Với mục đích nhằm phục vụ cho việc học bộ môn Hóa phân tích 1 và các môn chuyên ngành sau này, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế phương pháp nhận biết và tách các ion trong hỗn hợp Ag, Cu(II), Ba, Al, Fe(III) theo 2 dạng sơ đồ khối và bảng” để nghiên cứu.
Trang 1TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
DUNG DỊCH
GVHD: Th.s Trương Bách Chiến
Nhóm: 16 Sinh viên thực hiện:
1 Nguyễn Phương Giang 04DHDB1_MSSV:2022130023
2 Hoàng Nguyễn Nga 04DHDB1_MSSV:2022130015
3 Dương Lý Kiều 04DHDB1_MSSV:2022130014
4 Lê Thị Bé Thảo 04DHDB1_MSSV:2022130016
5 Trần Đức Sơn 04DHDB1_MSSV:2022130079
6 Nguyễn Hữu Hiền 04DHDB1_MSSV:2022130074
7 Nguyễn Thị Thu Thảo 04DHDB1_MSSV:2022130043
Trang 2Tp Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 10 năm 2014.
A MỞ ĐẦU 2
B NỘI DUNG 3
Chương 1 Tổng quan 3
1 Các phương pháp định tính 3
2 Một số kỹ thuật phân tích định tính 4
Chương 2 Nội Dung 6
1 Phân tích các cation nhóm I Ag+, Pb2+ và Hg22+: 8
2 Phân tích các cation nhóm II: Ba2+, Sr2+, Ca2+ (Pb2+) 14
3 Phân tích các cation nhóm III: Al3+, Cr3+,Sn2+, Sn4+, Zn2+ 17
4 Phân tích các cation nhóm IV : Fe3+, Sb5+, Mn2+, Bi3+, Mg2+ 19
5 Phân tích các cation nhóm V: Cu2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Hg2+ 21
C KẾT LUẬN 23
TÀI LIỆU KHAM KHẢO: 24
Trang 3Sự phân tích các chất được tiến hành với mục đích xác định thành phần định tính hoặcđịnh lượng chúng
Phân tích định tính, ta xác định được chất hay mẫu phân tích gồm những nguyên tốhoá học nào, những ion, những nhóm nguyên tử hoặc phân tử nào hoặc các phần tử nàotham gia vào thành phần phân tích
Phân tích định tính thường dựa vào sự chuyển chất phân tích thành một chất mới nào đó
có những tính chất đặc trưng như có màu, có trạng thái vật lí xác định, có cấu trúc tinhthể hoặc vô định hình, có mùi đặc trưng khi đó chuyển biến hoá học xảy ra gọi là phảnứng phân tích định tính và các chất gây ra sự chuyển hoá đó gọi là thuốc thử
Với mục đích nhằm phục vụ cho việc học bộ môn Hóa phân tích 1 và các môn chuyênngành sau này, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Thiết kế phương pháp nhận biết và táchcác ion trong hỗn hợp Ag, Cu(II), Ba, Al, Fe(III) theo 2 dạng sơ đồ khối và bảng” đểnghiên cứu
Trong quá trình làm đề tài chúng em còn gặp nhiều khó khăn về việc tìm kiếm thôngtin, tư liệu phục vụ cho việc nghiên cứu, thiếu thốn về thời gian Do đó, trong đề tài nàykhông tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy có ý kiến đóng góp để đề tài của chúng
em được hoàn thiện hơn
B.NỘI DUNG Chương 1 Tổng quan
1 Các phương pháp định tính
Mục đính của phân tích định tính là xác định thành phần nguyên tố và phân tử của mẫu đem phân tích Để đạt được mục đích đó ta sử dụng các phương pháp hoá học, vật lí và
Trang 4hoá lí Trong các phương pháp phân tích định tính đó để phát hiện, nhận biết sự có mặt của một nguyên tố, một chất ( dưới dạng ion hoặc phân tử) ta sử dụng các tính chất vật lí hoặc hoá học đặc trưng của chất đó Sau đây chúng ta đề cập đén các phương pháp phân tích hóa học
Phản ứng phân tích là phản ứng giữa chất cần phân tích và thuốc thử nào đó dung để xác định định tính chất đó Yêu cầu đối với phản ứng phân tích định tính là phải có hiệu ứng nhất định như: tạo thành các sản phẩm đặc trưng có màu, mùi đặc biệt hay tạo các chất khí, chất kết tủa, đặc biệt kết tủa có màu
Các phản ứng hoá học gây ra các dấu hiệu phân tích gọi là phản ứng phân tích định tính Các hoá chất được dùng dưới dạng rắn hoặc dung dịch để gây ra các phản ứng phân tích gọi là thuốc thử phân tích
2 Một số kỹ thuật phân tích định tính
a Làm sạch dụng cụ thí nghiệm
Những dụng cụ thủy tinh như chai, lọ, ống nhỏ giọt, ống nghiệm…trước khi dùngphân tích phải được rửa rất sạch Bình được xem như đã sạch nếu ngấn nước trong bìnhđều đặn và trên thành bình không còn những giọt nước
Nói chung, các dụng cụ thủy tinh đã sạch, trước khi sử dụng được rửa bằng nướcmáy và tráng 2, 3 lần bằng nước cất Sau khi sử dụng để phân tích cũng phải được rửa rấtsạch, treo ngược trên giá ( đáy lên trên, miệng xuống dưới ) cho tới khô
Để làm sạch các dụng cụ thủy tinh, có một số dung dịch rửa sau:
- Dung dịch xà phòng nóng: hòa tan một ít xà phòng trong nước nóng
- Dung dịch kiềm pemanganat: hòa tan 5g KMnO4 trong 100ml dung dịch kiềmkali 10% nóng
- Dung dịch hỗn hợp sunfôcrômic: hòa tan 15g K2Cr2O7 đã được nghiền nhỏ trong100ml nước nóng, làm lạnh dung dịch rồi vừa khuấy liên tục, vừa thêm rất chậm 100mlacid K2SO4 đặc Dung dịch này được để trong lọ thủy tinh có nút nhám, có thể sử dụngtrong thời gian dài nên sau khi sử dụng nên giữ lại
Để rửa các dụng cụ thủy tinh tốt nhất là sử dụng dung dịch xà phòng nóng vì dungdịch kiềm pemanganat có tác dụng phá hoại thủy tinh, còn hỗn hợp sunfôcrômic thì khi
sử dụng phải cẩn thận hơn
Trang 5b Đun
Trong phân tích định tính bằng phương pháp hóa học, thường phải đun dung dịchtrong các ống nghiệm trên đèn cồn Khi đun, phía ngoài ống phải khô để tránh bị nứthoặc vỡ, mới đầu nên hơ nóng nhẹ ống nghiệm bằng cách di chuyển trên ngọn lửa, sau đómới đun nóng mạnh Nếu đun chất lỏng có chứa kết tủa thì phải khuấy đều Thôngthường khi đun chất lỏng có chứa kết tủa nên đun trên bếp cách thủy, không nên đun trựctiếp trên ngọn lửa vì sự sôi dễ làm nảy sinh những va chạm và chất lỏng có thể bắn rangoài
Cần chú ý khi đun không để miệng ống nghiệm hướng về phía có người, vì chấtlỏng sôi thường là acid hoặc kiềm có thể bị bắn mạnh ra ngoài
Trong quá trình phân tích thường cần phải cô đặc dung dịch hoặc phải làm bay hơiđến khô, khi này có thể sử dụng bát sứ đặt trên lưới amiăng hoặc trên bếp cách thủy
c Kết tủa
Trong phân tích định tính bằng phương pháp hóa học, ta thường kết tủa các chất từdung dịch phân tích để tách và phát hiện các ion Vì vậy cần chú ý đến màu và dạng bênngoài của kết tủa Có thể phân biệt kết tủa tinh thể và kết tủa vô định hình: kết tủa tinhthể thường có dạng hạt to hoặc hạt nhỏ, thường không tạo thành ngay mà cần một thờigian để hình thành tinh thể; lắc mạnh và dùng đũa thủy tinh cọ vào thành ống nghiệm lànhững động tác giúp cho quá trình hình thành tinh thể nhanh hơn Kết tủa tinh thể thườngnhanh chóng lắng xuống đáy ống nghiệm, nên việc ly tâm tách kết tủa cũng thuận lợihơn Kết tủa vô định hình thường xuất hiện ngay sau khi thêm thuốc thử vào, nhưng lắngxuống đáy ống nghiệm một cách chậm chạp nên khó quay ly tâm để tách, chúng cũngthường dễ dàng tạo thành dung dịch keo Việc đun nóng và thêm chất điện li là để tạođiều kiện đông tụ chúng Nên kết tủa khi đun nóng dung dịch, vì khi tăng nhiệt độ nhữnghạt kết tủa sẽ lớn hơn, thuận lợi cho việc rửa và quay li tâm, nhưng không nên đun tới sôi
vì khi thêm thuốc thử vào có thể làm bắn dung dịch ra ngoài Nếu kết tủa dạng tinh thể thìthêm từ từ thuốc thử kết tủa và khuấy đều, còn nếu kết tủa dạng keo thì thêm toàn bộlượng thuốc thử kết tủa cần thiết
Quá trình kết tủa thực hiện như sau: Lấy vào ống nghiệm để quay li tâm khoảng 3ml dung dịch nghiên cứu ( nếu ống nghiệm để quay li tâm loại nhỏ thì lấy khoảng0,5ml ) Tạo môi trường pH phù hợp theo hướng dẫn và tăng nhiệt độ Kiểm tra môitrường phản ứng bằng giấy chỉ thị bằng cách: đặt giấy chỉ thị lên nắp kính đồng hồ sạch,dùng đũa thủy tinh khuấy đều dung dịch rồi đặt đầu đũa thủy tinh lên giấy chỉ thị Sau khitạo môi trường pH phù hợp, đun nóng cẩn thận rồi vừa khuấy vừa thêm thuốc thử kết tủavào cho đến dư để kết tủa hoàn toàn
Trang 62-d Ly tâm, tách kết tủa, rửa kết tủa
Trong phân tích định tính bán vi lượng, để tách kết tủa khỏi dung dịch chúng tathường dùng phương pháp quay li tâm bằng máy quay li tâm Phải lưu ý tuân thủ cách sửdụng máy quay li tâm như hướng dẫn Thời gian li tâm phụ thuộc vào đặc tính của kếttủa, những kết tủa dạng tinh thể lắng xuống đáy nhanh nên chỉ cần quay 0,5 đến 1,5 phút
ở tốc độ khoảng 1000 vòng/phút; kết tủa dạng vô định hình lắng chậm nên phải quay từ 2đến 3 phút ở tốc độ khoảng 2000 vòng/phút
Sau khi quay li tâm, toàn bộ kết tủa lắng xuống đáy, nước cái ở trên trở thànhtrong suốt gọi là nước li tâm Cũng có khi một số kết tủa khi quay li tâm lại nổi lên trênmặt chất lỏng hoặc lắng xuống rất chậm Gặp những kết tủa này, muốn tách kết tủa phảilọc qua giấy lọc
Để kiểm tra xem quá trình kết tủa đã hoàn toàn chưa, ta thử mở ống nghiệm vừaquay li tâm bằng cách nhỏ vài giọt thuốc thử kết tủa theo thành ống ngiệm và quan sát ở
vị trí giọt thuốc thử rơi xuống nước li tâm, nếu không thấy đục ở các vị trí đó là quá trìnhkết tủa đã hoàn toàn
Sau khi quay li tâm, kết tủa lắng chặt xuống đáy đến mức có thể rót dễ dàng nước
li tâm ở trên, quá trình rót nước li tâm ra khỏi kết tủa như vậy gọi là quá trình gạn Mộtcách khác để tách nước li tâm ra khỏi kết tủa là: giữ ống nghiệm bằng tay trái ở vị trínghiêng, tay phải dùng ống nhỏ giọt có ống bóp cao su hút nước li tâm, chú ý khi đưa ốngnhỏ giọt tránh chạm vào kết tủa, làm đục dung dịch
Tùy thuộc vào lượng kết tủa và tính chất của nó mà sử dụng những dung dịch rửakhác nhau, nói chung ta rửa kết tủa bằng nước cất, với những kết tủa có khả năng chuyểnthành trạng thái keo thì thêm vào nước rửa các chất điện li, ví dụ khi rửa kết tủa sắthidroxyt, người ta dùng dung dịch amoni nitrat loãng Để rửa kết tủa, ta thêm vài ml nướccất hoặc hoặc dung dịch rửa tương ứng, đậy ống nghiệm lại rồi lắc hoặc đặt nghiêng ốngnghiệm để kết tủa được phân bố trên diện rộng rồi khuấy, sau đó quay li tâm và bỏ điphần nước rửa Rửa kết tủa khoảng 3,4 lần là đủ
Chương 2 Nội Dung
Hiện nay, đối với các cation, người ta đã tìm ra nhiều hệ thống phân tích, mỗi hệ thống cónhững ưu điểm và nhược điểm riêng Hai hệ thống thường được dùng là hệ thống acid – baz và hệ thống H2S
Hệ thống các cation theo phương pháp H 2 S:
Trang 7Việc phân chia các cation thành từng nhóm theo phương pháp H2S được trình bày trong bảng sau:
Sơ đồ phân nhóm các cation theo phương pháp H 2 S
Nhóm Thuốc thử nhóm Các cation thuộc nhóm Sản phẩm tạo thành sau khi tác dụng với thuốc thử
1 HCl loãng Ag+, Hg22+, Pb2+ AgCl, Hg2Cl2, PbCl2
II
H2S trong môitrường acid(pH =0,5)
Sn2+
, Sn4+, Sb3+, Sb5+,
As3+, As5+, Hg2+,
Cu2+, Cd2+, Bi3+,(Pb2+)
Kết tủa các sunfua Nhóm này chiathành hai phần nhóm:
+ Phân nhóm IIA: Gồm các sunfua tantrong (NH4)2Sx và bị oxi hoá AsS43-,
SbS43-, SbS3
2-+ Phân nhóm IIB: gồm các sunfuakhông tan trong (NH4)2Sx như HgS,CuS, CdS, Bi2S3, (PbS)
4)2S trongmôi trường NH3
(NH4)2CO3 Ba2+, Sr2+, Ca2+ BaCO3, SrCO3, CaCO3
Trang 8có nhược điểm là H2S độc, nên tiến hành phân tích bằng phương pháp này cần phải cótrang thiết bị bảo hiểm tốt.
Phân tích định tính một số nhóm cation theo hệ thống acid - baz:
Hệ thống các cation theo phương pháp acid- baz: Để tránh phải tiếp xúc với chất độc
H2S, người ta đã đưa ra phương pháp không dùng H2S, phương pháp này dựa trên tácdụng của các cation với các thuốc thử nhóm là các acid và các baz như HCl, H2SO4,NaOH, NH4OH Việc phân chia các cation thành từng nhóm theo phương pháp này đượctrình bày trong bảng sau:
Nhóm Thuốc thử nhóm thuộc nhóm Các cation khi tác dụng với thuốc thử Sản phẩm tạo thành sau
Không dùng HCl đặc bởi các kết tủa clorua của các cation này tan trong HCl đặc và dungdịch có chứa Cl- với nồng độ lớn vì tạo phức, cũng không dùng thuốc thử nóng vì ở nhiệt
độ cao độ tan của PbCl2 tăng mạnh, ảnh hưởng đến quá trình phân tích
Trang 9Các cation của nhóm này cho kết tủa trắng với dung dịch HCl loãng, nguội:
Clorua của các kim loại khác còn lại đều có độ tan rất lớn, vì vậy thuốc thử nhómcủa các cation thuộc nhóm này là dung dịch HCl loãng, nguội Bằng dung dịch HCl loãngnguội, dư vừa phải, chúng ta tách được các cation Ag+, Pb2+, Hg22+ dưới dạng kết tủa rakhỏi hỗn hợp các cation khác Riêng cation Pb2+ có tích số tan tương đối lớn nên khôngkết tủa hoàn toàn sẽ lẫn vào nhóm phân tích thứ 2 khi dùng thuốc thử nhóm là dung dịch
H2SO4 loãng, cùng với rượu etylic
Đặc tính của các muối clorua trên :
Các kết tủa clorua của Ag(I), Pb(II) và Hg(I) khó tan trong nước và các dung dịchacid vô cơ loãng Tuy nhiên chúng có các đặc điểm khác nhau như sau:
AgCl tan được trong dung dịch NH3 loãng vì tạo phức bạc (I) amoniac:
AgCl↓ + 2 NH3 → [ Ag(NH3)2]+ + Cl
Hg2Cl2 tác dụng với NH3 loãng tạo thành 2 kết tủa, 1 kết tủa màu trắng NH2HgCl
và 1 kết tủa đen Hg:
Hg2Cl2 ↓ + 2NH3 → [NH2Hg]Cl + Hg↓ + NH4Cl
Trang 10PbCl2 thực tế không tan trong NH3 loãng Phản ứng này dùng để nhận biết
Hg2Cl2 khi có mặt đồng thời NaCl và PbCl2( bằng màu đen kết tủa của Hg) và dung dịch
NH3 loãng dùng để tách AgCl ra khỏi hỗn hợp 2 clorua còn lại
Dựa vào độ tan của PbCl2 tăng theo nhiệt độ, có thể dùng nước khi đun nóng đểtách PbCl2 ra khỏi hỗn hợp với 2 clorua của 2 kim loại còn lại
Việc phân tích theo sơ đồ được tiến hành như sau: lấy 1 đến 1,5 ml dung dịch phân tích vào ống nghiệm, thêm từ từ dung dịch HCl loãng, lạnh vào cho tới dư Li tâm, sau đó gạnlấy kết tủa, thêm vào đó 1- 1,5 ml nước cất, đun nóng Sau khi li tâm gạn lấy nước lọc (dung dịch Pb2+) và lấy kết tủa 2 Thêm dung dịch KI vào dung dịch Pb2+, li tâm lấy kết tủa vàng tinh thể gần như bột Hoà tan kết tủa trong nước đun nóng rồi để nguội dung dịch trong ống nghiệm Sau một lúc thấy xuất hiện lại các tinh thể lớn màu vàng, phản chiếu ánh sáng rất đẹp Thêm vào kết tủa 2 dung dịch NH3 thấy xuất hiện kết tủa màu đen, chứng tỏ có Hg22+ Li tâm, lấy nước lọc chứa phức tan bạc amoniac Thêm dung dịchHNO3 vào nước lọc đó, thấy kết tủa trắng xuất hiện lại chứng tỏ có ion bạc (I)
Trang 11+ AgCl tanđược trongdung dịch
NH3 loãng vìtạo phức bạc(I) amoniac
+ PbCl2 thực tếkhông tan trong
NH3 loãng
+ Dựa vào độ tan của PbCl2 tăng theonhiệt độ, có thểdùng nước khi đun nóng để
Pb2+ + 2HCl → PbCl2 ↓ + 2H+
Trang 12+ Hg2Cl2 tácdụng với
NH3 loãng tạothành 2 kết tủa,
1 kết tủa màutrắng NH2HgCl
và 1 kết tủađen Hg
+ Ag+ + I - AgI AgI không tan cả trong NH3 đặc chỉ tan trong dung dịch KCN và Na2S2O3vì tạo thành các phức tan
Ag(CN)2- và Ag(S2O3)23-
+ Cho Ag+ tác
dụng với KBr
+ Tạo kết tủa khó tan AgBr màu vàng nhạt
+ Ag+ + Br - AgBr AgBr tan được trong KCN, Na2S2O3 và NH4OH
+ Cho Ag+ tác
dụng với K2CrO4
+ Ion Ag+ tạo với thuốc thử
+ 2Ag+ + K2CrO4 Ag2CrO4 + 2K+
Trang 13Ag3PO4 màu vàng
Ag4[Fe(CN)6] màu trắng
4Ag+ + [Fe(CN)6]4 - Ag4[Fe(CN)6]
Ag4[Fe(CN)6] bị phá hủy khi đun sôi trong NH4OH
Ag4[Fe(CN)6] + 3 NH4OH 3AgCN + 3 NH4CN + Ag +Fe(OH)3
3 Phân tích các cation nhóm II: Ba2+, Sr2+, Ca2+ (Pb2+)
Do PbCl2 có độ tan lớn, khi thêm thuốc thử nhóm không kết tủa hoàn toàn cùng vớiAgCl và Hg2Cl2 mà PbSO4 lại có độ tan nhỏ hơn nhiều, nên khi phân tích hỗn hợp cationtheo hệ thống acid - bazơ, ion Pb2+ sẽ kết tủa cùng với các ion nhóm II
Các cation nhóm 2 tạo với ion SO42 - kết tủa trắng MSO4 thực tế không tan trongthuốc thử dư Sau đây là tích số tan của các sunfat đó
Trang 14Nước lọc sau khi tách nhóm 1 cho tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng, dư và rượuetylic, đun nhẹ, li tâm, thu được kết tủa 2 là hỗn hợp sunfat các cation nhóm 2 và dungdịch các cation các nhóm 3,4,5,6 Chuyển sunfat nhóm 2 thành cacbonat bằng cách chophản ứng 4 lần với dung dịch Na2CO3 đun nóng Hoà tan kết tủa cacbonat bằng dung dịch
CH3COOH 6M Thêm vào dung dịch đó dung dịch K2CrO4 để kết tủa BaCrO4 và PbCrO4
Li tâm, lấy kết tủa và nước lọc, chia đôi nước lọc Phần (1) tìm Sr2+ bằng (NH4)SO4, phần(2) tìm Ca2+ bằng dung dịch (NH4)2C2O4 Cho kết tủa PbCrO4 và BaCrO4 tác dụng vớidung dịch NaOH để tách Pb2+ Lấy nước lọc tìm ion Pb2+ bằng dung dịch Na2S Nếu khitác dụng với NaOH vẫn còn kết tủa vàng không tan, đó là BaCrO4
Lưu ý:
PbCrO4 còn dễ dàng tan trong dung dich CH3COOH và tạo thành ion phức:
PbCrO4 + 3CH3COO- → Pb(CH3COO)3- + SO42-
Vì vậy ta có thể thay dung dịch NaOH bằng dung dich NH4CH3OO để táchPbSO4 ngay từ đầu khỏi hỗn hợp với 3 sunfat của các cation Ba2+, Sr2+,Ca2+ Phản ứng nàyđược dùng trong sơ đồ dưới đây
DD BaCO3, SrCO3,CaCO3
+ K2CrO4 SrCO3, CaCO3
BaCrO4 , PbCrO4 Chia ra 2phần
+NaOH Phần 1 Phần 2