Giáo án Bài 29. Một số tính chất và ứng dụng của phức chất

Huy động kiến thức nền về ion kim loại trong nước; tạo tình huống gợi vấn đề về bản chất phức aqua và sự thay đổi màu khi thêm phối tử.

HS dự đoán: dung dịch CuSO₄ màu xanh là do ion Cu²⁺ tự do hay do phức chất có Cu²⁺ trung tâm được bao quanh bởi phân tử nước? Sau đó quan sát ống CuSO₄ đối chứng trong mô phỏng NeoEdu (phức aqua $[\mathrm{Cu(H_2O)_6}]^{2+}$ xanh nhạt) và ghi lại dự đoán ban đầu. GV nêu câu hỏi: Nếu thêm NH₃ thì màu và sản phẩm sẽ thay đổi thế nào?

HS ghi được: CuSO₄ tan trong nước tạo phức aqua $[\mathrm{Cu(H_2O)_6}]^{2+}$ có màu xanh nhạt; nước là phối tử, Cu vẫn có số oxi hoá +2. Câu hỏi định hướng: NH₃ có thay được nước không và thay bao nhiêu phối tử.

Mô tả được hiện tượng khi thêm NH₃ từ ít đến dư và khi thêm Cl⁻ vào dung dịch Cu²⁺; giải thích được vai trò kép của NH₃ và viết được phương trình thay thế phối tử.

Nhóm 4 HS làm việc theo kĩ thuật khăn trải bàn với Phiếu học tập số 1. Nhóm xem mô phỏng 'Ống phản ứng' nhỏ dần NH₃ 1 M vào 2 mL CuSO₄ $0{,}1$ M, ghi hiện tượng ở từng giai đoạn: ít NH₃ (khoảng $0{,}4$ mL có kết tủa xanh nhạt nhiều nhất), NH₃ dư (kết tủa tan, dung dịch xanh lam đậm). Sau đó xem mô phỏng nhỏ HCl đặc vào dung dịch CuSO₄ và ghi nhận màu vàng lục.
Câu hỏi thảo luận: (1) Vì sao ban đầu NH₃ tạo kết tủa Cu(OH)₂? (2) Vì sao NH₃ dư làm kết tủa tan? Viết phương trình thay thế 4 phân tử H₂O bằng 4 NH₃. (3) Vì sao Cl⁻ đủ cao tạo màu vàng lục? Viết phương trình. (4) Số oxi hoá của Cu thay đổi không?

Kết luận của nhóm:

• Giai đoạn 1 (NH₃ ít): NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻; Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ xanh nhạt; NH₃ đóng vai base.
• Giai đoạn 2 (NH₃ dư): Cu(OH)₂ + 4NH₃ + 2H₂O ⇌ $[\mathrm{Cu(NH_3)_4(H_2O)_2}]^{2+}$ + 2OH⁻; phức xanh lam đậm, NH₃ đóng vai phối tử.
• Phản ứng thay phối tử mô hình: $[\mathrm{Cu(H_2O)_6}]^{2+}$ + 4NH₃ ⇌ $[\mathrm{Cu(NH_3)_4(H_2O)_2}]^{2+}$ + 4H₂O.
• Với Cl⁻ đủ cao: $[\mathrm{Cu(H_2O)_6}]^{2+}$ + 4Cl⁻ ⇌ $[\mathrm{CuCl_4}]^{2-}$ + 6H₂O; màu vàng hoặc vàng lục, phụ thuộc nồng độ Cl⁻.
• Cu vẫn có số oxi hoá +2 trong các phức; không tạo Cu kim loại.
• Không nói một lượng nhỏ NH₃ đã thay hoàn toàn 6 phân tử nước; màu phụ thuộc nồng độ, nhiệt độ và tỉ lệ.

Giải thích được AgCl tan trong NH₃ dư theo cân bằng tạo phức; phân biệt được thay phối tử với oxi hoá–khử qua trường hợp thuốc thử Tollens với aldehyde.

Nhóm làm Phiếu học tập số 2. Nhiệm vụ 1: viết phương trình AgCl tan trong NH₃ dư và xác định số oxi hoá của Ag trước và sau phản ứng. Nhiệm vụ 2: xem mô phỏng 'Tráng bạc bằng thuốc thử Tollens' và ghi hiện tượng khi glucose cho bạc bám vào thành ống nghiệm. Nhiệm vụ 3: viết phương trình $\mathrm{RCHO}$ + 2$[\mathrm{Ag(NH_3)_2}]^+$ + 3OH⁻ → RCOO⁻ + 2Ag + 4NH₃ + 2H₂O với R = CH₂OH(CHOH)₄ (glucose), xác định chất khử và chất oxi hoá. Nhiệm vụ 4: nêu lí do không suy đây đều là thay phối tử và lưu ý an toàn.

Kết luận của nhóm:

• AgCl + 2NH₃ ⇌ $[\mathrm{Ag(NH_3)_2}]^+$ + Cl⁻; Ag vẫn +1, NH₃ là phối tử trung tính, cân bằng tạo phức làm giảm Ag⁺ tự do và kéo quá trình hoà tan.
• Thuốc thử Tollens là dung dịch $[\mathrm{Ag(NH_3)_2}]^+$; phản ứng với glucose: RCHO + 2$[\mathrm{Ag(NH_3)_2}]^+$ + 3OH⁻ → RCOO⁻ + 2Ag↓ + 4NH₃ + 2H₂O; Ag(+1) nhận electron thành Ag(0), đầu aldehyde bị oxi hoá; đây là phản ứng oxi hoá–khử.
• Đối chứng không glucose không tạo lớp bạc theo mô hình; các chất khử khác cũng có thể cho Ag nên không nhận biết duy nhất glucose từ lớp bạc.
• Không giữ dung dịch hoặc cặn Tollens, không làm khô; chỉ GV chuẩn bị và xử lí ngay theo quy trình.

Vận dụng kiến thức để chọn đáp án đúng, xét tính đúng sai các phát biểu và tính số mol trong phản ứng tạo phức.

HS làm việc cặp đôi, giải các câu sau:
Câu 1. Cu(OH)₂ tan trong NH₃ dư chủ yếu do đâu? A. Cu(II) bị khử thành Cu(0); B. NH₃ chuyển toàn bộ Cu thành Cu(I); C. Chỉ do pha loãng, không có cân bằng phối trí; D. Tạo phức tan.
Câu 2. Hiện tượng ban đầu khi cho ít NH₃ vào CuSO₄? A. Cu kim loại đỏ xuất hiện; B. Kết tủa CuCl₂ trắng dù không thêm Cl⁻; C. Kết tủa Cu(OH)₂ xanh nhạt; D. Dung dịch xanh lam đậm ngay và không có kết tủa.
Câu 3. 0,020 mol AgCl tạo phức $[\mathrm{Ag(NH_3)_2}]^+$ hoàn toàn, tối thiểu theo tỉ lượng cần bao nhiêu mol NH₃?
Câu 4. Xét các phát biểu về thay phối tử: a) NH₃ và Cl⁻ có thể làm phối tử; b) Màu phức không phụ thuộc môi trường; c) Phản ứng Tollens với aldehyde là oxi hoá–khử; d) Lưu dung dịch Tollens sau thí nghiệm là an toàn. Xác định đúng (Đ) hoặc sai (S).
Câu 5. 0,050 mol $[\mathrm{Cu(H_2O)_6}]^{2+}$ thay 4 H₂O bằng NH₃ theo mô hình. Tính số mol NH₃ phối trí.

Đề và đáp án:

• Câu 1: Đáp án D (Cu(II) phối trí với NH₃ tạo phức tan xanh lam đậm).
• Câu 2: Đáp án C (NH₃ nhận proton của nước tạo OH⁻; Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓).
• Câu 3: 0,040 mol NH₃ (1 AgCl cần 2 NH₃ theo phương trình, 0,020 × 2 = 0,040 mol; thực tế có thể cần dư do cân bằng).
• Câu 4: a) Đ; b) S (màu phụ thuộc phối tử và nồng độ); c) Đ; d) S (không lưu thuốc thử Tollens hoặc cặn).
• Câu 5: 0,200 mol NH₃ (mỗi phức thay 4 phân tử H₂O, 0,050 × 4 = 0,200 mol).

Vận dụng kiến thức phức chất để nêu và lập luận ứng dụng trong phân tích, y học, mạ, tráng gương và sinh học; nhận ra ranh giới khi khái quát.

Nhóm 4 HS hoàn thành sơ đồ tư duy 'Phức chất trong đời sống' với các nhánh: phân tích định tính ion kim loại bằng phức màu; y học (cisplatin là thuốc điều trị chuyên khoa); mạ bạc và tráng gương; sinh học (chlorophyll có trung tâm Mg, nhân heme chứa Fe hỗ trợ vận chuyển oxygen, vitamin B₁₂ chứa Co trong hệ phối trí đặc thù).
Câu hỏi tình huống: Một bạn cho rằng 'mọi hợp chất Pt hoặc mọi phức chứa cùng kim loại đều dùng làm thuốc được'. Nhóm hãy phản biện và nêu lí do dựa trên kiến thức bài học.
Bài tập về nhà được giao kèm theo nhiệm vụ này.

Sơ đồ tư duy gồm đủ 4 nhánh, mỗi nhánh có ít nhất 1 ví dụ đúng.
Phản biện đúng: không suy mọi phức Pt hoặc phức cùng kim loại đều cùng tác dụng; cisplatin là thuốc điều trị chuyên khoa, còn các phức khác có cấu tạo và công dụng riêng; vai trò sinh học của kim loại không suy ra muối phòng học an toàn để uống; phức phân tích và xúc tác cần cấu tạo xác định.