Bài học

Sắt, crom, đồng và khái niệm phức chất

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em viết được phương trình chuyển hoá qua lại giữa $Fe^{2+}$ và $Fe^{3+}$ , nêu đúng tính lưỡng tính của $Cr_2O_3$ và tính khử trung bình của Cu, và giải thích được khái niệm phức chất qua chính các phản ứng đã gặp ở những chương trước.

Sau bài này, em viết được phương trình chuyển hoá qua lại giữa $Fe^{2+}$ và $Fe^{3+}$, nêu đúng tính lưỡng tính của $Cr_2O_3$ và tính khử trung bình của Cu, và giải thích được khái niệm phức chất qua chính các phản ứng đã gặp ở những chương trước.

Kiến thức nền cần nhớ

Same-grade bridge: Course 9 — Sắt, Crom, Đồng và phức chất đã dạy riêng lẻ từng kim loại chuyển tiếp. Bài ôn tập này gom chúng lại theo đúng đặc điểm chung: kim loại chuyển tiếp có nhiều trạng thái oxi hoá, khác hẳn kim loại nhóm A chỉ có một trạng thái oxi hoá phổ biến, và đặc biệt dễ tạo phức chất với các phối tử như $NH_3$ , $OH^-$ .

Same-grade bridge: Course 9 — Sắt, Crom, Đồng và phức chất đã dạy riêng lẻ từng kim loại chuyển tiếp. Bài ôn tập này gom chúng lại theo đúng đặc điểm chung: kim loại chuyển tiếp có **nhiều trạng thái oxi hoá**, khác hẳn kim loại nhóm A chỉ có một trạng thái oxi hoá phổ biến, và đặc biệt dễ tạo **phức chất** với các phối tử như $NH_3$, $OH^-$.

Khởi động

Dung dịch $FeSO_4$ mới pha có màu xanh nhạt, nhưng để hở ngoài không khí vài ngày, màu dung dịch chuyển dần sang vàng nâu. Không có ai thêm hoá chất gì vào, vậy vì sao màu sắc lại tự thay đổi?

Kiến thức trọng tâm

Sắt có hai trạng thái oxi hoá phổ biến $Fe^{2+}$ và $Fe^{3+}$ , chuyển hoá qua lại tuỳ chất oxi hoá hoặc chất khử có mặt. $Fe^{2+}$ kém bền, dễ bị oxi hoá lên $Fe^{3+}$ bởi oxygen không khí: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \to 4Fe(OH)_3$ (kết tủa trắng xanh chuyển dần sang nâu đỏ) — đây chính là lí do dung dịch $Fe^{2+}$ để lâu ngoài không khí đổi màu vàng nâu. Ngược lại, $Fe^{3+}$ có thể bị khử về $Fe^{2+}$ khi gặp kim loại hoạt động mạnh hơn: $Fe + 2FeCl_3 \to 3FeCl_2$ .

Crom cũng có nhiều trạng thái oxi hoá: $Cr_2O_3$ (mức +3) thể hiện tính lưỡng tính, phản ứng được cả acid lẫn base: $Cr_2O_3 + 2NaOH \to 2NaCrO_2 + H_2O$ ; $CrO_3$ (mức +6) có tính oxi hoá rất mạnh. Đồng có tính khử trung bình — không phản ứng với $HCl$ loãng hay $H_2SO_4$ loãng (đứng sau H trong dãy hoạt động), nhưng phản ứng được với acid có tính oxi hoá mạnh như $H_2SO_4$ đặc nóng: $Cu + 2H_2SO_4$ (đặc, nóng) $\to CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$ .

Phức chất gồm một nguyên tử/ion trung tâm (thường là kim loại chuyển tiếp) liên kết với một số phối tử (phân tử hoặc ion có cặp electron chưa liên kết, như $NH_3$ , $OH^-$ , $H_2O$ ) qua liên kết cho — nhận; số phối tử liên kết trực tiếp gọi là số phối trí, thường gặp là 4 hoặc 6. Khái niệm này thực ra đã xuất hiện ngầm ở nhiều bài trước: $Cu(OH)_2$ tan trong dung dịch $NH_3$ dư tạo phức $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$ màu xanh lam đậm (số phối trí 4); ion $[Ag(NH_3)_2]^+$ chính là dạng hoạt động thực sự trong phản ứng tráng bạc của glucose đã học ở Chương 1.

Sắt có hai trạng thái oxi hoá phổ biến $Fe^{2+}$ và $Fe^{3+}$, chuyển hoá qua lại tuỳ chất oxi hoá hoặc chất khử có mặt. $Fe^{2+}$ **kém bền, dễ bị oxi hoá** lên $Fe^{3+}$ bởi oxygen không khí: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \to 4Fe(OH)_3$ (kết tủa trắng xanh chuyển dần sang nâu đỏ) — đây chính là lí do dung dịch $Fe^{2+}$ để lâu ngoài không khí đổi màu vàng nâu. Ngược lại, $Fe^{3+}$ có thể bị **khử về $Fe^{2+}$** khi gặp kim loại hoạt động mạnh hơn: $Fe + 2FeCl_3 \to 3FeCl_2$. Crom cũng có nhiều trạng thái oxi hoá: $Cr_2O_3$ (mức +3) thể hiện tính **lưỡng tính**, phản ứng được cả acid lẫn base: $Cr_2O_3 + 2NaOH \to 2NaCrO_2 + H_2O$; $CrO_3$ (mức +6) có tính **oxi hoá rất mạnh**. Đồng có tính khử **trung bình** — không phản ứng với $HCl$ loãng hay $H_2SO_4$ loãng (đứng sau H trong dãy hoạt động), nhưng phản ứng được với acid có tính oxi hoá mạnh như $H_2SO_4$ đặc nóng: $Cu + 2H_2SO_4$ (đặc, nóng) $\to CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$. **Phức chất** gồm một nguyên tử/ion **trung tâm** (thường là kim loại chuyển tiếp) liên kết với một số **phối tử** (phân tử hoặc ion có cặp electron chưa liên kết, như $NH_3$, $OH^-$, $H_2O$) qua liên kết cho — nhận; số phối tử liên kết trực tiếp gọi là **số phối trí**, thường gặp là 4 hoặc 6. Khái niệm này thực ra đã xuất hiện ngầm ở nhiều bài trước: $Cu(OH)_2$ tan trong dung dịch $NH_3$ dư tạo phức $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$ màu xanh lam đậm (số phối trí 4); ion $[Ag(NH_3)_2]^+$ chính là dạng hoạt động thực sự trong phản ứng tráng bạc của glucose đã học ở Chương 1.

Ba kim loại chuyển tiếp này còn gắn liền với hai hợp kim công nghiệp quan trọng đã học ở chương trước: gang và thép — cả hai đều là hợp kim của Fe với carbon và một số nguyên tố khác, khác nhau chủ yếu ở hàm lượng carbon (gang có %C cao hơn thép, giòn hơn nhưng rẻ và dễ đúc; thép có %C thấp hơn, dẻo dai hơn, chịu lực tốt hơn, dùng làm kết cấu xây dựng, chế tạo máy). Việc thêm Cr vào thép với tỉ lệ phù hợp tạo ra thép không gỉ (inox) đã nhắc ở chương trước — chính lớp oxide Cr bảo vệ bề mặt là điều giải thích khả năng chống ăn mòn vượt trội của inox so với thép thường.

Ví dụ

Viết phương trình thể hiện hai chiều chuyển hoá Fe²⁺ ⇌ Fe³⁺

1
Viết phương trình: (a) $FeCl_2$ bị oxi hoá thành $FeCl_3$ bởi khí chlorine; (b) $FeCl_3$ bị khử thành $FeCl_2$ bởi kim loại Fe.
Viết phương trình: (a) $FeCl_2$ bị oxi hoá thành $FeCl_3$ bởi khí chlorine; (b) $FeCl_3$ bị khử thành $FeCl_2$ bởi kim loại Fe.
2
$2FeCl_2 + Cl_2 \to 2FeCl_3$ . Chlorine là chất oxi hoá mạnh, oxi hoá $Fe^{2+}$ lên $Fe^{3+}$ .
$2FeCl_2 + Cl_2 \to 2FeCl_3$. Chlorine là chất oxi hoá mạnh, oxi hoá $Fe^{2+}$ lên $Fe^{3+}$.
3
$Fe + 2FeCl_3 \to 3FeCl_2$ . Fe kim loại đóng vai trò chất khử, khử $Fe^{3+}$ (trong phần $FeCl_3$ dư) về $Fe^{2+}$ .
$Fe + 2FeCl_3 \to 3FeCl_2$. Fe kim loại đóng vai trò chất khử, khử $Fe^{3+}$ (trong phần $FeCl_3$ dư) về $Fe^{2+}$.
4
Hai phản ứng minh hoạ rõ tính hai chiều của cặp $Fe^{2+}/Fe^{3+}$ : chiều nào xảy ra phụ thuộc hoàn toàn vào có mặt chất oxi hoá (như $Cl_2$ ) hay chất khử (như Fe kim loại) trong hệ, không tự chuyển hoá nếu không có tác nhân phù hợp.
Hai phản ứng minh hoạ rõ tính hai chiều của cặp $Fe^{2+}/Fe^{3+}$: chiều nào xảy ra phụ thuộc hoàn toàn vào có mặt chất oxi hoá (như $Cl_2$) hay chất khử (như Fe kim loại) trong hệ, không tự chuyển hoá nếu không có tác nhân phù hợp.

Ví dụ

Nhận biết hai dung dịch mất nhãn FeCl₂ và FeCl₃

1
Có hai lọ mất nhãn chứa dung dịch $FeCl_2$ và $FeCl_3$ . Trình bày cách phân biệt hai dung dịch này bằng dung dịch NaOH.
Có hai lọ mất nhãn chứa dung dịch $FeCl_2$ và $FeCl_3$. Trình bày cách phân biệt hai dung dịch này bằng dung dịch NaOH.
2
Nhỏ từ từ dung dịch NaOH vào từng mẫu thử.
3
Với $FeCl_2$ : xuất hiện kết tủa trắng xanh $Fe(OH)_2$ , để ngoài không khí kết tủa chuyển dần sang nâu đỏ do bị oxi hoá thành $Fe(OH)_3$ : $FeCl_2 + 2NaOH \to Fe(OH)_2\downarrow + 2NaCl$ , sau đó $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \to 4Fe(OH)_3$ .
Với $FeCl_2$: xuất hiện kết tủa **trắng xanh** $Fe(OH)_2$, để ngoài không khí kết tủa chuyển dần sang **nâu đỏ** do bị oxi hoá thành $Fe(OH)_3$: $FeCl_2 + 2NaOH \to Fe(OH)_2\downarrow + 2NaCl$, sau đó $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \to 4Fe(OH)_3$.
4
Với $FeCl_3$ : xuất hiện ngay kết tủa nâu đỏ $Fe(OH)_3$ mà không cần chờ oxi hoá: $FeCl_3 + 3NaOH \to Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$ .
Với $FeCl_3$: xuất hiện ngay kết tủa **nâu đỏ** $Fe(OH)_3$ mà không cần chờ oxi hoá: $FeCl_3 + 3NaOH \to Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$.
5
Vậy dựa vào màu kết tủa ban đầu (trắng xanh với $Fe^{2+}$ , nâu đỏ ngay với $Fe^{3+}$ ) và sự biến đổi màu theo thời gian, ta phân biệt được hai dung dịch mà không cần thuốc thử phức tạp nào khác.
Vậy dựa vào màu kết tủa ban đầu (trắng xanh với $Fe^{2+}$, nâu đỏ ngay với $Fe^{3+}$) và sự biến đổi màu theo thời gian, ta phân biệt được hai dung dịch mà không cần thuốc thử phức tạp nào khác.

Sai lầm thường gặp

Sai lầm thường gặp: nghĩ rằng mọi hợp chất $Fe^{2+}$ đều TỰ ĐỘNG chuyển thành $Fe^{3+}$ theo thời gian trong mọi điều kiện. Thực chất quá trình này chỉ xảy ra khi có mặt chất oxi hoá (thường là oxygen không khí) — trong môi trường không có oxygen, $Fe^{2+}$ hoàn toàn bền, không tự chuyển hoá.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

$Fe^{2+}$ dễ bị oxi hoá lên $Fe^{3+}$ (bởi $O_2$ ); $Fe^{3+}$ có thể bị khử về $Fe^{2+}$ (bởi kim loại mạnh hơn). $Cr_2O_3$ lưỡng tính; Cu tính khử trung bình, chỉ phản ứng acid có tính oxi hoá mạnh. Phức chất: ion trung tâm + phối tử qua liên kết cho-nhận, số phối trí thường 4 hoặc 6.

$Fe^{2+}$ dễ bị oxi hoá lên $Fe^{3+}$ (bởi $O_2$); $Fe^{3+}$ có thể bị khử về $Fe^{2+}$ (bởi kim loại mạnh hơn). $Cr_2O_3$ lưỡng tính; Cu tính khử trung bình, chỉ phản ứng acid có tính oxi hoá mạnh. Phức chất: ion trung tâm + phối tử qua liên kết cho-nhận, số phối trí thường 4 hoặc 6.

Chương cuối cùng của khoá học tổng hợp toàn bộ kiến thức đã ôn tập qua năm chương trước thành các dạng đề đúng cấu trúc kì thi tốt nghiệp THPT 2025 — trắc nghiệm nhiều lựa chọn, đúng/sai từng ý, và trả lời ngắn — để em luyện đúng format sẽ gặp trong phòng thi.