CHƯƠNG 8: SƠ LƯỢC VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT VÀ PHỨC CHẤT ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT Các nguyên tố từ Sc (Z=21) đến Cu (Z = 29) được gọi là nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất. I. Đơn chất kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất 1. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử - Các nguyên tố từ Sc (Z=21) đến Cu (Z = 29) được gọi là nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất. - Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có dạng - Đặc điểm cấu hình electron trong nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có lớp vỏ bên trong của khí hiếm Ar. - Số electron trên phân lớp 3d tăng dầu từ 1 đến 10. Trong khi đó trên phân lớp 4s, số electron thường bằng 2. - Nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiều electron hóa trị thuộc phân lớp 3d và 4s nên kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thường tạo thành các hợp chất với nhiều số oxi hóa khác nhau. - So với nhóm IA và IIA trong cùng chu kì, cấu hình electron nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có phân lớp 3d. - Ta thấy cấu hình electron lớp ngoài cùng của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đa số là 4s2 do xu hướng xếp đầy electron ở phân lớp 4s và tăng dần số electron ở phân lớp 3d. => Do đó, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thường nhường 2 electron lớp ngoài cùng (ở phân lớp 4s) để có số oxi hoá +2 trong các hợp chất. - các nguyên tố chuyển tiếp thường có xu hướng thể hiện nhiều trạng thái oxi hóa. Ví dụ: trạng thái oxi hóa thường gặp của sắt là +2, +3; của Cr là +3, +6,… - Đa số kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau. - Trong dung dịch, ion của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thường có màu. 2. Tính chất vật lí và ứng dụng của kim loại chuyển tiếp. - Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ cứng cao hơn kim loại nhóm IA và nhóm IIA trong cùng chu kì. II. Hợp chất của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất 1. Số oxi hóa của nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất trong hợp chất. - Do có nhiều electron hóa trị (ở phân lớp 4s và 3d) nên các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất có khả năng tạo ra các hợp chất với nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau. - Khi tham gia phản ứng hóa học, nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất ưu tiên nhường electron ở phân lớp 4s trước rồi đến electron ở phân lớp 3d, tạo thành các cation tương ứng. 2. Màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất Các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có màu sắc phong phú. 3. Chuẩn độ iron(II) sulfate bằng thuốc tím - Trong phòng thí nghiệm, nồng độ iron(II) sulfate có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch thuốc tím trong môi trường sulfuric theo phương trình hóa học 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O 4. Nhận biết một số ion kim loại chuyển tiếp Trong hóa học, các ion kim loại chuyển tiếp thường được nhận biết dựa vào màu sắc đặc trưng của ion, của hợp chất ít tan hoặc của phức chất tương ứng. Các phản ứng tạo phức chất thường có một số dấu hiệu dễ quan sát như sự biến đổi máu sắc, sự hòa tan, sự kết tủa. Trong các dấu hiệu trên, sự biến đổi màu sắc là phổ biến hơn cả SƠ LƯỢC VỀ PHỨC CHẤT
Trang 1CHƯƠNG 8: SƠ LƯỢC VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT VÀ PHỨC CHẤT
ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP DÃY THỨ NHẤT Các nguyên tố từ Sc (Z=21) đến Cu (Z = 29) được gọi là nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất.
I Đơn chất kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
1 Đặc điểm cấu tạo nguyên tử
- Các nguyên tố từ Sc (Z=21) đến Cu (Z = 29) được gọi là nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất
- Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có dạng
- Đặc điểm cấu hình electron trong nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có lớp vỏ bên trong của khí hiếm Ar
- Số electron trên phân lớp 3d tăng dầu từ 1 đến 10 Trong khi đó trên phân lớp 4s, số electron thường bằng 2
- Nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiều electron hóa trị thuộc phân lớp 3d và 4s nên kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thường tạo thành các hợp chất với nhiều số oxi hóa khác nhau
- So với nhóm IA và IIA trong cùng chu kì, cấu hình electron nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
có phân lớp 3d
- Ta thấy cấu hình electron lớp ngoài cùng của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đa số là 4s2 do xu hướng xếp đầy electron ở phân lớp 4s và tăng dần số electron ở phân lớp 3d
=> Do đó, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thường nhường 2 electron lớp ngoài cùng (ở phân lớp 4s) để
có số oxi hoá +2 trong các hợp chất
- các nguyên tố chuyển tiếp thường có xu hướng thể hiện nhiều trạng thái oxi hóa
Ví dụ: trạng thái oxi hóa thường gặp của sắt là +2, +3; của Cr là +3, +6,…
- Đa số kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau
Trang 2- Trong dung dịch, ion của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thường có màu.
2 Tính chất vật lí và ứng dụng của kim loại chuyển tiếp.
- Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ cứng cao hơn kim loại nhóm IA và nhóm IIA trong cùng chu kì
II Hợp chất của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
1 Số oxi hóa của nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất trong hợp chất.
- Do có nhiều electron hóa trị (ở phân lớp 4s và 3d) nên các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất có khả năng tạo ra các hợp chất với nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau
Trang 3- Khi tham gia phản ứng hóa học, nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất ưu tiên nhường electron ở phân lớp 4s trước rồi đến electron ở phân lớp 3d, tạo thành các cation tương ứng
2 Màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
Các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có màu sắc phong phú
3 Chuẩn độ iron(II) sulfate bằng thuốc tím
- Trong phòng thí nghiệm, nồng độ iron(II) sulfate có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch thuốc tím trong môi trường sulfuric theo phương trình hóa học
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
4 Nhận biết một số ion kim loại chuyển tiếp
Trong hóa học, các ion kim loại chuyển tiếp thường được nhận biết dựa vào màu sắc đặc trưng của ion, của hợp chất ít tan hoặc của phức chất tương ứng Các phản ứng tạo phức chất thường có một số dấu hiệu
dễ quan sát như sự biến đổi máu sắc, sự hòa tan, sự kết tủa Trong các dấu hiệu trên, sự biến đổi màu sắc
là phổ biến hơn cả
Trang 4SƠ LƯỢC VỀ PHỨC CHẤT
Trang 5Phức chất là hợp chất có chứa nguyên tử trung tâm (thường được kí hiệu là M) và các phối tử (thường được kí hiệu là L).
I Một số khái niệm cơ bản về phức chất
- Phức chất là hợp chất có chứa nguyên tử trung tâm (thường được kí hiệu là M) và các phối tử (thường được kí hiệu là L) Trong đó, nguyên tử trung tâm là cation kim loại hoặc nguyên tử kim loại liên kết với các phối tử
- Phối tử là anion hoặc phân tử Phức chất có thể mang điện tích hoặc không mang điện tích
- Trong công thức phức chất, nguyên tử trung tâm M và các phối tử L thường được đặt trong móc vuông
Ví dụ: Phức chất [Co(NH3)6]3+ có điện tích là +3, nguyên tử trung tâm là Co3+ và phối tử là NH3
II Một số dạng hình học của phức chất
Trong phức chất [MLn] (điện tích đã được lược bỏ), các phối tử L sắp xếp một các xác định xung quanh nguyên tử trung tâm M tạo ra các dạng hình học khác nhau, phổ biến là dạng tứ diện, vuông phẳng và bát diện
- Dạng hình học của phức chất được xác nhận bằng thực nghiệm
- Phức chất mà nguyên tử trung tâm tạo 4 liên kết σ với các phối tử thường có dạng hình học là tứ diện hoặc vuông phẳng, được gọi là phức chất tứ diện hoặc phức chất vuông phẳng
- Phức chất mà nguyên tử trung tâm tạo 6 liên kết σ với các phối tử thường có dạng hình học bát diện, được gọi là phức chất bát diện
III Liên kết trong phức chất
1 Liên kết giữa nguyên tử trung tâm và phối tử
- Liên kết hóa học giữa nguyên tử trung tâm M và phối tử L trong phức chất là liên kết cho – nhận, được hình thành nhờ sự cho cặp electron chưa liên kết của phối tử vào orbital trống của nguyên tử trung tâm trong đó phối tử cho cặp electron chưa liên kết vào orbital trống của nguyên tử trung tâm
Trang 6Ví dụ: phức chất [Cr(NH3)6]3+ có nguyên tử trung tâm là Cr3+ và phối tử là NH3
2 Sự hình thành phức chất aqua của một số ion kim loại chuyển tiếp.
- Khi tan trong nước, muối của các kim loại chuyển tiếp phân li thành các ion Sau đó, cation kim loại chuyển tiếp (Mn+) thường nhận các cặp electron hóa trị riêng từ các phân tử H2O để hình thành các liên kết cho – nhận, tạo ra phức chất aqua theo phương trình hóa học tổng quát sau:;
Mn+(aq) + m H2O(l) → [M(OH2)m]n+(aq)
+ Với: n là giá trị điện tích của cation kim loại M
+ m là số phối tử H2O
[M(OH2)m]n+ là công thức tổng quát của phức chất aqua của Mn+
MỘT SỐ TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT 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.
I Một số dấu hiệu của phản ứng tạo phức chất và phản ứng thế phối tử của phức chất trong dung dịch
Phức chất [Cu(H2O)6]2+ [CoF6]3- [Ni(CO)4] [PtCl2(NH3)2]
Trang 71 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
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
b) Phản ứng thế phối tử của phức chất trong dung dịch
- Phản ứng thay thế phối tử trong phức chất
Ở những điều kiện phù hợp, các anion và phân tử như OH-, X- (halide), NH3,… Có thể thay thế được một, một số hoặc tất cả các phối tử trong phức chất
Ví dụ: [Cr(OH2)6]3+(aq) + 6OH-(aq) → [Cr(OH)6]3-(aq) + 6H2O(l)
II Một số ứng dụng của phức chất
- Trong y học, nhiều phức chất có khả năng chữa trị hoặc kiểm soát bệnh Nhiều dẫn xuất có hoạt tính sinh học trên cơ thể người là phức chất của các kim loại như Cu, Zn, Co, Pt, Au,… Đây là cơ sở cho việc sản xuất thuốc chữa bệnh
- Trong công nghiệp hóa chất, nhiều hợp chất hóa học được điều chế khi có mặt chất xúc tác là phức chất
- Trong hóa học, phức chất được dùng để nhận biết và xác định hàm lượng các ion kim loại chuyển tiếp trong dung dịch
Trang 8Các ứng dụng này dựa trên các tính chất sau:
+ Kim loại chuyển tiếp khó nóng chảy, đặc biệt là vanadium, chromium và cobalt
+ Kim loại chuyển tiếp có độ cứng khá cao, chromium là kim loại cứng nhất trong tất cả các kim loại + Các kim loại chuyển tiếp thường là kim loại nặng
+ Độ dẫn điện, dẫn nhiệt của các kim loại chuyển tiếp tương đối tốt, điển hình là đồng
Lưu ý: Không nên sử dụng các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất làm dây chảy trong các cầu chì Vì các
kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy cao nên không thể kịp thời ngắt mạch khi chập cháy điện, gây hiện tượng nổ thiết bị
BÀI TẬP:
1 Xác định số oxi hoá của nguyên tử các nguyên tố chromium và manganese trong các dãy chất sau:
- Cr2O3, CrO3, K2CrO4, K2Cr2O7
- MnO, MnO2, K2MnO4, KMnO4
2 Xác định cấu hình electron của các ion kim loại sau: Cr3+, Mn2+, Cu2+.
3 Xác định hàm lượng muối Fe(II) bằng dung dịch thuốc tím, qua bảng sau:
4 Từ công thức Lewis của NH3, giải thích vì sao phân tử này có thể đóng vai trò là phối tử
5 Cho một phức chất có công thức [Fe(OH2)6](NO3)3.3H2O
6 Chỉ ra nguyên tử trung tâm và phối tử của phức chất trên.
7 Hãy chỉ ra liên kết cho – nhận trong phức chất [PtCl4]2-
8 Cho các phức chất sau: [Ag(NH3)2]+ và [CoF6]3-
Hãy chỉ ra nguyên tử trung tâm, phối tử và giải thích sự hình thành liên kết trong mỗi phức chất trên
Trang 99 Phức chất aqua của Ni2+ và Zn2+ đều có dạng hình học bát diện.
a) Viết công thức hoá học của mỗi phức chất aqua trên
b) Mô tả sự hình thành liên kết giữa phối tử và nguyên tử trung tâm của mỗi phức chất trên
10 Phức chất aqua có dạng hình học bát diện được hình thành khi cho CrCl3 vào nước Viết phương trình hoá học của quá trình tạo phức chất trên
Phản ứng nào dưới đây là phản ứng thay thế phối tử trong phức chất?
a) [Co(OH2)6]3+(aq) + 6NH3(aq) ⟶ [Co(NH3)6]3+(aq) + 6H2O(l)
b) 2Na[Au(CN)2](aq) + Zn(s) ⟶ Na2[Zn(CN)4](aq) + 2Au(s)
c) [Co(OH2)6]2+(aq) + 4Cl−(aq) ⇌ [CoCl4]2−(aq) + 6H2O(l)
11 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
12 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 được tạo thành
13 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 phối tử NH3, tạo thành phức chất mới có dạng bát diện Viết phương trình hoá học của phản ứng thế phối tử đã tạo ra
14 Hãy cho biết dạng hình học, nguyên tử trung tâm và các phối tử có trong phức chất cisplatin.
15 Các phát biểu nào sau đây đúng hay sai?
a Cấu hình electron của nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có phân lớp 3d chưa bão hoà
b Tất cả các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất đều là kim loại
c Tất cả các nguyên tố thuộc nhóm B, chu kì 4 đều là nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất
d Tất cả các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều là kim loại nặng
16 Các phát biểu nào sau đây đúng hay sai?
a Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có nhiệt độ nóng chảy cao hơn các kim loại nhóm IA và nhóm IIA
b Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có xu hướng thể hiện nhiều trạng thái oxi hoá
c Tất cả hợp chất của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có màu
d Cấu hình electron của nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có phân lớp 4s đã bão hoà
17 Mỗi phát biểu dưới đây là đúng hay sai?
(1) Phức chất có thể mang điện tích hoặc không mang điện tích
(2) Phức chất mà nguyên tử trung tâm tạo 4 liên kết ở với các phối tử luôn có dạng hình học là tứ diện
(3) Giống như phân tử amionia ( ), phân tử methyl amine ( ) cũng có thể đóng vai trò
là phối tử do có cặp electron chưa liên kết
18 Một mẫu chất có thành phần chính là muối Mohr Muối Mohr có công thức hoá học là
(NH4)2SO4.FeSO4.6H2O Hoà tan 0,2151 g mẫu chất trong dung dịch sulfuric acid loãng dư, thu được dung dịch có chứa cation Fe2+ Lượng Fe2+ trong dung dịch này phản ứng vừa đủ với 5,40 mL dung dịch thuốc tím nồng độ 0,020 M (Các chất và ion khác trong dung dịch không phản ứng với thuốc tím) Xác định:
a) Số mg sắt có trong mẫu chất
b) Phần trăm khối lượng của (NH4)2SO4.FeSO4.6H2O trong mẫu chất
19 Để xác định hàm lượng của FeCO3 trong quặng siderite, người ta có thể làm như sau: Cân 0,300 g mẫu quặng, xử lí theo một quỵ trình thích hợp, thu được dung dịch FeSO4 trong môi trường H2SO4 loãng Coi như dung dịch không chứa tạp chất tác dụng với KMnO4 Chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch KMnO 0,02 M thì dùng hết 12,5 mL Tính thành phần % theo khối lượng của FeCO trong quặng