Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Thiết kế phương pháp nhận biết và tách các cation trong dung dịch...

Tài liệu Thiết kế phương pháp nhận biết và tách các cation trong dung dịch

.PDF
23
948
95

Mô tả:

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 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm A. MỞ ĐẦU Hoá học phân tích là khoa học về các phương pháp xác định thành phần định tính và thành phần định lượng của các chất và hỗn hợp của chúng. Hoá học phân tích nghiên cứu lí thuyết về các vấn đề chung của phân tích, về các phương pháp phân tích hoá học, phát triển các phương pháp phân tích đã có, hoàn thiện chúng và xây dựng các phương pháp mới nhằm đáp ứng các yêu cầu phát triển của các khoa học và các ngành khoa học khác. Sự phân tích các chất được tiến hành với mục đích xác định thành phần định tính hoặc định lượng chúng. Phân tích định tính, ta xác định được chất hay mẫu phân tích gồm những nguyên tố hoá học nào, những ion, những nhóm nguyên tử hoặc phân tử nào hoặc các phần tử nào tham 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 tinh thể hoặc vô định hình, có mùi đặc trưng... khi đó chuyển biến hoá học xảy ra gọi là phản ứng 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 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. Trong quá trình làm đề tài chúng em còn gặp nhiều khó khăn về việc tìm kiếm thông tin, tư liệu phục vụ cho việc nghiên cứu, thiếu thốn về thời gian. Do đó, trong đề tài này không 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 2 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm hoá 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 dùng phân tích phải được rửa rất sạch. Bình được xem như đã sạch nếu ngấn nước trong bình đều 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 nước máy và tráng 2, 3 lần bằng nước cất. Sau khi sử dụng để phân tích cũng phải được rửa rất sạch, 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 KMnO 4 trong 100ml dung dịch kiềm kali 10% nóng. - Dung dịch hỗn hợp sunfôcrômic: hòa tan 15g K2Cr2O7 đã được nghiền nhỏ trong 100ml nước nóng, làm lạnh dung dịch rồi vừa khuấy liên tục, vừa thêm rất chậm 100ml acid K2SO4 đặc. Dung dịch này được để trong lọ thủy tinh có nút nhám, có thể sử dụng trong 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 dung dịch kiềm pemanganat có tác dụng phá hoại thủy tinh, còn hỗn hợp sunfôcrômic thì khi sử dụng phải cẩn thận hơn. Trang 3 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm b. Đun Trong phân tích định tính bằng phương pháp hóa học, thường phải đun dung dịch trong các ống nghiệm trên đèn cồn. Khi đun, phía ngoài ống phải khô để tránh bị nứt hoặc vỡ, mới đầu nên hơ nóng nhẹ ống nghiệm bằng cách di chuyển trên ngọn lửa, sau đó mới đun nóng mạnh. Nếu đun chất lỏng có chứa kết tủa thì phải khuấy đều. Thông thường khi đun chất lỏng có chứa kết tủa nên đun trên bếp cách thủy, không nên đun trực tiếp trên ngọn lửa vì sự sôi dễ làm nảy sinh những va chạm và chất lỏng có thể bắn ra ngoài. Cần chú ý khi đun không để miệng ống nghiệm hướng về phía có người, vì chất lỏng 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 hơi đến 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 từ dung dịch phân tích để tách và phát hiện các ion. Vì vậy cần chú ý đến màu và dạng bên ngoài của kết tủa. Có thể phân biệt kết tủa tinh thể và kết tủa vô định hình: kết tủa tinh thể thường có dạng hạt to hoặc hạt nhỏ, thường không tạo thành ngay mà cần một thời gian để hình thành tinh thể; lắc mạnh và dùng đũa thủy tinh cọ vào thành ống nghiệm là những động tác giúp cho quá trình hình thành tinh thể nhanh hơn. Kết tủa tinh thể thường nhanh chóng lắng xuống đáy ống nghiệm, nên việc ly tâm tách kết tủa cũng thuận lợi hơn. Kết tủa vô định hình thường xuất hiện ngay sau khi thêm thuốc thử vào, nhưng lắng xuống đáy ống nghiệm một cách chậm chạp nên khó quay ly tâm để tách, chúng cũng thường dễ dàng tạo thành dung dịch keo. Việc đun nóng và thêm chất điện li là để tạo điều kiện đông tụ chúng. Nên kết tủa khi đun nóng dung dịch, vì khi tăng nhiệt độ những hạt 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 thì thêm từ từ thuốc thử kết tủa và khuấy đều, còn nếu kết tủa dạng keo thì thêm toàn bộ lượng thuốc thử kết tủa cần thiết. Quá trình kết tủa thực hiện như sau: Lấy vào ống nghiệm để quay li tâm khoảng 23ml dung dịch nghiên cứu ( nếu ống nghiệm để quay li tâm loại nhỏ thì lấy khoảng 0,5ml ). Tạo môi trường pH phù hợp theo hướng dẫn và tăng nhiệt độ. Kiểm tra môi trường 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 khi tạo môi trường pH phù hợp, đun nóng cẩn thận rồi vừa khuấy vừa thêm thuốc thử kết tủa vào cho đến dư để kết tủa hoàn toàn. Trang 4 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm 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 ta thường dùng phương pháp quay li tâm bằng máy quay li tâm. Phải lưu ý tuân thủ cách sử dụng máy quay li tâm như hướng dẫn. Thời gian li tâm phụ thuộc vào đặc tính của kết tủa, 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 2 đến 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 thành trong suốt gọi là nước li tâm. Cũng có khi một số kết tủa khi quay li tâm lại nổi lên trên mặt chất lỏng hoặc lắng xuống rất chậm. Gặp những kết tủa này, muốn tách kết tủa phải lọc qua giấy lọc. Để kiểm tra xem quá trình kết tủa đã hoàn toàn chưa, ta thử mở ống nghiệm vừa quay 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 trình kết 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. Một cách khác để tách nước li tâm ra khỏi kết tủa là: giữ ống nghiệm bằng tay trái ở vị trí nghiêng, tay phải dùng ống nhỏ giọt có ống bóp cao su hút nước li tâm, chú ý khi đưa ống nhỏ 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 rửa khác nhau, nói chung ta rửa kết tủa bằng nước cất, với những kết tủa có khả năng chuyển thành trạng thái keo thì thêm vào nước rửa các chất điện li, ví dụ khi rửa kết tủa sắt hidroxyt, người ta dùng dung dịch amoni nitrat loãng. Để rửa kết tủa, ta thêm vài ml nước cất hoặc hoặc dung dịch rửa tương ứng, đậy ống nghiệm lại rồi lắc hoặc đặt nghiêng ống nghiệm để kết tủa được phân bố trên diện rộng rồi khuấy, sau đó quay li tâm và bỏ đi phần 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 có những 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 H2S: Trang 5 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Việc 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 H2S 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 Kết tủa các sunfua. Nhóm này chia thành hai phần nhóm: II H2S trong môi trường acid (pH =0,5) III (NH4)2S trong môi trường NH3 + NH4Cl Sn2+, Sn4+, Sb3+, Sb5+, + Phân nhóm IIA: Gồm các sunfua tan As3+, As5+, Hg2+, trong (NH4)2Sx và bị oxi hoá AsS43-, Cu2+, Cd2+, Bi3+, SbS43-, SbS32(Pb2+) + Phân nhóm IIB: gồm các sunfua không tan trong (NH4)2Sx như HgS, CuS, CdS, Bi2S3, (PbS) Al3+, Cr3+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ Kết tủa Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3, MnS, CoS, NiS, ZnS. Nhóm này cũng chia thành hai nhóm: + Phân nhóm IIIA: gồm các kết tủa tan trong HCl như Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3, MnS, ZnS. + Phân nhóm IIIB: gồm các kết tủa không tan trong HCl như CoS, NiS. IV V (NH4)2CO3 Ba2+, Sr2+, Ca2+ BaCO3, SrCO3, CaCO3 NaH2PO4 trong môi trường NH3 + NH4Cl Mg2+ NH4MgPO4 Không có thuốc thử nhóm Na+, K+, NH4+ Phương pháp phân tích theo đường lối H 2S có ưu điểm là cách phân chia các nhóm và cách tiến hành phân tích rất chặt chẽ, phù hợp với việc trình bày các sơ sở lí thuyết, đặc biệt là việc phân chia các nhóm phân tích có nhiều điểm phù hợp với việc phân nhóm trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendelêep, do đó liên hệ dễ dàng giữa các phản ứng đã học trong giáo trình hoá học vô cơ với phản ứng phân tích. Tuy nhiên, phương pháp này Trang 6 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm có nhược điểm là H2S độc, nên tiến hành phân tích bằng phương pháp này cần phải có trang 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 H 2S, phương pháp này dựa trên tác dụng của các cation với các thuốc thử nhóm là các acid và các baz như HCl, H 2SO4, NaOH, NH4OH. Việc phân chia các cation thành từng nhóm theo phương pháp này được trình bày trong bảng sau: Nhóm acid AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 Nhóm Thuốc thử nhóm I HCl loãng Ag+, Pb2+, Hg22+ H2SO4 loãng Ba2+, Sr2+, Ca2+, (Pb2+) NaOHdư + H2O2 Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+, Sn4+, As3+, As5+ AlO22-, CrO42-, ZnO22-, SnO32-, AsO43- NaOH Fe2+, Fe3+, Sb3+, Sb5+, Bi3+, Mn2+, Mg2+ Fe(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3, Bi(OH)3, Mn(OH)2, Mg(OH)2 V NH4OH đặc dư Cu2+, Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+ VI Không có thuốc thử nhóm Na+, K+, NH4 II III Nhóm Baz Sản phẩm tạo thành sau khi tác dụng với thuốc thử nhóm Các cation thuộc nhóm IV BaSO4, SrSO4, CaSO4, PbSO4 Các phức amoniacat [ Me (NH 3 )4 ] 2+ 1. Phân tích các cation nhóm I Ag+, Pb2+ và Hg22+: Các cation nhóm I bao gồm Ag+, Pb2+ và Hg22+. Chúng sẽ tạo với anion Cl- thành các muối clorua AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 ít tan. Vì vậy, người ta dùng HCl loãng, nguội làm thuốc thử nhóm để tách các cation Ag+, Pb2+ và Hg22+. Ra khỏi các cation khác có trong dung dịch phân tích Không dùng HCl đặc bởi các kết tủa clorua của các cation này tan trong HCl đặc và dung dịch 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 7 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Các cation của nhóm này cho kết tủa trắng với dung dịch HCl loãng, nguội: Ag+ + HCl → AgCl↓ + H+ Pb2+ + 2HCl → PbCl2 ↓ + 2H+ Hg22+ + 2HCl → Hg2Cl2↓ + 2H+ Tích số tan của các hợp chất clorua đó: TAgCl = 1 x 10-10 TPbCl2 = 2 x 10-5 THg2Cl2 = 1 x 10-18 Như vậy, trong 3 clorua nói trên PbCl 2 khó kết tủa nhất. Độ tan của PbCl 2 tăng mạnh theo nhiệt độ. Cần chú ý rằng AgCl và PbCl 2 dễ tan trong dung dịch HCl đặc, vì tạo thành phức tan AgCl2- và PbCl3-. Clorua của các kim loại khác còn lại đều có độ tan rất lớn, vì vậy thuốc thử nhóm của các cation thuộc nhóm này là dung dịch HCl loãng, nguội. Bằng dung dịch HCl loãng nguội, dư vừa phải, chúng ta tách được các cation Ag +, Pb2+, Hg22+ dưới dạng kết tủa ra khỏi hỗn hợp các cation khác. Riêng cation Pb 2+ có tích số tan tương đối lớn nên không kết 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 dịch acid 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]+ + ClHg2Cl2 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 8 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm PbCl2 thực tế không tan trong NH3 loãng. Phản ứng này dùng để nhận biết Hg2Cl2 khi có mặt đồng thời NaCl và PbCl 2( 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 để tách 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 gạn lấy 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 dịch HNO3 vào nước lọc đó, thấy kết tủa trắng xuất hiện lại chứng tỏ có ion bạc (I). Trang 9 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Bảng phân tích các cation nhóm I: Thực hiện Quan sát hiện tượng Giải thích 1. Với thuốc thử nhóm  Ag+ + Cho HCl vào ống nghiệm + Kết tủa trắng : AgCl Quan sát + Sau đó từ từ nhỏ NH4OH vào ống nghiệm đến khi kết tủa tan Quan sát dung dịch Ag+ + HCl → AgCl↓ + H+ AgCl↓ + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ + Cl+ AgCl tan được trong dung dịch NH3 loãng vì tạo phức bạc (I) amoniac  Pb2+ + Cho HCl vào ống nghiệm + Kết tủa trắng : PbCl Pb2+ + 2HCl → PbCl2 ↓ + 2H+ Quan sát + Sau đó từ từ nhỏ NH4OH vào ống nghiệm trên + Bỏ thêm HCl vào ống nghiệm. Sau đó cho thêm nước cất rồi đung nóng ống nghiệm. + PbCl2 thực tế không tan trong NH3 loãng. + Dựa vào độ tan của PbCl2 tăng theo nhiệt độ, có thể dùng nước khi đun nóng để Trang 10 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Quan sát tách PbCl2 ra khỏi hỗn hợp  Hg22+ + Cho HCl vào ống nghiệm Quan sát + Sau đó cho NH4OH vào ống nghiệm trên Quan sát + Xuất hiện kết + Hg22+ + 2HCl → Hg2Cl2↓ tủa trắng: Hg2Cl2 + 2H+ + Hg2Cl2 tác dụng với NH3 loãng tạo +Hg2Cl2 ↓ + 2NH3 → [NH2Hg]Cl + Hg↓ + NH4Cl thành 2 kết tủa, 1 kết tủa màu trắng NH2HgCl và 1 kết tủa đen Hg 2. Với thuốc thử từng cation 2.1 Phản ứng đặc trưng của Ag+ + Cho Ag+ tác + Tạo kết tủa dụng với KI . khó tan AgI màu vàng + Ag+ + I -  AgI  + Cho Ag+ tác + Tạo kết tủa dụng với KBr khó tan AgBr màu vàng nhạt + Ag+ + Br -  AgBr + Cho Ag+ tác + Ion Ag+ tạo dụng với K2CrO4 với thuốc thử này kết tủa + 2Ag+ + K2CrO4  Ag2CrO4  + 2K+ 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-. AgBr  tan được trong KCN, Na2S2O3 và NH4OH Ag2CrO4  tan trong amoniac, tan trong HNO3 nhưng Trang 11 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Ag2CrO4 màu đỏ gạch không tan trong acid acetic + Cho Ag+ tác + Ion Ag+ tạo dụng Na2HPO4 với thuốc thử này kết tủa Ag3PO4 màu vàng 3Ag+ + HPO42+  Ag3PO4  + H+ + Cho Ag+ tác + Ion Ag+ tạo dụng với thuốc thử K4[Fe(CN)6] này kết tủa Ag4[Fe(CN)6] màu trắng 4Ag+ + [Fe(CN)6]4 -  Ag4[Fe(CN)6]  Ag3PO4  tan được trong NH4OH, trong các dung dịch muối amoni và trong acid 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 với AgCl và Hg2Cl2 mà PbSO4 lại có độ tan nhỏ hơn nhiều, nên khi phân tích hỗn hợp cation theo 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 trong thuốc thử dư. Sau đây là tích số tan của các sunfat đó. Hợp chất Tích số tan BaSO4 1,10 x 10-10 SrSO4 3,20 x10-7 CaSO4 9,10 x10-6 PbSO4 1,45 x10-7 Sau đây là quy trình phân tích các cation nhóm 2: Nước lọc sau khi tách nhóm 1 cho tác dụng với dung dịch H 2SO4 loãng, dư và rượu etylic, đun nhẹ, li tâm, thu được kết tủa 2 là hỗn hợp sunfat các cation nhóm 2 và dung Trang 12 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm dịch các cation các nhóm 3,4,5,6. Chuyển sunfat nhóm 2 thành cacbonat bằng cách cho phản 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 K 2CrO4 để kết tủa BaCrO4 và PbCrO4. Li tâm, lấy kết tủa và nước lọc, chia đôi nước lọc. Phần (1) tìm Sr 2+ bằng (NH4)SO4, phần (2) tìm Ca2+ bằng dung dịch (NH4)2C2O4. Cho kết tủa PbCrO4 và BaCrO4 tác dụng với dung dịch NaOH để tách Pb2+. Lấy nước lọc tìm ion Pb2+ bằng dung dịch Na2S. Nếu khi tác 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 NH 4CH3OO để tách PbSO4 ngay từ đầu khỏi hỗn hợp với 3 sunfat của các cation Ba 2+, Sr2+,Ca2+. Phản ứng này được dùng trong sơ đồ dưới đây Ba2+, Sr2+, Ca2+ ( Pb2+) Nhóm 1 + H2SO4 loãng dư, rượu etylic, + 4 lần với dd Na2CO3 , to To, ly tâm BaCO3, SrCO3,CaCO3 + CH3COOH, 6M DD BaCO3, SrCO3,CaCO3 + K2CrO4 SrCO3, CaCO3 BaCrO 4 , PbCrO4 phần Chia ra 2 +NaOH Phần 2 +Na2S Phần 1 BaCrO4 ,vàng + (NH4)2SO4 + (NH4)2C2O3 Trang 13 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Sr 2+ PbS ,đen Ca 2+ Sơ đồ nhận biết các cation nhóm II Bảng phân tích nhóm II: Ba2+, Ca2+, Sr2+, Pb+ Thực hiện 1. Với thuốc thử nhóm  Ba 2+ + Cho H2SO4 loãng vào ống nghiệm Quan sát + Cho NaOH đặc nguội (20-40oC) vào ống nghiệm cho đến khi kết tủa tan Quan sát dd  Ca2+ + Cho H2SO4 loãng vào ống nghiệm + Cho NH4SO4 vào ống nghiệm cho kết tủa tan  Sr 2+ + Cho H2SO4 loãng vào ống nghiệm + SrSO4 không Quan sát hiện tượng + Kết tủa trắng BaSO4 + BaSO4 tan được trong NaOH đặc nguội vì tạo ( BaOH)2SO4 + Kết tủa trắng CaSO4 + CaSO4 tan trong NH4SO4 tạo phức (NH4)2[Ca(SO4)2] + Kết tủa trắng SrSO4 Giải thích Ba2+ + H2SO4 BaSO4 + 2H+ 2BaSO4 + 2 NaOH (đặc, nguội) <---> (BaOH)2SO4 + Na2SO4 Ca2+ + H2SO4 + 2H+ CaSO4 CaSO4 + (NH4)2SO4 → (NH4)2[Ca(SO4)2] Sr2+ + + 2H+ H2SO4 SrSO4 Trang 14 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm tan  Pb2+ + Cho H2SO4 loãng vào ống nghiệm + Cho NaOH vào ống nghiệm + Kết tủa trắng PbSO4 Pb2+ + PbSO4 tan trong NaOH tạo phức PbO2- PbSO4 + + H2SO4 PbSO4 PbO2- NaOH Với thuốc thử từng cation: Phản ứng đặc trưng của Ba2+ + Cho Ba2+ tác dụng với (NH4)2SO4 + Tạo kết tủa trắng BaSO4 Ba2+ + SO42- + Cho Ba2+ tác dụng với K2Cr2O7, K2Cr2O4 + Tạo kết tủa vàng BaCrO4 BaSO4 Ba2+ + CrO42- + Cho Ba2+ tác dụng với ( NH4)2C2O4 + Tạo kết tủa trắng BaC2O4 Ba2+ + BaC2O4 BaC2O4 + Cho Ba2+ tác dụng với Na2HPO4 + Tạo kết tủa vô định hình Ba2+ + HPO42BaHPO4 + Cho Ba2+ tác dụng với + Tạo kết tủa tinh thể trắng Ba2+ BaCrO4 + ( NH4 )2CO3 BaCO3 + 2NH4+ ( NH4)2CO3, K2CO3, Na2CO3 4. Phân tích các cation nhóm III: Al3+, Cr3+,Sn2+, Sn4+, Zn2+ Các cation nhóm này tác dụng với các dung dịch NaOH, KOH dư tạo thành các dung dich muối tan vì hiđroxit của nó lưỡng tính: Al(OH)3 + OH- → AlO2- + 2H2O Cr(OH)3 + OH- → CrO2- + 2H2O Sn(OH)4 + 2OH- → SnO32- + 3H2O Zn( OH)2 + 2OH- → ZnO22- + 2H2O Trang 15 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Nhưng vì ion CrO2- dễ tạo kết tủa với các cation khác như Mn2+, Fe3+.... nên người ta dùng dung dịch NaOH dư và thêm H2O2 để oxi hoá CrO2- lên CrO42- đồng thời thuốc thử đó oxi hoá Sn(II) lên SnO32-, Fe2+ lên Fe3+, Sb(III) lên Sb(V). Tách Al(III) và Sn(IV): thêm lượng dư dung dịch NH4Cl vào dung dịch kiềm dư của các cation nhóm này và đun nhẹ thì Al(OH)3 và Sn(OH)4 sẽ kết tủa lại, trong khi đó CrO42- vẫn không thay đổi, ZnO22- sẽ chuyển thành [ Zn(NH3)4]2+: NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O AlO2- + NH4+ + 2H2O → Al(OH)3 ↓ + NH3 SnO32- + 2NH4+ + H2O → Sn(OH)4↓ + 2NH3 ZnO22- + 4NH4+ → [Zn(NH3)4]2+ + 2 H2O Trang 16 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Bảng nhận biết ion Al3+ Thực hiện Hiện tượng Giải thích Với thuốc thử nhóm Phản ứng với NaOH Phản ứng với Na2CO3 hoặc K2CO3 Phản ứng với Na2PO4 Phản ứng với H2S Phản ứng với 8.oxiquinoli n Phản ứng với thuốc thử hữu cơ alizazin đỏ S Thêm từ từng giọt dung dịch kiềm loãng vào dung dịch chứa ion Al3+ + Kết tủa vô định hình dạng keo hidroxit Al(OH)3 màu trắng được hình thành + Nếu cho dư dung dịch kiềm thì kết tủa keo trắng Al(OH)3 tan tạo thành AlO2- Cho dung dịch Na2CO3 hoặc Xuất hiện kết tủa keo K2CO3 vào dung màu trắng Al(OH)3 dịch chứa ion Al3+ Cho dung dịch Tạo kết tủa muối Na2PO4 vào photphat AlPO4 dạng dung dịch chứa keo màu trắng, khó tan ion Al3+ Cho dung dịch H2S vào dung Tạo thành kết tủa keo dịch chứa ion trắng Al(OH)3 3+ Al Cho dung dịch chủa ion Al3+ vào dung dịch Tạo kết tủa 8.oxiquinolin (C9H6NO)3Al màu vàng trong môi lục trường acetat (CH3COOH + CH3COONa) Cho thuốc thử hữu cơ alizazin đỏ S vào dung Tạo kết tủa màu đỏ 3+ dịch chứa Al thẫm gọi là sơn nhôm trong môi trường amoniac + Al3+ + 3OH  Al(OH)3  + Al(OH)3 + OH-  AlO2- + 2H2O 2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O  2Al(OH)3  + 6NaCl + 3CO2 AlCl3 + 3Na2HPO4  AlPO4 + 3NaCl + NaH2PO4 + 2NH4OH + H2S  (NH4)2S + 2H2O + AlCl3 + (NH4)2S  Al2S3 + 2NH4Cl + Al2S3 + 6H2O  2Al(OH)3  + 3H2S Al3+ + 3C9H6NOH (C9H6NO)3Al  + 3H+ Trang 17 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm 5. Phân tích các cation nhóm IV : Fe3+, Sb5+, Mn2+, Bi3+, Mg2+ Đặc điểm của các cation nhóm này là tạo hiđroxit M(OH)n chỉ có tính bazơ không tan trong thuốc thử khử kiềm dư. Vì vậy, thuốc thử nhóm này và các cation nhóm 2 là dung dịch NaOH dư có mặt H2O2. Tác dụng của H2O2 là oxi hoá Cr3+ thành CrO42-, oxi hoá Sb(III) lên Sb(V) vì hiđroxit Sb(OH)3 cũng lưỡng tính. Khi đó dưới tác dụng của thuốc thử nhóm nói trên, Mn(II) sẽ tạo thành MnO2 màu đen: Mn2+ + H2O2 + 2OH- → MnO2↓ + 2H2O Khi cho tất cả các cation nhóm IV này sẽ tồn tại dưới dạng kết tủa màu đen. Khi dùng thuốc thử nhóm là dung dịch kiềm dư và H2O2, các cation nhóm V: Cu2+, Cd2+, Hg2+, Ni2+, Co2+ cũng được kết tủa dưới dạng hiđroxit M(OH)n cùng với các cation nhóm IV trên đây. Tách các cation nhóm IV khỏi các cation nhóm V: Hoà tan kết tủa các hiđroxit cation nhóm IV,V cùng MnO 2 bằng dung dịch H2O2 và HNO3: M(OH)n + nH+ → Mn+ + nH2O MnO2 + H2O2 + 2H+ → Mn2+ + O2↑ + 2H2O Đun sôi kĩ dung dịch để phân huỷ H2O2 dư. Trung hoà vừa hết lượng acid dư bằng cách thêm từng giọt dung dịch NaHCO 3 vào lắc đều cho đến khi dung dịch thoáng đục của các vết hiđroxit các kim loại mới tạo thành. Thêm vào dung dịch lượng dư dung dịch NH3 để kết tủa hết hiđroxit nhóm IV (Fe(OH)3, MnO2, Sb(OH)5, Mg(OH)2, Bi(OH)3 ). Li tâm để tách nhóm V dưới dạng dung dịch phức amoniacat Cu(NH 3)42+ , Cd(NH3)42+ , Ni(NH3)62+, Co(NH3)62+ . Trang 18 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Bảng nhận biết ion Fe3+ THUỐC THỬ + NH4OH dư + H2 O2 HIỆN TƯỢNG + Kết tủa màu nâu đỏ + Dung dịch kali feroxianua + Kết tủa vô định hình có màu xanh đặc trưng gọi là xanh phổ hay xanh Prusse PHẢN ỨNG + Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 ↓ +4Fe3+ + 3[Fe(CN) 6]3- → Fe4 [Fe(CN)6 ]3 6. Phân tích các cation nhóm V: Cu2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Hg2+ Đặc điểm của các cation nhóm này là sự tạo phức với dung dịch NH 3 , vì vậy, sau khi tách chúng khỏi các cation nhóm 4, ta thu được dung dịch phức amoniac của các cation nhóm này. Tiếp theo ta thêm dung dịch ( NH 4)2S vào để kết tủa các sunfat nhóm này gồm: CdS, NiS, CoS, CuS, HgS. Sau đây là tính chất các sunfat nhóm này: CdS: Màu vàng tươi, có tích số tan T = 7,9 x 10 -27. CdS tan trong dung dịch H2SO4 3M ... NiS và CoS đều có màu đen và có chung tính chất là không kết tủa được từ dung dịch acid bằng khí H2S. Chúng chỉ kết tủa được từ dung dịch acid bằng dung dịch Na2S hoặc bằng dung dịch (NH 4)2S. Nhưng khi NiS và CoS đã kết tủa, chúng nhanh chóng bị lão hoá, chuyển dạng tinh thể, thay đổi cấu trúc phân tử có tích số tan nhỏ đi nhiều lần đến mức không tan được trong dung dịch HCl đặc, chỉ tan được trong dung dịch HNO3 đun nóng. Trang 19 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm CuS màu đen có tích số tan rất nhỏ T CuS = 6,3 x 10-36, vì vậy, có thể kết tủa từ dung dịch có độ acid khá cao bằng chính khí H 2S. CuS chỉ tan trong dung dịch HNO 3 đun nóng theo phản ứng oxi hoá - khử trong đó ion sunfat bị oxi hoá thành S hoặc khí SO 2 hoặc SO42-. 3CuS + 8HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2O HgS màu đen là sunfua có độ tan nhỏ nhất ( T HgS = 1,6 x 10-52 ). Không tan cả trong dung dịch HNO3 đun nóng , chỉ tan trong dung dịch nước cường thuỷ: 3HgS + 6HCl + 2HNO3 → 3HgCl2 + 3S + 2NO + 4H2O Chính vì vậy HgS kết tủa được trong các dung dịch acid mạnh có nồng độ cao bằng dung dịch khí H2S. Phân tích các cation nhóm V: Sau khi tách các cation nhóm V ra khỏi nhóm IV ta được dung dịch các cation này trong môi trường (NH3 + NH4+). Thêm vào dung dịch đó (NH4)2S để kết tủa tất cả các sunfua của các cation nhóm V, ta được kết tủa màu đen. Rửa kết tủa đó vài lần bằng dung dịch NH4Cl để phá keo sunfua và loại bỏ kết tủa dư. Đun nóng kết tủa với dung dịch HCl hoặc H2SO4 loãng 1,5M. Thu được dung dịch chứa Cd2+. Pha loãng dung dịch đó bằng nước H2S nếu có Cd2+ ta được kết tủa màu vàng tươi. Hoà tan các sunfua khác trong kết tủa đen bằng dung dịch HNO 3 loãng đun nóng. Chia dung dịch thu được thành 4 phần và lần lượt tìn các cation Cu 2+, Hg2+, Co2+và Ni2+ như đã trình bày ở trên. Cu(NH 3)4,Cd(NH3)4,Ni(NH3)6 (NH4)2S CdS,NiS,CoS,CuS,HgS T0,HCl ,hoặc H2SO4 Trang 20 GVHD: Th.s Trương Bách Chiến
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan