Các hệ thống phân tích cation và anion trong dung dịch nước

2 Các hệ thống phân tích cation anion dung dịch nước 2.1 Thuốc thử phản ứng định tính Yêu cầu thuốc thử phân tích: Phải tinh khiết, nhạy đặc hiệu Độ tinh khiết yêu cầu quan trọng nhất, thuốc thử hóa học xếp theo độ tinh khiết tăng dần sau: − Loại kỹ thuật thường để làm nguyên liệu ban đầu − Loại tinh khiết để thử nghiệm hóa học nói chung − Loại tinh khiết để phân tích − Loại tinh khiết hóa học để làm chất chuẩn − Loại tinh khiết quang học để dùng phân tích quang phổ • Thuốc thử theo tác dụng phân tích: gồm hai loại − Thuốc thử nhóm: Là thuốc thử có tác dụng giống lên nhóm ion Ví dụ: HCl thuốc thử nhóm Ag+, Pb2+, Hg2+ − Thuốc thử chọn lọc: thuốc thử có tác dụng giống số ion mà ion thuộc nhóm phân tích khác Ví dụ: NH3 tạo phức tan khơng màu với sốion nhiều nhóm phân tích − Thuốc thử đặc hiệu hay thuốc thử riêng: thuốc thử cho phản ứng đặc hiệu với ion với chất Ví dụ: H tinh bột cho màu xanh chỉvới iod, dimethyglyoxim môi trường amoniac tạo thành với ion Ni2+ kết tủa màu đỏ hồng 2.2 Phân tích riêng biệt phân tích hệ thống 2.2.1 Phân tích riêng biệt Là xác định trực tiếp ion hỗn hợp nhiều ion phản ứng đặc hiệu (phản ứng xảy riêng ion) Có thể lấy phần riêng dung dịch phân tích để thử riêng ion, không cần theo thứ tự định Ví dụ: Tìm Bi3+ thuốc thử thioure có màu vàng tươi, Fe3+ với KSCN có màu đỏ máu đặc trưng Trong nhiều trường hợp không sử dụng phương pháp phân tích riêng biệt khơng phải tất ion có phản ứng thật đặc hiệu 2.2.2 Phân tích hệ thống Là tiến hành xác định ion theo thứ tự định Muốn phân tích hệ thống hỗn hợp nhiều ion, người ta thường dùng thuốc thử nhóm để chia ion thành nhiều nhóm, nhóm lại chia thành phânnhóm cuối tách riêng thành ion riêng biệt để xác định Có hai hệ thống phân tích cation: - Hệ thống dùng H2S - Hệ thống dùng acid base - Hệ thống photphat – amoniac 2.3 Phương pháp định tính cation 2.3.1 Hệ thống phân tích H2S Nguyên tắc: tạo tủa với thuốc thử : HCl, H2S, (NH4)2S/ NaOH, (NH4)2CO3 Độ tan sunfua, clorua cacbonat sở hệ thống Theo hệ thống này, cation chia làm nhóm phân tích (trong Các sở hố học phân tích A P Kreskov trình bày đầy đủ hệ thống phân tích này) - Nhóm gồm cation kim loại kiềm NH4+, Mg2+ - Nhóm gồm cation kim loại kiềm thổ (Ba2, Sr2+, Ca2+) Nhóm bị kết tủa thuốc thử nhóm - amoni cacbonat dung dịch đệm amoniac dạng cacbonat không tan nước Nhóm khơng bị kết tủa amoni sunfua H2S - Nhóm gồm hai phân nhóm phân nhóm Al3+, Cr3+ phân nhóm Mn2+, Fe2+, Fe3+, Ni2+, Co2+, Zn2+ Nhóm khơng bị kết tủa H2S dạng sunfua từ dung dịch acid - Nhóm gồm Cu2+, Cd2+, Hg2+, Bi3+, As3+, As5+, Sb5+, Sb3+, Sn2+, Sn4+ Nhóm bị kết tủa H2S dạng sunfua môi trường acid pH = 0,5 Các sunfua chúng thực tế không tan nước dung dịch acid vô lỗng Thuốc thử chúng H2S HCl - Nhóm gồm Ag+, Hg 2+, Pb2+ Các clorua nhóm khơng tan nước acid lỗng Thuốc thử nhóm HCl 2N Ưu điểm: chặt chẽ, kết xác, phát triệt để cation Nhược điểm: H2S độc, mùi khó chịu, hay gặp dung dịch keo S 2.3.2 Hệ thống phân tích acid – bazo Nguyên tắc: Các cation tạo tủa hay tạo phức với acid HCl, H2SO4 với base NaOH, NH4OH Hệ thống chia cation thành nhóm: - Nhóm gồm cation kim loại kiềm NH4+ Các clorua, sunfat hydroxyt chúng tan nước Chúng khơng có thuốc thử nhóm Các hợp chất có mặt nhóm tan tạo thành dung dịch - Nhóm gồm Ag+, Hg22+, Pb2+ Các clorua nhóm khơng tan nước acid lỗng Thuốc thử nhóm HCl 2N - Nhóm gồm Ba2+, Sr2+, Ca2+, Pb2+ Sunfat chúng không tan nước dung dịch acid Thuốc thử nhóm H2SO4 2N - Nhóm gồm Al3+, Cr3+, Zn2+, As3+, As5+, Sb3+, Sn2+, Sn4+ Các hydroxyt chúng lưỡng tính tan dung dịch kiềm dư Thuốc thử thường dùng NaOH 4N KOH 4N dư - Nhóm gồm Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Bi3+, Sb5+, Sb3+ Các hydroxyt chúng không tan dung dịch kiềm dư Thuốc thử thường dùng dung dịch NH3 25% dư - Nhóm gồm Cu2+, Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+ Các hydroxyt chúng tạo amoniacat tan Thuốc thử dung dịch NH3 25% dư Phân nhóm cation theo phương pháp acid – bazo Thuốc thử HCl 6M H2SO4 3M/ cồn 90o NaOH dư NaOH, NH4OH + H2O2 NH4OH Khơng có • Ưu điểm hệ thống là: − Ít độc hại hệ thống dùng H2S − Sử dụng tính chất nguyên tố: quan hệ nguyên tố với acid base, tính lưỡng tính hydroxy khả tạo phức nguyên tố - Thời gian thực hiên phân tích ngắn từ 30 – 40% so với hệ thống H2S • Nhược điểm giới hạn số lượng cation, tính chất hydroxyt cation nhóm chưa nghiên cứu kỹ, điều kiện tách, tạo kết tủa chúng 2.3.3 Hệ thống phân tích photphat - amoniac Hệ thống chia cation thành nhóm phân tích - Nhóm gồm cation kim loại kiềm NH4+ Khơng có thuốc thử đặc trưng cho nhóm - Nhóm gồm Ba2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Mn2+, Bi3+ Nhóm bị kết tủa thuốc thử nhóm - amoni hydro phophat (NH4)2HPO4 dung dịch amoniac đặc - Nhóm gồm Cu2+, Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ Các phophat chúng tan dung dịch amoniac tạo thành amoniacat [Me(NH3)6]2+ - Nhóm gồm: As3+, As5+, Sb5+, Sb3+, Sn2+, Sn4+ Các ion thiếc antimon đun nóng với HNO3 tạo thành kết tủa không tan acid metastanic acid metaantimon (H2SnO3, HSbO3) Các hợp chất asen (III) đun nóng với HNO3 bị oxy hố thành H3AsO4 - Nhóm gồm Ag+, Hg2+, Pb2+ bị kết tủa acid HCl dạng clorua tan 2.4 Phân tích định tính anion Phân tích định tính mặt cơng tác phân tích, có nhiệm vụ xác định thành phần phân tử chất thành phần phân tử chất hỗn hợp ion có dung dịch Thường tiến hành phương pháp phương pháp hoá học (dùng phản ứng hố học chuyển chất chưa biết thành có tính chất đặc trƣng, xác định chất cần tìm), chất phương pháp vật lý, phương pháp hố lý (dựa vào lý tính hố tính chất, phương pháp chủ yếu dùng máy nên độ xác cao cho kết nhanh) Do khơng có thuốc thử nhóm rõ ràng nên khơng thể phân chia cách chặt chẽ toàn anion thành nhóm riêng để phân tích hệ thống giống cation Dựa theo tác dụng thuốc thử nhóm anion phân loại theo bảng sau: TT Thuốc thử nhóm HCl 2N hay H2SO4 Nhóm anion Sản phẩm dấu hiệu CO32- , CN-, S2-, SO3, Tạo khí tương ứng: -CO2 (khơng màu, làm đục nước vôi trong); S2O32-, NO2- , ClO - HCN (mùi hạnh nhân); - H2S (mùi thối); - SO2 (mùi sốc mạnh); BaCl2 + CaCl2 mơi trường trung tính - SO2 S; NO NO2 (màu nâu AsO3 , AsO4 , CrO , Tạo kết tủa tương ứng: Ca3(AsO3)2 trắng; Ca3(AsO4)2 trắng; 2ClO ; MnO4 , SO4 , BaCrO4 vàng; Ba(MnO4)2 đỏ; PO43- ; BrO3-; IO3-; F-… BaSO4 trắng; Ca3(PO4)2 trắng; 3- 3- 24 Ba(BrO3)2 trắng; Ba(IO3)2 trắng; Tạo kết tủa tương ứng: AgSCN AgNO3 + HNO3 2N SCN- ;Cl- ; Br - ; I- trắng; AgCl trắng; AgBr vàng nhạt; Hỗn hợp Mg AsO43- ; PO43- (NH4OH +NH4Cl + Mg Cl2) KI + H2SO4 2N Tạo kết tủa tương ứng: MgNH4AsO4 trắng; MgNH4PO4 trắng CrO42-; AsO33-; MnO4-; Giải phóng I2 (Nhận biết iod ClO- ; ClO3-; BrO3-; màu dung dịch nước IO3-; NO2- cloroform, thử hồ Dung dịch I2 S2- ; SO32- ; S2O32-; Làm màu I2 Dung dịch KMnO4 + H2SO4 2N S2-; SO32-; S2O32- ; Làm màu KMnO4 AsO32- ; NO2-; Cl- ; Br- ; Khơng có thuốc thử NO3- ; ClO4nhóm Phân tích cation nhóm 1, 2, dung dịch nước theo hệ thống acid - bazo 3.1 Phân tích hệ thống cation nhóm (Ag+, Hg22+, Pb2+) 3.1.1 Đặc tính chung Các cation nhóm I bao gồm Ag+, Hg22+, Pb2+, chúng tạo với anion Cl - thành muối clorua AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 tan Vì vậy, người ta dùng HCl lỗng, nguội làm thuốc thử nhóm để tách cation Ag +, Hg+, Pb2+ khỏi cation khác có dung dịch phân tích Khơng dùng HCl đặc hay NaCl kết tủa clorua cation tan HCl đặc dung dịch có chứa Cl - với nồng độ lớn tạo phức, khơng dùng thuốc thử nóng nhiệt độ cao độ tan PbCl2 tăng mạnh, ảnh hưởng đến q trình phân tích Các muối AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 có tính chất chung riêng sau: - Đều kết tủa màu trắng - AgCl Hg2Cl2 có độ tan nhỏ PbCl2 - PbCl2 tan nhiều nước nóng, dùng cách đun nóng để tách Pb 2+ khỏi Ag+ Hg22+ - AgCl tan NH3 loãng tạo thành phức [Ag(NH3)2]+ Lợi dụng tính chất để tách Ag+ khỏi Pb2+ Hg22+ Khi tác dụng với NH3 Hg2Cl2 từ màu trắng biến thành màu đen phản ứng sinh Hg kim loại, phản ứng dùng để nhận biết Hg22+ 3.1.2 Một số phản ứng đặc trưng ion Ag+ • Phản ứng với HCl KCl HCl loãng clorua tan tác dụng với dung dịch muối bạc tạo kết tủa AgCl trắng : Ag+ + Cl- → AgCl↓ AgCl bị ánh sáng phân huỷ giải phóng bạc kim loại, kết tủa có màu tím, sau hố đen Kết tủa AgCl không tan HNO3 dễ tan HCl đặc dung dịch KCl, NaCl đặc tạo thành phức [AgCl3]2- [AgCl4]3- tan AgCl + 2HCl → H2[AgCl3] AgCl + 3HCl → H3[AgCl4] Các phức khơng bền nên pha lỗng với nước, kết tủa AgCl lại tạo thành tách khỏi dung dịch H2[AgCl3] → AgCl + 2HCl AgCl tan amoniac, muối amoni, xianua natri thiosunfat tạo thành ion phức AgCl + 2NH4OH → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O AgCl + 2KCl → K[Ag(CN)2] + KCl Khi thêm HNO3 vào dung dịch [Ag(NH3)2]Cl đến phản ứng axit dung dịch hố đục tiếp kết tủa trắng AgCl lại tách ra: [Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 → AgCl + 2NH4NO3 Người ta sử dụng tính tan AgCl NH4OH để tách Ag+ khỏi Hg22+ 3.1.3 Một số phản ứng đặc trưng ion Hg22+  Phản ứng với HCl HCl loãng làm kết tủa từ dung dịch muối ion Hg 22+ kết tủa bột Hg2Cl2 màu trắng, không tan thuốc thử dư tan HNO (đây điểm khác với kết tủa AgCl) Hg2(NO3)2 + 2HCl → Hg2Cl2↓ + 2HNO3 3Hg2Cl2↓ + 8HNO3 → 3HgCl2 + 3Hg(NO3)2 + 2NO + 4H2O Hg2Cl2 bị phân huỷ phần theo: Hg2Cl2↓ → HgCl2 + Hg Vì axit HNO3 hồ tan Hg kim loại nên làm cân chuyển dịch hồn tồn sang phải, hồ tan kết tủa Hg2Cl2 Khi cho NH4OH tác dụng với kết tủa Hg2Cl2 ta NH2HgCl màu trắng Hg kim loại màu đen tách dạng bột: Hg2Cl2↓ + 2NH3 → NH2HgCl↓ + Hg + NH4Cl Kết tủa tan HNO3 đặc, nóng nước cường thuỷ: 3NH2HgCl + 3Hg + 14 HNO3 → 6Hg(NO3)2 + 2NO + 3NH4Cl + 4H2O  Phản ứng với KI Hg2I2 khó tan, điều chế cách cho KI tác dụng với dung dịch muối Hg(I) Hg22+ + 2I- → Hg2I2↓ (màu vàng lục) Nếu dư nhiều thuốc thử, Hg2I2 bị phân huỷ Hg2I2↓ → HgI2 + Hg  Phản ứng với K4[Fe(CN)6] K3[Fe(CN)6] Hg22+ tạo với kali feroxianua kết tủa keo Hg4[Fe(CN)6] màu vàng nhạt, với kali ferixianua tạo kết tủa Hg3[Fe(CN)6] màu vàng lục  Sự khử Hg22+ đến thuỷ ngân kim loại Những kim loại hoạt động mạnh đẩy thuỷ ngân khỏi hợp chất nó: Cu + Hg2(NO3)2 → 2Hg + Cu(NO3)2 Ion Hg22+ khử đến thuỷ ngân kim loại cho muối thuỷ ngân (I) tác dụng với thiếc (II) clorua: SnCl2 + Hg2(NO3)2 → Hg2Cl2↓ + Sn(NO3)2 Sau đó: Hg2Cl2↓ + SnCl2 → 2Hg + SnCl4 3.1.4 Một số phản ứng đặc trưng ion Pb2+  Phản ứng với HCl HCl loãng đẩy từ dung dịch muối chì kết tủa trắng Pb2+ + 2Cl- → PbCl2↓ Kết tủa khơng hồn tồn PbCl có độ tan lớn nên đun sôi với nước, kết tủa tan hết, sau để nguội thấy có tinh thể PbCl hình kim xuất Chì clorua tan HCl đặc tạo thành phức H2[PbCl4] PbCl2↓ + HCl → H2[PbCl4]  Phản ứng với KI KI tác dụng với dung dịch muối Pb 2+ cho kết tủa PbI2 vàng, kết tủa tan thuốc thử dư: Pb2+ + 2I- → PbI2↓ PbI2↓ + 2I- → [PbI4]2Kết tủa PbI2 tan hồn tồn đun sơi nước, sau để nguội thấy có tinh thể PbCl2 hình vẩy óng ánh đặc trưng Kết tủa PbI2 dễ tan axit CH3COOH nóng Hình 3.1 Sơ đồ phân tích dung dịch cation nhóm I 3.2 Phân tích hệ thống cation nhóm (Ba2+, Sr2+, Ca2+) 3.2.1 Đặc tính chung Các cation nhóm II, bao gồm ion Pb 2+ từ nhóm I lọt xuống, tạo với ion SO42+ rượu thành muối BaSO4, SrSO4, PbSO4, CaSO4 không tan Vi vậy, người ta dùng H2SO4 lỗng C2H5OH làm thuốc thử nhóm để tách cation Ba 2+, Sr2+, Ca2+, Pb2+ khỏi cation khác có dung dịch phân tích Khơng dùng H2SO4 đặc tạo thành sunfat axit Me(HSO4)2 tan Trong muối sunfat BaSO4 CaSO4 dễ kết tủa nhất, SrSO4 khó kết tủa cần đun nóng nhẹ CaSO4 có độ tan lớn nhất, khó kết tủa, người ta thường thêm rượu vào để giảm bớt độ tan nó, CaSO4 dễ kết tủa Trong tất kết tủa sunfat có PbSO4 hồ tan NaOH tạo thành phức PbO22- tan CH3COONH4, tạo phức Pb(CH3COO)3-, ta lợi dụng tính chất để tách chì khỏi hỗn hợp cation nhóm II Các kết tủa sunfat Ba 2+, Sr2+, Ca2+ khơng tan axít vơ lỗng, để tách chúng khỏi nhau, lại phải chuyển sunfat thành hợp chất tan, muốn đun kết tủa sunfat với dung dịch Na 2CO3 bão hoà nhiều lần để chuyển kết tủa sunfat thành kết tủa cacbonnat hoà tan kết tủa cácbonat axit CH3COOH, cation nhóm II lại trở trạng thái ion dung dịch Trong mơi trường CH3COOH, thêm cromat dicromat vào có Ba 2+ kết tủa dạng BaCrO4 màu vàng, ta lợi dụng tính chất để tách Ba2+ khỏi hỗn hợp Sr2+ Ca2+, sau dùng dung dịch để tìm Ca2+ Sr2+ 3.2.2 Một số phản ứng đặc trưng ion Ba2+ • Phản ứng với H2SO4 (NH4)2SO4 Axit sunfuric loãng muối sunfat tan làm kết tủa Ba 2+ dạng tinh thể trắng BaSO4, không tan axit vơ Ba2+ + SO42- → BaSO4↓ • Phản ứng với (NH4)2CO3, K2CO3, Na2CO3 Các thuốc thử tạo với Ba2+ kết tủa tinh thể trắng, tan axit: Ba2+ + (NH4)2CO3 → BaCO3↓ + 2NH4+ BaCO3↓ + 2H+ → Ba2+ + H2O + CO2↑ • Phản ứng với K2Cr2O7; K2CrO4 Kali cromat tác dụng với dung dịch chứa ion Ba 2+ cho kết tủa vàng BaCrO4, tan HCl không tan CH3COOH Ba2+ + CrO42- → BaCrO4↓ Khi dùng K2Cr2O7 thu kết tủa BaCrO4 màu vàng • Phản ứng với (NH4)2C2O4 Amoni oxalat tác dụng với dung dịch Ba 2+ cho kết tủa BaC2O4 màu trắng, tan axit vô lỗng tan axit axetíc: Ba2+ + (NH4)2C2O4 → BaC2O4↓ + 2NH4+ • Phản ứng với Na2HPO4 Thuốc thử Na2HPO4 tạo với ion Ba2+ kết tủa vô định hình BaHPO4 Ba2+ + HPO42- → BaHPO4↓ Kết tủa tan axit HCl, HNO3 CH3COOH 3.2.3 Một số phản ứng đặc trưng ion Ca2+ Các phản ứng đặc trưng ion Ca2+ tương tự ion Ba2+ • Phản ứng với H2SO4 dung dịch muối sunfat Axit sunfuric loãng dung dịch sunfat tác dụng với dung dịch có chứa ion Ca 2+ tạo kết tủa tinh thể CaSO4 màu trắng, có độ tan tương đối lớn so với sunfat nhóm II khác, 2g/l ( TCaSO4 = 2.10-4 ) Ca2+ + SO42- → CaSO4↓ Khác với kết tủa SrSO4 BaSO4 , kết tủa CaSO4 tan dung dịch amoni sunfat tạo thành phức tan theo phản ứng sau: CaSO4↓ + (NH4)2SO4 → (NH4)2[Ca(SO4)2] Vì vậy, ta dùng (NH4)2SO4 để kết tủa Ba2+ Sr2+, tách khỏi Ca2+ • Phản ứng với (NH4)2C2O4 Amoni oxalat tác dụng với dung dịch Ca 2+ cho kết tủa tinh thể CaC2O4 màu trắng, tan axit vơ lỗng khơng tan axit axetíc, điểm khác so với oxalat nhóm II khác, nên phản ứng dùng để nhận biết ion Ca 2+ : Ca2+ + C2O42- → CaC2O4↓ 3.2.4 Một số phản ứng đặc trưng ion Sr2+ • Phản ứng với H2SO4 (NH4)2SO4 Axit sunfuric lỗng amoni sunfat tác dụng với dung dịch có chứa ion Sr 2+ nóng tạo kết tủa tinh thể SrSO4 màu trắng: Sr2+ + SO42- → BaSO4↓ Sr2+ + (NH4)2SO4 → SrSO4↓ + 2NH4+ • Phản ứng với (NH4)2CO3 Khi cho (NH4)2CO3 tác dụng với dung dịch trung tính chứa ion Sr 2+ đun nóng, ta kết tủa SrO3 màu trắng tan axit vô axit axetic: Sr2+ + (NH4)2 CO3 → SrCO3↓ + 2NH4+ SrCO3 + 2H+ → Sr2+ + H2O + CO2 • Phản ứng với (NH4)2C2O4 Amoni oxalat tác dụng với dung dịch Sr2+ cho kết tủa SrC2O4 màu trắng, tan axit vơ lỗng tan axit axetíc: Sr2+ + (NH4)2C2O4 → SrC2O4↓ + 2NH4+ • Màu lửa: Đây phản ứng đặc trưng để nhận biết cation nhóm II, muối dễ bay bari lửa khí khơng màu tạo thành lửa màu vàng lục; muối canxi có màu đỏ gạch, muối stronti coa màu đỏ cacmin Hình 3.2 Sơ đồ phân tích dung dịch cation nhóm II 3.3 Phân tích hệ thống cation nhóm (Al3+, Sn4+, Sn2+, Zn2+, As5+, Cr3+ ) 3.3.1 Đặc tính chung Hiđroxit ion Al3+, Cr3+, Sn4+, Zn2+… có tính chất lưỡng tính, kết tủa hidroxit chúng tan axit kiềm mạnh KOH, NaOH, thêm dung dịch NaOH dư vào hỗn hợp hidroxit tách cation khỏi cation nhóm sau: Al(OH)3↓ + NaOHdư → AlO2- (aluminat) Cr(OH)3↓ + NaOHdư → CrO2- (cromit) Sn(OH)4↓ + NaOHdư → SnO22- (stanit) Zn(OH)2↓ + NaOHdư → ZnO22- (Zincat) Cần ý ion cromit CrO2- thường kết hợp với số cation Mn 2+, Fe3+, Mg2+, Zn2+… tạo thành kết tủa MnCrO2, MgCrO2, ZnCrO2… khó tan mơi trường kiềm dư Vì dùng riêng NaOH dư làm thuốc thử phần Cr 3+ lại kết tủa với hiđroxit nhóm sau Do đó, hỗn hợp NaOH dư + H2O2 dùng làm thuốc thử nhóm, Cr3+ bị oxi hoá thành CrO42- theo phản ứng: 2Cr3+ + 3H2O2 + 10 OH- → CrO42- + 8H2O Ngoài cần lưu ý rằng, ion Pb 2+ ( nhóm II ), Sb3+ ( nhóm IV ), Cu2+ ( nhóm V ) tạo thành muối tan kiềm dư: Pb(OH)2↓ + NaOH → Na2PbO2 + 2H2O ( natri plombit ) Cu(OH)2↓ + NaOH → Na2CuO2 + 2H2O ( natri cuprit ) Sb(OH)2↓ + NaOH → Na2SbO2 + 2H2O ( natri stibit ) Các cation nhóm III sau tách khỏi cation khác thuốc thử nhóm nằm dạng muối tan AlO2-, CrO2-, SnO32- ( anion stanit SnO22- bị oxihóa thành stanat SnO32- ), ZnO22- Ta dùng NH4+ axit yếu, lấy bớt OH - Al(OH)3 Sn(OH)4 kết tủa trở lại, kẽm dạng cation phức tan amoniacat [Zn(NH 3)42+] crom dạng anion cromit CrO2- , tách nhóm III thành phần: AlO2- + NH4+ → Al(OH)3↓ + NH4OH SnO32- + NH4+ → Sn(OH)4↓ + 2NH4OH ZnO2- + 4NH4+ → Zn(NH3)42+ + NH4OH 3.3.2 Một số phản ứng đặc trưng ion Al3+  Phản ứng với thuốc thử nhóm Thêm từ từ giọt dung dịch kiềm loãng vào dung dịch chứa ion Al 3+, kết tủa vơ định hình dạng keo hidroxit Al(OH)3 màu trắng hình thành: Al3+ + 3OH- → Al(OH)3↓ Tính axit tính bazơ hidroxit nhơm yếu, Al(OH) ≡ H3AlO3 ≡ HAlO2 H2O, môi trường axit: Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O Cịn mơi trường kiềm: Al(OH)3 + OH- → AlO2- + 2H2O Muốn cho kết tủa Al(OH)3 tan hoàn toàn tạo thành AlO2- thi phải thêm dư OH- , mơi trường pH = 11, q trình chuyển hồn toàn, ngược lại muốn chuyển AlO 2- thành kết tủa Al(OH)3 phải lấy bớt OH - dung dịch, muốn ta thêm axit yếu NH4+ đun nóng dung dịch để NH3 bay đi, cho cân chuyển mạnh phía tạo kết tủa  Phản ứng với thuốc thử hữu alizazin đỏ S Trong môi trường NH3, ion Al3+ tạo với thuốc thử hữu alizazin S kết tủa màu đỏ thẫm gọi sơn nhôm, phản ứng đặc trưng nhạy để phát ion nhôm phản ứng chọn lọc ion Sb3+, Sn4+, Zn2+ tạo với alizazin kết tủa màu xám, đỏ da cam vàng nên phản ứng phải thực hiên cẩn thận sau: nhỏ 3- giọt dung dịch alizazin 0,1% pha rượu vào dung dịch thử, sau thêm dung dịch NH4OH lỗng đến có phản ứng kiềm, đun sơi 2-3 phút, quay li tâm để kết tủa lắng xuống đáy ống nghiệm Nghiêng ống nghiêm nhỏ giọt axit CH 3COOH lỗng theo thành ống nghiệm để axit hóa nhẹ phần dung dịch màu tím alizazin S dư chuyển thành màu vàng, có Al 3+ ta kết tủa màu đỏ son tươi đẹp, Al3+ dung dịch nhuốm màu đỏ 3.3.3 Một số phản ứng đặc trưng ion Cr3+  Phản ứng với thuốc thử nhóm Thêm từ từ giọt dung dịch kiềm loãng vào dung dịch chứa ion Cr 3+, kết tủa vơ định hình dạng keo hidroxit Al(OH)3 màu lục xám hình thành: Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3↓ Cũng tương tự nhơm hidroxyt, tính axit tính bazơ hidroxit crơm yếu, Cr(OH)3 ≡ H3CrO3 ≡ HCrO2 H2O, môi trường axit: Cr(OH)3 + 3H+ → Cr3+ + 3H2O Cịn mơi trường kiềm: Cr(OH)3 + OH- → CrO2- + 2H2O Ion crơmit có số tính chất đặc biệt mà phân tích ta cần lưu ý: - Ion crômit dễ phản ứng với nước, đun nóng: CrO2- + H2O  Cr(OH)3↓ + OHCr(OH)3 sinh phản ứng lại khơng tan kiềm dư - Ion crômit kết hợp với ion Mn 2+, Fe3+, Mg2+, Zn2+… tạo thành kết tủa khó tan nên khơng thể tách hồn tồn nhóm III khỏi nhóm IV Mặt khác, có mặt Fe 3+ khơng thể dùng kiềm dư để tách nhóm III để tách nhóm III điều kiện hình thành Fe(OH)3 Cr(OH)3 cộng kết với Fe(OH) , khơng bị tan kiềm dư Chính vậy, để tách hồn tồn nhóm III khỏi nhóm sau, ta dùng hỗn hợp NaOH H2O2 để chuyển crôm dạng ion crômat tan  Phản ứng đặc trưng riêng biệt để tìm ion crơm Phản ứng đặc trưng để tìm crơm phản ứng oxihóa Cr 3+ thành thành CrO42- màu vàng hay Cr2O72- màu da cam phản ứng Cr2O72- với H2O2 mơi trường axit tạo thành axit pecromic H2CrO6 có màu xanh lam: Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ = 2H2CrO6 + 3H2O Phản ứng thực sau: Trong mơi trường NaOH + H 2O2, Cr3+ bị oxi hố thành CrO42-; sau để tìm ion này, phải axit hố dung dịch H 2SO4 HNO3 (khi CrO42- chuyển sang dạng Cr 2O72-); thêm vào 5-7 giọt dietylete (hay rượu amylic) giọt H2O2 3% lắc mạnh, lớp ete (hoặc lớp rượu amilic) axit H 2CrO6 có màu xanh lam 3.3.4 Một số phản ứng đặc trưng ion Zn2+  Phản ứng với thuốc thử nhóm Thêm từ từ giọt dung dịch kiềm loãng vào dung dịch chứa ion Zn 2+, kết tủa vơ định hình dạng keo hidroxit Zn(OH)2 màu trắng hình thành: Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2↓ Kẽm hidroxit chất điện li lưỡng tính, tan axit kiềm dư: Zn(OH)2↓ + 2H+ → Zn2+ + 2H2O Zn(OH)2↓ + 2OH- → ZnO22- + 2H2O Ta thêm vào dung dịch zincat axit lấy lại kết tủa Zn(OH) 2, khác với nhơm thiếc, khơng thể dùng NH4+ tạo thành phức tan kẽm: Zn(OH)2↓ + 2OH- + 4NH4+ → [Zn( NH3)4]2+ + 4H2O  Phản ứng đặc trưng riêng biệt để tìm ion kẽm Trong mơi trường axit loãng, ion Zn2+ tạo với thuốc thử (NH4)2[Hg(SCN)4] có mặt Co2+ với nồng độ nhỏ ( không vượt 0,02% ) kết tủa tinh thể màu lục đặc trưng có thành phần Zn[Hg(SCN)4] Co[Hg(SCN)4] Nếu thay ion Co2+ ion Cu2+ ( nồng độ khơng vượt q 0,1% ) tạo thành kết tủa tinh thể màu tím Zn[Hg(SCN) 4] Cu[Hg(SCN)4] Phản ứng bị cản trở ion Co2+, Cu2+, Mn2+, Pb2+, Ag+, nồng độ chúng vượt nồng độ ion Zn2+ nên phải thực phản ứng cẩn thận sau: Lấy 0,5ml dung dịch nghiên cứu vào ống nghiệm sạch, thêm vài giọt H 2SO4 lỗng để tạo mơi trường axit, thêm 0,5ml dung dịch 0,1% Cu 2+ 0,02% Co2+ vài giọt dung dịch thuốc thử (NH4)2[Hg(SCN)4] Nếu dung dịch nghiên cứu có mặt ion Zn 2+ có kết tủa tinh thể màu tím Zn[Hg(SCN)4].Cu[Hg(SCN)4] kết tủa tinh thể màu lục Zn[Hg(SCN)4] Co[Hg(SCN)4] 3.3.5 Một số phản ứng đặc trưng ion Sn2+, Sn4+  Phản ứng với thuốc thử nhóm Thêm từ từ giọt dung dịch kiềm loãng vào dung dịch chứa ion Sn 2+, kết tủa vơ định hình dạng keo hidroxit Zn(OH)2 màu trắng hình thành: Sn2+ + 2OH- → Sn(OH)2↓ Sn(OH)2↓ tan trong kiềm dư tạo thành anion stanit SnO22- : Sn(OH)2↓ + 2OH- → SnO22- + 2H2O Để lâu đun nóng, SnO22- phản ứng với nước: SnO22- + H2O → HSnO2- + OHTrong mơi trường kiềm lỗng, HSnO2- bị phân hủy tạo thành kết tủa oxyt màu đen SnO: HSnO2- → SnO↓ + OHCịn mơi trường kiềm đặc, HSnO2- bị phân hủy tạo thành Sn: 2HSnO2- → Sn↓ + SnO32- + H2O - Sn(OH)4 có tính chất tương đối đặc biệt, kết tủa keo Sn(OH) 4↓ hình thành cịn gọi axit α- stanic dễ tan axit kiềm dư: Sn(OH)4 + 4H+ → Sn4+ + 4H2O Sn(OH)4 + 2OH- → SnO32- + 3H2O Nhưng để lâu đun nóng có trùng hợp, tách bớt số phân tử H 2O để chuyển thành H2SnO3, gọi axit β- stanic, không tan axit kiềm, thiếc bị lẫn xuống nhóm sau - Sn(OH)4 thể tính bazơ axit yếu nên ion axit Sn 4+ ion bazơ SnO32có khả phản ứng với H2O: Sn4+ + 4H2O  Sn(OH)4↓ + 4H+ SnO32- + 3H2O  Sn(OH)4↓ + 2OHNhư vậy, giống AlO2-, muốn chuyển SnO32- thành kết tủa Sn(OH)4 ta dùng 4NH4+: SnO32- + H2O + 2NH4+  Sn(OH)4↓ + 2NH3 Dùng phản ứng tách thiếc nhôm khỏi crôm kẽm  Phản ứng đặc trưng riêng biệt để tìm ion thiếc Phản ứng với FeCl3 môi trường axit: 2FeCl3 + SnCl2 → 2FeCl2 + SnCl4 Nhỏ vào dung dịch giọt đimêtyl gliơxim tạo muối nội phức màu hồng với ion Fe2+ Phản ứng bị cản trở số ion Mn 2+, Co2+, Ni2+, Fe2+, Cr3+ Phản ứng với K3[Fe(CN)6]: 2[Fe(CN)6]3- + Sn2+ → Sn4+ + 2[Fe(CN)6]4Sau nhỏ vào dung dịch giọt Fe3+ tạo thành Fe4[Fe(CN)6] có màu xanh đặc trưng Hình 3.3 Sơ đồ phân tích dung dịch cation nhóm III ... thuốc thử NO3- ; ClO4nhóm Phân tích cation nhóm 1, 2, dung dịch nước theo hệ thống acid - bazo 3.1 Phân tích hệ thống cation nhóm (Ag+, Hg22+, Pb2+) 3.1.1 Đặc tính chung Các cation nhóm I bao gồm... nhóm, nhóm lại chia thành phânnhóm cuối tách riêng thành ion riêng biệt để xác định Có hai hệ thống phân tích cation: - Hệ thống dùng H2S - Hệ thống dùng acid base - Hệ thống photphat – amoniac... dễ tan axit CH3COOH nóng Hình 3.1 Sơ đồ phân tích dung dịch cation nhóm I 3.2 Phân tích hệ thống cation nhóm (Ba2+, Sr2+, Ca2+) 3.2.1 Đặc tính chung Các cation nhóm II, bao gồm ion Pb 2+ từ nhóm