nằm cùng một phía và hai phối tử chloro (

Cl^-

) nằm cùng một phía. Cơ chế tác dụng chống ung thư: 1. Khi đi vào trong tế bào ung thư, nồng độ ion

Cl^-

nội bào thấp làm hai phối tử

Cl^-

bị thủy phân thế chỗ bởi phân tử nước tạo phức hoạt động

[Pt(NH_3)_2(H_2O)_2]^{2+}

. 2. Cation phức chất này gắn kết phối trí với các nguyên tử nitrogen trên các gốc base guanine của chuỗi xoắn kép DNA tế bào ung thư (tạo liên kết chéo nội chuỗi 1,2-intrastrand cross-link). 3. Liên kết này làm chuỗi DNA bị bẻ cong và biến dạng cấu trúc không gian, ngăn chặn các enzyme sao chép và phiên mã hoạt động, kích hoạt quá trình tự chết theo chương trình (apoptosis) của tế bào ung thư, kìm hãm sự phát triển của khối u.

Trình bày nguyên tắc sử dụng EDTA trong chuẩn độ complexon để xác định độ cứng của nước (hàm lượng

Ca^{2+}

và

Mg^{2+}

Nguyên tắc: EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid thường dùng ở dạng muối disodium

Na_2H_2Y

) là một phối tử 6 càng (hexadentate) cực kì mạnh, có khả năng tạo phức chất chelat vòng càng tỉ lệ mol

1 : 1

siêu bền với hầu hết các cation kim loại hóa trị hai (

Ca^{2+}, Mg^{2+}

Ca^{2+} + H_2Y^{2-} \to [CaY]^{2-} + 2H^+

Quy trình chuẩn độ: 1. Điều chỉnh dung dịch nước cứng về

pH = 10

bằng dung dịch đệm ammoniac (

NH_3/NH_4Cl

). 2. Cho chất chỉ thị màu kim loại Eriochrome Black T (EBT). Ban đầu EBT tạo phức kém bền với một lượng nhỏ

Mg^{2+}

làm dung dịch có màu đỏ nho. 3. Chuẩn độ bằng dung dịch EDTA từ buret. EDTA sẽ tạo phức với toàn bộ ion

Ca^{2+}

tự do, sau đó đến

Mg^{2+}

. Tại điểm tương đương, giọt EDTA cuối cùng giật lấy

Mg^{2+}

từ phức chỉ thị giải phóng EBT tự do, làm dung dịch chuyển đột ngột từ màu ĐỎ NHO sang màu XANH LAM RÕ RỆT. Dựa vào thể tích EDTA tiêu tốn, tính được chính xác tổng nồng độ ion

Ca^{2+}

và

Mg^{2+}

Tại sao khí carbon monoxide (

CO

) lại cực kì độc hại đối với sự sống của con người và động vật có vú?

Trong hồng cầu máu người, phân tử hemoglobin (Hb) chứa ion trung tâm

Fe^{2+}

có khả năng gắn kết thuận nghịch với phân tử oxygen (

O_2

) tạo phức oxyhemoglobin để vận chuyển

O_2

từ phổi đến nuôi các mô tế bào:

Hb + O_2 \rightleftharpoons HbO_2

Tuy nhiên, phân tử khí carbon monoxide (

CO

) là một phối tử trường mạnh tạo liên kết phối trí với ion

Fe^{2+}

của hemoglobin với ái lực mạnh gấp khoảng 200 đến 250 lần so với

O_2

, tạo thành phức chất carboxyhemoglobin (

HbCO

) vô cùng bền vững:

Hb + CO \to HbCO

Do liên kết quá chặt,

CO

chiếm chỗ và 'khóa cứng' các tâm vận chuyển oxygen của hồng cầu, khiến hemoglobin mất hoàn toàn khả năng nhận và vận chuyển

O_2

. Cơ thể nhanh chóng rơi vào tình trạng thiếu oxygen mô tế bào trầm trọng, tổn thương não, hôn mê và tử vong nhanh chóng.

Nêu các phức chất có nguồn gốc tự nhiên đóng vai trò sống còn trong sinh quyển Trái Đất?

1. Chlorophyll (chất diệp lục trong lá cây): Là phức chất của ion trung tâm Magnesium (

Mg^{2+}

) với vòng porphyrin. Đóng vai trò hấp thụ quang năng mặt trời và chuyển hóa thành hóa năng trong quá trình quang hợp nuôi dưỡng sự sống toàn cầu. 2. Hemoglobin (trong máu động vật có xương sống): Là phức chất của ion trung tâm Iron (

Fe^{2+}

) với nhóm nhân heme, chuyên trách vận chuyển dưỡng khí

O_2

nuôi cơ thể sống. 3. Vitamin B12 (Cobalamin): Là phức chất tự nhiên duy nhất chứa nguyên tử kim loại Cobalt (

Co^{3+}

), đóng vai trò thiết yếu trong quá trình tổng hợp DNA, phát triển hệ thần kinh và tạo hồng cầu.

Đề luyện tập theo bài

Bài 29: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất - Đề 1 (Nhận biết)28 câu hỏi · Nhận biết

Làm đề

Bài 29: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất - Đề 2 (Thông hiểu)28 câu hỏi · Thông hiểu

Làm đề

Bài 29: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất - Đề 3 (Vận dụng)28 câu hỏi · Vận dụng

Làm đề

Bài 29: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất - Đề 4 (Tổng hợp)28 câu hỏi · Vận dụng cao

Làm đề

Bài 29: Một số tính chất và ứng dụng của phức chất - Đề 5 (Nâng cao)28 câu hỏi · Tổng hợp

Làm đề