bài tập và lời giải phức chất

Các vân đạo nào và các điện tử nào của các nguyên tố đó là vân đạo hoá trị, điện tử hoá trị?. Hãy cho biết mỗi phân tử của các chất sau có thể hình thành bao nhiêu liên kết với một ion k

Câu 1::

Anion NO2- là phối tử trong phức chất d-ới đây Cho các dữ kiện sau:

Công thức

% theo khối l-ợng các

nguyên tố

độ dài liên kết l, A0 Góc, 0 Kim loại

M

N C N-Oa N-Ob

O-N-O

O-M-O [MA2(NO2)2] 21,68 31,04 17,74 1,21 1,29 122 180 Khoảng cách l trong anion NO2- tự do là 1,24 A0 , và góc liên kết là 115,40 Phối tử A, chứa nitơ và hiđro; không chứa oxi Số phối trí của ion kim loại trong phức là 6

1/ Hãy cho biết cấu tạo hình học của NO2- và viết trạng thái lai hoá đối với nguyên tử nitơ

2/ Hãy cho biết 4 cách khác nhau mà ion NO2- liên kết với ion

trung tâm

3/ Hãy xác định phối tử A

4/ Chỉ ra cấu trúc của phức chất

GIAI

1/ NO2- có cấu tạo góc:

Lai hoá : sp2

2/

3/ Gọi M: số nguyên tử kim loại, N: số nguyên tử N, x: số nguyên tử

N trong phối tử

M : N =

2 2

1 14

04 , 31 : 68 , 21





x

AM = 19,56.(x+1)

Khi x=2 thì AM =58,7 g/mol, M = Ni

C : N = 0 , 667

14

04 , 31 : 12

74 ,

Vì phức chứa 6 nguyên tử N, nên C = 0,667.6 =4

Vì phối tử A chứa 2 nguyên tử N và 2 nguyên tử C, có thể kết luận rằng A là etylenđiamin (NH2-CH-CH-NH2)

Thành phần phức là [Ni(NH2-CH-CH-NH2)2(NO2)2]

4/

Câu 2:

1 Có hai đồng phân với công thức Ni(NH 3 ) 2 Cl 2 tạo

thành khi cho [Ni(NH 3 ) 4 ] 2+ tác dụng với axit HCl đặc Dung dịch của đồng phân thứ nhất khi phản ứng với axit oxalic sẽ tạo thành Ni(NH 3 ) 2 (C 2 O 4 ) Đồng phân thứ hai không phản ứng với axit oxalic Đồng phân

nào là đồng phân cis, đồng phân nào là đồng phân

trans

2 Dùng cấu trúc Lewis để giải thích tại sao SO 3 2- là phối tử có thể tạo phối trí ở S hoặc O, nh-ng NO 3 - là phối tử chỉ tạo phối trí thông qua O

giai

1 Đồng phân thứ nhất là đồng phân cis vì có thể tác

dụng dễ dàngvới nhóm oxalat tạo thành phức vòng

càng Đồng phân trans không thể tạo phức vòng càng

với nhóm oxalat

2

SO 3 2- có các cặp electron tự do ở trên cả S lẫn O do

đó có thể tạo liên kết từ S hoặc từ O Trong khi NO 3 -chỉ có cặp electron tự do ở O nên -chỉ có thể tạo liên kết từ O mà thôi

Cau 3:

Khi nghiên cứu phức của Co 3+ với F - và với NH 3 ng-ời ta nhận thấy chúng cùng có dạng bát diện song từ tính của chúng khác nhau, cụ thể phức

K 3 [CoF 6 ] có momen từ bằng 4,89 B còn phức [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 có momen từ bằng 0 Tính số e

độc thân của chúng Dùng thuyết liên kết hoá trị

để giải thích sự hình thành 2 phức trên

Cho: Co(Z=27)

GiẢi

1.

Momen từ K 3 [CoF 6 ] 4,89  B số electron ch-a ghéo đôi là 4

ch-a ghép đôi là 0

electron số electron ch-a ghép đôi = 0 Hai obitan 3d, 1 obitan 4s và 3 obitan 4p tổ hợp với

đỉnh của 1 hình bát diện đều 6 obitan này tham gia xen phủ với các obitan chứa cặp electron của

electron số electron ch-a ghép đôi = 4 Một obitan 4s, 3 obitan 4p và 2 obitan 4d tổ hợp với

đỉnh của một hình bát diện đều 6 obitan này tham gia xen phủ với các obitan chứa cặp

Cõu 4 Momen từ của [Mn(CN) 6 ] 3- là 2,8 MB, của [MnBr 4 ] 2- là 5,9 MB Hãy giải thích và dự đoán cấu trúc hình học của những ion phức này ?

GIẢI Chỉ cần từ công thức spin có thể tính

đ-ợc[Mn(CN) 6 ] 3- có 2 electron độc thân và [MnBr 4 ]

2-có 5 electron độc thân (l-u ý Mn ở đây 2-có bậc oxy hoá khác nhau) Cấu hình electron t-ơng ứng của ion

tự do và ion phức với số electron độc thân nh- sau:

3d

Mn(CN)6

3d

OO OO OO

4p

OO OO OO

d2sp3 4s

Mn3+

Mn2+

[MnBr4]

3d

OO

4p

OO OO OO 4s

sp3

C©u 5 Khi bÞ kÝch thÝch electron ®-îc chuyÓn tõ

møc n¨ng l-îng thÊp lªn møc cao h¬n x¶y ra sù hÊp thô ¸nh s¸ng øng víi b-íc sãng  H·y tÝnh b-íc sãng nµy (theo Ao ), biÕt r»ng n¨ng l-îng t¸ch møc cña phøc [Co(CN) 6 ] 3  lµ 99,528kcal.mol  1 Cho h = 6,62.10  34 J.s vµ c = 3.10 8 m.s  1

Giải

Khi electron bÞ kÝch thÝch sÏ chuyÓn tõ E t lªn E c vµ x¶y ra sù hÊp thô ¸nh s¸ng:

= 99,528kcal/mol

O

Theo thuyÕt l-îng tö cña Planck ta cã:

O

O



      



§èi víi 1 nguyªn tö:

22

416,027 416,027

6,91.10 6,02.10

N



22 3

6,62.10 3.10



hay 2874 Ao . > Phức hấp thụ ánh sáng màu gi? Và  Phức có màu gì?

C©u 6 Cho biÕt:

(kj/mol)

H·y xÐt cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña 2 phøc trªn theo ph-¬ng ph¸p VB vµ ph-¬ng ph¸p tr-êng tinh thÓ

GIẢI

Theo thuyÕt VB , cÊu h×nh electron cña Co3+: d6

- Víi phøc chÊt [CoF6]3 thuËn tõ Do t-¬ng t¸c gi÷a Co3+ vµ F yÕu nªn cÊu h×nh cña Co3+ vÉn gi÷ nguyªn nh- cò:

Cr2+

Lai ho¸ ngoµi sp3d2

- Víi phøc chÊt [Co(NH3)6]3+ nghÞch tõ Do t-¬ng t¸c gi÷a Co3+ vµ

NH3 m¹nh nªn cÊu h×nh electron cña Co3+ bÞ dån l¹i:

Cr2+

NH3 NH3 NH3 NH3 NH3 NH3 Lai ho¸ trong d2sp3

Theo thuyÕt tr-êng tinh thÓ:

- Víi phøc chÊt [CoF6]3: P > O nªn cÊu h×nh electron cña phøc

4 2

2 g g

t e , phøc spin cao vµ thuËn tõ

- Víi phøc [Co(NH3)6]3+ do P < O c¸c electron ®-îc chuyÓn vÒ møc n¨ng l-îng thÊp cã cÊu h×nh electron 6

2 g

t §ã lµ phøc spin thÊp

vµ nghÞch tõ

Câu 7 Xác định bậc oxi hoá của cobalt và giá trị của x, y

trong các phức sau [Co(NH3)6]Clx và [Co(NH3)6]Cly (x khác y) biết rằng chất đầu là thuận từ, còn chất thứ hai là nghịch

từ Biết ZCo = 27

GIẢI

Trong phức với NH3, cobalt th-ờng thể hiện số oxi hoá +3

và +2

Co3+: d6

Co2+: d7 Qua cấu hình trên ta thấy trong phức bát diện Co3+ có thể thuận từ hay nghịch từ, còn Co2+ luôn luôn là thuận từ Vì chất thứ hai [Co(NH3)6]Cly là chất nghịch từ nên nó phải

là phức của Co3+  y = 3

Vì x khác y  hợp chất thứ nhất [Co(NH3)6]Cl2  x = 2

Bài tập hóa vô cơ 2

PHỨC CHẤT

1 Hãy viết cấu hình điện tử của các nguyên tố trong dãy chuyển tiếp thứ nhất (từ Sc đến Zn) Các vân đạo nào và các điện tử nào của các nguyên tố đó là vân đạo hoá trị, điện tử hoá trị?

2 Số oxi hóa cao nhất có thể có của một nguyên tố d được xác định như thế nào? Giải thích tại sao các nguyên tố d sớm đều có khả năng đạt đến số oxi hóa cao nhất trong khi các nguyên tố d muộn khả năng này khó đạt đến (trừ Os,Ru)

3 So sánh khả năng tạo phức giữa các kim loại nguyên tố d và các kim loại nguyên tố p? Giải thích các sự giống nhau và khác nhau này

4 Hãy giải thích tại sao Rb có điện thế điện cực chuẩn âm trong khi Ag có điện thế điện cực chuẩn dương mặc dù cả hai nguyên tố đều chứa 1 điện tử 5s ở tầng ngoài cùng

Chu

kỳ

Nguyên

tố

hình

I1 (eV) E0 (V) r (Å) r (Å)

5 Giải thích tại sao Au là nguyên tố khó bị ion hóa trong khi Cs là nguyên tố dễ bị ion hóa nhất

6 Dựa trên Z và bán kính nguyên tử, giải thích tại sao Au rất khó bị ion hóa hơn Ag nhiều

Chu

kỳ

Nguyên

tố

hình

I1 (eV) E0 (V) r (Å) r (Å)

7 Hãy trình bày định nghĩa các thuật ngữ sau:

a Phối tử (ligand) b Ligand đa nha c Ligand lưỡng thủ

d Chelat

8 Hãy gọi tên các phức chất có công thức sau:

a Ba[BrF4]

d K[Au(OH)4]

e K[CrOF4]

f Na[BH(OCH3)3]

g Rb[Cr Cl OH (SCN)2]

9 Hãy gọi tên các phức chất có công thức sau:

a [Al(OH)(H2O)5]2

b [NiCl(NH3)5]Cl2 i

c [Co(NH3)4(SCN)Br]Cl

d [CrOH(NH3)2)(H2O)3](NO3)2

e [Ru(NH3)4(H2O)2][PtCl3(NH3)]3

f [Cr(NH3)6][Co(CN)6]

g Pt(NH3)3Cl]2[PtCl4]

10 Hãy cho biết công thức của các ion phức chất sau:

a TetraammindicloroRodium(III) clorur

b Trisphenantrolincobalt(II) tetrathiocyanonikelat(II)

c ion pentaamminaquorutheni (III)

d ion ammintricloroplatinat (II)

e ion iodopentakispyridinplatin (IV)

f DiclorotetraamminNikelt(III) nitrat

g TetraamminPlatin (IV) hexacloroplatinat(II)

11 Hãy cho biết mỗi phân tử của các chất sau có thể hình thành bao nhiêu liên kết với một ion kim loại để tạo thành vòng khép kín

a acetylaceton: 2 nguyên tử oxi tạo thành vòng 6

b diethylentriamin: 3 nguyên tử nitrogen tạo thành 2 vòng 5

c 8-hydroxyquinolin: 2 nguyên tử oxi và nitrogen tạo thành vòng 5

12 Giải thích các thuật ngữ sau:

a Phức d trong b Phức d ngoài c Trạng thái suy biến

d Phức spin cao e Phức spin thấp

13 Làm thế nào để phân biệt được các đồng phân sau đây:

a [CoBr(NH3)5]SO4 và [Co(SO4) (NH3)5]Br

b [Co(NO2)3(NH3)3] và [Co(NH3)6][Co(NO2)6]

14 Trong các phối tử sau đây, phối tử nào có thể tạo được các đồng phân liên kết? Giải thích?

SCN, CN-, N3, NO2, OCN, I

15 Vẽ công thức cấu tạo của các đồng phân hình học và đồng phân liên kết của phức vuông phẳng: [Pt(NH3)2(SCN)2]

16 Vẽ các công thức cấu tạo có thể có của các đồng phân và xác định loại đồng phân của mỗi phức chất sau:

a [Co(NH3)4(NO2) 2]

b [CdCl3(SCN)]2

17 Cho phức có công thức nguyên CrCl3.6H2O Các đồng phân phối trí của phức này có màu sắc thay đổi từ tím đến xanh

a Hãy xác định các đồng phân phối trí của phức này

b Hãy giải thích tại sao các đồng phân phức này có màu

c Hãy giải thích tại sao màu sắc của các đồng phân này khác nhau

18 Hãy dựï đoán dung dịch các chất sau, dung dịch nào có màu, dung dịch nào không màu Giải thích

a Na2[TiF6]

b [Co(NH3)6]Cl3

c H[CuCl2]

19 Cho dung dịch CoCl2 1M đã acid hóa nhẹ vào trong một becher, dung dịch này có màu hồng Cho vào becher này một lượng dư NaCl, khuấy đến khi tan, dung dịch chuyển sang màu xanh

a Xác định dạng phức tồn tại ưu thế của Co(II) trước và sau khi hòa tan thêm

NaCl

b Giải thích tại sao các phức chất này có màu

c Giải thích tại sao màu sắc của các phức này khác nhau

20 Các phức chất sau đây là nghịch từ: [Cu(NH3)2], [Au(CN)2], [Zn(OH)4]2

Hãy xác định số oxi hóa và cấu hình điện tử của ion trung tâm, trạng thái lai hóa và cấu hình không gian của phức chất

21 Vẽ giản đồ tách trường tinh thể của phức bát diện cho các ion sau:

a Fe2 (phức spin thấp và spin cao) c Ni2

b Fe3 (phức spin cao) d Zn2

22 Phức [NiCl4]2 thuận từ với 2 điện tử độc thân còn phức [Ni(CN)4]2 lại nghịch từ Hãy tìm cấu trúc thích hợp cho 2 phức chất đó

23 Sắp xếp theo thứ tự từ tính tăng dần của các phức chất trường yếu [Cr(NH3)6]3, [Co(NH3)6]3, [Zn(NH3)6]2 Giải thích lý do tại sao lại sắp xếp như vậy

24 So sánh độ mạnh của tính oxi hóa của các ion Ag+ và [Ag(NH3)2]+ Giải thích

25 So sánh độ mạnh của tính khử của các ion Fe2+ và [Fe(CN)6]4 Giải thích

26 Hãy tính độ giãm năng lượng so với năng lượng trung bình trong trường đối xứng cầu của phức chất bát diện và tứ diện có spin thấp của Co3 với NH3 Từ đó dự đoán cấu hình bền của hai phức chất spin thấp này

27 Cho một Co(II) hòa tan trong nước cất Ở điều kiện bình thường trong môi trường khí quyển không quan sát thấy dung dịch này có sự biến đổi nào Nếu cho thêm vào dung dịch này ammoniac và muối natri nitrit người ta có thể thu được một phức màu vàng trung hòa điện có số phối trí 6 vớiù hai loại ligand khác nhau trong đó có nitrito với tỉ lệ Co:NO2 = 1:3

Hãy xác định công thức của phức trên và đọc tên Giải thích

Có thể tồn tại phức [Co(H2O)6]3+ trong nước không? Tại sao?

28 Trong phức bát diện, hãy cho biết những cấu hình dn nào chỉ tạo được phức có một trạng thái spin duy nhất

29 Theo thuyết trường phối tử, các vân đạo eg và t2g là các vân đạo d thuần túy Quan điểm này được thay đổi như thế nào khi chuyển sang mô tả trong phạm vi của phương pháp MO?

30 Hãy trình bày và giải thích sự khác biệt giữa một ligand trường yếu và một ligand trường mạnh Bằng cách nào người ta sắp xếp như thế?

31  bị biến đổi như thế nào khi chuyển từ phức bát diện này sang phức bát diện khác có cùng bộ ligand:

a Fe2 bằng Fe3

b Mn2 bằng Ni2

32 Từ giá trị của thông số tách trường tinh thể () và năng lượng ghép đôi điện tử (P) trong một vân đạo, hãy tính độ giãm năng lượng của các phức chất sau đây so với năng lượng trung bình trong trường đối xứng cầu và cho biết phức tạo thành sẽ là phức spin cao hay phức spin thấp? Thuận từ hay nghịch từ?

a [Cr(H2O)6]2 [Cr(NH3)6]2

b [CoF6]3 [Co(NH3)6]3 [Co(H2O)6]2

33 Cho hai phức chất sau: [Fe(CN)6]4- và [Fe(CN)6]3

a Vẽ giản đồ sự tách mức năng lượng của vân đạo d của nguyên tử trung tâm trong các phức chất này

b Xác định xem các phức này thuận từ hay nghịch từ, spin thấp hay spin cao?

c Xác định xem phản ứng thế phối tử CN- bằng H2O ở phức nào xảy ra nhanh hơn

34 So sánh độ bền trong dung dịch nước của các phức chất sau Giải thích

a [Fe(NH3)6]2+ và [Fe(en)3]2+

d [HgBr4]2, [HgCl4]2 và [HgI4]2

35 Cho dung dịch phức [Ag(NH3)2]Cl 1M Chia dung dịch trên vào hai ống nghiệm I và II cùng thể tích

a Nhỏ vài giọt dung dịch KI 1M vào ống nghiệm I thấy xuất hiện kết tủa vàng nhạt trong khi đó nhỏ cùng thể tích dung dịch KCl 1M vào ống nghiệm II không quan sát thấy hiện tượng nào xảy ra Giải thích lý do Viết phương trình phản ứng xảy ra nếu có

b Ống nghiệm II đã chứa KCl nếu tiếp tục nhỏ thêm dung dịch HNO3 1M đến lúc nào đó sẽ thấy xuất hiện kết tủa màu trắng Giải thích lý do Viết phương trình phản ứng xảy ra nếu có

36 Cho một phức A có công thức nguyên Co(NH3) (SCN)2 5H2O Khi cho ion Fe3+ tác dụng với phúc không nhận thấy sự xuất hiện màu đỏ và cũng không phát hiện được sự hiện diện của NH3 và Co3+ tự do trong dung dịch phức bằng các phản ứng hóa học nhận biết thông thường

a Hãy xác định công thức phối trí của phức A và đọc tên phức

b Hãy viết cấu trúc các đồng phân hình học của phức A

c + Giải thích tại sao phức A có màu

+ Các đồng phân hình học của phức A có màu khác nhau không? Giải thích

d Phúc A là phức nghịch từ

+ A là phức spin cao hay phức spin thấp? Giải thích

+ A là phức d trong hay phức d ngoài? Giải thích

37 Xét hai nguyên tố Mg và Zn Hãy so sánh

a Bản chất liên kết trong các hợp chất bậc hai cùng loại

b Tính baz của các oxid tương ứng

c Khả năng tạo phức

Giải thích nguyên nhân của các sự giống nhau và khác nhau này

38 *Có thể có sự tách mức năng lượng các vân đạo p của một nguyên tử phân nhóm chính trong trường ligand bát diện hay tứ diện không? tại sao?

40 *Điều gì sẽ xảy ra với sự tách các mức vân đạo d trong trường bát diện nếu

a Nén bát diện

b Kéo dài bát diện

41 *Có thể chờ đợi hình ảnh nào sự tách các vân đạo d đối với các phức chất phẳng

ML3 trong đó những phối tử nắm trên đỉnh của một tam giác đều?

42 *Khoáng vật Hausmanit với thành phần Mn3O4 có cấu trúc spinel nhưng ở dạng lệch, dạng mà ở đó đáng lẽ là hình lập phương thì các tinh thể lại là bốn phương (một trục dài và hai trục ngắn bằng nhau) Hãy đưa ra cách giải thích

43 *Dimethylsulfoxid DMSO phản ứng với cobal perclorat Co(ClO4)2 trong ethanol tuyệt đối tạo thành hợp chất màu vàng Đây là chất điện ly 1:2 và có momen từ 4,9 magneton Bohr

DMSO tương tác với CoCl2 tạo thành chất màu xanh sẫm có momen từ 4,6 đối với nguyên tử Co Đó là chất điện ly 1:1 và có công thức nguyên Co(DMSO)3Cl2 Anh, chị nghĩ gì về cấu trúc của hai chất trên?