Giáo án Bài 28. Sơ lược về phức chất

Tạo tình huống có vấn đề, giúp HS nhận ra trong dung dịch có ion kim loại được bao quanh bởi phân tử khác và đặt ra câu hỏi về bản chất của phức chất.

GV cho HS quan sát mẫu CuSO₄ khan màu trắng, sau đó hoà tan vào nước và quan sát dung dịch màu xanh. Đặt câu hỏi: Màu xanh này đến từ đâu? Trong dung dịch có những tiểu phân nào của đồng? Vì sao khi hoà tan, đồng không tồn tại dưới dạng Cu kim loại? Nhiệm vụ: HS dự đoán và ghi vào vở nháp.

HS nêu được: dung dịch chứa ion Cu²⁺ kết hợp với phân tử nước tạo thành phức aqua [Cu(H₂O)₆]²⁺; màu xanh gắn với tiểu phân phức chất chứ không phải Cu kim loại. GV chốt vấn đề: bài học hôm nay tìm hiểu cấu tạo và cách gọi tên, tính toán các đại lượng của phức chất.

Nêu được khái niệm phức chất, nguyên tử trung tâm, phối tử, số phối trí và mô tả được liên kết cho–nhận.

Nhiệm vụ nhóm (kĩ thuật khăn trải bàn): mỗi nhóm 4 HS hoàn thành khăn trải bàn với các ô: (1) Phức chất là gì? (2) Nguyên tử trung tâm là gì? Ví dụ? (3) Phối tử là gì? Kể tên phối tử trung tính và phối tử anion. (4) Liên kết cho–nhận diễn ra thế nào trong [Cu(H₂O)₆]²⁺? (5) Số phối trí là gì? Có luôn bằng số phân tử phối tử không? Tiến hành quan sát mô phỏng NeoEdu: tách phối tử H₂O, Cl⁻ để thấy cặp electron chưa liên kết (thuỳ màu cam), sau đó cho phối tử tiến lại gần trung tâm để quan sát cặp electron đi vào orbital trống và tạo liên kết σ cho–nhận. Lưu ý: NH₃ là phối tử trung tính, không phải NH₄⁺.

Kết quả trên khăn trải bàn gồm: (1) Phức chất là hợp chất có nguyên tử trung tâm liên kết với các phối tử bằng liên kết cho–nhận. (2) Nguyên tử trung tâm là nguyên tử hoặc ion, thường là kim loại chuyển tiếp, nhận cặp electron từ phối tử; ví dụ Cu²⁺ trong [Cu(H₂O)₆]²⁺. (3) Phối tử là phân tử hoặc anion có cặp electron chưa liên kết; phối tử trung tính: NH₃, H₂O; phối tử anion: Cl⁻, OH⁻. (4) Phối tử H₂O cho cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử O vào orbital trống của Cu²⁺, tạo liên kết cho–nhận. (5) Số phối trí là số nguyên tử cho liên kết trực tiếp với trung tâm; bằng số phối tử khi tất cả đều một càng, nhưng không luôn bằng số phân tử phối tử nếu có phối tử nhiều càng. Kết luận ghi nhớ: phối tử cho cặp electron, trung tâm nhận.

Tính được số oxi hoá của nguyên tử trung tâm và điện tích phức chất; phân biệt điện tích phức với số phối trí.

Hoạt động cá nhân rồi cặp đôi với Phiếu học tập số 1. HS tính số oxi hoá Co trong [Co(NH₃)₆]³⁺, Cu trong [CuCl₄]²⁻, Pt trong [PtCl₂(NH₃)₂] trung tính, và xác định số phối trí. Nhắc quy tắc: điện tích phức bằng số oxi hoá trung tâm cộng điện tích các phối tử; phần ngoài ngoặc vuông là ion đối, không trực tiếp phối trí.

Kết quả Phiếu học tập số 1: (a) [Co(NH₃)₆]³⁺: 6 NH₃ trung tính nên x = +3, Co(+3); số phối trí 6. (b) [CuCl₄]²⁻: x + 4(−1) = −2, x = +2, Cu(+2); số phối trí 4. (c) [PtCl₂(NH₃)₂] trung tính: x + 2(−1) + 2×0 = 0, x = +2, Pt(+2); số phối trí 4. (d) [Cu(H₂O)₆]²⁺: Cu(+2), sáu phối tử một càng nên số phối trí 6. Kết luận: điện tích phức và số phối trí là hai đại lượng khác nhau; số phối trí cao không đồng nghĩa điện tích cao.

Nêu được dạng hình học của phức bát diện, tứ diện, vuông phẳng và giải thích được số phối trí 4 chưa đủ để xác định duy nhất hình học.

Hoạt động nhóm chuyên gia (mảnh ghép) với Phiếu học tập số 2 và mô phỏng NeoEdu: nhóm 1 xem [Cu(OH₂)₆]²⁺ dạng bát diện, nhóm 2 xem [PtCl₄]²⁻ dạng vuông phẳng, nhóm 3 xem [CoCl₄]²⁻ dạng tứ diện. Mỗi nhóm trả lời: số phối trí, cách sắp xếp phối tử, góc liên kết lí tưởng. Sau đó các nhóm ghép thành nhóm mới để tổng hợp và trả lời: Vì sao hai phức cùng số phối trí 4 nhưng khác hình?

Kết quả Phiếu học tập số 2: (1) Bát diện, số phối trí 6: 6 phối tử ở ba cặp hướng đối nhau ±x, ±y, ±z quanh trung tâm; góc lân cận 90°, góc đối diện 180°; [Cu(H₂O)₆]²⁺ có mô hình bát diện nhưng thực tế có thể biến dạng. (2) Vuông phẳng, số phối trí 4: 4 phối tử cùng nằm trong một mặt phẳng, góc 90° và 180°; [PtCl₄]²⁻ (Pt(+2)) có dạng vuông phẳng. (3) Tứ diện, số phối trí 4: góc lí tưởng khoảng $109{,}5^\circ$; [CoCl₄]²⁻ (Co(+2)) có dạng tứ diện. Kết luận: số phối trí 4 có thể ứng với tứ diện hoặc vuông phẳng, nên không thể suy ra hình học chỉ từ số phối trí; cần dựa vào dữ liệu hình học đã cho hoặc phức đã học.

Vận dụng khái niệm, quy tắc tính điện tích, số oxi hoá, số phối trí và dạng hình học để giải các bài tập.

HS làm bài tập cá nhân rồi kiểm tra chéo trong nhóm: (1) Trong liên kết cho–nhận tạo phức, phối tử là gì? A. Cho cặp electron; B. Nhận cặp electron từ trung tâm; C. Luôn là cation kim loại; D. Luôn là ion −1. (2) NH₃ là phối tử có điện tích nào? A. +1; B. −1; C. +3; D. 0. (3) Tính số oxi hoá Co trong [Co(NH₃)₆]³⁺. (4) Xét các phát biểu: a) [CuCl₄]²⁻ có Cu(+2); b) Số phối trí 4 luôn vuông phẳng; c) [Cu(H₂O)₆]²⁺ có sáu phối tử một càng; d) Ion ngoài ngoặc vuông luôn là phối tử. Xác định đúng/sai. (5) Ghép hình học với mô tả: bát diện lí tưởng, vuông phẳng, tứ diện lí tưởng với các mô tả: góc khoảng 109,5°; bốn phối tử cùng mặt phẳng; sáu hướng ±x, ±y, ±z.

Đáp án: (1) A. Phối tử cho cặp electron vào trung tâm. (2) D. NH₃ trung tính, khác NH₄⁺. (3) Co(+3), vì sáu NH₃ trung tính nên x = +3. (4) a) Đúng, x − 4 = −2, x = +2; b) Sai, số phối trí 4 có thể là tứ diện hoặc vuông phẳng; c) Đúng, sáu H₂O một càng; d) Sai, ion đối không trực tiếp phối trí theo công thức. (5) Bát diện lí tưởng – sáu hướng ±x, ±y, ±z; Vuông phẳng – bốn phối tử cùng mặt phẳng; Tứ diện lí tưởng – góc khoảng 109,5°. Kết luận: số phối trí của [Cu(H₂O)₆]²⁺ là 6.

Vận dụng kiến thức về phức chất để nhận diện nguyên tử trung tâm và vai trò của phức chất trong hệ sinh học quen thuộc.

Nhiệm vụ cá nhân, có thể hoàn thành về nhà: Lập sơ đồ tư duy hoặc bảng so sánh hai phức chất trong tự nhiên: hemoglobin và chlorophyll. Nội dung gồm: nguyên tử trung tâm, vai trò của phức chất, nhận xét về mối liên hệ giữa cấu tạo và chức năng. Gợi ý HS trả lời: Hemoglobin là phức chất của sắt vận chuyển oxygen; chlorophyll là phức chất của magnesium.

Sản phẩm mẫu: Hemoglobin – nguyên tử trung tâm là sắt; chức năng vận chuyển oxygen. Chlorophyll – nguyên tử trung tâm là magnesium; là phức chất có trong thực vật. Nhận xét: cùng là phức chất có nguyên tử trung tâm liên kết với phối tử bằng liên kết cho–nhận, nhưng khác nhau về nguyên tử trung tâm và chức năng sinh học.