Giáo trình Hóa học phân tích Phần 1 - Cơ sở lý thuyết chung của hóa học phân tích

GIÁO TRÌNH HĨA HỌC PHÂN TÍCH Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com PHẦN THỨ NHẤT CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CỦA HĨA HỌC PHÂN TÍCH Chương MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN 1.1 CÂN BẰNG HĨA HỌC PHẢN ỨNG PHÂN TÍCH 1.1.1 Hằng số cân Các phản ứng hóa học dùng phân tích gọi phản ứng phân tích, tùy theo mục đích phân tích định tính hay định lượng mà phản ứng phân tích phải thỏa mãn yêu cầu khác Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, đặc trưng số cân K, số phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ mA + nB
pC + qD K= (1.1) [C ]P [D ]q [A]m [B ]n [A], [B], [C ], [D] nồng độ cân chất A, B, C, D Khi A, B, C, D ion dung dịch có tương tác chúng với nhau, giá trị nồng độ thay hoạt độ, nồng độ thực ion tham gia phản ứng Các số cân đặc trưng cho phản ứng khác nhau, cịn có tên gọi riêng, ví dụ: số axit KA số bazơ KB cho phản ứng axitbazơ; tích số tan T cho phản ứng tạo thành chất khó tan; số bền số không bền cho phản ứng tạo thành hợp chất phức Nếu cân (1.1) chất A, B, C, D tham gia phản ứng phụ khác nồng độ chúng tham gia vào cân (1.1) giảm để đặc trưng xác cho phản ứng, người ta thường dùng số cân điều kiện, tính cụ thể cho phản ứng 1.1.2 Phản ứng phân tích Các phản ứng hóa học dùng phân tích gọi phản ứng phân tích Tùy theo mục đích phân tích định tính hay định lượng mà phản ứng phân tích phải thỏa mãn yêu cầu khác Với phương pháp phân tích hóa học, phản ứng phân tích phải thỏa mãn yêu cầu sau: Phản ứng để phân tích định tính phải có hiệu ứng rõ rệt, thường tạo sản phẩm có màu; Tạo kết tủa; Tạo chất khí có mùi … để người phân tích dựa Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com vào mà kết luận Phản ứng để phân tích định tính nhạy chọn lọc tốt Phản ứng để phân tích định lượng phải thỏa mãn yêu cầu sau: Phải xảy hồn tồn theo chiều định khơng có sản phẩm phụ để tính tốn kết dựa vào phương trình phản ứng; Phản ứng xảy nhanh, cân thiết lập để chuẩn độ tay; Phải có chất thị thích hợp để xác định điểm tương đương Nói chung sử dụng phản ứng hóa học vào phân tích, phải dựa vào số cân để xem xét xem phản ứng có thỏa mãn u cầu phân tích hay khơng 1.2 ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NỒNG ĐỘ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH 1.2.1 Định luật bảo tồn nồng độ Trong dung dịch, chất bị điện li nhiều thành ion, ngồi chúng có tương tác với dung mơi, với ion khác Định luật bảo tồn nồng độ phát biểu sau: Nồng độ ban đầu ion tổng nồng độ dạng tồn chúng dung dịch trạng thái cân 1.2.2 Định luật bảo tồn điện tích Định luật bảo tồn điện tích phát biểu sau: Trong dung dịch trạng thái cân bằng, tổng điện tích dương ion dương có giá trị tuyệt đối tổng điện tích âm ion âm 1.3 NỒNG ĐỘ HOẠT ĐỘ 1.3.1 Nồng độ Nồng độ đại lượng dùng để lượng chất tan có lượng dung dịch định Tùy theo mục đích mà người ta phân loại có cách gọi khác sử dụng như: nồng độ gốc; nồng độ ban đầu; nồng độ cân hoặc: nồng độ thể tích; nồng độ khối lượng; nồng độ khơng có đơn vị Sau xét số loại nồng độ hay sử dụng phân tích ● Nồng độ phần trăm, ký hiệu C% : số gam chất tan có 100g dung dịch Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ví dụ: Dung dịch NaOH 25% nghĩa là: 100g dung dịch NaOH có 25g NaOH nguyên chất ● Nồng độ mol, ký hiệu chữ CM: số mol chất tan có lít dung dịch Đơn vị nồng độ mol ký hiệu chữ M Ví dụ: Dung dịch H2SO4 0,1M dung dịch có chứa 0,1mol H2SO4 lít dung dịch ● Nồng độ đương lượng, ký hiệu chữ CN N: số đương lượng chất tan có lít dung dịch Đơn vị nồng độ đương lượng ký hiệu chữ N Ví dụ: Dung dịch NaOH 1N dung dịch có chứa đương lượng NaOH lít dung dịch ● Nồng độ thể tích: Nồng độ thể tích chất lỏng tỷ số thể tích chất lỏng thể tích dung mơi ( thường nước ) Ví dụ: Dung dịch HCl 1: dung dịch gồm thể tích HCl đặc thể tích nước ● Độ chuẩn T: số gam chất tan có 1ml dung dịch Nếu gọi a số gam chất tan có Vml dung dịch độ chuẩn T = a/V Ví dụ TAgNO = 0,0036 nghĩa 1ml dung dịch chứa 0,0036g AgNO3 nguyên chất ● Độ chuẩn theo chất định phân TR/X : số gam chất định phân X phản ứng vừa đủ với 1ml dung dịch chuẩn R Ví dụ TH SO / CaO = 0,0028 nghĩa 0,0028 gam CaO phản ứng với 1ml dung dịch chuẩn H2SO4 1.3.2 Hoạt độ Hoạt độ nồng độ thực ion dung dịch tham gia phản ứng, ký hiệu chữ a, liên hệ với nồng độ mol qua biểu thức: a = f.C Trong f gọi hệ số hoạt độ Hệ số hoạt độ f phụ thuộc vào điện tích ion Z lực ion µ dung dịch Lực ion µ biểu diễn tương tác tĩnh điện ion dung dịch Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Nếu Z1, Z2 , Zi điện tích C1, C2 , Ci nồng độ ion dung dịch lực ion µ xác định hệ thức n µ = 0,5.∑ Z 12 C i (1.2) i =1 Nếu µ ≈ tức dung dịch lỗng, tương tác tĩnh điện ion khơng đáng kể f = hoạt độ nồng độ Khi µ < 0,02 lúc f tính theo cơng thức lgf = − 0,5.Z µ (1.3) Khi 0,02 0,2 f tính cơng thức lgf = − 0,5 Z µ 1+ µ +A (1.5) A thay đổi với ion xác định thực nghiệm Nói chung, lĩnh vực phân tích thường sử dụng dung dịch loãng, nên coi f = 1, hoạt độ nồng độ thường đề cập đến nồng độ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương CÂN BẰNG AXÍT- BAZƠ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC 2.1 LÝ THUYẾT BRONSTED VÀ LOWRY VỀ PHẢN ỨNG AXÍT-BAZƠ 2.1.1 Các định nghĩa Axit: axit chất có khả nhường proton H+ Vậy axit phân tử trung hịa hay ion mang điện tích Ví dụ: HCl, NH4+ Bazơ: bazơ chất có khả nhận proton H+ Vậy bazơ phân tử trung hịa hay ion mang điện tích Ví dụ: NaOH, CH3COO3 Chất lưỡng tính: chất vừa có khả nhường proton H+ vừa có khả nhận proton H+ Ví dụ: HCO34 Cặp axit-bazơ liên hợp: cặp chất axit-bazơ khác 1ion H+ Mỗi axit sau cho proton trở thành bazơ gọi bazơ liên hợp với axit Mỗi bazơ sau nhận proton trở thành axit gọi axit liên hợp với bazơ Ví dụ: CH3COOH/CH3COO- ; NH3 /NH4+ Phản ứng axit-bazơ : phản ứng có cho nhận proton H+ Vậy để có phản ứng axit-bazơ tối thiểu phải có cặp axit-bazơ liên hợp Một cặp axit bazơ liên hợp biểu diễn hệ thức sau: Axit
Bazơ + H+ Proton khơng có khả tồn trạng thái tự do, chất thể rõ tính axit hay bazơ dung mơi có khả cho hay nhận proton Khi hồ tan axit hay bazơ vào nước có phản ứng: Axit + H2O
Bazơ + H3O+ Bazơ + H2O
Axit + HO- Thí dụ: CH3COOH + H2O
CH3COO- + H3O+ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com NH4+ + H2O
NH3 + H3O+ HPO42+ + H2O
PO43- + H3O+ NH3 H2O
NH4+ + H3O+ CH3COO- + H2O
CH3COOH + H3O+ CN- +
HCN OH- + H2O + Theo quan niệm cổ điển NH4+ khơng phải axit CN- bazơ mà cation anion muối thủy nhân Nhưng theo định nghĩa Bronsted NH4+ axit CN- bazơ phản ứng thuỷ phân phản ứng axít NH4+ hay bazơ CN- với nước Tùy theo chất dung mơi, chất thể tính axít hay bazơ Trong chương đề cập chủ yếu đến phản ứng axít hay bazơ dung mơi nước 2.1.2 Hằng số axít Ka Hằng số bazơ Kb a Cường độ axít Hằng số axít Ka Nước dung mơi lưỡng tính cho nhận proton Một axit hòa tan nước nhường proton cho nước theo phản ứng: A + H2O
B + H3O+ (a) Trong A axit, B bazơ liên hợp với A, axit mạnh tức nhường proton cho nước nhiều, cân (a) chuyển dịch sang bên phải nhiều nên số cân cân lớn K= [B ][H 3O + ] [A][H O] Trong lít nước có 1000/18 = 55,5 mol/l, dung dịch lỗng coi nồng độ H2O khơng đổi 55,5 mol, ta viết: K [H O ] = [B][H 3O + ] = K a [A] (2.1) Trong Ka gọi số axit biểu thị cường độ axít, Ka lớn axit mạnh Người ta xác định số axit cho axit liệt kê bảng tra hay sổ tay hóa học Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Có axít mà phân tử chứa hai hay nhiều hai proton tách nước Những axit gọi đa axit Trong dung dịch nước, phân tử đa axít phân li theo nhiều nấc nấc cho proton Ứng với nấc có số axít Thí dụ: axít H2CO3 phân li theo hai nấc có hai số axít Ka1 Ka2 H2CO3
HCO3- + H+ HCO3-
CO32- + H+ K a1 = [H ][HCO K a2 = [H ][CO + − [H 2CO3 ] + − [HCO3 ] ] = 10 ] = 10 −6 , −10, Đối với đa axit sau nấc phân li phân tử trở thành anion mang điện tích âm anion giữ H+ cịn lại chặt chẽ hơn, cân phân li nấc xảy mạnh nấc hai, nấc hai mạnh nấc ba,…do đa axít Ka1 >> Ka2 >> Ka3… b Cường độ bazơ Hằng số bazơ Kb Một bazơ mạnh hòa tan nước nhận proton nước nhiều, số cân cân lớn, biểu diễn: B + K= H2O
A + OH- (a) [A][OH − ] [B][H 2O] Trong dung dịch loãng, nồng độ H2O coi khơng đổi nên viết: K [H O ] = [A][OH − ] = K b [B] (2.2) Kb gọi số bazơ biểu thị cường độ bazơ, Kb lớn tính bazơ mạnh Người ta xác định số bazơ cho bazơ liệt kê bảng tra, sổ tay hóa học Trong thực tế, để tiện cho việc tính tốn biểu diễn đồ thị người ta hay dùng đại lượng thay thế, chuyển đổi sau: pKa = - lgKa Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com pKb = - lgKb pKH2O = - lgKH2O pH = - lg[H+] pOH = - lg[OH-] c Quan hệ số Ka số Kb cặp axít bazơ liên hợp Từ hai hệ thức (2.1) (2.2) ta có phương trình Ka.Kb = [B].[H3O+ ].[A].[OH- ]/[A].[B] Ka.Kb = [H3O+ ].[OH- ] pKa + pKb = KH O (2.3) = pKH2O = 14 (ở 250C) Như tích số số axit số bazơ cặp axit bazơ liên hợp tích số ion nước Vì tích số ion nước số nên: số axít Ka lớn, nghĩa axit A cành mạnh số Kb bazơ nhỏ nghĩa bazơ yếu Ví dụ: - HCl số axit mạnh Ka = + ∞ bazơ liên hợp Cl- bazơ vơ yếu có Kb = 0, thường coi trung tính - HCN axit yếu có Ka= 10-4,6 bazơ liên hợp CN- thể tính bazơ, đặc trưng số bazơ: Kb = 10-14/Ka = 10-14/10-4,6 = 10-9,4 2.2 TÍNH pH CỦA CÁC DUNG DỊCH AXIT, BAZƠ, MUỐI 2.2.1 Công thức tổng quát để tính nồng độ ion H+ cho dung dịch hỗn hợp axit bazơ liên hợp Giả sử hịa tan vào nước axit HA có nồng độ ban đầu CA bazơ liên hợp với (A-) muối NaA có nồng độ CB Trong dung dịch có hai cân bằng: HA
H2O
H+ + AH+ + OH- Và phương trình phân li hoàn toàn muối NaA NaA → Na+ + A- từ hai phương trình ta viết : [H+].[A]/[HA] = Ka (a) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [H+].[OH-] = KH2O (b) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ion A- có hệ thức: [HA] + [A-] = CA + CB (c) Áp dụng định luật bảo tồn điện tích dung dịch nên ta có: [A-] + [OH-] [H+] + [Na+] = (d) Muối NaA phân li hoàn toàn nên: [Na+] = CB (e) từ phương trình a, b, c, d, e ta có: [H ] = K + a [ ] [ [ ] [ C A − H + + OH − C B + H + + OH − ] ] (2.4) Công thức (2.4) thiết lập sau: từ phương trình (a) ta có: ] [H ] = K [[HA A ] + − a (a’) Trong [HA] nồng độ cân HA Nồng độ nồng độ ban đầu HA(CA) trừ nồng độ [H+] HA phân li ra, nồng độ lại nồng độ H+ chung dung dịch [H+] trừ nồng độ H+ nước phân li ra, mặt khác nồng độ H+ nước phân li nồng độ OH-, vậy: [HA] = CA – ([H+] - [OH-]) = CA – [H+] + [OH-] (f) Còn nồng độ cân [A-] nồng độ A- NaA phân li (CB) cộng với nồng độ A- HA phân li ra, mặt khác nồng độ nồng độ H+ HA phân li ra, mà nồng độ H+ HA phân li nồng độ H+ chung dung dịch trừ nồng độ OH-, vậy: [A- ] = CB + [H+ ] - [OH-] (g) Thay [HA] [A- ] vào (a’) ta công thức (2.4) : [H ] = K + a [ ] [ [ ] [ C A − H + + OH − C B + H + − OH − ] ] Công thức tổng qt sử dụng để tính pH dung dịch axit, bazơ hay muối Tuy nhiên trường hợp cụ thể ta lại đơn giản bớt thành phần để tính gần cho đơn giản với độ xác chấp nhận Dưới ta xem xét cách tính pH cho trường hợp theo việc sử dụng công thức Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 5.3 Các phản ứng ion Mn2+ Mangan tồn hợp chất với nhiều hóa trị khác 2, 3, 4, 6, 7, ion Mn2+ tương đối bền, dung dịch nước ion Mn2+ có màu hồng nhạt, có phản ứng axit yếu Phản ứng với thuốc thử nhóm: Khi kiềm hóa dung dịch Mn2+ có kết tủa trắng tách pH > 8,8 ( dung dịch Mn2+ 0,01M), kết tủa dễ tan axit lỗng muối amoni, tan kiềm dư tạo thành phức hidroxo: Mn(OH)2↓ + 2NH4+
Mn2+ + 2NH3 + 2H2O Mn(OH)2↓ + OH-
Mn(OH)3Kết tủa Mn(OH)2↓ dễ bị oxyhóa khơng khí làm cho màu biến đổi dần đỏ gạch cuối nâu đen oxit mangan, có mặt chất oxyhóa Mn(OH)2↓ bị oxyhóa nhanh Phản ứng với dung dịch cacbonat kim loại kiềm: Mn2+ + Na2CO3 → 2Na+ + MnCO3↓ kết tủa màu trắng Phản ứng với dung dịch amoni pesunfat ( NH4)2S2O8 môi trường axit Đây phản ứng đặc trưng để tìm Mn2+ , phản ứng xảy mơi trường axit xúc tác ion Ag+, tạo ion MnO4- có màu tím đặc trưng: Mn2+ + 5S2O82- + 8H2O → 2MnO4- + 10SO42- + 16H+ chế phản ứng có nhiều giả thiết khác nhau, phổ biến theo chế sau: Ag+ + S2O82- → 2Ag2+ + 2SO422Mn2+ + 10Ag2+ + 8H2O → 2MnO4- + Ag+ + 16H+ Phản ứng với dioxit chì PbO2 mơi trường axit: 81 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Đây phản ứng đặc trưng thường dùng để nhận biết mangan , ion Mn2+ không màu bị oxyhóa thành ion MnO4- có màu tím Khi thực phản ứng phải tiến hành cẩn thận, nồng độ ion Mn2+ phải nhỏ, dung dịch chứa lượng lớn ion Mn2+ MnO4- sinh tác dụng với Mn2+ dư tạo thành MnO2 kết tủa lẫn với PbO2 màu đen nên không nhận được: 2Mn2+ + 5PbO2 + 4H+ → 2MnO4- + 5Pb2+ + 2H2O 5.4 Các phản ứng ion Mg2+ Dung dịch nước ion Mg2+ khơng màu, có phản ứng gần trung tính, pH dung dịch Mg2+ 0,01M vào khoảng Phản ứng với thuốc thử nhóm: Khi kiềm hóa dung dịch Mg2+ có kết tủa trắng tách pH = 10 ( dung dịch Mg2+ 0,01M) kết tủa hoàn toàn pH = 12,5; kết tủa dễ tan axit loãng muối amoni Mg(OH)2↓ + 2NH4+
Mg2+ + 2NH3 + 2H2O Phản ứng với Na2HPO4: Dung dịch ion Mg2+ tác dụng với HPO42- tạo thành kết tủa màu trắng: Mg2+ + HPO42- → MgHPO4↓ kết tủa màu trắng Kết tủa khơng hồn tồn, có mặt NH4Cl NH4OH dung dịch tạo thành kết tủa MgNH4PO4 màu trắng hoàn toàn hơn, phản ứng đặc trưng, sử dụng để nhận biết ion Mg2+ khơng có thuốc thử hữu Vàng titan C28H19O6N5Na2 hay Magneson I ( p-nitrobensolazoresocsin ) Magneson II ( p-nitrobenzolazo-α-naphtol) để tìm ion Mg2+ phản ứng đặc trưng 5.5 Phân tích hệ thống cation nhóm IV: xem giáo trình thực hành 82 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương PHÂN TÍCH CATION NHĨM V Cu2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Hg2+ 6.1 Đặc tính chung Các cation nhóm ion kim loại chuyển tiếp, tính chất điển hình nhóm khả tạo phức mạnh, hiđroxit chúng tan hỗn hợp NH4+ NH3 để tạo thành phức tan amoniacat có số phối tử NH3 từ đến Phức đồng có màu xanh da trời, coban niken có màu xanh xám, cađimi thuỷ ngân khơng có màu Vì vậy, thuốc thử nhóm hỗn hợp NH4Cl + NH3 Các cation nhóm V tạo kết tủa sunfua khó tan với H2S hay (NH4)2S, độ tan sunfua phụ thuộc vào độ axit mơi trường, tính chất sử dụng để tách riêng, cô lập cation nhóm, sau sử dụng phản ứng đặc trưng để nhận biết 6.2 Các phản ứng đặc trưng ion Cu2+ Phản ứng với thuốc thử nhóm: Amơniac tạo với dung dịch ion Cu2+ kết tủa muối bazơ màu xanh lục nhạt, dễ tan thuốc thử dư Lúc dung dịch có màu xanh lam đậm tạo thành ion phức [Cu(NH3)4]2+: 2CuSO4 + 2NH4OH → Cu2(OH)2SO4↓ + 2NH4+ Cu2(OH)2SO4↓ + 2NH4+ + 6NH3 → 2[Cu(NH3)4]2+ + SO42- + 2H2O Phản ứng với kiềm: Các dung dịch kiềm tác dụng với ion Cu2+ nguội cho kết tủa xanh lục, dễ tan axit loãng, NH3 tan phần dung dịch kiềm đặc tạo thành cuprit màu xanh xám, dễ bị phá hủy pha loãng: 83 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2↓ Cu(OH)2↓ + 2OH-
CuO22- + 2H2O Khi đun nóng lâu, hidroxit đồng nước, tạo thành oxit đồng CuO màu đen: Cu(OH)2 → CuO + H2O Phản ứng với H2S hay (NH4)2S: H2S tác dụng với Cu2+ tạo thành kết tủa đồng sunfua CuS màu đen từ dung dịch axit muối đồng CuS không tan H2SO4 , HCl đặc tan HNO3: 3CuS + 8HNO3 → Cu(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2O Phản ứng với dung dịch kali feroxianua K4[Fe(CN)6]: Kali feroxianua tạo kết tủa Cu2[Fe(CN)6] màu đỏ gạch từ dung dịch trung tính axit yếu Đây phản ứng đặc trưng để nhận biết đồng, muối không tan axit loãng bị kiềm phân hủy thành đồng hidroxit màu xanh tan amôniac tạo phức amôniacat: Cu2[Fe(CN)6] + 2OH- → Cu(OH)2↓ + [Fe(CN)6]4Cu2[Fe(CN)6] + 8NH3 → 2[Cu(NH3)4]2+ + [Fe(CN)6]4Phản ứng với thiosunfat: Trong môi trường axit, đun sôi, thiosunfat tác dụng với Cu2+ tạo thành kết tủa đồng sunfua Cu2S màu đen: 2Cu2+ + 2S2O32- + 2H2O → Cu2S↓ + S↓ + 2SO42- + 4H+ Phản ứng với iodua kali: KI tác dụng với Cu2+ tạo thành kết tủa đồng(I) iodua màu trắng: 2Cu2+ + 4I- → 2CuI↓ + I2 84 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Phản ứng thường sử dụng để định lượng đồng theo phương pháp chuẩn độ iod-thiosunfat 6.3 Các phản ứng ion Cd2+ Phản ứng với thuốc thử nhóm: Một lượng nhỏ amơniac kết tủa Cd2+ tạo thành hidroxit cadimi, dễ tan thuốc thử dư tạo thành ion phức không màu [Cd(NH3)4]2+: Cd(OH)2↓ + 4NH3 → [Cd(NH3)4]2+ + 2OHDưới tác dụng H2S kiềm, phức bị phá hủy tạo thành kết tủa vàng tươi CdS Cd(OH)2: [Cd(NH3)4]2+ + 2H2S → CdS + (NH4)2S + 2NH4+ [Cd(NH3)4]2+ + 2OH- → Cd(OH)2↓ + 4NH3 Phản ứng với kiềm: Các dung dịch kiềm tác dụng với ion Cd2+ cho kết tủa màu trắng, không tan thuốc thử dư dễ tan dung dịch axit vơ lỗng, NH3 dư tan dung dịch xyanua kim loại kiềm: Cd2+ + 2OH- → Cd(OH)2↓ Cd(OH)2↓ + 4NH3 → [Cd(NH3)4]2+ + 2OHCd(OH)2↓ + 4CN- → [Cd(CN)4]2- + 2OHPhản ứng với H2S: H2S tác dụng với Cd2+ môi trường axit tạo thành kết tủa cadimi sunfua CuS màu vàng tươi Đây phản ứng đặc trưng để nhận biết ion Cd2+ Màu kết tủa phụ thuộc mơi trường, mơi trường trung tính đến axit yếu ( đến pH = 0,5 ), cadimi sunfua có màu vàng tươi, mơi trường axit mạnh ( đến pH < 0,5 ) đun nóng, cadimi sunfua có màu thay đổi từ da cam đến nâu 85 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Phản ứng với KCN: Khi thêm từ từ dung dịch KCN vào dung dịch ion Cd2+, trước tiên thấy xuất kết tủa Cd(CN)2 sau kết tủa tan thuốc thử dư tạo thành ion phức: Cd2+ + 2CN- → Cd(CN)2↓ Cd(CN)2↓ + 2CN- → [Cd(CN)4]2Phức xyanua cadimi bền phức xyanua ion kim loại nhóm V, dùng H2S để phát ion Cd2+ điều kiện có cation nhóm dùng KCN để cản: [Cd(CN)4]2- + 2H2S → CdS↓ + 2HCN + 2CN6.4 Các phản ứng ion Ni2+ Phản ứng với thuốc thử nhóm: Cũng giống đồng cadimi, lượng nhỏ amôniac kết tủa Ni2+ tạo thành hidroxit cadimi dạng keo, có màu xanh lục nhạt, dễ tan thuốc thử dư tạo thành ion phức [Ni(NH3)4]2+: Ni(OH)2↓ + 4NH3 → [Ni(NH3)4]2+ + 2OHPhản ứng với kiềm: Các dung dịch kiềm tác dụng với ion Ni2+ cho kết tủa dạng keo màu lục nhạt, không tan thuốc thử dư dễ tan dung dịch axit vơ lỗng, muối amơni NH3 dư : Ni2+ + 2OH- → Ni(OH)2↓ Khi có mặt kiềm, nước brơm nước clo oxyhóa hidroxit niken(II) thành hidroxit niken(III) có màu đen: Ni(OH)2↓ + Br2 + 2OH- → Ni(OH)3↓ + 2BrPhản ứng với dung dịch kali feroxianua K4[Fe(CN)6]: 86 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kali feroxianua tạo kết tủa Ni2[Fe(CN)6] màu vàng nâu với dung dịch ion Ni2+ Phản ứng với dimetylglyoxim- thuốc thử Sugaeep: Trong dung dịch amôniac, dimetylglyoxim tạo với Ni2+ muối nội phức màu hồng tươi dimetylglyoximat niken, tan nước: Đây phản ứng đặc trưng để nhận biết niken Các cation tạo hidroxit không tan nước cản trở phản ứng 6.5 Phân tích hệ thống cation nhóm V: xem giáo trình thực hành 87 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Chương PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH CÁC ANION Đối với việc phân tích, xác định anion, người ta tìm cách chia chúng thành nhóm nhận biết ion Việc phân chia dựa tính oxyhoa-khử; tính axit-bazơ tính tạo hợp chất tan, nhiên việc phân chia chưa hoàn chỉnh Thực tế người ta hay dùng bari clorua BaCl2 canxi clorua CaCl2 bạc nitrat AgNO3 làm thuốc thứ nhóm để phân anion thành nhóm bảng Nhóm Các anion phân tích thuốc thử nhóm nhóm Ion sunfat SO42- Muối bari BaCl2 Ion sunfít SO32- anion tan Ion thiosunfat S2O32I Đặc tính Ion bonat CO3 Ion phot phat mơi trường nước trung tính hay tan axit kiềm yếu 2- PO42- loãng (trừ BaSO4) Ion silicat SiO32Ion borat BO2- hay B4O72- II Ion clorua Cl- muối bạc AgNO3 có Ion bromua Br- anion it tan mặt HNO3 nước Ion iođua I- HNO3 2- Ion sunfua S 88 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com III Ion nitrat NO3- Muối bari Khơng có Ion nitrit NO2- muối bạc thuốc thử nhóm anion tan nước Việc tìm số lớn anion dựa sử dụng phản ứng giống sử dụng để phát cation Như phát cation Ba2+ dùng ion SO42-, để tìm SO42- sử dụng ion Ba2+ Phân tích anion có đặc điểm riêng khác với cation, anion thường không cản trở Chính vậy, nhiều anion, ta sử dụng phản ứng đặc trưng để tìm chúng phần riêng dung dịch nghiên cứu Việc sử dụng phân tích hệ thống thực trường hợp phức tạp dung dịch có mặt anion chất khử hay chất oxi hố 7.1 Phân tích anion nhóm I Nhóm I bao gồm anion SO42-, CO32-, PO43-, SiO32-, hay B4O72-, SO32-, S2O32-… Các anion nhóm có đặc điểm tạo với Ba2+ muối tan nước, dễ bị hòa tan axit vơ lỗng (trừ BaSO4), vậy, thuốc thử nhóm bari clorua BaCl2 kết tủa anion nói mơi trường trung tính yếu Các phản ứng quan trọng anion nhóm I trình bày bảng 7.1 Bảng 7.1 Một số phản ứng đặc trưng anion nhóm I Thuốc thử SO42- SO32- S2O32- CO3 PO43- SiO32- BO2- BaCl2 môi Kêt Kết Kết tủa Kết Kết tủa Kết tủa Kết tủa trường trung tính tủa tủa màu tủa màu trắng màu màu 89 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com hay kiềm yếu màu màu trắng màu trắng trắng BaS2O3 trắng BaSO4 BaSO3 Tác dụng HCl muối bari Tan Khơng có Tan tan khí có CO2 SO2 - trắng BaSiO3 Ba(BO2)2 Tan Tan có Tan CO2 - - +NH4Cl có H2SiO3 Tan tách Kết tủa - trắng BaCO3 Hỗn hợp MgCl2 + NH4OH BaHPO4 MgNH4PO4 màu trắng Kết tủa màu trắng - MgSiO3 Dung dịch molipđat (NH4)2MO4 - - - - - Kết tủa màu vàng - - - - HNO3 Các axit - Khí SO2 Có SO2 S tách Khí CO2 - Các muối NH4+, NH4Cl, (NH4)- - - - - - - - - - - 2SO4 Dung Natrinitropruxua Na2[Fe(CN)5NO] - dịch màu hồng 90 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Lam Fucxin - màu - - - - - - - Xanh lục hồng Màu lửa - - - Bari clorua BaCl2 kết tủa anion nhóm dạng kết tủa tinh thể màu trắng Trong kết tủa có kết tủa BaSO4 khơng tan axit HCl, dùng phản ứng để tìm ion SO42- Kết tủa bari cacbonat BaCO3 tan axit HCl, có khí CO2 cịn với kết tủa sunfit thiosunfat BaSO3 BaS2O3 có khí SO2 Các kết tủa bari metaborat bari hiđrophotphat tan HCl khơng có khí thoát Axit HCl phân huỷ bari silicat tạo thành kết tủa vơ định hình axit silicic Với dung dịch molipđat có ion PO33- cho kết tủa màu vàng amoni photphomoliđat Từ dung dịch silicat, muối amoni làm tách kết tủa vô định H2SiO3 7.2 Phân tích anion nhóm II Các anion nhóm II gồm Cl-, Br-, I-, S2- số ion khác Muối anion với Ag+ không tan nước NH3 có mặt axit HNO3 lỗng Đa số anion nhóm I tạo với AgNO3 muối không tan nước Tuy nhiên, tất muối tan HNO3 chúng khơng cản trở việc tìm anion nhóm II Một số phản ứng đặc trưng quan trọng anion nhóm II trình bày bảng 7.2 91 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Bảng 7.2 Một số phản ứng đặc trưng anion nhóm II Thuốc thử Cl- Br- AgNO3 có kết tủa màu Kết tủa màu mặt HNO3 trắng AgCl vàng AgBr Tác dụng Tan, tạo Tan rõ rệt, tạo Thực tế muối bạc với thành thành không bị dung dịch NH3 [Ag(NH3)2]Cl [Ag(NH3)2]Br Các chất oxihoa mạnh (KMnO4, Thoát Cl2 Thoát Br2 - Màu nâu Br2 - - - - K2Cr2O7) Nước clo (khi có mặt benzen) NaNO2 hay KNO2 có mặt H2SO4 H2SO4 IKết tủa màu vàng AgI S2- Kết tủa màu đen Ag2S Khơng tan hịa tan Thốt I2 Màu tím I2 Thốt I2 - Thốt S - - Thốt khí H2S Tinh thể Pb(CH3COO)2 - - màu vàng - PbI2 CbCO3 - - 92 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn - Kết tủa vàng Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CbS Fluorecxon Màu hồng Màu đỏ eosin eosin - Màu tím đỏ - - - - - Axit fucxinsunfua Na2[Fe(CN)5NO] - - Màu tím Na2[Fe(CN)5NO] 7.3 Phân tích anion nhóm III Ion NO3-, NO2- số anion khác thuộc nhóm III Muối anion có muối bạc bari tan tốt nước Anion nhóm III khơng có thuốc thử nhóm Một số phản ứng anion nhóm III trình bày bảng 7.3 Bảng 7.3 Một số phản ứng đặc trưng anion nhóm III NO3- NO2- FeSO4 mơi trường Vịng màu nâu phức Vòng màu nâu phức axit [Fe(NO)SO4] [Fe(NO)SO4] Thuốc thử Điphenylamin Tạo dung dịch màu xanh Tạo dung dịch màu xanh Màu đỏ rõ nitro- Màu xanh lục rõ antipyrin nitrozo – antipyrin Cu + H2SO4 Tách khí NO2 - Axit lỗng HCl, H2SO4 - Tách khí NO2 Antipyrin 93 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com KI có mặt H2SO4 KMnO4 có mặt H2SO4 Thuốc thử Grigg Đun nóng với NH4Cl hay (NH4)2SO4 - Tách I2 - Làm màu tím - Tạo dung dịch màu đỏ - Tách N2 Nói chung, việc phân tích tìm anion thường thực phần dung dịch riêng, không thiết phải theo quy trình nghiêm ngặt Người ta sử dụng phản ứng tách số trường hợp phức tạp, ví dụ đồng thời có mặt anion Cl-, Br-, I-, hay S2-, SO32-, S2O32- SO42- Thường tiến hành thử trước dung dịch phân tích để xác định dung dịch vắng mặt anion Sau đó, tiến hành tìm anion riêng biệt có mặt dung dịch 94 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn