Giáo trình hóa học phân tích phần 1 trường đh công nghiệp quảng ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chủ biên: Ths Hoàng Thị Kim Anh Ths Lê Thị Hạnh Ths Nguyễn Thị Như Hoa Ths Nguyễn Thị Mai GIÁO TRÌNH HĨA HỌC PHÂN TÍCH DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2014 LỜI NĨI ĐẦU Hố học phân tích chun nghiên cứu lý thuyết phương pháp phân tích định tính, phân tích định lượng sử dụng phương pháp để xác định thành phần định tính, thành phần định lượng nguyên tố, ion, hợp chất hoá học mẫu nghiên cứu Đồng thời hóa học phân tích khoa học phương pháp kiểm tra phân tích hóa học q trình hố lý kỹ thuật hoá học Đối tượng nghiên cứu hố học phân tích phong phú đa dạng Các mẫu nghiên cứu hỗn hợp, hợp kim, hợp chất, chất vô cơ, chất hữu cơ, chất tự nhiên, chất nhân tạo,… trạng thái rắn, hay trạng thái lỏng, trạng thái khí Riêng lĩnh vực đa dạng: Ví dụ phân tích nước có: nước ăn, nước sử dụng công nghiệp, nước tự nhiên, nước bề mặt, nước ngầm,… Hố học phân tích khơng đóng vai trò quan trọng phát triển nhiều ngành khoa học tự nhiên địa hoá, địa chất, khống vật học, vật lý, sinh học, nơng hố, luyện kim, tuyển khoáng, khoa học vũ trụ, pháp y,… mà cịn có ý nghĩa đặc biệt to lớn phát triển thân khoa học hố học Sự phát triển hóa học phân tích có tác dụng thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp khoa học kỹ thuật khác Để đáp ứng nhu cầu học tập sinh viên khối ngành kỹ thuật, đặc biệt sinh viên ngành kỹ thuật tuyển khoáng thuộc trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, sách tham khảo cho giáo viên bạn đọc muốn hiểu biết sâu Hóa học phân tích, chúng tơi biên soạn giáo trình “Hóa học Phân tích” Giáo trình Hóa học phân tích biên soạn với ba phần: Phân tích định tính, phân tích định lượng phần thực hành Ở cuối chương biên soạn câu hỏi lý thuyết tập - Phần 1: Phân tích định tính giới thiệu cho sinh viên đại cương phân tích định tính hướng dẫn phân tích số nhóm cation (I, II, III, IV) anion (I, II) - Phần 2: Phân tích định lượng giới thiệu hai phương pháp phân tích: Phân tích hóa học phân tích hóa lý + Các phương pháp phân tích hóa học: Giới thiệu hai phương pháp: Phân tích thể tích phân tích định lượng + Các phương pháp phân tích hóa lý: Giới thiệu hai phương pháp: Phân tích điện hóa phân tích trắc quang - Phần 3: Thực hành: Hướng dẫn làm thí nghiệm phân tích định tính định lượng số mẫu dung dịch Việc lựa chọn kiến thức lý thuyết tập với số lượng mức độ thích hợp, phù hợp với đối tượng người học đồng thời đáp ứng yêu cầu tính qn Hóa học Phân tích có khó khăn định Chúng tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp bạn đọc nội dung giáo trình để giáo trình hồn thiện phục vụ bạn đọc tốt Quảng Ninh, ngày tháng năm 2014 Nhóm Tác giả MỤC LỤC PHẦN A: PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH……………………………………… Chương 1: Mở đầu phân tích định tính…………………………………… 1.1 Thuốc thử hóa học………………………………………………………… 1.2 Các phản ứng dùng phân tích định tính……………………………… 1.3 Phương pháp tăng độ nhạy phản ứng………………………………… 1.4 Che giải che ion 1.5 Phân tích riêng lẻ phân tích hệ thống 1.6 Sự phân chia cation anion thành nhóm phân tích Câu hỏi tập Chương 2: Phân tích cation nhóm I …………………………………… 2.1 Đặc tính chung……………………………………………………………… 2.2 Phản ứng cation nhóm I …………………………………………… 2.3 Đường lối phân tích hệ thống cation nhóm I………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… Chương 3: Phân tích cation nhóm II…………………………………… 3.1 Đặc tính chung 3.2 Các phản ứng đặc trưng để phát cation nhóm II……………………… 3.3 Đường lối phân tích hệ thống cation nhóm II………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… Chương 4: Phân tích cation nhóm III…………………………………… 4.1 Tác dụng thuốc thử…………………………………………………… 4.2 Các phản ứng đặc trưng phát cation nhóm III ……………………… 4.3 Đường lối phân tích cation nhóm III…………………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… Chương 5: Phân tích cation nhóm IV…………………………………… 5.1 Phản ứng chung cation nhóm IV……………………………………… 5.2 Phản ứng đặc trưng phát cation nhóm IV…………………………… 5.3 Đường lối phân tích hệ thống cation nhóm IV…………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… Chương 6: Phân tích anion nhóm I………………………………………… 6.1 Phản ứng đặc trưng phát anion nhóm I…………………………… 6.2 Phân tích hỗn hợp anion nhóm I…………………………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… Chương 7: Phân tích anion nhóm II………………………………………… 7.1 Tính chất chung nhóm………………………………………………… 7.2 Phản ứng đặc trưng phát anion nhóm II………………………… 7.3 Phân tích hốn hợp anion nhóm II………………………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… PHẦN B: PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG……………………………………… I: Các phương pháp phân tích hóa học……………………………………… Chương 8: Phương pháp phân tích thể tích………………………………… 8.1 Đại cương phân tích thể tích …………………………………………… 8.2 Các phương pháp chuẩn độ thể tích ……………………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… Chương 9: Phương pháp phân tích khối lượng……………………………… 9.1 Đại cương phân tích khối lượng………………………………………… 1 10 10 10 12 13 15 15 16 19 21 23 23 23 28 30 32 32 33 34 36 38 38 44 46 47 47 47 52 54 55 55 55 55 58 75 80 80 9.2 Phương pháp tạo kết tủa, tách, rửa, sấy nung kết tủa…………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… II: Các phương pháp phân tích hóa lý……………………………………… Chương 10: Phân tích điện hóa……………………………………………… 10.1 Một số khái niệm bản………………………………………………… 10.2 Điện cực………………………………………………………………… 10.3 Chuẩn độ điện thế………………………………………………………… 10.4 Tiêu chuẩn hóa pH cách xác định pH………………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… Chương 11: Phân tích trắc quang……………………………………………… 11.1 Nguyên tắc chung phương pháp……………………………………… 11.2 Định luật hấp thụ ánh sáng………………………………… 11.3 Các nguyên nhân làm sai lệch định luật………………………………… 11.4 Các phương pháp xác định……………………………………………… Câu hỏi tập……………………………………………………………… PHẦN THỰC HÀNH ………………………………………………………… Bài TN 1: Giới thiệu quy tắc, số dụng cụ thao tác PTN Một số quy tắc làm việc PTN hóa……………………………………… Cơng dụng cách sử dụng số dụng cụ thủy tinh thông thường……… Một số thao tác PTN hóa……………………………………………… Thực hành kỹ thuật cân, pha dung dịch……………………………………… Bài TN 2: Phân tích xác định cation nhóm I………………………… Phân tích riêng lẻ cation nhóm I………………………………………… Phân tích hỗn hợp cation nhóm I………………………………………… Bài TN 3: Phân tích xác định cation nhóm II………………………… Phản ứng cation nhóm II…………………………………………… Phân tích hỗn hợp cation nhóm II……………………………………… Bài TN 4: Phân tích xác định cation nhóm III…………………………… Phân tích riêng lẻ cation nhóm III……………………………………… Phân tích hỗn hợp cation nhóm III……………………………………… Bài TN 5: Phân tích xác định cation nhóm IV…………………………… Phản ứng cation nhóm IV…………………………………………… Phân tích hỗn hợp cation nhóm IV……………………………………… Bài TN 6: Phân tích xác định hỗn hợp cation nhóm I, II, III, IV…… Hướng dẫn chung…………………………………………………………… Sơ đồ phân tích……………………………………………………………… Quy trình phân tích ………………………………………………………… Bài TN 7: Phân tích xác định anion nhóm I……………………………… Phản ứng ion Cl-………………………………………………………… Phản ứng ion Br-, I-……………………………………………………… Phản ứng ion NO3-……………………………………………………… Phản ứng ion SCN-……………………………………………………… Bài TN 8: Phân tích xác định anion nhóm II …………………………… Phản ứng ion SO42-……………………………………………………… Phản ứng ion CO32-……………………………………………………… Phản ứng ion PO43- Bài TN 9: Phân tích xác định hỗn hợp anion nhóm I II Hướng dẫn chung 81 87 89 89 89 90 94 96 100 101 101 101 105 109 111 114 114 114 114 115 116 118 118 119 120 120 121 123 123 126 127 127 128 129 129 129 131 132 132 132 132 133 134 134 134 134 135 135 Sơ đồ phân tích Quy trình phân tích Bài TN 10: Phân tích thể tích theo phương pháp chuẩn độ axit – bazơ Xác định nồng độ HCl dung dịch NaOH Xác định nồng độ NaOH dung dịch chuẩn axit oxalic Bài TN 11: Phân tích thể tích theo pp oxi hóa – khử tạo kết tủa Xác định nồng độ KMnO4 H2C2O4 Xác định nồng độ HCl dung dịch chuẩn AgNO3 Bài TN 12: Phân tích xác định số kim loại nặng nước Cân pha dung dịch chuẩn EDTA 0,01M Xác định ion kim loại Bài TN 13: Phân tích số tiêu nước Phân tích số tiêu hóa học nước sinh hoạt nước thải Phân tích số tiêu nước bề mặt Phụ lục: Một số bảng số quan trọng thường dùng Tài liệu tham khảo 135 136 137 137 137 138 138 138 139 139 139 141 141 143 147 PHẦN A: PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍCH Chương MỞ ĐẦU VỀ PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH 1.1 Thuốc thử hóa học 1.1.1 Khái niệm – Phân loại thuốc thử Thuốc thử hóa học chất tương tác với chất nghiên cứu tạo nên chất có tính chất đặc trưng Ví dụ: Đimêtyglyoxim thuốc thử đặc trưng ion Ni2+ môi trường amoni, tạo với ion kết tủa tinh thể đimêtyl-glyoximat niken có màu hồng đỏ Các thuốc thử dùng phịng thí nghiệm phân tích chia thành thuốc thử đặc trưng, thuốc thử chọn lọc thuốc thử nhóm Các thuốc thử đặc trưng dùng để phát ion phải tìm có ion khác Các thuốc thử chọn lọc phản ứng với số có hạn ion riêng biệt, cịn thuốc thử nhóm phản ứng với tất ion nhóm Các thuốc thử dùng phịng phân tích phải đạt u cầu chủ yếu sau: độ tinh khiết cao, độ nhạy cao có tính đặc trưng 1.1.2 Một số lưu ý sử dụng thuốc thử Trong phân tích định tính chất vơ cơ, ta sử dụng thuốc thử vô hữu Các thuốc thử vơ thường pha nước cất có nồng độ phù hợp với yêu cầu phân tích Khi sử dụng thuốc thử vô cần ý: Một số thuốc thử bị ánh sáng phân tích như: AgNO3, H2O2, KMnO4 phải đựng lọ thuỷ tinh màu nâu, đen pha với nồng độ loãng Một số chất kiềm như: NaOH, KOH, NH4OH… dễ hấp thụ CO2 khơng khí tạo thành muối cacbonat Để hạn chế trình dung dịch kiềm đựng bình kín, tốt có phận lọc khí CO2 Các thuốc thử có tính khử mạnh Fe2+, SnCl2,… khơng khí dễ bị oxy hoá lên trạng thái hoá trị cao làm tính khử Vì trước sử dụng phải kiểm tra lại Dung dịch (NH4)2S dung dịch không màu để lâu chuyển thành màu vàng tạo thành polysunfua đồng thời có khả hấp thụ CO2 Vì phải dùng (NH4)2S điều chế Không chất lẫn với chất kia, gây khó khăn cho q trình phân tích Trước kia, phân tích chất vơ người ta dùng chủ yếu thuốc thử vô cơ, sau việc dùng thuốc thử hữu mở rộng nhanh dùng rộng rãi Đặc điểm thuốc thử hữu có độ nhạy cao có tác dụng chọn lọc, đặc điểm cho phép dùng chúng để phát số ion có mặt ion khác Có hỗn hợp khơng thể phân tích thuốc thử vơ cơ, thuốc thử hữu lại phân tích 1.1.3 Một số thuốc thử hữu thông dụng Ngày người ta tổng hợp nhiều thuốc thử hữu cơ, giới thiệu số thuốc thử thông dụng α - nitrozo - β- naphtol làm thuốc thử Co2+ Đimêtylglyoxim thuốc thử để phát Ni2+ Alizarin (1,2 - dioxiantraquinon): Thuốc thử với Al3+ Đithizon (diphenylthiocacbazon): Thuốc thử Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+ Điphenylcacbazit: thử Hg2+, Cr3+ Điphenylcacbazon: Thuốc thử Hg2+, Ag+ Rodamin B: Thuốc thử phát Sb5+ Thuốc Axit rubeanic: Thuốc thử Cu2+, Ni2+., Co2+ Nitron : Thuốc thử NO3- ClO4- 10 EDTA (muối đinatri axit êtylenđiamin tetraaxêtic complexon III) Thuốc thử tạo phức bền cho đa số ion kim loại pH xác định dung dịch 11 Fluoretxein: Thuốc thử phát Br- 1.2 Các phản ứng dùng phân tích định tính 1.2.1 Phản ứng phân tích chung riêng 1.2.1.1 Phản ứng chung: dùng để dự đốn nhóm ion cần xác định Ví dụ: cation Ba2+, Ca2+, Sr2+ tác dụng với ion CO32- tạo thành kết tủa BaCO3, CaCO3 SrCO3 có màu trắng 1.2.1.2 Phản ứng riêng: phản ứng đặc trưng cho ion cần xác định Ví dụ: Trong mơi trường amoni, ion Ni2+ tác dụng với đimetyl glyoxim tạo thành kết tủa tinh thể đimêtylglyoximat có màu đỏ hồng 1.2.2 Phản ứng phát phản ứng tách ion 1.2.2.1 Phản ứng phát hiện: (phản ứng nhận biết) phản ứng đặc trưng cho ion cần xác định Những phản ứng thường kèm theo biến đổi bề tạo thành chất kết tủa, hịa tan kết tủa, khí, đổi màu dung dịch, có mùi mà ta quan sát dễ dàng Ví dụ: Fe(SCN)3 tan, có màu đỏ máu Fe3+ + 3SCN0 t NH3  + H2O (mùi khai) 2+ 2Ba + SO4 BaSO4 màu trắng Phản ứng đặc trưng có ý nghĩa thực tiễn phân tích định tính, phản ứng đặc trưng có độ nhạy tính chọn lọc cao có lợi cho thực hành phân tích Độ nhạy phản ứng phụ thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng như: môi trường, nhiệt độ, ion cản trở 1.2.2.2 Phản ứng tách: dùng để tách ion, nhóm ion khỏi ion, nhóm ion khác thuốc thử đặc trưng hay thuốc thử nhóm 1.3 Phương pháp tăng độ nhạy phản ứng Đối với mẫu nghiên cứu có hàm lượng cần xác định 10-5 - 10-6 % lúc xác định dùng phương pháp có độ nhạy cao Vì cách làm tăng độ nhạy phản ứng có ý nghĩa lớn hố học phân tích Có nhiều phương pháp tăng độ nhạy phản ứng trình bày phương pháp làm tăng nồng độ chất cho dung dịch số phương pháp đơn giản 1.3.1 Phương pháp cộng kết Cộng kết phương pháp làm giàu đơn giản có hiệu Người ta thêm lượng nhỏ chất lạ (cation anion) vào dung dịch phân tích kết tủa dạng hợp chất khó tan thuốc thử thích hợp Lượng nhỏ ion cần xác định dung dịch bị cộng kết lên kết tủa Các chất cộng kết chất vơ Fe(OH)3, Al(OH)3, …Hay chất hữu như: mêtyl tím, mêtyl da cam, rơđamin, … Các chất cộng kết hữu có nhiều ưu điểm so với chất cộng kết vô cơ: - Chúng dễ bị tro hố, nên nhận ngun tố cộng kết dạng tinh khiết - Có tính chọn lọc cao 1.3.2 Phương pháp chiết Có nhiều chất tan nước, tan nhiều chất hữu cơ, nên người ta chọn dung mơi hữu thích hợp để rút chất cần thiết khỏi nước Quá trình gọi chiết Chất hòa tan nước dung môi hữu cơ, phân bố hai lớp chất lỏng khơng trộn lẫn Tại nhiệt độ, tỷ số nồng độ (C) hai chất lỏng, số NH4+ + OH- Ở K gọi hệ số phân bố biểu thức biểu thức toán học định luật phân bố Nernst sở phương pháp chiết Khi chọn dung môi hữu cần đảm bảo cho chất cần xác định tan nhiều nó, cịn hợp phần khác sản phẩm phân tích hịa tan hồn tồn khơng bị hịa tan Muốn chiết hết chất cần xác định ta lặp lại trình chiết vài lần với lượng dung môi hữu giảm dần Để tách chất dạng tinh khiết, người ta làm bay dung môi hữu cơ, sấy khô, cất kết tinh phần chiết Phương pháp chiết có số ưu điểm sau: - Có thể chiết rút chất cần xác định từ dung dịch loãng, tức làm tăng độ nhạy phương pháp - Sự cộng kết không xảy ra, chất bị chiết tách dạng tinh khiết - Hầu tách phân chia chất khó tách phương pháp khác Phương pháp chiết khơng ứng dụng hóa học phân tích mà cịn ứng dụng nhiều lĩnh vực khác 1.4 Che giải che ion 1.4.1 Che ion ngăn cản Trong trình thực phân tích, thường gặp phải phản ứng phụ làm phức tạp q trình phân tích Ngun nhân thuốc thử vừa tác dụng với chất cần xác định vừa tác dụng với ion lạ có dung dịch phân tích Hiện tượng khơng làm giảm độ nhạy phản ứng mà ảnh hưởng tới kết phân tích Để khắc phục tác hại này, ta phải loại trừ ảnh hưởng ion lạ cách dùng chất tạo phức, chất oxy hóa, khử, Phương pháp gọi che ion ngăn cản Các chất dùng để che chất vơ tiêu biểu muối xianua, thioxianat, florua, phốtphát, kim loại kiềm hay amoni; chất hữu tiêu biểu axit tactric, xitric, oxalic, salisilic, complexon Ví dụ che ion ngăn cản cách tạo phức: - Che Ge4+, Al3+, Be2+ , Al3+ + 6F-  [AlF6]3- Che Ag+, Co2+, Co3+, Hg2-, Ag+ + 2CN-  [Ag(CN)2]- Che kim loại kiềm thổ: Mg2+ + H2Y2-  2H+ + MgY2Ở H2Y2- ký hiệu ion EDTA Ví dụ che cách dùng chất khử Khi cho Co2+ tác dụng với NH4SCN, chất màu xanh sáng xuất hiện: Co2+ + 4SCN-  [Co(SCN)4]2Nhưng có mặt Fe3+ tạo thành Fe(SCN)3 màu đỏ máu phức màu xanh Co2+ không rõ ràng Để che Fe3+ cách khử xuống Fe2+ chất khử SnCl2: Sn2+ + Fe3+  Sn4+ + Fe2+ Ion Fe2+ không gây cản trở tới việc xác định Co2+ 1.4.2 Giải che ion bị che Muốn chuyển ion bị che thành ion tự phương pháp hay dùng cho ion bị che tác dụng với thuốc thử, thuốc thử tạo với phối tử ion phức phức chất bền hơn, kết tủa, chất điện ly yếu v.v Như trình ngược với che phân hủy ion phức gọi giải che Dưới số ví dụ: - Giải che Ni2+ 2Ag+ + [Ni(CN)4]2-  2[Ag(CN)2]- + Ni2+ - Giải che Fe2+ 3Hg+ + [Fe(CN)6]4-  3Hg(CN)2 + Fe2+ - Giải che Zn2+ O [Zn(CN)4]2- + 4H2CO  Zn2+ + H2C anđêhitfomic CN - Giải che Be2+ [BeF4]2- + 2Ba2+  Be2+ + 2BaF2  Phương pháp che giải che ion bị che ứng dụng rộng rãi hóa học phân tích có ý nghĩa thực tế; song thực phương pháp phải ý tới yếu tố ảnh hưởng, quan trọng pH môi trường 1.5 Phân tích riêng lẻ phân tích hệ thống 1.5.1 Phân tích riêng lẻ Phương pháp phân tích dựa việc dùng phản ứng đặc trưng nhờ phát ion cần tìm phần riêng dung dịch đầu, không cần dùng hệ thống phân tích gọi phân tích riêng lẻ Đối với mẫu phân tích phức tạp việc phân tích riêng lẻ gặp nhiều khó khăn, cịn mẫu nghiên cứu có thành phần khơng phức tạp biết sơ thành phần hỗn hợp, cần phát ion cho hỗn hợp phân tích riêng lẻ Trong phương pháp phân tích riêng lẻ người ta thường dùng thuốc thử đặc trưng có tính chọn lọc độ nhạy cao để nhận biết ion cho có mặt ion khác Nhưng nhiều trường hợp có mặt ion khác cản trở phép phân tích riêng lẻ, phải tách trước ion cần xác định tách ion cản trở 1.5.2 Phân tích hệ thống Có thể tiến hành phân tích tồn diện đối tượng nghiên cứu cách thực theo trật tự xác định việc phát ion riêng biệt Phương pháp gọi phương pháp phân tích hệ thống Khi tiến hành phân tích hệ thống, người ta tách nhóm ion riêng biệt khỏi hỗn hợp phân tích Dựa vào tính chất hóa học hay hóa lý chất mà xây dựng nên hệ thống phân tích khác Ví dụ: a) Hệ thống phân tích định tính “axit-bazơ” Vệc phân chia cation thành nhóm phương pháp axit-bazơ dựa vào tính chất sản phẩm chúng tác dụng với axit bazơ sinh Tất cation chia thành nhóm Cation nhóm axit: I Nhóm kết tủa với HCl lỗng, gồm cation bạc, thủy ngân (I) chì II Nhóm kết tủa với H2SO4 lỗng gồm cation bari, canxi, stronti (và có Pb2+) Cation nhóm bazơ: III Nhóm tạo hydroxyt lưỡng tính tan kiềm, gồm cation nhơm, crơm, thiếc, kẽm IV Nhóm tạo hydroxyt khơng tan kiềm, gồm cation magie, mangan, sắt, bismut ăngtimon V Nhóm tạo phức với NH4OH gồm cation đồng, coban, niken, cadimi thủy ngân (II) Cation khơng có thuốc thử nhóm VI Nhóm gồm cation Kali, natri, amoni đa số muối chúng tan nước b) Hệ thống phân tích định hình H2S Việc phân tích cation ngun tố thành nhóm phương pháp H2S chủ yếu dựa vào khả tạo thành muối sunfua có độ tan thay đổi tùy theo độ axit dung dịch Tất ion chia thành nhóm Nhóm I kết tủa với HCl lỗng, gồm cation bạc, chì, thủy ngân (I) Nhóm II kết tủa với H2S từ dung dịch có độ axit cao (pH  0,5) gồm cation asen (III) (V), ăngtimon (III) (V) thiếc (II) (IV), bismut, cadimi, đồng (II), thủy ngân (II) Ngoài chì tìm nhóm này, clorua chì tan nhiều nên khơng tách hết nhóm Nhóm lại chia thành hai phân nhóm: - Phân nhóm IIA, gồm sunfua axit asen, antimon, thiếc Các sunfua tan amonisunfua hay polysunfua tạo thành muối thio - Phân nhóm IIB, gồm sunfua bazơ bitmut, cadimi, chì, đồng (II), thủy ngân (II) Các sunfua không tan amoni sunfua hay Polysunfua Nhóm III kết tủa với NH4OH (có lẫn NH4Cl) gồm cation nhơm, crơm, sắt Nhóm IV kết tủa với (NH4)2S gồm cation kẽm, mangan, coban, niken Nhóm V kết với (NH4)2 CO3, gồm cation bari, canxi, stronti Nhóm VI khơng có thuốc thử nhóm, gồm cation kali, natri, amoni, magie Rất nhiều muối cation nhóm dễ tan nước Vì tách nhóm trên, cation nhóm VI cịn dung dịch Trong hai hệ thống phân tích trên, hệ thống có ưu nhược điểm định Vì người ta kết hợp hai hệ thống phân tích thành hệ thống phân tích Đối với trường Đại học kỹ thuật số học phân tích định tính khơng nhiều nên khơng hy vọng phân tích nhiều cation mà giới hạn số cation quan trọng, phổ biến Ở giới thiệu hệ thống phân tích mà giảng dạy trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh 1.6 Sự phân chia cation anion thành nhóm phân tích Trong phân tích định tính chất vơ cơ, người ta chủ yếu nghiên cứu dung dịch muối axit, bazơ nước Do giới hạn phân tích tìm ion mà khơng tìm ngun tố hay hợp chất chúng Dựa vào tính tan khác cation anion với thuốc thử mà phân chia thành nhóm cation amion 1.6.1 Phân nhóm cation Các cation phân làm năm nhóm: Nhóm phân tích I: Gồm cation Ag+, Hg22+, Pb2+ Các cation tạo kết tủa clorua tác dụng với dung dịch HCl lỗng, thuốc thử nhóm HCl Nhóm phân tích II: Gồm cation Fe3+, Bi3+, Sb3+, Sb5+, Sn2+, Sn4+, Al3+, Cr3+ Các cation nhóm tạo kết tủa hoàn toàn dạng hydroxyt cho tác dụng với hỗn hợp thuốc thử NH4OH + NH4Cl Vì thuốc thử nhóm hỗn hợp NH4OH + NH4Cl Nhóm phân tích III: Gồm cation Cu2+, Cd2+, Ni2+, Co2+, Zn2+, Mn2+ Các cation có khả tạo thành phức chất anoniacat tan Nhưng cation tạo kết tủa hoàn toàn tác dụng với thuốc thử (NH 4)2S môi trường NH4OH Thuốc thử nhóm (NH4)2S Nhóm phân tích IV: Gồm cation Ba2+, Ca2+, Sr2+ có khả tạo thành kết tủa cacbonat hay sunfat nên thuốc thử nhóm (NH4)2CO3 hay H2SO4 Nhóm phân tích V: gồm K+, Na+, NH4+, Mg2+ Đa số muối chúng dễ tan nên khơng có thuốc thử nhóm Riêng Mg2+ vào tính chất chung xếp vào nhóm IV hay V 1.6.2 Phân chia nhóm anion Sự phân chia anion thành nhóm dựa mối quan hệ chúng với thuốc thử khác như: Dung dịch muối bari, bạc, chì muối khác, axit, chất oxy hóa, chất khử, Với thuốc thử anion tạo thành kết tủa tan, chất khí, hợp chất có màu đặc trưng Đến có nhiều hệ thống phân loại anion khác nhau, nhìn chung chưa chặt chẽ chưa có phân loại anion người thừa nhận Để tìm anion người ta thường tiến hành phân tích riêng phân tích hệ thống, trừ số anion cần phải phân tích theo hệ thống bị anion khác cản trở: Trong tài liệu giới thiệu số anion: Cl-, Br-, I-, SCN, SO42-, CO32-, NO3-, NO2-, PO43-, SiO32-, SO32-, S2O32- Với anion chia làm hai nhóm: Nhóm I: Gồm anion Cl-, Br-, I-, SCN, NO3-, NO2- anion không tạo kết tủa với Ba2+ Nhóm II: Gồm anion SO42-, CO32-, PO43-, SiO32-, SO32-, S2O32- anion tạo kết tủa với Ba2+ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Thuốc thử hóa học gì? Có loại thuốc thử? Cho ví dụ minh họa? Các yêu cầu thuốc thử gì? Khi sử dụng thuốc thử hóa học vơ hữu phải ý gì? Trong phân tích định tính có loại phản ứng? Cho ví dụ minh họa? Thế phản ứng chung? Phản ứng riêng? Cho ví dụ minh họa? Thế phản ứng tách? Phản ứng nhận biết? Cho ví dụ minh họa? Để tăng độ nhạy phản ứng người ta sử dụng biện pháp phổ biến nào? Cho ví dụ minh họa? Thế phương pháp cộng kết? Ưu, nhược điểm lưu ý phương pháp này? Thế phương pháp chiết? Ưu, nhược điểm lưu ý phương pháp này? Và làm náo để chiết tốt chất cần xác định khỏi dung dịch phân tích? Che giải che ion nghĩa gì? Cho ví dụ minh họa? 10 Phân tích riêng lẻ gì? Phân tích hệ thống gì? Cho ví dụ minh họa? 11 Các cation phân chia thành nhóm? Thuốc thử nhóm gì? 12 Các anion phân chia thành nhóm? Thuốc thử đặc trưng cho nhóm? 13 Hãy nêu số điểm ý sử dụng thuốc thử vô cơ? Nêu ưu điểm thuốc thử hữu so với thuốc thử vô cơ? 14 Người ta chia thành hệ thống phân tích định tính axit – bazơ phương pháp định tính H2S dựa đặc điểm gì? 15 Tại phải tăng độ nhạy phản ứng? Nêu phương pháp tăng nồng độ chất cho dung dịch? Chương PHÂN TÍCH CÁC CATION NHĨM I (Ag+, Pb2+, Hg22+) Thuốc thử nhóm: Dung dịch HCl 6N 2.1 Đặc tính chung Các cation nhóm I tạo kết tủa với đa số axit vô bazơ Nhưng có axit clohydric lỗng tạo với cation kết tủa tan nước, axit lỗng mà khơng phản ứng với cation nguyên tố khác Vì axit clohydric dùng làm thuốc thử nhóm để tách cation nhóm khỏi cation nhóm khác Phân biệt kết tủa clorua cation nhóm I: - Kết tủa PbCl2 tan nước nóng, cịn AgCl, Hg2Cl2 khơng tan - Kết tủa Hg2Cl2 khơng tan amoniac, cịn AgCl tan amoniac tạo phức amoniacat (Ag(NH3)2]+ 2.2 Phản ứng cation nhóm I 2.2.1 Tác dụng với axit HCl muối clorua tan Đều tạo kết tủa clorua có màu trắng: Ag+ + ClAgCl 2+ Pb + 2Cl PbCl2 2+ Hg2 + 2Cl Hg2Cl2 - AgCl PbCl2 khơng tan HNO3 tan HCl đặc tạo thành phức chất: AgCl + 2Cl[AgCl3]2AgCl + 3Cl[AgCl4]3PbCl2 + 2Cl [PbCl4]2- Hg2Cl2 tan HNO3 HCl đặc hay dung dịch muối clorua đặc tan phần tạo thành phức chất: Hg2Cl2 + 2Cl[HgCl4]2- + Hg Hg2Cl2 phân hủy theo phản ứng: Hg2Cl2 HgCl2 + Hg 3Hg + 8HNO3 3Hg(NO3)2 + 2NO + 4H2O - AgCl tạo phức tan dung dịch amoniac, axit hóa dung dịch thu HNO3 kết tủa trắng lại xuất hiện, tính chất dùng để tách Ag+ khỏi catin nhóm I: AgCl + 2NH3 [Ag(NH3)2]+ + Cl[Ag(NH3)2]+ + 3Cl- + 2H+ AgCl + 2NH4Cl - PbCl2 có độ tan thay đổi theo nhiệt độ, tan hồn tồn nước nóng, tính chất dùng để tách Pb2+ khỏi hỗn hợp kết tủa clorua nhóm I - Hg2Cl2 tạo kết tủa xám đen với dung dịch amoniac: Hg2Cl2 + 2NH4OH [NH2Hg]Cl trắng + Hg  đen + NH4Cl + 2H2O Đây tính chất khác AgCl Hg2Cl2 dùng để tách chúng khỏi 2.2.2 Tác dụng với dung dịch NH3 - Với Ag+, ban đầu tạo kết tủa màu trắng AgOH, kết tủa nhanh chóng chuyển thành Ag2O màu nâu tan dung dịch NH3 dư tạo phức tan: Ag+ + NH3 + H2O AgOH + NH4+ 2AgOH Ag2O + H2O Ag2O + 4NH4OH 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O - Với Hg22+ tạo thành hợp chất amino thủy ngân màu trắng thủy ngân kim loại màu đen: Hg2(NO3)2 + 2NH4OH NH2HgNO3 + Hg+ NH4NO3 + 2H2O 10 - Với Pb2+ tạo muối bazơ kết tủa, không tan thuốc thử dư: PbCl2 + NH4OH Pb(OH)Cl  + NH4Cl 2.2.3 Tác dụng với dung dịch kiềm - Với Ag+ tạo kết tủa màu nâu, không tan kiềm dư, tan HNO dung dịch amoniac: 2Ag+ + 2OHAg2O + H2O - Với Hg22+ tạo kết tủa màu đen, không tan kiềm dư tan HNO CH3COOH: Hg22+ + 2OHHg2O + H2O 2+ - Với Pb , ban đầu tạo kết tủa màu trắng, kết tủa tan kiềm dư tạo thành ion plumbit PbO22-, Pb(OH)2 có tính chất lưỡng tính: Pb2+ + 2OHPb(OH)2 Pb(OH)2 + 2OH PbO22- + 2H2O + Pb(OH)2 + 2H Pb2+ + H2O 2.2.4 Tác dụng với dung dịch KI Đều tạo kết tủa iođua có màu khác nhau: Ag+ + IAgI  màu vàng nhạt 2+ Pb + 2I PbI2  màu vàng tươi 2+ Hg2 + 2I Hg2I2  màu xanh lục Chỉ có PbI2 tan nước nóng, để nguội lại xuất kết tủa tinh thể óng ánh kim nhũ Khi dư KI phần kết tủa tan dạng phức chất: AgI + 2I[AgI3]2PbI2 + 2I [PbI4]2Hg2I2 HgI2 + Hg HgI2 + 2I [HgI4]22.2.5 Tác dụng với dung dịch K2CrO4 hay K2Cr2O7 Trong dung dịch bicromat có cân bằng: Cr2O72- + H2O  2CrO42- + 2H+ Da cam Vàng Cation nhóm I tạo kết tủa với ion cromat: 2Ag+ + CrO42Ag2CrO4  màu đỏ gạch 2+ 2Pb + CrO4 PbCrO4 màu đỏ xẫm 2+ 2Hg2 + CrO4 Hg2CrO4 màu vàng Ag2CrO4 không tan CH3COOH, tan HNO3 dung dịch NH3 Hg2CrO4 không tan dung dịch kiềm axit vơ lỗng PbCrO tan kiềm mạnh axit mạnh (HNO3, HCl ) PbCrO4 + 4OHPbO22- + CrO42- + 2H2O 2PbCrO4 + 2H+ 2Pb2+ + Cr2O72- + H2O 2.2.6 Tác dụng với số chất khác a Tác dụng với Zn, Cu kim loại, riêng Hg kim loại tạo hòa tan đồng, kẽm kim loại dư tạo thành hỗn hống sáng trắng Khi đốt nóng, thủy ngân bay nên phải làm thí nghiệm tủ hốt 2Ag+ + Zn Zn2+ + 2Ag 2Ag+ + Cu Cu2+ + 2Ag 2+ Hg2 + Cu Cu2+ + 2Hg Pb2+ + Zn Zn2+ + Pb b Tác dụng với H2SO4 muối sunfat: 11 Pb2+ + SO42PbSO4 màu trắng Kết tủa tan H2SO4 đặc, CH3COONH4 kiềm mạnh: PbSO4 + H2SO4 Pb2+ + 2HSO4PbSO4 + 4CH3COO[Pb(CH3COO)4]2- + SO42PbSO4 + 4OHPbO22- + SO42- + 2H2O c Tác dụng với muối sunfua: Pb2+ + S2PbS  có màu đen PbS khơng tan HCl hay H2SO4 lỗng, tan HNO3 loãng đặc: 3PbS + 8HNO3 loãng 3Pb(NO3)2 + 2NO + 3S + 4H2O 3PbS + 8HNO3 đặc 3PbSO4 + 8NO + 4H2O 2.3 Đường lối phân tích hệ thống cation nhóm I 2.3.1 Hướng dẫn chung - Tách cation nhóm I khỏi cation nhóm khác tác dụng HCl 6N - Kết tủa PbCl2 tách khỏi muối clorua nhóm I đun nóng với nước - AgCl tách tác dụng dung dịch NH3 dư, sau axit hóa HNO3 lại thu kết tủa AgCl - Tìm kết tủa Hg2Cl2 tác dụng dung dịch NH3 tạo kết tủa có màu xám đen 2.3.2 Sơ đồ phân tích hệ thống cation nhóm I Mẫu phân tích + HCl 6N AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 + H2O, đun nóng Các cation nhóm khác AgCl, Hg2Cl2 + NH4OH dư Pb2+ +KI +K2CrO4 PbI2 vàng + OH- dư PbCrO4 vàng + OH- dư PbO22- + IDung dịch không màu Hg+ HgNH2Cl Xám đen PbO22- +CrO42Dung dịch màu vàng Hình 2-1 Sơ đồ phân tích hệ thống cation nhóm I 12 Ag(NH3)2+ + Cl+ HNO3 AgCl vẩn đục CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Nêu đặc tính chung cation nhóm I? Nêu đường lối phân tích hệ thống cation nhóm I? Cho dung dịch (NH4)2S tác dụng với dung dịch Pb(NO3)2 Lọc lấy kết tủa chia làm hai phần: - Phần cho tác dụng với dung dịch HNO3 loãng - Phần cho tác dụng với dung dịch HNO3 đặc, nóng Em trình bày tượng xảy viết phương trình phản ứng minh họa? Viết phương trình phản ứng cho từ từ dung dịch NaOH tác dụng với dung dịch Pb(NO3)2 đến dư? Trình bày tượng cho kim loại đồng cắm vào dung dịch AgNO Viết phương trình phản ứng giải thích? Trình bày tượng cho giọt dung dịch HCl 2M vào dung dịch chứa ion Ag+, sau thêm từ từ dư dung dịch NH3 Hỗn hợp sau phản ứng axit hóa dung dịch axit HNO3? Giải thích viết phương trình minh họa? a Cho dung dịch (Ag(NH3)2+ 0,01 M, Cl- 0,01 M NH3 M) Xác định xem có kết tủa AgCl hay không? Biết số cân tạo phức Ag(NH3)2+ K = 10-7,24, TAgCl = 10-10 b Khi a xit hóa dung dịch thu câu (a) dung dịch axit HNO3 đến nồng độ NH3 = 10-3 M có xuất kết tủa trở lại hay khơng? Giải thích thuốc thử nhóm cation nhóm I (Ag+,Pb2+ Hg2+) dung dịch HCl lỗng, nguội mà khơng phải HCl lỗng nóng, dung dịch NaCl HCl đặc? Cho biết thuốc thử dùng để hịa tan Ag2CrO4? Viết phương trình phản ứng ion? 10 Nhỏ dần dung dịch NaOH 2N vào dung dịch Pb(CH3COO)2 dư Có tượng xảy ra? Viết phương trình phản ứng dạng ion? 11 Cho dung dịch Pb(NO3)2 Tìm ba phản ứng đặc trưng để nhận chì? 12 Cho dung dịch HCl vào dung dịch Pb(CH3COO)2 Lấy kết tủa thu cho tan nước nóng Thêm dung dịch KI vào dung dịch thu Có xảy giải thích? 13 Cho dung dịch NaOH vào dung dịch Hg2(NO3)2 Có tượng xảy ra? 14 Cho từ từ dung dịch NH3 vào dung dịch Hg2(NO3)2 dư Có tượng xảy ra? Viết phương trình phản ứng? 15 Lập sơ đồ phân tích hỗn hợp cation sau: a, Ag+, Pb2+, NO3c, Hg22+, Ag+, NO32+ 2+ b, Hg2 , Pb , NO3 d, Ag+, Pb2+, Hg22+, NO316 Tìm cách nhận biết bạc dung dịch AgNO3 có lẫn NH3 dư? 17 Tìm cách nhận biết chì hỗn hợp PbSO4 BaSO4? 18 Thêm dần dung dịch K2Cr2O7 vào dung dịch chứa Pb(CH3COO)2 Ba(CH3COO)2 Có tượng xảy ra? Viết phương trình phản ứng? Thêm dung dịch NaOH dư vào hỗn hợp thu được? Có tượng xảy ra? 19 Hãy tìm cách nhận biết cation kim loại có hỗn hợp sau: Ag+, H+, Pb2+, Ba2+, NO3- Được phép dùng thuốc thử: CH3COONa, K2Cr2O7, HCl, NaOH 20 Có thể dùng thuốc thử để phân biệt dung dịch: Pb(CH3COO)2, AgNO3, Ba(NO3)2 Hãy kể tên thuốc thử viết phương trình phản ứng để giải thích? 21 Cho dung dịch K2CrO4 dư vào dung dịch A chứa: Ag+, Pb2+, Ba2+, NO3- Lọc lấy kết tủa cho tác dụng với dung dịch NaOH dư dung dịch kết tủa Cho dung 13 dịch HNO3 tác dụng với dung dịch kết tủa Trình bày tượng xảy viết phương trình phản ứng ion? 22 Cho dung dịch B gồm: Ca(NO3)2 Pb(CH3COO)2 Cho dung dịch Na2SO4 dư vào dung dich B Lọc lấy kết tủa đem cho tác dụng với dung dịch NaOH dư Trình bày tượng xảy làm để xác đinh có mặt sảm phẩm phản ứng cuối cùng? 14 Chương PHÂN TÍCH CÁC CATION NHĨM II (Fe3+, Fe2+, Al3+, Cr3+, Sn2+, Sn4+) Thuốc thử nhóm: NH4OH + NH4Cl 3.1 Đặc điểm chung - Các cation nhóm II cho hydroxyt thuộc loại khó tan dãy hydroxyt ngun tố tích số hịa tan chúng bé Tích số hịa tan 3,2.10-38 10-15,1 1.10-32 1.10-57 6,3.10-27 6,3.10-31 Các hydroxyt Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Sn(OH)4 Sn(OH)2 Cr(OH)3 Với dung dịch đệm NH4OH + NH4Cl (pH = 9) tất hydroxyt kết tủa hồn tồn Các hydroxyt nhóm II có tích số hịa tan nhỏ nên chúng thường kết tủa vơ định hình, đơi bị keo khó lắng xuống li tâm Thêm NH 4Cl khơng có tác dụng đệm tạo pH = làm kết tủa hoàn toàn hydroxyt mà cịn ngăn cản khuynh hướng tạo keo Do ta dùng dung dịch NH4OH + NH4Cl làm thuốc thử nhóm Mn+ + nOH- → M(OH)n Các hydroxyt có số tính chất đặc trưng sau: + Màu sắc: Cr(OH)3 màu xanh nhạt, đơi tím xanh; Fe(OH)3 màu đỏ nâu; Fe(OH)2 màu trắng xanh, hydroxyt lại có màu trắng + Các hydroxyt nhóm II tan axit vô HCl: Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O Sn(OH)4 + 4HCl → SnCl4 + 4H2O Riêng hydroxyt thiếc khơng tan HNO + Trong hydroxyt Al(OH)3, Cr(OH)3, Sn(OH)2, Sn(OH)4, lưỡng tính tính axit trội tính bazơ Cường độ axit, bazơ chúng xếp theo thứ tự sau: Tính axit tăng: CrO2- AlO22- SnO2- SnO32Tính bazơ tăng Vì chúng tác dụng với dung dịch kiềm tạo thành muối aluminat, Cromit, stanit, stanat HAlO2 H2O + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (Al(OH)3 HAlO2 H2O) H2SnO3 H2O + 2NaOH → Na2SnO3 + 3H2O (Sn(OH)4 H2SnO3 H2O) Do chia nhóm II thành hai phân nhóm: Phân nhóm hydroxit lưỡng tính: Al3+, Cr3+, Sn2+, Sn4+ Phân nhóm hydroxit phi lưỡng tính: Fe3+, Fe2+ Đối với Sn(OH)4 điều chế dạng -Stanic để lâu chuyển thành Stanic khó tan axit vơ NaOH Một đặc điểm chung quan trọng cation nhóm II muối chúng dễ bị thủy phân: 15 ... 81 87 89 89 89 90 94 96 10 0 10 1 10 1 10 1 10 5 10 9 11 1 11 4 11 4 11 4 11 4 11 5 11 6 11 8 11 8 11 9 12 0 12 0 12 1 12 3 12 3 12 6 12 7 12 7 12 8 12 9 12 9 12 9 13 1 13 2 13 2 13 2 13 2 13 3 13 4 13 4 13 4 13 4 13 5 13 5 Sơ đồ phân. .. liệu tham khảo 13 5 13 6 13 7 13 7 13 7 13 8 13 8 13 8 13 9 13 9 13 9 14 1 14 1 14 3 14 7 PHẦN A: PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍCH Chương MỞ ĐẦU VỀ PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH 1. 1 Thuốc thử hóa học 1. 1 .1 Khái niệm – Phân loại thuốc... cho giáo viên bạn đọc muốn hiểu biết sâu Hóa học phân tích, chúng tơi biên soạn giáo trình ? ?Hóa học Phân tích? ?? Giáo trình Hóa học phân tích biên soạn với ba phần: Phân tích định tính, phân tích