Giáo trình Hóa phân tích 1 (Trung cấp Dược) - Trường CĐ Phạm Ngọc Thạch Cần Thơ

Giáo trình Hóa phân tích 1 dành cho Trung cấp Dược cung cấp cho người học những kiến thức như: Đại cương về hóa học phân tích định tính; xác định cation nhóm I; xác định cation nhóm II; xác định cation nhóm III; xác định cation nhóm IV;...Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG CAO ĐẲNG PHẠM NGỌC THẠCH CẦN THƠ

MỤC LỤC

Trang Bài 1: Đại cương về hóa học phân tích định tính ……… 1

1 Đối tượng của HHPTĐT……… 1

2 Nguyên tắc chung và các phương pháp HHPTĐT……… 1

2.1 Nguyên tắc chung của HHPTĐT……… 1

2.2.Các phương pháp của HHPTĐT………1

3 Điều kiện của phản ứng hóa học dùng trong HHPTĐL………2

3.1 Phải đặc sắc………2

3.2 Phải nhạy………2

3.3 Phải đặc hiệu……… 2

4 Phân nhóm các ion………2

4.1 Phân nhóm cation……… 2

4.2 Phân nhóm anion………3

5 Thuốc thử dùng trong phân tích định tính……….3

Bài 2: Xác định cation nhóm I……… ……….4

1 Thuốc thử nhóm……… 4

2 Thuốc thử cation……… 4

2.1 Thuốc thử Ag+ ……… 4

2.2 Thuốc thử Pb2+……… 5

2.3 Thuốc thử Hg22+……….5

Bài 3: Xác định cation nhóm II……… ……… 7

1 Thuốc thử nhóm………7

2 Thuốc thử cation………7

2.1 Thuốc thử Ba2+……… 7

2.2 Thuốc thử Ca2+……… 8

Bài 4: Xác định cation nhóm III………10

1 Thuốc thử nhóm……… 10

2 Thuốc thử cation……….10

2.1 Thuốc thử Zn2+………10

2.2 Thuốc thử Al3+……….11

Bài 5: Xác định cation nhóm IV……… ……….………14

1 Thuốc thử nhóm……… 14

2 Phản ứng định tính……… 15

2.1 Thuốc thử Fe2+……….15

2.2 Thuốc thử Fe3+……….15

2.3 Thuốc thử Bi3+……….16

Bài 6: Xác định cation nhóm V ……… 17

1 Thuốc thử nhóm……… 17

2 Phản ứng định tính……… 18

2.1 Thuốc thử ion Cu2+……… 18

2.2 Thuốc thử ion Hg2+……… 18

2.3 Thuốc thử ion Mg2+……….18

Bài 7: Xác định cation nhóm VI……… 20

1 Đặc tính chung của các cation nhóm VI……… 20

2 Phản ứng định tính……… 20

2.1 Thuốc thử ion NH4+……….20

2.2 Thuốc thử ion K+……….21

2.3 Thuốc thử ion Na+………21

Bài 8: Xác định anion nhóm I ………… 23

1 Thuốc thử sơ bộ……… 23

2 Thuốc thử xác định anion………23

2.1 Thuốc thử anion I-………24

2.2 Thuốc thử anion S2-……… 24

2.3 Thuốc thử anion NO3-……… 24

Bài 9: Xác định cation nhóm II ………

1 Thuốc thử sơ bộ………

2 Thuốc thử xác định anion………

2.1 Thuốc thử anion AsO43-………

2.2 Thuốc thử anion AsO33-………

2.3 Thuốc thử anion CO32- ………

2.4 Thuốc thử anion HCO3-………

2.5 Thuốc thử anion CO32-………

Bài 10: Xác định cation nhóm III………

1 Thuốc thử sơ bộ………

2 Thuốc thử xác định anion………

2.1 Thuốc thử anion SO42- ………

2.2 Thuốc thử anion SO32-………

Bài 11: Xác định anion và cation trong dung dịch muối……….………

BÀI 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA HỌC PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH

MỤC TIÊU HỌC TẬP

1 Trình bày được đối tượng của hóa học phân tích định tính (HHPTĐT),

nguyên tắc chung và hai phương pháp của HHPTĐT để xác định một ion hoặc một chất chưa biết

2 Trình bày được ba điều kiện của một phản ứng hóa học dùng trong HHPTĐT

và ý nghĩa của bước phân nhóm trong HHPTĐT

NỘI DUNG CHÍNH

Hóa học phân tích định tính là môn khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp, các kỹ thuật, các thuốc thử, các phản ứng,… để xác định thành phần cấu tạo của các chất

I ĐỐI TƯỢNG CỦA HHPTĐT

1.1 Các kỹ thuật, các thuốc thử, các phản ứng để xác định thành phần cation và anion của các muối vô cơ và các chất vô cơ khác

1.2 Kỹ thuật cơ bản để tiến hành thử tinh khiết một số hóa chất dùng trong ngành Dược theo Dược điển Việt Nam (DĐVN)

II NGUYÊN TẮC CHUNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HHPTĐT

2.1 Nguyên tắc chung của HHPTĐT

Để xác định một ion hoặc một chất chưa biết, người ta dựa trên nguyên tắc sau: chuyển chất chưa biết thành chất mới đã biết thành phần hóa học và có tính chất đặc trưng, từ đó suy ra chất chưa biết

Tiến hành phân tích định tính chất cần xác định và các thuốc thử đều ở dạng dd Phản ứng hóa học giữa các chất (TT và chất cần xác định) thực chất là phản ứng giữa

các ion Phương pháp này hay dùng vì tiến hành thuận lợi nhanh và cho kết quả

chính xác

III ĐIỀU KIỆN CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC DÙNG TRONG HHPTĐT

Các phản ứng hóa học dùng trong HHPTĐT có thể là phản ứng trung hòa, phản

ứng trao đổi hay phản ứng oxy hóa - khử nhưng phải thõa mãn 3 điều kiện sau:

3.1.Phải đặc sắc:

Phản ứng phải tạo ra được chất kết tủa hoặc màu sắc thay đổi rõ rệt hay khí bay

ra phải quan sát được

3.2.Phải nhạy:

Phản ứng xảy ra được với một lượng nhỏ chất cần xác định với TT mà vẫn phải

có biểu hiện rõ ràng

3.2.Phải đặc hiệu (đặc trưng, riêng biệt):

Phản ứng chỉ xảy ra với ion này mà không xảy ra với ion khác (cùng một loại

thuốc thử), hoặc cho kết tủa có tính chất màu sắc khác nhau

Đa số các phản ứng hóa học thõa mãn hai điều kiện ban đầu nhưng khó thõa

mãn điều kiện thứ ba

Ví dụ:

Ion Ba2+ và ion Pb2+ cùng phản ứng với acid H2SO4 cho kết tủa trắng, cùng tác

dụng với K2CrO4 cho kết tủa vàng, không tan trong acid acetic Đó là nguyên nhân

dễ gây ra nhầm lẫn khi tiến hành xác định một chất

IV PHÂN NHÓM CÁC ION

Để tránh nhầm lẫn, khi tiến hành xác định các ion người ta phải qua bước phân

nhóm (xác định nhóm) các cation và anion

Phân nhóm là dùng một thuốc thử cho tác dụng với một số ion (các ion khác

không phản ứng) tạo ra được kết quả giống nhau, sau đó tiến hành xác định các ion

trong nhóm đó bằng các thuốc thử đặc trưng đã biết

Theo phương pháp “acid-bazơ” người ta phân nhóm như sau:

4.1 Các cation được chia thành 6 nhóm:

Nhóm I: Ag+, Pb2+ ,Hg22+.

Nhóm II: AsO43- , AsO32- , PO43- ,HCO3-, CO3

2-Nhóm III: SO32-, SO42-

V THUỐC THỬ DÙNG TRONG PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH

- Thuốc thử nhóm: có tác dụng giống nhau lên một nhóm các ion

Ví dụ: HCl là thuốc thử nhóm của Ag+ , Pb2+,…

- Thuốc thử chọn lọc: có tác dụng giống nhau lên một số các ion(có thể thuộc các nhóm nhóm khác nhau)

Ví dụ: KI là thuốc thử của Ag+ , Pb2+ (nhóm I), Bi3+ (nhóm IV),…

- Thuốc thử đặc hiệu hay thuốc thử riêng biệt: chỉ cho phản ứng đặc hiệu với một ion

Ví dụ: tinh bột cho màu xanh với iot,…

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ:

1 Trình bày đối tượng, nguyên tắc chung và hai phương pháp của HHPTĐL để

tiến hành xác định một ion hoặc một chất chưa biết?

2 Kể ba điều kiện của một phản ứng hóa học dùng trong HHPTĐT?

3 Nêu ý nghĩa của bước phân nhóm trong HHPTĐT?

BÀI 2 XÁC ĐỊNH CÁC CATION NHÓM I

(Ag + , Pb 2+ , Hg 2 2+ ) MỤC TIÊU HỌC TẬP

1 Trình bày được tên, công thức hóa học của TT nhóm, hiện tượng đặc trưng khi các cation nhóm I tác dụng với TT nhóm và viết phương trình ion minh họa

2 Trình bày được tên, công thức hóa học, các hiện tượng đặc trưng của thuốc thử xác định cation nhóm I và viết phương trình ion minh họa

1.2 Phương trình ion:

Ag+ + HCl  AgCl + H+ AgCl tan trong dd NH4OH:

AgCl + 2NH4OH  [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O

Pb2+ + 2HCl  PbCl2 + 2H+ PbCl2 không tan trong dd NH4OH:

Hg22+ + 2HCl  Hg2Cl2 + 2H+ Hg2Cl2 hóa đen trong dd NH4OH

II THUỐC THỬ CATION:

2.1 Thuốc thử của ion Ag + :

2.1.1 Kali cromat (K 2 Cr 2 O 4 )

Ion Ag+ tác dụng với TT kali cromat tạo ra kết tủa màu đỏ thẫm

2Ag+ + K2Cr2O4  Ag2Cr2O4 + 2K+

2.1.2 Kali iodid (KI):

Ion Ag+ tác dụng với TT Kali iodid tạo ra kết tủa màu vàng nhạt

Ag+ + KI  AgI + K+

2.1.3 Natri carbonat (Na 2 CO 3 ):

Ion Ag+ tác dụng với TT Natri carbonat tạo ra kết tủa màu trắng, để lâu hóa xám (do phân hủy thành bạc oxyd)

Ag+ + Na2CO3  Ag2CO3 + Na+ Ag2CO3  Ag2O + CO2

2.2 Thuốc thử của ion Pb2+:

2.2.1 Amoni sulfur (NH 4 ) 2 S hay hydrosulfur H 2 S:

Ion Pb2+ tác dụng với TT Amoni sulfur (NH4)2S hay hydrosulfur H2S tạo ra kết tủa màu đen

2.2.3 Kali iodid (KI):

Ion Pb2+ tác dụng với TT Kali iodid tạo ra kết tủa màu vàng, kết tủa này tan trong nước nóng, khi để nguội lại kết tủa tinh thể màu vàng óng ánh

Pb2+ + 2KI  PbI2 + 2K+

2.2.4 Acid sufuric loãng (H 2 SO 4 2N):

Ion Pb2+ tác dụng với dd acid sufuric 2N tạo ra kết tủa màu trắng

Pb2+ + H2SO4  PbSO4  + 2H+

2.2.5 Natri carbonat (Na 2 CO 3 ):

Ion Pb2+ tác dụng với TT Natri carbonat tạo ra kết tủa màu trắng

Pb2+ + Na2CO3  PbCO3 + 2Na+

2.3 Thuốc thử của ion Hg 2 2+ :

2.3.3 Kali iodid (KI):

Ion Hg22+ tác dụng với TT Kali iodid tạo ra kết tủa màu xanh lục, nếu dư TT thì chuyển thành màu đen (Hg0 nguyên tố)

Hg22+ + 2KI  Hg2I2 + 2K+

Hg2I2 + 2KI  Hg0 + K2[HgI4]

2.3.3 Natri carbonat (Na 2 CO 3 ):

Ion Hg22+ tác dụng với TT Natri carbonat tạo ra kết tủa màu xám đen (Hg0nguyên tố)

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ

1 Trình bày được tên, công thức hóa học của TT nhóm, hiện tượng đặc trưng khi

các cation nhóm I tác dụng với TT nhóm và viết phương trình ion minh họa?

2 Kể tên, công thức hóa học, hiện tượng đặc trưng của các TT xác định ion Ag+,

Pb2+, Hg22+ và viết phương trình ion minh họa?

3 Kể tên các TT giống nhau của các ion Ag+, Pb2+, Hg22+ và hiện tượng khác nhau khi các TT đó tác dụng với ion Ag+, Pb2+, Hg22+ ?

BÀI 3 XÁC ĐỊNH CATION NHÓM II

(Ca2+, Ba2+) MỤC TIÊU HỌC TẬP

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

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

3 Thao tác đúng kỹ thuật thuốc thử cation nhóm II với các thuốc thử của chúng

Do đó, Cation nhóm II sử dụng thuốc thử nhóm là H2SO4 2N (acid sulfuric)

Trong phản ứng này, Ba2+ tác dụng với H2SO4 2N tạo kết tủa tinh thể màu trắng Đối với Ca2+, khi tác dụng với H2SO4 2N tạo thành muối CaSO4 ít tan, nên cần phải cho thêm aceton hoặc ethanol 70%

màu tím hồng của dung dịch, riêng tủa Bari sulfat vẫn còn màu hồng

Ba2+ + H2SO4 = BaSO4 ↓ + 2H+

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O

2.1.3 Natri carbonat, Kali carbonat hoặc Amoni carbonat: ion Ba2+ tác dụng với muối carbonat tạo kết tủa màu trắng

Ba2+ + Na2CO3 → BaCO3↓+ 2Na+

2.1.4 Amoni oxalat: ion Ba2+ tác dụng với Amoni oxalate tạo tủa trắng, tủa này tan trong HCl, H2SO4, HNO3 và CH3COOH

Để tránh nhầm lẫn với Ba2+ cần tiến hành xác định ion Ba2+ trước

2.2.2 Natri carbonat, Kali carbonat hoặc Amoni carbonat: ion Ca2+ tác dụng với muối carbonat

Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3↓+ 2Na+

2.1.5 Natri hydro phosphate: ion Ba2+ tác dụng với Natri hydro phosphate tạo tủa trắng, tủa này tan trong HCl, H2SO4, HNO3 và CH3COOH

Ca2+ + Na2HPO4 → CaHPO4↓ + 2Na+

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ:

1 So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa hai ion Ba2+ và Ca2+ khi tác dụng với amoni oxalat

2 So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa hai ion Ba2+ và Pb2+ khi tác dụng với acid sulfuric và Kali cromat

3 Trình bày phương pháp phân biệt hai ống nghiệm mất nhãn chứa Pb2+, Ba2+ Viết phương trình phản ứng minh họa

4 Trình bày phương pháp phân biệt hai ống nghiệm mất nhãn chứa Ca2+, Ba2+ Viết phương trình phản ứng minh họa

5 Trình bày phương pháp phân biệt hai ống nghiệm mất nhãn chứa Pb2+, Ba2+

và Ag+ Viết phương trình phản ứng minh họa

6 Hiện tượng xảy ra khi nhỏ thuốc thử K2CrO4 vào ống nghiệm chứa Ba2+:

a Kết tủa vàng, tan trong NaOH và HNO3

b Kết tủa vàng, tan trong NaOH và HCl

c Kết tủa vàng, tan trong CH3COOH và không tan trong NaOH

d Kết tủa vàng, không tan trong CH3COOH và NaOH

7 Hiện tượng của phản ứng Voler:

a Dung dịch không màu, kết tủa màu trắng

b Dung dịch màu hồng, kết tủa màu trắng

c Dung dịch không màu, kết tủa màu hồng

d Dung dịch màu hồng, kết tủa màu hồng

8 Trình bày cách cân bằng phản ứng oxy hóa khử sau:

a H2C2O4 + H2SO4 + KMnO4 → K2SO4 + MnSO4 + CO2 + H2O

b KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + Na2SO4 + H2O

BÀI 4 XÁC ĐỊNH CATION NHÓM III

( Al3+, Zn2+) MỤC TIÊU HỌC TẬP

1 Trình bày và giải thích đựợc phản ứng của thuốc thử nhóm với các cation nhóm III

2 Viết đựợc một số phản ứng đặc trưng của các cation nhóm III

3 Thao tác đúng kỹ thuật thuốc thử cation nhóm III với các thuốc thử của chúng và xác định đúng cation nhóm I, II và III

Do đó, thuốc thử nhóm của cation nhóm III là Natri hydroxyd 2N cho dư

Các cation nhóm III tác dụng với TT Natri hydroxyd tạo ra kết tủa keo trắng, là các hydroxyd lưỡng tính Khi cho NaOH dư thì các kết tủa đó sẽ bị hòa tan vì chúng thể hiện tính chất acid, tan trong kiềm

Zn2+ + 2NaOH → Zn(OH)2↓ + Na+

Al3+ + 2NaOH → Al(OH)3↓ + Na+

Khi cho NaOH 2N dư:

Zn(OH)2+ 2OH- → ZnO22- + 2H2O

Al(OH)3+ OH- → AlO2- + 2H2O

Ngoài thuốc thử nhóm NaOH, ta có thể sử dụng KOH dư để nhận biết cation nhóm III ra với các nhóm khác Sau đó nhận biết từng cation nhóm III bằng các phản ứng đặc trưng của chúng

2 THUỐC THỬ CATION:

2.1 Thuốc thử Zn 2+ :

2.1.1 Montequi: trong môi trường acid acetic, ion Zn2+ tác dụng với thuốc thử Montequi A và Montequi B tạo kết tủa màu tím sim

3Zn2+ + 4Na2HPO4 → Zn3(PO4)2↓ + 6Na+ + 2NaH2PO4

2.1.5 Amoni hydroxyd: tác dụng với ion Zn2+ thu được phức tan không màu

Zn2+ + 4NH4OH = [Zn(NH3)4]2+ + 4H2O

2.2 Thuốc thử Al 3+ :

2.2.1 Amoni sulfua hay hydrosulfua: ion Al3+ tác dụng với TT amoni sulfua hoặc hydrosulfua tạo ra kết tủa trắng, kết tủa này không bền bị phân hủy thành Al(OH)3

2Al3+ + 3(NH4)2S = Al2S3 + 6NH4+

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S

2.2.2 Natri carbonat hoặc Kali carbonat: ion Al3+ tác dụng với Na2CO3 tạo ra kết tủa keo trắng

2Al3+ + CO32- + 3H2O = 2Al(OH)3↓+ 3CO2↑

2.2.3 Natri hydro phosphate: ion Al3+ tác dụng với Natri hydro phosphate tạo tủa trắng, tủa này tan trong kiềm và acid vô cơ

Al3+ + 2Na2HPO4 = AlPO4↓ + 3Na+ + NaH2PO4

2.2.4 Amoni hydroxyd: tác dụng với ion Al3+ thu được kết tủa keo trắng, tủa

không tan khi cho amoni hydroxyd dư

Al3+ + 3NH4OH = Al(OH)3↓ + 3NH4+

2.2.5 Aluminon (acid aurin tricarboxylic): ion Al3+ tác dụng với thuốc thử

Aluminon tạo ra kết tủa màu hồng

Phản ứng này rất nhạy nhưng ion Zn2+ cũng cho kết tủa tương tự, để tránh

nhầm lẫn cần xác định ion Zn2+ trước khi xác định ion Al3+

CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ:

1 So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa hai ion Al3+ và Zn2+ khi tác dụng với amoni oxalate

2 So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa hai ion Al3+ và Zn2+ khi tác dụng với amoni hydroxyd Từ đó, hãy rút ra kết luận

3 Trình bày các phương pháp khác nhau để phân biệt 2 ống nghiệm mất nhãn chứa Al3+ và Zn2+

4 Trình bày phương pháp phân biệt hai ống nghiệm mất nhãn chứa Al3+,

Zn2+ và Ba2+ Viết phương trình phản ứng minh họa

5 Trình bày phương pháp phân biệt hai ống nghiệm mất nhãn chứa Ca2+,

Ba2+ và Zn2+ Viết phương trình phản ứng minh họa

6 Hiện tượng xảy ra khi nhỏ thuốc thử Montequi vào ống nghiệm chứa Zn2+

8 Điền vào chỗ trông:

a Ion Al3+ tác dụng với Natri hydro phosphate tạo…………., tủa này

tan trong ………

b Montequi A có công thức là………

c Montequi B có công thức là………