Giáo trình Hòa phân tích định tính

Cation nhóm I

1 Trình bày và giải thích được phản ứng của thuốc thử nhóm với cation nhóm I.

2 Viết được một số phản ứng đặc trưng của cation nhóm I.

3 Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ phân tích cation nhóm I.

Nhóm I có khả năng tạo kết tủa với hầu hết các acid (trừ HNO3) Tuy nhiên, chỉ có HCl thì tạo kết tủa với nhóm này mà không tạo tủa với cation nhóm khác Vì thế, HCl chính là thuốc thử để tách các cation của nhóm I ra khỏi các cation khác.

Từ các muối kết tủa này, ta lại tách chúng ra và nhận biết chúng bằng các phản ứng đặc trưng của chúng

Ag + + HCl  AgCl (tủa trắng) + H +

AgCl tan trong dung dịch NH4OH do tạo phức [Ag(NH3)2] + Cl -

Khi acid hóa dung dịch [Ag(NH3)2] + Cl - thì kết tủa AgCl xuất hiện trở lại:

[Ag(NH3)2] + Cl - + 2HNO3  AgCl + 2NH4NO3

Pb 2+ + 2HCl  PbCl2 (tủa trắng) + 2H +

PbCl2 không tan trong dung dịch NH4OH Độ tan của muối PbCl2 phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ (ở 100 o C độ tan gấp 3 lần ở nhiệt độ thường) nên có thể tách PbCl2 ra khỏi AgCl và Hg2Cl2 bằng nước nóng

Hg2 2+ + 2HCl Hg2Cl2  (tủa trắng) + 2H +

Hg2Cl2 tạo kết tủa đen khi tác dụng với dung dịch NH4OH dư

Hg2Cl2 + 2 NH4OH  ClHgNH2 (trắng) + Hg (đen) + 2H2O

Tủa này không tan trong các acid và dung dịch NH4OH

Tủa tan khi đun nóng hoặc tan trong thuốc thử KI dư Tủa tan trong KI dư: PbI2 + 2 I -  [PbI4] 2- (tan, không màu)

Có thể nhận biết Hg2 2+ nhờ kết tủa màu xanh lục của Hg2I2 trên nền vàng của các tủa AgI, PbI2. Khi KI dư: Hg2I2 + 2 I -  [HgI4] 2- + Hg

2Ag + + CrO4 2-  Ag2CrO4 đỏ gạch

Hg2 2+ + CrO4 2-  Hg2CrO4đỏ

Tủa PbCrO4 không tan trong CH3COOH loãng và NH4OH, nhưng tan trong NaOH hoặc HNO3

Tủa không tan trong các acid loãng, nhưng tan trong acid H2SO4 đặc, HCl đặc và NaOH đặc

Ag + và Hg2 2+ chỉ tạo được kết tủa với SO4 2- khi nồng độ của chúng tương đối lớn.

Ag + + NH4OH  Ag2O + 2 NH4 + + H2O

Tủa Ag2O sau đó tan trong NH4OH dư: Ag2O + 4NH4OH  2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O

Pb 2+ + 2NH4OH  Pb(OH)2trắng + 2NH4 +

2Hg2(NO3)2 + 4NH4OH  [NH2Hg2O]NO3trắng + 2Hgđen + 3NH4NO3

2Ag + + CO3 2-  Ag2CO3 trắng

Hg2 2+ + CO3 2-  Hg2CO3  HgO + Hgđen + CO2

AgOH không bềnAg2Ođen + H2O (Ag2O không tan trong kiềm dư, nhưng tan trong acid hoặc NH4OH)

Pb 2+ + 2OH -  Pb(OH)2trắng (tan trong NaOH dư, do tính chất lưỡng tính)

Pb(OH)2 + 2OH - dư  PbO2 2- + H2O

Hg2 2+ + 2OH -  HgO + Hgđen + H2O

Hg2 2+ + S 2-  HgSđen + Hgđen

SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH CATION NHÓM 1

Cho mẫu dung dịch chứa hỗn hợp NHIỀU cation Ta dùng thuốc thử nhóm 1 để tách nhóm 1 ra khỏi các nhóm còn lại Sau đó tiến hành phân tích tủa, để xác định các cation trong nhóm 1

Bảng 1 Tóm tắt các phản ứng đặc trưng của cation nhóm I

AgCl trắng Tủa tan do tạo phức

NH4OH, tan trong nước nóng

Hg2Cl2 AgCl trắng Hóa đen

NH 4 OH dư Phức đen trắng xám đen

Na 2 CO 3 Ag2CO3 trắng PbCO3 trắng HgO  + Hg đen

K 2 CrO 4 Ag2CrO4 đỏ gạch PbCrO4 vàng

KI AgI vàng (nhạt hơn

Tan khi KI dư hoặc khi đun nóng

Hg2I2 xanh lục Khi KI dư có tủa đen

H 2 S Ag2S đen PbS đen HgS +Hg đen

1 Hoàn thành các phương trình phản ứng và nêu hiện tượng: a Hg2(NO3)2 + KI  b Pb(NO3)2 + H2SO4  c Pb(CH3COO)2 + K2CrO4  d Hg2(NO3)2 + K2CrO4 

2 Pb 2+ tác dụng với H 2 S cho sản phẩm:

A PbS vàng B PbS đỏ C PbS trắng D PbS đen

3 Ag + tác dụng với …………cho sản phẩm là tủa trắng:

4 Pb 2+ tác dụng với KI cho tủa PbI 2 màu:

A Đen B Đỏ gạch C Vàng đậm D Xanh lục

A Ag + , Pb 2+ , Hg2 2+ B Ag + , Pb 2+ , Hg 2+

6 Hg 2 2+ tác dụng với HCl 6N cho hiện tượng:

A HgCl2 kết tủa vàng, tủa này tan trong NH4OH

B Hg2Cl2 kết tủa trắng, tủa này không tan trong NH4OH

C HgCl2 kết tủa trắng, tủa này tan trong NH4OH

D Hg2Cl2 kết tủa vàng, tủa này không tan trong NH4OH

7 Trình bày phương pháp định tính các cation Ag + , Pb 2+ , Hg 2 2+ trong dung dịch chỉ chứa các cation nhóm 1 (có thể dùng sơ đồ hoặc bài viết) Viết các phương trình phản ứng xảy ra?

8 Trình bày phương pháp định tính các cation Ag + , Pb 2+ , Hg 2 2+ trong dung dịch chứa hỗn hợp nhiều cation (có thể dùng sơ đồ hoặc bài viết) Viết các phương trình phản ứng xảy ra?

Cation nhóm II

1 Trình bày và giải thích được phản ứng của thuốc thử nhóm với cation nhóm II.

2 Viết được một số phản ứng đặc trưng của cation nhóm II.

3 Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ phân tích cation nhóm II.

Nhóm II sử dụng thuốc thử nhóm là H2SO4 2N tạo kết tủa màu trắng

Ba 2+ + H2SO4  BaSO4trắng + 2H + Kết tủa rất bền được sử dụng để định lượng Ba 2+ và SO4 2-

CaSO4 có tích số tan tương đối lớn, nên sẽ không tạo kết tủa khi nồng độ các ion thấp, vì vậy phải cho thêm aceton hoặc cồn vào mới xuất hiện kết tủa keo màu trắng.

3 Phản ứng của cation với các thuốc thử đặc trưng.

Màu sắc kết tủa giống với trường hợp PbCrO4 Nhưng kết tủa này không tan trong NaOH 2N dư (phân biệt với Pb 2+ )

Ba 2+ + Na2CO3  BaCO3 trắng + 2Na +

Ba 2+ + (NH4)2C2O4  BaC2O4 trắng + 2NH4 +

BaC2O4 tan trong môi trường acid của CH3COOH, hoặc HNO3, HCl…

Ca 2+ + (NH4)2C2O4  CaC2O4 (trắng) + 2NH4 +

Kết tủa bền không tan trong acid CH3COOH nhưng tan trong acid mạnh HNO3, HCl, H2SO4

(phân biệt với BaC2O4) Được sử dụng làm phản ứng định lượng Ca 2+ , C2O4 2-

Ca 2+ + Na2CO3  CaCO3 (trắng) + 2Na +

SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH CATION NHÓM 2

Từ dung dịch mẫu ban đầu, sau khi phân tích cation nhóm 1, lấy phàn dịch lọc 1 (trong sơ đồ phân tích cation nhóm 1) chứa các cation nhóm 2, 3, 4, 5, 6 ta tiếp tục phân tích cation nhóm 2

Bảng 2 Tóm tắt các phản ứng đặc trưng của cation nhóm II

Cho thêm Aceton hoặc cồn 70 0

Không hiện tượng CaSO4  trắng

Na 2 CO 3 BaCO3  trắng CaCO3 trắng

(NH 4 )C 2 O 4 BaC2O4  trắng, tan trong

CaC2O4  trắng, không tan trong CH3COOH

Thử màu ngọn lửa Vàng lục Đỏ gạch

1 Hoàn thành các phương trình phản ứng và nêu hiện tượng: a BaCl2 + H2SO4  b CaCl2 + Na2CO3  c Ba(NO3)2 + K2CrO4  d Ca(NO3)2 + (NH4)2C2O4 

2 Cation tác dụng với H 2 SO 4 loãng cho kết tủa trắng, NGOẠI TRỪ:

3 Phân biệt tủa vàng tươi của PbCrO4 và BaCrO4 bằng tính chất:

A PbCrO4 tan trong NaOH, còn BaCrO4 không tan trong NaOH

B BaCrO4 không tan trong NaOH

C BaCrO4 có màu vàng, PbCrO4 có màu trắng

4 Thuốc thử nhóm của cation nhóm II:

5 Ca 2+ tác dụng với (NH 4 ) 2 C 2 O 4 cho hiện tượng:

A CaC2O4 kết tủa vàng, tủa tan trong CH3COOH

B CaC2O4 kết tủa vàng, tủa không tan trong CH3COOH

C CaC2O4 kết tủa trắng, tủa không tan trong CH3COOH

D CaC2O4 kết tủa trắng, tủa tan trong CH3COOH

6 Ba 2+ tác dụng với K 2 CrO 4 cho sản phẩm:

A Tủa BaCrO4 vàng B Dung dịch BaCrO4 vàng

C Dung dịch BaCrO4 trắng D Tủa BaCrO4 trắng

7 Đốt ion Ca 2+ trên ngọn lửa không màu sẽ cho ngọn lửa có màu:

A Tím B Vàng lục C Đỏ D Đỏ gạch

8 Cation tác dụng với Na 2 CO 3 cho kết tủa trắng, NGOẠI TRỪ:

9 Có thể dùng amoni oxalate (NH 4 ) 2 C 2 O 4 trong môi trường acid acetic phân biệt dung dịch CaCl 2 với dung dịch BaCl 2 hay không? Giải thích?

10 Có thể dùng K 2 CrO 4 trong trong môi trường kiềm để phân biệt dung dịch BaCl 2 với dung dịch Pb 2+ hay không? Giải thích?

Cation nhóm III

1 Trình bày và giải thích được phản ứng của thuốc thử nhóm với cation nhóm III.

2 Viết được một số phản ứng đặc trưng của cation nhóm III.

3 Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ phân tích cation nhóm III.

Cation nhóm III đều có khả năng tạo thành các muối tan trong môi trường kiềm dư:

Vì vậy thuốc thử để tách cation nhóm III ra khỏi các nhóm khác là NaOH hoặc KOH dư Nhóm III sẽ tan trong dung dịch, các cation nhóm IV, V sẽ tạo kết tủa hydroxyt Từ đó tách nhóm III ra khỏi các nhóm còn lại Sau đó nhận biết từng cation nhóm III bằng các phản ứng đặc trưng của chúng.

Khi dùng NaOH vừa đủ:

Zn 2+ + 2OH -  Zn(OH)2 keo trắng

Al 3+ + 3OH -  Al(OH)3 keo trắng

Muốn thu được kết tủa Al(OH)3 thì dùng acid yếu:

Muốn thu được kết tủa Zn(OH)2 thì dùng acid yếu, nhưng không dùng NH4 +, vì tạo thành phức tan [Zn(NH3)4] 2+

3 Các phản ứng đặc trưng

Dùng dung dịch ammoni thủy ngân thiocyanua (NH4)2[Hg(SCN)4] (gọi là Montequi A), với dung dịch muối Cu 2+ (Montequi B) có thể nhận biết được sự có mặt của Zn 2+ do tạo thành kết tủa màu tím sim:

Zn 2+ + Cu 2+ + 2(NH4)2[Hg(SCN)4]  Zn[Hg(SCN)4].Cu[Hg(SCN)4](tím sim) + 4NH4 +

Zn 2+ + (NH4)2S  ZnS trắng + 2NH4 +

Kết tủa này tan trong acid vô cơ, nhưng không tan trong CH3COOH và NaOH.

Zn 2+ + Na2CO3  ZnCO3 ↓trắng + 2Na +

- Với NH 4 OH : Khi tác dụng với NH4OH dư, tủa tan, tạo dung dịch trong suốt:

Zn 2+ + 4NH4OH  [Zn(NH3)4] 2+ + 4H2O

2Zn 2+ + K4[Fe(CN)6]  Zn2[Fe(CN)6] màu trắng + 4K +

3Zn 2+ + 2K3[Fe(CN)6]  Zn3[Fe(CN)6]2màu vàng + 6K +

Aluminon là muối triammoni của acid aurin tricacboxylic, thường được dùng để nhận biết sự có mặt của Al 3+ Tuy nhiên, aluminon không phải là thuốc thử đặc hiệu của Al 3+ , vì nó cũng có thể tạo kết tủa với một số cation khác như Ca 2+ , Be 2+ , Fe 3+ ,… Phản ứng hình thành kết tủa bông đỏ ở pH = 4 – 6 (tối ưu là pH = 4), nhiệt độ 80-100 o C.

2Al 3+ + 3(NH4)2S + 6H2O  2Al(OH)3  + 6NH4 + + 3H2S

Al 3+ chỉ tạo tủa với S 2- trong môi trường trung tính hoặc kiềm yếu, trong môi trường acid nó không tạo tủa

2Al 3+ + 3Na2CO3 + 3H2O  2Al(OH)3trắng + 3CO2+ 6Na +

Al 3+ + 3NH4OH  Al(OH)3keo trắng + 3 NH4 +

Kết tủa này không tan trong NH4OH dư

SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH CATION NHÓM 3

Bảng 3 Tóm tắt phản ứng đặc trưng của cation nhóm III

Tủa tan trong NaOH dư tạo

Tủa tan trong NaOH dư tạo NaAlO2

NH 4 OH từ từ đến dư Zn(OH)2 trắng

Tủa tan trong NH4OH dư tạo phức tan [Zn(NH3)4] 2+

Tủa không tan trong NH4OH dư

Aluminon - Al(OH)3bông đỏ

Na 2 CO 3 ZnCO3 trắng Al(OH)3  keo trắng

(NH 4 ) 2 S ZnS trắng Al(OH)3  keo trắng

Câu 1 Tính chất chung của cation nhóm III khi tác dụng với thuốc thử nhóm là:

B Tạo tủa hydroxyt không tan trong kiềm dư

C Tạo tủa hydroxyt tan trong kiềm

D Tạo tủa hydroxyt tan trong kiềm dư

Câu 2 Thuốc thử nhóm của cation nhóm III:

Câu 3 Khi cho Zn 2+ tác dụng với dung dịch NH 4 OH, thu được sản phẩm:

A Zn(OH)2 kết tủa màu trắng, tủa tan khi cho NH4OH dư

B Zn(OH)2 kết tủa màu trắng, tủa không tan khi cho NH4OH dư

C Zn(OH)2 kết tủa màu vàng, tủa không tan khi cho NH4OH dư

D Zn(OH)2 kết tủa màu vàng, tủa tan khi cho NH4OH dư

Câu 4 Khi cho thuốc thử Montequi A + B vào dung dịch có chứa… thu được sản phẩm… :

A Tất cả đúng B Tất cả sai

C Al 3+ , cho kết tủa màu tím sim D Zn 2+ , cho kết tủa màu tím sim

Câu 5: So sánh cation Al 3+ và Zn 2+ khi cho tác dụng với NH 4 OH dư?

Câu 6: Để định tính cation Al 3+ trong dung dịch có mặt Ca 2+ , Fe 3+ có thể dùng

Aluminon hay không? Giải thích:

Câu 7: Thuốc thử Montequi A là gì? Montequi B là gì?

Câu 8: Trình bày sơ đồ phân tích định tính hỗn hợp cation nhóm 1, 2, 3

Cation nhóm IV

1 Trình bày và giải thích được phản ứng của thuốc thử nhóm với cation nhóm IV.

2 Viết được một số phản ứng đặc trưng của cation nhóm IV.

3 Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ phân tích cation nhóm IV.

Các cation nhóm IV tạo kết tủa hydroxyt không tan trong kiềm dư.

Cation nhóm IV sử dụng thuốc thử nhóm là NH4OH đặc, dư

Sau khi tách riêng được các kết tủa hydroxyt của cation nhóm IV thì hòa tan bằng acid rồi nhận biết từng cation bằng phản ứng đặc trưng của chúng.

Fe 2+ + 2NH4OH  Fe(OH)2 trắng xanh + 2NH4 +

Fe 3+ + 3 NH4OH  Fe(OH)3 nâu đỏ + 3NH4 +

Bi 3+ + 3NH4OH  Bi(OH)3 trắng + 3NH4 +

Mg 2+ + NH4OH  Mg(OH)2 trắng + 2NH4 +

Mn 2+ + NH4OH  Mn(OH)2 trắng + 2NH4 +

3 Phản ứng đặc trưng của cation:

Fe 2+ + Na2CO3  FeCO3 xanh nâu + 2Na + Để lâu trong không khí ẩm, FeCO3 bị oxy hóa dần tạo thành FeOHCO3:

2Fe 3+ + 3Na2CO3 + 3H2O  2Fe(OH)3 nâu đỏ + 6Na + + 3CO2

2Bi 3+ + 3Na2CO3 + 3H2O  2Bi(OH)3trắng + 6Na + + 3CO2

Mg 2+ + Na2CO3  MgCO3 trắng + 2Na +

Mn 2+ + Na2CO3  MnCO3 trắng + 2Na +

Fe 2+ + 2NaOH  Fe(OH)2 trắng xanh + 2Na +

Fe 3+ + 3NaOH  Fe(OH)3 nâu đỏ + 3Na +

Fe(OH)2 rất dễ bị oxy hóa bởi các tác nhân như H2O2 hay O2 không khí để chuyển thành Fe(OH)3:

Fe(OH)2, Fe(OH)3 rất dễ tan trong các acid , nhưng không tan trong NH4OH.

Bi 3+ + 3NaOH  Bi(OH)3 trắng + Na +

Bi(OH)3 tan trong các acid, không tan trong kiềm dư, nhưng khi đun nóng dễ chuyền thành màu vàng, do bị mất nước:

Bi(OH)3  BiO(OH)vàng + H2O

Mg 2+ + 2 NaOH  Mg(OH)2 trắng + 2Na +

Mn 2+ + 2 NaOH  Mn(OH)2 trắng + 2Na +

Riêng Mg(OH)2 do tích số tan lớn nên dễ tan trong môi trường acid nhẹ của muối NH4Cl:

+ 2NH4Cl 2NH4OH + 2Cl - Mn(OH)2 dễ bị oxy hóa để tạo thành MnO2:

Mn(OH)2 + H2O2  MnO2 nâu đen + 2H2O

Fe 2+ + (NH4)2S  FeS đen + 2NH4 +

Fe 3+ + 3(NH4)2S  Fe2S3 đen + 6NH4 +

2Bi 3+ + 3(NH4)2S  Bi2S3 đen + 6NH4 +

Mn 2+ + (NH4)2S  MnS  hồng nhạt + 2NH4 +

Các tủa sulfid này đều tan được trong các acid loãng, riêng Bi2S3 chỉ tan trong HCl đậm đặc hoặc HNO3 loãng, nóng:

Fe 3+ + 3KSCN  Fe(SCN)3 màu đỏ máu + 3K +

Tủa tan trong thuốc thử KSCN dư, tạo dung dịch màu đỏ máu:

Fe(SCN)3 + 3KSCN  K3[Fe(SCN)6] tan màu đỏ máu

3Fe 2+ + 2K3[Fe(CN)6]  Fe3[Fe(CN)6]2 xanh đậm + 6K +

4Fe 3+ + 3K4[Fe(CN)6]  Fe4[Fe(CN)6]3 xanh đậm + 12K +

2Fe 2+ + K4[Fe(CN)6]  Fe2[Fe(CN)6] xanh đậm + 4K +

Tủa tan trong KI dư: 2KI + BiI3  K2[BiI4] dung dịch màu vàng đậm

 Với NH 4 OH, NH 4 Cl, Na 2 HPO 4

Mg 2+ + NH4OH + Na2HPO4  MgNH4PO4 trắng + 2Na + + H2O

Bảng 4 Tóm tắt phản ứng đặc trưng của cation nhóm IV

Fe 2+ Fe 3+ Bi 3+ Mg 2+ Mn 2+

Na 2 CO 3 FeCO3 xanh nâu

(NH 4 ) 2 S FeS đen Fe2S3 đen Bi2S3 đen - MnS hồng nhạt

K3[Fe(SCN)6] tan màu đỏ máu

K 3 [Fe(CN) 6 ] Fe3[Fe(CN)6]2

K 4 [Fe(CN) 6 ] Fe2[Fe(CN)6]

SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH CATION NHÓM IV:

1 Hoàn thành phương trình phản ứng và nêu hiện tượng: a FeCl3 + NaOH  b Fe(NO3)3 + K4[Fe(CN)6]  c Bi(NO3)3 + Na2S  d FeCl2 + K3[Fe(CN)6] 

2 Hãy nêu và viết phương trình phản ứng: a Khi cho từ từ KI đến dư vào dung dịch Bi(NO3)3 b Khi cho từ từ KSCN đến dư vào dung dịch FeCl3

3 Cho các dung dịch FeCl 3 , Bi(NO 3 ) 3 , FeCl 2 , AlCl 3 chứa trong các lọ mất nhãn Chỉ dùng NaOH hãy trình bày cách nhận biết các lọ hóa chất đó.

4 Fe 2+ tác dụng với (NH 4 ) 2 S, cho sản phẩm:

A FeS kết tủa trắng B Fe2S3 kết tủa trắng

C FeS kết tủa đen D Fe2S3 kết tủa đen

5 Fe 3+ tác dụng với Na 2 CO 3 , sản phẩm tạo ra:

A Fe2(CO3)3 kết tủa nâu đỏ B FeCO3 kết tủa trắng xanh

C Fe(OH)3 kết tủa nâu đỏ D Fe(OH)2 kết tủa trắng xanh

6 Fe 3+ tác dụng với NaOH, sản phẩm tạo ra:

A Fe(OH)3 kết tủa vàng, tủa này tan trong NaOH dư

B Fe(OH)3 kết tủa đỏ nâu, tủa này không tan trong NaOH dư

C Fe(OH)3 kết tủa vàng, tủa này không tan trong NaOH dư

D Fe(OH)3 kết tủa đỏ nâu, tủa này tan trong NaOH dư

7 Mg 2+ + NH 4 OH + Na 2 HPO 4 → … + Na + + H 2 O

A MgHPO4 ↓trắng B MgNH4PO4 ↓trắng

C Tất cả đều sai D Mg3(PO4)2 ↓trắng

A Fe4[Fe(CN)6]3 ↓ xanh đậm B Fe4[Fe(CN)6]3 dung dịch màu xanh

C Fe2 [Fe(CN)6]↓ xanh đậm D Fe2 [Fe(CN)6]dung dịch màu xanh

9 So sánh cation nhóm III và nhóm IV khi phản ứng với NaOH dư?

10 Trình bày phương pháp định tính dung dịch chứa các cation nhóm IV?

Cation nhóm V

1 Trình bày và giải thích được phản ứng của thuốc thử nhóm với cation nhóm V.

2 Viết được một số phản ứng đặc trưng của cation nhóm V.

3 Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ phân tích cation nhóm V.

Cation nhóm V cũng có thuốc thử nhóm tương tự như nhóm IV đó là: NH4OH đặc dư

Cu 2+ + 4 NH4OH  [Cu(NH3)4] 2+ + 4 H2O

(dung dịch xanh lam đậm)

Hg 2+ + 4 NH4OH  [Hg(NH3)4] 2+ + 4 H2O

(phức chất tan không màu)

Các cation nhóm V tác dụng với thuốc thử nhóm không tạo ra kết tủa mà tạo ra các phức bền vững Đó là sự khác biệt để tách nhóm IV khỏi nhóm V.

2 Phản ứng với thuốc thử đặc trưng

Cu 2+ + 2NaOH  Cu(OH)2 xanh + 2Na +

Khi đun nóng Cu(OH)2 tạo thành CuO màu đen.

Cu(OH)2 dễ tan trong acid loãng và tan trong NH4OH để tạo phức [Cu(NH3)4] 2+

Hg 2+ + 2NaOH  HgO vàng + 2Na + + H2O

Cu 2+ + 2NH4OH  Cu(OH)2 xanh + 2NH4 +

Khi NH4OH dư, tủa Cu(OH)2 tan, tạo dung dịch xanh lam đậm [Cu(NH3)4] 2+

Hg 2+ + 4 NH4OH  [Hg(NH3)4] 2+ + 4 H2O

(phức chất tan không màu)

2Cu 2+ + 4KI  2CuI trắng + I2 (nâu sẫm) + 4K + (phản ứng xảy ra chậm)

Hg 2+ + 2 KI  HgI2 đỏ cam + 2K + (phản ứng xảy ra nhanh)

Khi KI dư tủa đỏ cam tan, tạo dung dịch trong suốt:

HgI2 + 2 KI dư  K2[HgI4] (dung dịch trong suốt)

2Cu 2+ + K4[Fe(CN)6]  Cu2[Fe(CN)6] nâu đỏ + 4K +

Cu 2+ + (NH4)2S  CuS đen + 2NH4 +

CuS không tan trong HCl, H2SO4 đặc nhưng tan trong HNO3 theo phương trình:

CuS + 8HNO3  3Cu(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2O

Hg 2+ + (NH4)2S  HgS đen + 2 NH4 +

HgS không tan trong HCl, H2SO4, HNO3 nhưng tan trong nước cường thủy:

3HgS + 6HCl + 2HNO3  3HgCl2 + 3S + 2NO + 4H2O

HgCl2 + SnCl2 + 6NaOH  2Hg đen + Na2SnO3 + 4NaCl + 3H2O

Hg 2+ + Na2CO3  HgCO3nâu đỏ + 2 Na +

Cu 2+ + Na2CO3  CuCO3 xanh + 2 Na +

SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH HỖN HỢP CATION NHÓM V

Bảng 5 Tóm tắt phản ứng đặc trưng của cation nhóm V

[Cu(NH3)4] 2+ dung dịch xanh lam đậm

NaOH Cu(OH)2 xanh HgO vàng

KI CuI trắng + I2 nâu sẫm HgI2 đỏ cam

KI dư  K2[HgI4] dd trong suốt

K 4 [Fe(CN) 6 ] Cu2[Fe(CN)6] nâu đỏ -

(NH 4 ) 2 S CuS đen HgS đen

Na 2 CO 3 CuCO3 xanh HgCO3nâu đỏ

1 Viết phương trình phản ứng và nêu hiện tượng xảy ra: a CuSO4 + NH4OH dư  b CuSO4 + K4[Fe(CN)6]  c KI + CuSO4  d Ch từ từ dung dịch KI đến dư vòa dung dịch Hg(NO3)2

2 Tủa có màu đen khi tác dụng với KI:

3 Ion cho tủa màu vàng với thuốc thử natri hydroxyt là:

4 Cu 2+ tác dụng NH 4 OH, thu được sản phẩm:

A [Cu(NH3)4] 2+ đỏ nâu B [Cu(NH3)4] 2+ xanh lam đậm

C [Cu(NH3)4] 2+ đen D [Cu(NH3)4] 2+ trắng

A CuCO3 kết tủa xanh B CuCO3 kết tủa đỏ

C CuCO3 kết tủa vàng D CuCO3 kết tủa nâu

6 Phản ứng phân biệt Hg 2 2+ và Hg 2+ :

A K2CrO4 B K4[Fe(CN)6] C KI dư D KSCN

7 Hg 2+ + NH 4 OH, thu được sản phẩm:

A [Hg(NH3)4] 2+ phức chất có màu đen

B [Hg(NH3)4] 2+ phức chất không màu

C [Hg(NH3)4] 2+ phức chất có màu đỏ nâu

D [Hg(NH3)4] 2+ phức chất có màu trắng

8 Có thể dùng KI dư để phân biệt 2 cation nhóm V không? Vì sao?

9 Có thể dùng NH 4 OH dư để phân biệt 2 cation nhóm V không? Vì sao?

10 Cho 5 dung dịch FeCl 3 , CuSO 4 , BaCl 2 , NH 4 OH, NaCl chứa trong 5 lọ riêng biệt mất nhãn Không dùng thêm hóa chất nào khác, hãy trình bày cách nhận biết các lọ hóa chất trên Viết phương trình phản ứng xảy ra?

Cation nhóm VI

1 Viết được các phản ứng đặc trưng để tìm các cation nhóm VI.

2 Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ.

1 Cation nhóm VI không có thuốc thử nhóm Đây là những cation của kim loại kiềm và amoni, các hợp chất baze NH4OH, KOH, NaOH và các muối Halogenid, Sulfat, Carbonat của chúng đều dễ tan trong nước,nên không có thuốc thử nhóm, phải xác định thẳng những ion này theo phản ứng đặc trưng của từng cation với thuốc thử riêng.

2 Phản ứng đặc trưng của cation nhóm VI

Nhận biết khí NH3 bay ra bằng mùi khai hoặc làm giấy tẩm phenolphthalein chuyển sang màu đỏ hoặc làm giấy quỳ tím chuyển sang màu xanh.

NH4 + + 2K2[HgI4] + KOH  [HgI2NH2]I  nâu đỏ + 5 KI + H2O

Thủy ngân (II) amidodiiodo iodid

Một số cation kim loại chuyển tiếp gây cản trở phản ứng trên do tạo tủa hydroxyt có màu hoặc phá hủy thuốc thử, nên phải loại chúng bằng kiềm mạnh và cacbonat hoặc khóa chúng trong phức chất với kali natri tartrat trước khi dùng thuốc thử Nessler.

Ion NH4 + cũng có phản ứng tương tự.

2.2.2 Bằng acid picric (2,4,6 – Trinitro phenol):

K + + C6H2(NO2)3OH  C6H2(NO2)3OK vàng kim + H +

Ion NH4 + cũng có phản ứng tương tự

K + + C6H2(NO2)3OH  C6H2(NO2)3ONH4 vàng + H +

2.2.3 Thuốc thử Garola (Natri colbaltinitrit Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ])

2K + + Na3[Co(NO2)6]  K2Na[Co(NO2)6] tinh thể màu vàng nghệ

Ion NH4 + gây nhiễu trong việc xác định K + Do đó cần loại bỏ NH4 + bằng kiềm trước khi xác định K +

2.2.4 Thử màu ngọn lửa: K + khi đốt với ngọn lửa không màu cho lửa màu tím

2.3.1 Dùng thuốc thử Streng (Kẽm Uranyl Acetate)

Na + + Zn(UO2)3(CH3COO)8 + CH3COO -  NaZn(UO2)3(CH3COO)9 vàng lục

NaZn(UO2)3(CH3COO)9 là tinh thể hình mặt nhẫn khi soi trên kính hiển vi.

Các ion Ag + , Hg2 2+ cũng tạo được kết tủa với thuốc thử nhưng tinh thể có hình kim dài, vì vậy cần loại bỏ các ion này trước rồi mới dùng thuốc thử streng.

1.3.2 Thử màu ngọn lửa: Na + khi đốt với ngọn lửa không màu cho ngọn lửa màu vàng.

Mẫu chứa hỗn hợp cation từ nhóm I đến nhóm VI

Mẫu chỉ có cation nhóm VI

Bảng 6 Tóm tắt phản ứng đặc trưng của cation nhóm VI

THUỐC THỬ CATION NHÓM VI

Thuốc thử Nessler [HgI2NH2]I  nâu đỏ - -

Acid tartric NH4HC4H4O6 trắng KHC4H4O6 trắng -

Thuốc thử Garola - K2Na[Co(NO2)6]

tinh thể màu vàng nghệ

- thuốc thử Streng - - NaMg(UO2)3(CH3COO)9 vàng lục

- Ngọn lửa màu tím Ngọn lửa màu vàng

1 Hoàn thành các phương trình phản ứng sau: a NaCl + Zn(UO2)3(CH3COO)8 + CH3COOH  b KCl + Na3[Co(NO2)6]  c NH4Cl + Hg(NO3)2 + KIdư  d KCl + C6H4(NO2)3OH 

2 Vì sao cần cho dung dịch kali natri tartrat đặc trước khi dùng thuốc thử Nessler vào dung dịch gốc để nhận biết ion NH 4 + ?

3 Khi cho Na + tác dụng với thuốc thử Streng, kết tủa tạo thành có màu:

A Vàng lục B Trắng xanh C Đỏ nâu D Xanh đen

4 Thuốc thử Garola dùng để xác định ion:

5 Đốt muối của ion Na + trên ngọn lửa không màu, sẽ cho ngọn lửa có màu:

A Vàng B Tím C Vàng lục D Đỏ

6 Thuốc thử nhóm của cation nhóm VI:

A HCl B Không có thuốc thử nhóm C NaOH D NH4OH

7 Trình tự xác định cation nhóm VI:

8 Nhận biết ion K + bằng thuốc thử Garola Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] ở môi trường trung tính, cho sản phẩm:

A K2Na[Co(NO2)6] kết tủa vàng nghệ B K2Na[Co(NO2)6] kết tủa xanh đen

C K2Na[Co(NO2)6] kết tủa trắng D K2Na[Co(NO2)6] kết tủa đỏ nâu

9 Phản ứng tìm ion K + bằng thuốc thử acid picric, bị cản trở bởi ion :

A Tất cả đều đúng B NH4 + C Na + D Ag +

10 Đốt ion K + trên ngọn lửa không màu, sẽ cho ngọn lửa có màu:

A Vàng B Tím C Đỏ gạch D Vàng lục

A trắng B vàng nghệ C đỏ nâu D xanh lục

12 Phản ứng tìm K + bằng thuốc thử Garola, bị cản trở bởi ion:

Anion nhóm I

1 Viết được các phản ứng của thuốc thử nhóm với các anion nhóm I.

2 Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ để tách riêng và tìm từng anion.

Các anion nhóm I tạo kết tủa với Ag + , kết tủa tạo thành không tan trong môi trường acid HNO3 loãng Vì thế AgNO3 + HNO3 loãng là thuốc thử nhóm để tách riêng anion nhóm I ra khỏi hỗn hợp phân tích Sau đó dựa vào các phản ứng đặc trưng của từng anion để tách và phát hiện chúng.

Các cation nhóm 1 đến nhóm 5 có thể gây cản trở việc xác định anion Do đó, trước khi định tính anion trong dung dịch ta cần chuyển các cation cản trở đó thành dạng kết tủa Thông thường ta có thể sử dụng Na2CO3 để tạo kết tủa với tất cả các cation từ nhóm 1 đến nhóm 5 Sau đó tiến hành định tính anion trong dung dịch

2 Các phản ứng phân tích đặc trưng của anion nhóm I

Cl - + AgNO3  AgCl trắng + NO3 -

AgCl tan trong NH4OH loãng, KCN

AgCl + 2NH4OH  [Ag(NH3)2] + Cl - + 2H2O

2Cl - + Pb 2+  PbCl2trắng PbCl2 tan trong nước nóng và tủa trở lại khi làm lạnh

2.1.3 Với KMnO 4 trong môi trường H 2 SO 4

2KMnO4 + 10KCl + 8H2SO4  2MnSO4 + 5Cl2 + 8H2O + 6K2SO4

Nhận biết khí Cl 2 sinh ra bằng một trong các cách sau:

+ Dùng giấy lọc tẩm hỗn hợp anilin, o-toluidin (phương pháp của Villier-Fayol): giấy chuyển từ màu trắng sang xanh tím

+ Dùng giấy lọc tẩm thuốc thử KI và hồ tinh bột: giấy chuyển từ trắng sang xanh tím

Do: 2KI + Cl2  2KCl + I2 (I2 làm hồ tinh bột hóa xanh tím)

Br - + Ag +  AgBr vàng nhạt AgBr tan trong NH4OH đặc, KCN

2Br - + Pb 2+  PbBr2 trắng PbBr2 tan trong kiềm, và Br - dư

2.2.3 Với nước Clo hoặc nước Javel

Br2 tan trong Cloroform tạo dung dịch màu vàng rơm

Hoặc ta có thể nhận biết hơi Br2 sinh ra bằng giấy lọc tẩm thuốc thử hữu cơ Fluorescein giấy chuyển từ màu vàng sang màu hồng

I - + AgNO3  AgI vàng + NO3 - AgI không tan trong NH4OH nhưng tan trong KCN tạo thành phức tan.

2I - + Hg 2+  HgI2 đỏ cam HgI2 tan trong I - dư:

2I - + HgI2  [HgI4] 2- tan, không màu

2I - + Cu 2+  CuI trắng +1/2 I2 (nâu sẫm)

2.3.4 Với NaNO 2 trong môi trường acid:

2NO2 - + 4H + +2 I -  I2 + 2 NO + 2H2O (I2 làm xanh hồ tinh bột)

2.3.5 Với nước clo hay nước Javel, sinh ra I 2

I2 tan trong chloroform cho dung dịch màu tím

Khí I2 bay ra làm giấy tẩm dung dịch hồ tinh bột hóa xanh

2.4.2 Với acid vô cơ HCl

SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH ANION NHÓM 1

Bảng 7 Tóm tắt phản ứng đặc trưng của anion nhóm I

Ag + AgCl trắng AgBr vàng nhạt AgI vàng Ag2S đen

Pb 2+ PbCl2trắng PbBr2 trắng - -

Cl2  - - - nước Clo hoặc nước Javel

Cloroform tạo dung dịch màu vàng rơm

I2 , tan trong chloroform cho dung dịch màu tím

NaNO 2 trong môi trường acid

- - I2 làm xanh hồ tinh bột

1 Trình bày cách xác định các anion nhóm 1 trong dung dịch chỉ chứa anion nhóm 1 không có nion nhóm khác?

2 Cho 5 dung dịch NaCl, NaBr, Na 2 S, NaNO 3 chứa trong 5 lọ riêng biệt mất nhãn Chỉ dùng 1 thuốc thử hỹ trình bày cách nhận biết chúng, viết phương trình phản ứng xảy ra?

3 Cho dung dịch NH 4 OH loãng vào hỗn hợp AgCl, AgBr, AgI, Ag 2 S chất nào sẽ tan?

4 Có thể dùng Hg 2+ để định tính I - và S 2- trong dung dịch chỉ chứa anion nhóm I được không? Giải thích

Xác định cation và anion trong dung dịch

CÁC ION TRONG DUNG DỊCH

1 Giải thích được sự khác nhau giữa các phương pháp phân tích định tính.

2 Trình bày được sự khác nhau giữa phản ứng tách và phản ứng xác định, giữa độ nhạy tuyệt đối và độ nhạy tương đối của một phản ứng, giữa thuốc thử nhóm, thuốc thử chọn lọc và thuốc thử đặc hiệu.

3 Lập được sơ đồ phân tích tổng quát 6 nhóm cation theo phương pháp acid – base.

1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH

Có nhiều cách phân loại các phương pháp phân tích định tính

A Dựa vào bản chất của phương pháp sử dụng trong phân tích định tính có thể chia thành

Là phương pháp định tính dựa trên các phản ứng hóa học Phương pháp này không cần trang thiết bị phức tạp nên tiết kiệm và dễ thực hiện Tuy nhiên, nó đòi hỏi thời gian tương đối dài và lượng chất phân tích tương đối lớn

1.2 Phương pháp vật lý – hóa lý

Là phương pháp phân tích định tính dựa trên các tính chất vật lý và hóa lý của mẫu vật cần phân tích Ví dụ các phương pháp thường dùng là:

1.2.1 Phương pháp soi tinh thể

Dùng kính hiển vi để phát hiện các tinh thể có màu sắc và hình dáng đặc trưng của một hợp chất Chẳng hạn, ion Na + tạo tinh thể hình mặt nhẫn màu vàng lục nhạt với thuốc thử Streng.

1.2.2 Phương pháp so màu ngọn lửa Đốt các hợp chất dễ bay hơi của các nguyên tố trên ngọn lửa đèn gas không màu rồi quan sát Chẳng hạn, ngọn lửa stronti cho màu đỏ son, kali màu tím, natri màu vàng, bari màu lục nhạt.

1.2.3 Các phương pháp dụng cụ

Là các phương pháp sử dụng các máy thiết bị hoạt động theo những nguyên lý xác định để phân tích định tính Ví dụ: sắc kí, quang phổ phát xạ, quang phổ hấp thụ, huỳnh quang, cực phổ.

Các phương pháp vật lý – hóa lý có độ nhạy và độ chính xác cao, nhưng đòi hỏi trang thiết bị phức tạp.

B Dựa vào cách tiến hành phân tích định tính có thể chia thành 2 loại: Phân tích ướt và phân tích khô

Là phương pháp định tính được tiến hành với các dung dịch Mẫu vật rắn cần kiểm nghiệm phải được hòa tan trong nước, trong acid hay trong dung dịch cường thủy hay trong các dung môi hữu cơ.

Tiến hành phân tích với các chất rắn hoặc với dung dịch bằng đường lối khô Chẳng hạn:

 Điều chế ngọc màu với natri borat: ngọc màu lam là muối cobalt, ngọc màu lục là muối crom;

C Dựa vào trình tự phân tích các ion có thể chia thành 2 loại: Phân tích riêng biệt và phân tích hệ thống

Là xác định trực tiếp một ion trong hỗn hợp nhiều ion bằng một phản ứng đặc hiệu – phản ứng chỉ xảy ra với riêng ion đó Ta có thể lấy từng phần dung dịch phân tích để thử riêng từng ion đó mà không theo một thứ tự nhất định nào Chẳng hạn, xác định iod: trong dung dịch hồ tinh bột, phản ứng đặc hiệu cho màu xanh.

Thực tế không nhiều ion có phản ứng đặc hiệu Do đó phân tích riêng biệt chỉ được sử dụng trong sự kết hợp với phân tích hệ thống.

Là tiến hành xác định ion theo một thứ tự nhất định Trước khi xác định một ion phải loại bỏ hoặc khóa ion cản trở - là các ion có phản ứng với thuốc thử giống như ion cần tìm.

Ví dụ: người ta thường dùng amoni oxalate (NH4)2C2O4 để định tính Ca 2+ qua phản ứng:

Tuy nhiên, Ba 2+ cũng cho phản ứng tương tự, do đó trước hết cần phải loại ion này (nếu có) khỏi dung dịch bằng cromat trong môi trường acid acetic

Ba 2+ + CrO4 2-  BaCrO4màu vàng Để phân tích hệ thống một hỗn hợp ion người ta thường dùng thuốc thử nhóm để chia các ion thành nhiều nhóm, mỗi nhóm có thể chia thành các phân nhóm rồi tách thành từng ion riêng biệt để xác định.

2 ĐIỀU KIỆN TIẾN HÀNH CÁC PHẢN ỨNG ĐỊNH TÍNH

2.1.1 Phản ứng theo bản chất hóa học

CaCl2/nước → Ca 2+ + 2Cl - CaCO3 + HCl → CaCl2 + CO2 ↑+ H2O

- Phản ứng tạo chất bay hơi:

- Phản ứng oxy hóa khử:

2.1.2 Phản ứng theo mục đích phân tích

- Phản ứng tách: nhằm chia các chất, các ion thành các nhóm nhỏ hay để tách riêng một ion, một chất dùng cho phản ứng xác định.

- Phản ứng đặc trưng hay xác định: nhằm tìm một ion khi nó đã được cô lập hoặc khi còn trong hỗn hợp.

- Phản ứng tạo điều kiện cho tách và xác định như:

+ Phản ứng khóa hay loại ion cản trở;

+ Phản ứng mở khóa hoặc phá phức để giải phóng ion cần tìm;

+ Phản ứng điều chỉnh pH môi trường để hòa tan, kết tủa hoặc trung hòa chất cần phân tích.

2.2 Độ nhạy và tính đặc trưng của phản ứng

Các phản ứng dùng trong phân tích định tính phải nhanh, nhạy, đặc hiệu, có dấu hiệu dễ nhận biết(như kết tủa, tạo màu, màu thay đổi trong các dung môi hay điều kiện phản ứng, sinh

9 khí có đặc điểm riêng…) xảy ra hoàn toàn Tuy nhiên, tùy theo mục đích phân tích mà phản ứng được lựa chọn chỉ cần đạt một vài yêu cầu cụ thể, không nhất thiết phải có đầy đủ các đặc tính đã nêu Chẳng hạn khi tách riêng một ion bằng cách kết tủa thì phản ứng phải hoàn toàn Nhưng chỉ để định tính ion đó thì không cần phải như vậy.

Hai yêu cầu quan trọng của một phản ứng định tính là độ nhạy và tính đặc hiệu.

2.2.1 Tính đặc hiệu của phản ứng

Là trong những điều kiện xác định, có thể dùng phản ứng đó hay thuốc thử để xác định một chất khi có mặt các chất khác.

Có rất nhiều phản ứng có thể thực hiện (hàng chục ngàn), nhưng chỉ có những phản ứng đặc hiệu mới có ý nghĩa thực tiễn trong phân tích định tính.

Phản ứng đặc hiệu: là phản ứng mà nhờ chúng, trong những điều kiện xác định của phòng thí nghiệm có thể xác định được liều duy nhất trong dung dịch, khi đang có sự hiện diện của những ion khác phát hiện được nhờ vào:

+Xuất hiện màu sắc đặc trưng.

+Có sự giải phóng khí.

Thí dụ: SCN - + Co 2+  màu xanh sáng của cobalt.

3SCN - + Fe 3+  Fe(SCN)3 màu đỏ máu.

Xác định nhóm III

− Trần Tử An, (2007), Hóa phân tích, NXB Y Học, tập1& 2.

− Bộ môn Hóa phân tích, (2005), Hóa phân tích, Đại học Dược Hà Nội.

− Nguyễn Thạc Cát, Từ Vọng Nghi, Đào Hữu Vinh, Cơ sở lý thuyết hóa học phân tích - Xuất bản lần 2, Hà Nội 1985

− Lâm Ngọc Thụ, Cơ sở lý thuyết hóa học Phân tích, Huế 3/ 2002

− Nguyễn Tinh Dung, Hóa học phân tích, phần I Lý thuyết cơ sở, NXB Giáo dục - 1991

− Lê Xuân Mai, Nguyễn Thị Bạch Tuyết, Giáo trình phân tích định lượng, NXB Đại học quốc gia Tp HCM, 2000

− Hoàng Minh Châu, Cơ sở hóa học phân tích, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002

− Từ Vọng Nghi, Hóa học phân tích, NXB Đại học quốc gia Hà nội, 2000