Tải bản đầy đủ

Bài tập trắc nghiệm phức chất kèm đáp án hóa vô cơ

Đáp án bài tập phức chất
Nhóm bài tập:
Nhóm 1: Các bài 1 & 6
Nhóm 2: Các bài 2 & 7
Nhóm 3: Các bài 3 & 8
Nhóm 4: Các bài 4 & 9
Nhóm 5: Các bài 5 & 10
Bài 1.Hãy thiết lập phức hexaaqua sắt(II) và tetratiocyanatonikelat(II)(*) bằng thuyết liên
kết hóa trị. Cho biết phức hexaaqua sắt(II) có cấu hình bát diện và
tetratiocyanatonikelat(II)có cấu hình tứ diện. Cho biết màu của các phức này.
(*) tiocyanat - SCN- ; isotiocyanat – NCS- (khi chỉ có 1 loại ion, người ta thường gọi tên
chung là tiocyanat)
Bài làm
Phức hexaaqua sắt(II) : [Fe(H2O)6]2+
Cấu hình: bát diện
Vì đề bài không nói rõ từ tính của phức nên ta dùng bảng thông số tách P và năng lượng
ghép đôi Δ trong phức bát diện để kiểm tra trước. Theo thuyết trường tinh thể, PFe2+ = 209,9
kJ/mol > ΔO[Fe(H O) ]2+ = 124,1 kJ/mol nên phức này là phức spin cao. Do đó, khi Fe2+ lai hoá tạo
2

6


phức [Fe(H2O)6]2+, phân lớp 3d của nó có 4 electron độc thân. Phức có tính thuận từ.

4d
4p
4s
3d6

2+

Fe ở trạng
thái tự do

↑↓ ↑

Fe2+ lai hóa
tạo phức
[Fe(H2O)6]2+ ↑↓ ↑







3d6

4s

4p
4d







..


..

..

..

..

..

-----------Lai hóa sp3d2----------->
Từ tính : thuận từ do còn electron độc thân.


Phức tetratiocyanatonikelat(II): [Ni(SCN)4]2Cấu hình: tứ diện
4p
4s

Ni2+ ở trạng
thái tự do

3d8
↑↓

Ni2+ lai hóa
tạo phức
[Ni(SCN)4]2-

↑↓ ↑↓ ↑



3d8
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑

4s


..

4p
..

..

..

←------- lai hóa sp3 -----→
Cho biết màu sắc của các phức chất
Thuyết liên kết hoá trị không thể giải thích được màu sắc của phức chất. Muốn xác định màu, ta
cần dùng thuyết trường tinh thể. Theo đó, màu của phức quan sát được phụ thuộc vào thông số
tách trường tinh thể Δ của phức. Thông số này lại phụ thuộc bản chất của nguyên tử trung tâm,
loại phối tử và cấu hình của phức.
-

Đối với phức bát diện [Fe(H2O)6]2+, ΔO = 124,1 kJ/mol < 149 kJ/mol => bước sóng λ bị
hấp thụ > 750nm thuộc vùng hồng ngoại => phức không có màu.
Đối với phức tứ diện [Ni(SCN)4]2-, ΔB ≈ 4/9 .ΔO ≈ 4/9 .76 ≈ 33,78 kJ/mol < 149 kJ/mol
=> bước sóng λ bị hấp thụ > 750nm thuộc vùng hồng ngoại => phức không có màu.

Bài 2: Dự đoán giá trị năng lượng tách trường tinh thể của hexaamminiridi(III).
Bài làm
Năng lượng tách trường tinh thể của phức [Rh(NH3)6]3+ = 404 Kj/mol. Thực nghiệm cho
thấy đối với các nguyên tố chuyển tiếp trong cùng phân nhóm, cùng loại phức thì năng lượng
tách trường tinh thể của phức nguyên tố đứng dưới cao hơn của phức đứng trên 25-50%. Vậy
năng lượng tách trường tin h thể của phức hexaamminiridi(III) nằm trong khoảng: 505-606
Kj/mol
Bài 3. Vẽ sơ đồ năng lượng của phức hexacyanomanganat(II) và phức tứ diện tetraaqua
đồng(II) theo thuyết trường tinh thể. Cho biết các tính chất từ, cường độ từ tính và màu
sắc của phức.
Bài làm


Phức hexacyanomanganat (II) [Mn(CN)6]4 – :
 Sơ đồ năng lượng

 Tính chất:
  = 308,9 (kJ/mol)
 P = 304,2 (kJ/mol)
  P  phức có spin thấp
 Phức có tính thuận từ
 Dựa vào ∆ ta có thể dự đoán phức không màu
 Phức tứ diện tetraaqua đồng (II) [Cu(H2O)4]2+
 Sơ đồ năng lượng:

 Tính chất:
 Ta có năng lượng tách trường tinh thể của phức bát diện hexaaqua đồng (II)
B = 150,3 (kJ/mol). Vì phức bát diện có ∆T  4/9∆B của phức bát diện có
cùng chất tạo phức và cùng loại phối tử, suy ra năng lượng tách trường tinh
thể của phức tetraaqua đồng (II) bằng khoảng 66,8 kJ/mol
 Phức có tính thuận từ
 Dựa vào ∆ ta có thể dự đoán phức không màu


Bài 4. Tính năng lượng ổn định trường tinh thể của các phức bát diện tri(etan-1,2diamin)techneti(IV), phức bát diện tri(etan-1,2-diamin) đồng(II) và phức tứ diện di(etan1,2-diamin) đồng(II)

Bài làm:
a/Phức bát diện Tri(etan-1,2-diamin)techneti(IV)
Phức có cấu hình

d 3

E = -2/5 *3= -2/5(459,7)*3 = -551,64Kj/mol

b/ Phức bát diện tri(etan-1,2-diamin) đồng(II)
Phức có cấu hình:

d 6 d 3

E = (-2/5*6) + (3/5*3) = -2/5( 195,7)*6 + 3/5(195,7)*3= -1117,42 kJ/mol
c/Phức tứ diện di(etan-1,2-diamin) đồng(II)
Phức có cấu hình:

d 4 d 5

T  4/9B suy ra T 4/9(195,7) = 86,98 Kj/mol
E = (-3/5*4) + (2/5*5) = -3/5(86,98)*4 + 2/5(86,98)*5 = -34,79
(Ghi chú vì các phức trên có số electron trên d <4 và >7 nên không có phức spin thấp, vì
vậy không cần sử dụng giá trị P)
Bài 5: Dự đoán năng lượng tách trường tinh thể của phức bát diện [Co(en)3]2+, phức này là
phức spin cao hay phức spin thấp?
Các số liệu thực nghiệm cho thấy năng lượng tách trường tinh thể bát diện đối với các ion hóa
trị 2, ∆B có giá trị từ khoảng 7500 cm-1 – 12500cm-1 còn đối với ion hóa trị 3, ∆B có giá trị từ
khoảng 14.000 – 25.000cm-1. Như vậy, năng lượng tách trường tinh thể của ion hóa trị 3 thường
gấp đôi so với của ion hóa trị hai. Trong trường hợp Cobalt, cũng thấy điều này qua các phức
ammin và aqua của chúng:


Co(III)

P
(kJ/mol)
250,5

Co(II)

304,2

ion


(kJ/mol)
217,0
273,2
277,9
110,9
132,4

Phối tử
H2O
NH3
en(*)
H2O
NH3

Từ đây suy ra năng lượng tách trường tinh thể của phức bát diện [Co(en)3]2+ 1/2 năng lượng
tách trường tinh thể của phức bát diện [Co(en)3]3+ .
Phức bát diện [Co(en)3]2+ là phức spin cao vì P = 304 >   277,9/2
(Ghi chú: 1 cm-1 = 11,96 J/mol)

Bài 6. Trong số các nguyên tố sau: Sc, Hf, W, Ru, Mo, Mn, Ir, nguyên tố nào không thể tạo
phức bát diện spin thấp. Giải thích lý do.
Bài làm
Cấu hình electron của các nguyên tố:
Sc : (Ar) 3d14s2
Mo: (Kr) 4d55s1
14
2 2
Hf : (Xe) 4f 5d 6s
Mn : (Ar)3d54s2
W : (Xe) 4f145d46s2
Ir : (Xe)4f145d76s2
Ru : (Kr) 4d56s2
Số electron trên d < 4 thì trong phức bát diện, trên

d

không có sự cặp đôi electron, vì vậy

không có phức spin thấp. Xét các nguyên tố trên, Sc không thể xuất hiện phức spin thấp ở bất cứ
số oxy hóa nào. Các nguyên tố còn lại, về lý thuyết đều có thể tạo phức bát diện spin thấp (Hf(0)
có thể có d4)
Bài 7. Dựa vào thuyết trương tinh thể giải thích hiện tượng hợp chất của các nguyên tố
chuyển tiếp thường có màu, còn hợp chất của các nguyên tố không chuyển tiếp thường
không có màu. Các hợp chất của nguyên tố f thường có màu không? Vì sao?
Bài làm
Màu sắc của các chất trong ánh sáng mắt trời là phần ánh sáng còn lại sau khi chất đã hấp thụ
một (hay một số) bước sóng trong vùng ánh sáng khả kiến.
Thuyết trường tinh thể cho rằng, sự tương tác tĩnh điện giữa phối tử và chất tạo phức có thể làm
giảm sự suy biến của các phân lớp lượng tử của chất tạo phức. Do các phân lớp d có các orbital
có sự phân bố không gian khác nhau, nên dưới tác dụng của phối tử, chúng bị giảm sự suy biến
và tách ra thành một số mức năng lượng (ví dụ: với phân lớp d, phức bát diện và tứ diện: tách
thành 2 mức năng lượng, phức vuông: tách thành 4 mức năng lượng...) . Do các nguyên tố d có


số electron trên phân lớp (n-1)d hóa trị chưa bão hòa nên nếu sự chênh lệc giữa các mức năng
lượng này nằm trong vùng ánh sáng khả kiến thì phức chất của chúng có màu.
Vì phân lớp f cũng có các orbital có sự phân bố khác biệt trong không gian, nên tương tự phân
lớp d, phân lớp f cũng có hiện tượng giảm sự suy biến dưới tác động của trường tinh thể (của
phối tử), vì vậy các phức f cũng thường có màu.
Bài 8. Hãy cho biết theo thuyết orbital phân tử độ bền của phức hexaaquacobalt(II) và
phức pentacarbonyl sắt(0) liên quan đến những liên kết nào?
Bài làm:
 Theo thuyết orbital phân tử, độ bền của phức hexaaquacobalt (II) [Co(H2O)6]2+ và phức
pentacarbonyl sắt (0) Fe(CO)5 phụ thuộc vào liên kết π và liên kết σ.
Trong đó CO là phối tử nhận 
Giản đồ năng lượng các MO hóa trị của phân tử CO: (z là trục liên kết)
(s)2 (s*)*2 (xy)4(z)2(x*y*)
CO sử dụng MO (x*y*) tạo liên kết  với các AO d của Fe
H2O là phối tử cho  rất yếu.
Giản đồ năng lượng các MO hóa trị của phân tử H2O (xy là mặt phẳng đối xứng )
(s)2 (z)2 (y)2 (x0)2
Nước dùng MO không liên kết (x0)2 tạo liên kết  với AO của Co

Bài 9. Hãy trình bày những ưu điểm và những hạn chế của thuyết liên kết hóa trị và phân
tích nguyên nhân những hạn chế này.
Bài làm
Ưu điểm của thuyết liên kết hóa trị : giải thích được
 Số phối trí của phức
 Cấu hình không gian của phức
 Tính chất từ của phức
 Kết quả tính năng lượng của một số phức có bản chất liên kết cộng hóa trị rất gần với
các số liệu thực nghiệm
Hạn chế :
 Không giải thích được vì sao các phức của nguyên tố chuyển tiếp d và f thường có
màu trong khi phức nguyên tố không chuyển tiếp (nguyên tố p) thường không có
màu.
 Vì sao các nguyên tố chuyển tiếp tạo được nhiều phức chất hơn hẳn các nguyên tố
không chuyển tiếp.
 Nguyên nhân có sự cặp đôi electron ở một số phức chất.
Nguyên nhân hạn chế:





Không phát hiện đến sự biến đổi cấu trúc electron của chất tạo phức dưới tác dụng
của phối tử.
Chưa đề cập toàn diện đến bản chất liên kết của phức: Phức không chỉ hình thành
nhờ liên kết cộng hóa trị mà còn có thể hình thành nhờ liên kết ion

Bài 10. Vì sao nước tạo phức với các kim loại thường kém hơn hẳn so với các phối tử khác
mặc dù nó có vị trí trung gian trong dãy hóa quang phổ?
Bài làm
H2O là phối tử cho π rất yếu, vì vậy nó chiếm vị trí trung gian trong dãy hóa quang phổ. Tuy
nhiên, độ bền của phức không phải luôn đồng biến với giá trị của năng lượng tách trường tinh
thể. Theo thuyết MO trong phức:
Đối với phối tử không tạo liên kết  và phối tử nhận ,  càng lớn thì liên kết MO  của phức
càng bền.
Tuy nhiên đối với các phối tử cho , trong nhiều trường hợp giá trị  càng nhỏ chứng tỏ liên kết
MO  càng bền, do đó phức càng bền.

Thông số tách (∆) và năng lượng ghép đôi electron (P) trong phức bát diện
ion
Cr(III)

Cr(II)

P
(kJ/mol)
-

280,4

Phối tử
H2 O
NH3
FClBrCNNCSC2O42H2 O
NH3


(kJ/mol)
207
257,7
181,3
164,6
125,5
318,5
212,6
206,2
165,8
205,2

Co(III)

P
(kJ/mol)
250,5

Co(II)

304,2

Ni(II)

-

ion

Phối tử
H2 O
NH3
FCNen(*)
H2 O
NH3
FClH2 O


(kJ/mol)
217,0
273,2
155,
405,6
277,9
110,9
132,4
95,4
84,0
103,8


Mn(II)

Mn(IV)
Fe(III)

Fe(II)

304,2

357,9

209,9

H2 O
FClCNNCSBrgly (****)
H2 O
NH3
FClCNH2 O
NH3
FClBrCN-

101,4
90,2
89,5
308,9
104,9
69,0
324,9
163,4
202,8
150,8
130,6
417,6
124,1
153,9
106,2
99,01
93,1
403,2

Cu(II)

-

Ru(II)
Mo(III)
Rh(III)
Tc(IV)
Ir(III)
Pt(IV)
V(III)
V(II)

-

NH3
en(*)
SCNH2 O
NH3
en(*)
FClNCSpy(**)
NH3
en(*)
bpy(***)
CNH2 O
H2 O
N3-

128,8
133,6
76,0
150,3
180,1
195,7
128,8
120,5
244,2
362,2
404,0
459,7
509,5
732,6
212,4
140,8
119,2

(*) en – etan-1,2-diamin (H2N-C2H4-NH2)

Cường độ của năng lượng tách trường tinh thể ∆B phụ thuộc vào các yếu tố sau:
1) Phụ thuộc vào trạng thái oxy hóa của kim loại
Đối với các ion hóa trị 2, ∆B có giá trị từ khoảng 7500 cm-1 – 12500cm-1. Đối với ion hóa trị
3, ∆B có giá trị từ khoảng 14.000 – 25.000cm-1.
2) Phụ thuộc vào vị trí trong phân nhóm
Giá trị ∆B của cùng một loại phức trong một phân nhóm kim loại chuyển tiếp tăng từ 25%
đến 50% từ trên xuống của các nguyên tố kế tiếp nhau. Ví dụ: [M(NH3)6]3+ với M = Co
23.000cm-1, M = Rh 34.000cm-1, M = Ir 41.000cm-1.
3) Phụ thuộc vào cấu hình phức và số lượng phối trí.
Với cùng một loại phối tử ∆T có giá trị xấp xỉ 4/9∆B. Điều này liên quan đến việc giảm số
lượng phối tử và quan hệ định hướng của chúng đối với các orbital d.


4) Phụ thuộc vào bản chất của phối tử
Sự phụ thuộc của ∆ vào bản chất của phối tử tuân theo một dãy có tính chất kinh nghiệm
có tên là dãy hóa quang phổ, cho các kim loại ở tất cả các trạng thái oxy hóa và ở tất cả các
dạng hình học (của phức)



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×