Bài giảng Phân tích và nhận biết cation

D2 CH3COOH đặc (đến tan)
	 	 + D2 K2Cr2O7
 BaCrO4 ¯ (vàng)	 	 Sn2+, Ca2+
	 + D2 CaSO4 bão hoà	 + D2 (NH4)2SO4 bão hoà
	 SrSO4 ↓ trắng	 + D2 (NH4)2C2O4 SrSO4	↓ 
	 CaC2O4 ↓ trắng
C. Các cation kim loại tạo được muối clorua ít tan (nhóm III) : Ag+, Pb2+, (Hg22+)
I. Tính chất chung :Ion Ag+, Pb2+ : không màu
	Ion Ag+có tính axt rất yếu, ion Pb2+ có tính axit yếu
	Ag+ + H2O AgOH + H+, K= 10-11,7; pH dung dịch 0,01M ≈ 6,7
	Pb2+ + H2O PbOH+ + H+, K= 10-6,18; pH dung dịch 0,01M ≈ 4
II. Sơ đồ phân tích :
	D2 phân tích
	 + D2 HCl 2M
 ↓ clorua nhóm III	Các cation khác
	+ Nước, đun nóng
 Pb2+ 	AgCl (+ Hg2Cl2)
 + D2 NH3 2M
 + D2 KI	 + D2 K2CrO4 
 Ag(NH3)2Cl	 Hg + HgNH2Cl 
 PbI2 ↓ vàng PbCrO4 ↓ vàng + D2 HNO3 (Đen) 	
	Tan trong OH- 
	 AgCl ↓ trắng
D. Các cation kim loại tạo được hiđroxit tan trong OH- dư (Nhóm IV) : Al3+, Cr3+, Zn2+
Sơ đồ phân tích :
	D2 phân tích
	 + D2 HCl 2M
Clorua nhóm III	 + D2 H2SO4 1M (+ C2H5OH)
 + D2 NaOH 2M dư (đến đục) Sunfat nhóm II
	 + 3 - 5 giọt H2O2, t0
	 + 1/4 V d2 NaOH 2M
 + NH4Cl rắn, t0	Hiđroxit các nhóm khác
 Zn(NH3)42+, CrO42-	Al(OH)3 ↓ trắng keo
	 (Cô cạn còn ½ V)
 + D2 AgNO3 (+ vài giọt d2 HNO3) + D2 HNO3 1M
	 + D2 Na2S	
 Ag2CrO4 ↓ đỏ gạch 	 
 	 ZnS ↓ trắng
E. Cation tạo được hiđroxit tan trong NH3 dư (Nhóm V) : Cu2+ (Ag+, Zn2+)
NH3 tạo với Cu2+ phức màu xanh đậm bền, rất đặc trưng (Phản ứng dùng để phát hiện ion Cu2+)
 	Cu2+ + 4NH3 Cu(NH3)42+ 	b4 = 1012,03
Phức Cu(NH3)42+ dễ bị phân huỷ bởi axit và dưới tác dụng của ion S2- tạo ↓ ít tan:	Cu(NH3)2+ + 4H+ Cu2+ + 4NH4+
	Cu(NH3)2+ + S2- CuS ↓ + 4NH3
F. Các cation tạo hiđroxit ít tan trong kiềm dư và trong dung dịch NH3 (Nhóm VI): 
Fe3+, Fe2+, Mg2+, Mn2+.
Sơ đồ phân tích: 
	 	 D2 phân tích (nhóm VI)
	+ D2 NaOH 2M
	+ H2O2, to
 Mg(OH)2, Fe(OH)3, MnO(OH)2	Bỏ
 + D2 HNO3 2M, t0
 MnO(OH)2	 Mg2+, Fe3+
	+ (PbO2 + HNO3 đặc), t0	 + D2 NH3 2M
 MnO4-, tím	 	 Fe(OH)3 đỏ nâu	 Mg2+
 	 	 + D2 Na2HPO4
 	 MgNH4PO4 ↓ trắng
Chú ý : Các ion Fe2+ và Fe3+ phải được phát hiện từ dung dịch đầu vì trong quá trình phân tích, hoá trị của chúng thay đổi.
* Phản ứng phát hiện Fe2+ : Dùng K3[Fe(CN)6]
Fe2+ + Fe(CN)63- Fe3[Fe(CN)6]2 ¯
	(Xanh tuốc bin)
Phải thực hiện ở pH < 7, không có mặt chất oxi hoá để Fe2+ không bị oxi hoá.
(Thuốc thử không tạo ↓ với Fe3+)
* Phản ứng phát hiện Fe3+: có 2 phương pháp:
1. Fe3+ + Fe(CN)64- Fe4[Fe(CN)6]3 ↓ (xanh phổ)
Phải thực hiện ở pH < 7, không có mặt chất khử để Fe3+ không bị khử thành Fe2+
2. Fe3+ + nSCN- Fe(SCN)n(3-n)+ (n = 1÷ 5)
	 (Màu đỏ máu)
Phải thực hiện ở môi trường axit mạnh vì ở pH = 2 đã có ↓ Fe(OH)3 làm phá huỷ phức.
PHÂN TÍCH VÀ NHẬN BIẾT ANION
Bảng tính tan của một số muối thường gặp
Muối
T/c chung
Ngoại trừ
NO3-
Tan
Không
SO42-
Tan
BaSO4, SrSO4, PbSO4, CaSO4 (I), AgSO4 (I)
Cl-
Tan
AgCl, HgCl, CuCl, PbCl2 (I)
Br-
Tan
AgBr, HgBr, CuBr, PbBr, PbBr2, HgBr2 (I)
I-
Tan
AgI, CuI, PbI2, HgI2
F-
Không tan
Muối kim loại kiềm, NH4+, Ag+, Hg2+, Sn2+, Be2+, Al3+
CH3COO-
Tan
H2PO4-
Tan
HPO42-
Không tan
Muối của KL kiềm, NH4+
PO43-
Không tan
Muối của KL kiềm, NH4+ (Li3PO4 không tan)
HCO3-
Tan
CO23-
Không tan
Muối của KL kiềm, NH4+ (Li2CO3 ít tan)
SO32-
Không tan
Muối của KL kiềm, NH4+
S2-
Không tan
Muối của KL kiềm, NH4+, Ca2+, Sr2+, Ba2+
S2O32-
Tan
BaS2O3, CaS2O3 PbS2O3, Hg2S2O3, Ag2S2O3
* Chú ý: Các muối CO32-, SO32- và S2- của những ion Al3+, Fe3+ và Cr3+ không tồn tại trong dung dịch (ngoại trừ Fe2S3 có tồn tại và không tan trong nước).
I. Anion halogenua :
1. Phản ứng phát hiện ion F-
Khi có mặt F- thì phức chất sắt (III) thioxinat mất màu đỏ do chuyển thành phức chất không màu
VD : Fe(SCN)3 + 3F- FeF3 + 3SCN- , K = 105,66
2. Phản ứng phát hiện ion Cl-, Br-, I- trong dung dịch hỗn hợp có chứa các anion đó:
* Phát hiện ion Cl-:
Dùng dung dịch AgNO3 : tạo được kết tủa (AgCl (màu trắng), AgBr : (trắng ngà), AgI: (màu vàng nhạt)). Lọc lấy kết tủa, hoà tan trong dung dịch NH3 loãng, AgCl bị hoà tan:
	AgCl + 2NH3 Ag(NH3)2+ + Cl-
	Lọc bỏ kết tủa, lấy dung dịch nước lọc cho vào vài giọt dung dịch HNO3, xuất hiện kết tủa trắng, suy ra trong dung dịch ban đầu có ion Cl-
	Ag(NH3)2+ + 2H+ Ag+ + 2NH4+
	Ag+ + Cl- AgCl ↓
* Phát hiện ion Br- và I-:
	- Cho vài giọt hồ tinh bột và vài giọt CCl4 vào dung dịch mẫu thử.
- Cho từ từ dung dịch nước clo đến dư vào, lắc đều, dung dịch chuyển thành màu xanh, sau đó mất màu, đồng thời lớp dung môi hữu cơ có màu vàng, suy ra trong dung dịch ban đầu có ion I- và Br-
	Cl2 + 2I- 2Cl- + I2
	Cl2 + 2Br- 2Cl- + Br2
	5Cl2 + I2 + 6H2O 10Cl- + 2IO3- + 12H+
	(Cl2 dư không oxi hoá được Br2)
II. Anion của lưu huỳnh
1. Phản ứng phát hịên ion S2- :
* Phản ứng với dung dịch HCl : dung dịch HCl phản ứng với các dung dịch muối sunfua cho H2S bay ra, hoá đen giấy tẩm dung dịch Pb(CH3COO)2 (hoặc dung dịch Pb(NO3)2).
* Phản ứng với d2 AgNO3 : Khi có KCN thì không tạo thành các muối khó tan khác của Ag+, trong khi đó thì có Ag2S ↓ màu đen tạo thành (vì Ag2S rất ít tan, Tt  (Ag2S) = 10-49,2)
2. Phản ứng phát hiện ion SO32-:
Các axit mạnh tác dụng với SO32- cho khí SO2 bay ra, nhận biết SO2 bằng giấy tẩm dung dịch Br2 hoặc dung dịch KMnO4 (mất màu).
	SO2 + Br2 + 2H2O H2SO4 + 2HBr
	5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4 
Cũng có thể cho khí bay ra lội vào dung dịch Ba2+ có HCl và H2O2. Khi đó SO2 bị oxi hoá thành H2SO4 và ta được ↓ BaSO4
* Chú ý : Các ion S2-, S2O32- cho phản ứng tương tự
3. Phản ứng phát hiện ion SO42-:
Trong môi trường axit, ion Ba2+ tạo với ion SO42- kết tủa trắng
* Chú ý : Một số chất khử như S2-, SO32-, S2O32- bị oxi hoá trong môi trường axit, trung tính hoặc kiềm để cho ion SO42-.
4. Phản ứng phát hiện ion thiosunfat S2O32-
* Phản ứng với dung dịch AgNO3
2Ag+ + S2O32- Ag2S2O3 ↓ vàng
Ag2S2O3 bị phân huỷ khi đun nóng tạo thành Ag2S ↓ màu đen.
Ag2S2O3 + H2O Ag2S ↓ + H2SO4
* Phản ứng với dung dịch hỗn hợp I3- và hồ tinh bột
D2 màu xanh của iot - hồ tinh bột (I2 + KI + hồ tinh bột) bị mất màu khi tác dụng với dung dịch S2O32- ở pH ≈ 7 do I3- bị S2O32- khử:
I3- + 2S2O32- 3I- + S4O62-
III. Anion của nitơ, photpho
1. Phản ứng phát hiện ion NO2-
* Ion MnO4- bị mất màu khi tác dụng với dung dịch NO2- trong môi trường axit vì bị khử thành Mn2+:
5HNO2 + 2MnO4- + H+ 5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O
* Ion NO2- trong môi trường axit oxi hoá ion I- thành ion I3- màu nâu nhạt hoặc hoá xanh trong dung dịch hồ tinh bột : 2HNO2 + 3I- 2NO↑ + I3- + 2H2O
 Chú ý : Nhiều chất oxi hoá cho phản ứng tương tự
2. Phản ứng phát hiện ion NO3-:
Phản ứng với Cu và dung dịch H2SO4
3Cu + 2NO3- + 8H+ 3Cu2+ + 2NO­ + 4H2O
Khí NO bay ra hoá nâu trong không khí :
NO + 1/2O2 NO2 (màu nâu)
3. Phản ứng phát hiện ion PO43-:
 	3Ag+ + PO43- Ag3PO4 ↓ (vàng)
* Chú ý : Các ion CO32-, I- cho phản ứng tương tự
IV. Anion của cacbon, silic
1. Phản ứng phát hiện ion CO32- : Phản ứng với dung dịch axit mạnh.
Axit mạnh tác dụng với ion CO32- giải phóng CO2. Để nhận biết CO2 có thể dùng nước vôi trong hoặc nước barit (dung dịch Ba(OH)2) : dung dịch hoá đục nếu CO2 dư thì trở lại trong suốt.
* Chú ý : Các ion SO32-, S2O32- cho phản ứng tương tự.
2. Phản ứng phát hiện ion CH3COO-:
* Tạo phức với Fe3+: Ion CH3COO- tạo phức màu đỏ chè với ion Fe3+ :
Fe3+ + nCH3COO- Fe(CH3COO)n(3-n)+ (n : 1-3)
Khi đun nóng xuất hiện ↓ đỏ nâu Fe(OH)2CH3COO.
* Phản ứng CH3COOC2H5 : Khi có H2SO4 đặc :
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
CH3COOC2H5 có mùi đặc trưng
Tốc độ phản ứng tăng nhanh khi đun nóng và có một ít AgNO3 hoặc Ag2SO4 xúc tác cho phản ứng.
3. Phản ứng phát hiện ion oxalat C2O42-:
* Phản ứng với dung dịch KMnO4:
Trong dung dịch H2SO4, ion CO42- làm mất màu dung dịch KMnO4 khi đun nóng và cho khí CO2 bay ra :
5C2O42- + 2MnO4- + 16H+ 10CO2 ↑ + 2Mn2+ + 8H2O
* Phản ứng với muối Ca2+:
Ca2+ + C2O42- CaC2)4 ↓ (trắng)
CaC2O4 không tan trong CH3COOH nhưng tan trong dung dịch axit vô cơ mạnh.
4. Phản ứng phát hiện ion SiO32- :
Khi axit hoá dung dịch SiO32- thì tạo thành ↓ trắng keo (hoặc dung dịch keo)
2H+ + SiO32- + nH2O H2SiO3. nH2O ↓
BÀI TẬP
(Câu I.3 – HSG QG 2000 – 2001):
	Có các dung dịch (bị mất nhãn): a) BaCl2; b) NH4Cl; c) K2S; d) Al2(SO4)3; e) MgSO4; g) KCl; h) ZnCl2. Được dùng thêm dung dịch phenolphtalein (khoảng pH chuyển màu từ 8 – 10) hoặc metyl da cam (khoảng pH chuyển màu từ 3,1 – 4,4).
	Hãy nhận biết mỗi dung dịch trên, viết các phương trình ion (nếu có) để giải thích.
(Câu I.2 – HSG QG 2002 – 2003):
	Trong phòng thí nghiệm có các dung dịch bị mất nhãn: AlCl3, NaCl, KOH, Mg(NO3)2, Pb(NO3)2, Zn(NO3)2, AgNO3. Dùng thêm một thuốc thử, hãy nhận biết mỗi dung dịch. Viết các phương trình phản ứng (nếu có).
Trình bày phương pháp nhận biết các ion trong dung dịch có chứa các ion:
a) Na+, Ca2+, Sr2+, Ba2+	b) Ca2+, Sr2+, Ba2+, Fe3+, Mg2+	
c) Ag+, Pb2+, Fe3+, Mg2+, Al3+, Cr3+	d) Ag+, Cu2+, Zn2+, Al3+, Fe3+
e) F-, Cl-, I-, SO42-	f) NO3-, SO42-, SO32-, CO32-
g) NO2-, NO3-, PO43-, CO32-	h) S2O32, NO2-, CO32-, SO42-.
bµi gi¶i
Bµi 1:
Dïng phenolphtalein nhËn ra K2S	
	S2-	+ 	H2O	 =	HS -	 + OH -
pH > 10 ® dung dÞch phenolphtalein cã mµu ®á
Dïng K2S lµm thuèc thö. Cho K2S vµo c¸c dung dÞch cßn l¹i: 
 to
- Víi NH4Cl : 	S-2	+	NH4+ = NH3­ 	+	HS-
NhËn ra NH3 nhê mïi khai, hoÆc ho¸ ®á giÊy läc tÈm phenolphtalein ( v× NH3 cã pH > 9 ).
 	- Víi Al2(SO4)3 :	Cho kÕt tña keo tr¾ng Al(OH)3	
	Al3+ 	 +	3 S2-	+ 3 H2O	=	Al(OH)3¯	+ 	3 HS-
- Víi MgSO4 : Cho kÕt tña tr¾ng Mg(OH)2
Mg2+	 +	2 S2- 	+ 	2 H2O	= Mg(OH)2 + 2 HS-
- Víi ZnCl2 : Cho kÕt tña tr¾ng ZnS
Zn2+	 +	2 S2- 	 	 = ZnS ¯
Dïng NH4Cl ®Ó nhËn ra MgSO4: kÕt tña Mg(OH)2 tan ®­îc trong NH4Cl ; trong khi c¸c kÕt tña Al(OH)3 vµ ZnS kh«ng tan.
 to
	Mg(OH)2	+	2 NH4+ = Mg2+ +	 2 NH3­ + H2O
Dïng MgSO4 nhËn ra BaCl2:
	 Ba2+	+ 	SO42-	 =	 BaSO4 ¯ tr¾ng 
Dïng BaCl2 nhËn ra Al2(SO4)3 : 
Cßn l¹i lµ KCl. 	 Ba2+	+ 	SO42-	 = BaSO4 ¯tr¾ng 
	(HoÆc dïng metyl da cam lµm thuèc thö:
NhËn ra Al2(SO4)3
 Al2(SO4)3	2 Al3+	 + 	 3 SO42-
	 Al3+ +	 H2O = AlOH2+	 + H+	
Dung dÞch cã ph¶n øng rÊt axit ( pH < 4 ) lµm cho metyl da cam cã mµu