Để đun dung dịch người ta dùng bình cách thủy tinh đơn giản, gồm một cốc hình trụ trên có nắp bằng nhôm trên có khoét lỗ để đút lọt ống nghiệm li tâm. Để giữ cho ống nghiệm không rơi vào nước người ta lắp một vòng cao su nhỏ. Các hóa chất rắn nên được bảo vệ trong các lọ nhỏ miệng rộng có nắp. Để lấy hóa chất có thể dùng các thìa nhỏ bằng thủy tinh hoặc bai nhỏ bằng sứ.
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BÀI TIỂU LUẬN
ĐỀ TÀI 6:
THIẾT KẾ PHƯƠNG
PHÁP NHẬN BIẾT VÀ
TÁCH CÁC ANION TRONG NHÓM I THEO HAI DẠNG SƠ ĐỒ
KHỐI VÀ BẢNG
GVHD: TRƯƠNG BÁCH CHIẾN NHÓM 06
1 ĐINH THỊ THANH TRÚC 2022150080
2 PHẠM THỊ HOÀI XINH 2022150117
3 LÊ THỊ HUỆ 2022150092 Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2016
MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3
1 Đại cương về hóa phân tích 3
Trang 21.1 Mục đích 3
1.2 Ý nghĩa 3
2 Phân tích định tính 4
2.1 Khái niệm về phân tích định tính 4
2.2 Kĩ thuật thực nghiệm 4
2.3 Các phản ứng trong phân tích định tính 5
CHƯƠNG II: NỘI DUNG BÁO CÁO 7
1 Hệ thống phân tích định tính 7
1.1 Phân tích định tính cation 7
1.2 Phân tích định tính anion 8
2 Phương pháp nhận biết và tách các anion nhóm I 9
2.1 Đặc điểm của các anion nhóm I 9
2.2 Phương pháp nhận biết và tách anion nhóm I 13
2.2.1 Phương pháp nhận biết anion nhóm I theo dạng bảng 13
2.2.2 Phương pháp tách các anion trong hỗn hợp 17
2.3 Phương pháp tách và nhận biết các anion nhóm I theo sơ đồ khối 18
TÀI LIỆU THAM KHẢO 19
Trang 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1 Đại cương về hóa phân tích
1.1 Mục đích
Hóa học phân tích là ngành khoa học nghiên cứu về các phương pháp phân tích vật chất
Tùy theo yêu cầu hóa phân tích có hai nhiệm vụ cơ bản:
- Phân tích định tính: Xác định sự có mặt của các cấu tử (ion, nguyên tử, phân tử ) trong mẫu phân tích và đồng thời đánh giá sơ bộ hàm lượng của chúng
- Phân tích định lượng: Xác định chính xác hàm lượng các cấu tử trong mẫu phân tích
Đối với một mẫu thực tế, thường tiến hành phân tích định tính trước khi tiến hành phân tích định lượng nhằm lựa chọn phương pháp xác định thích hợp để cho kết quả chính xác
Như vậy, hóa phân tích bao gồm các phương pháp phát hiện, nhận biết cũng như các phương pháp xác định hàm lượng của các chất trong các mẫu cần phân tích
1.2 Ý nghĩa
Dựa vào hóa học phân tích người ta tìm ra những định luật hóa học như:
- Định luật thành phần không đổi
- Định luật tỷ lệ bội
- Định luật tác dụng đương lượng
- Xác định nguyên tử khối của một số nguyên tố, thành phần cấu tạo hóa học của hợp chất
Hóa học phân tích là cơ sở cho việc kiểm nghiệm hóa học trong nghiên cứu, sản xuất như kiểm nghiệm nguyên liệu, bán thành phẩm, thành phẩm Từ kết quả phân tích có thể đánh giá quy trình và chất lượng sản phẩm trong nhiều lĩnh vực sản xuất bao gồm: lương thực, thực phẩm, thủy sản, sinh học, sản phẩm tiêu dùng, hóa chất công nghiệp, dược phẩm, môi trường, khoáng sản
Trang 42 Phân tích định tính
2.1 Khái niệm về phân tích định tính
- Hóa học phân tích định tính là một bộ phận của phân tích hóa học, bao gồm cơ
sở lý thuyết và phương pháp để xác định thành phần định tính của đối tượng nghiên cứu
- Nhiệm vụ của phân tích định tính là xác định các nguyên tố, các ion, các phân
tử có trong thành phần hóa phân tích
Để tiến hành phân tích định tính các chất trong các mẫu có thành phần phức tạp, người ta thường sử dụng các phương pháp tách chất một cách thích hợp
2.2 Kĩ thuật thực nghiệm:
Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu các ion là phương pháp bán vi Thuốc thử và dung dịch nghiên cứu được lấy từng giọt một trong các ống nghiệm nhỏ có
thể dùng đồng thời làm ống nghiệm li tâm, thể tích vào cỡ 3 - 4 ml ( hình 1) Trong một số trường hợp có thể thực hiện phản ứng trên tấm sứ có lỗ ( hình 2) Các tấm sứ
này có nhiều lỗ nhỏ có thể chứa vài giọt dung dịch thử và thuốc thử Các tấm sứ trắng rất thuận tiện để tiến hành các phản ứng tạo được dung dịch hoặc kết tủa có màu Ngược lại, khi muốn quan sát sự xuất hiện kết tủa có màu trắng thì nên dùng tấm sứ có màu xanh hoặc màu đen Các dung dịch nghiên cứu được chứa trong các
lọ nhỏ, thuận lợi hơn cả là dùng lọ có thể tich cỡ 20 - 30 ml, lọ có ống nhỏ giọt có bóp cao su cho phép lấy được từng giọt dung dịch với thể tích mỗi giọt khoảng 0,03
ml Đối với các hóa chất bay hơi mạnh (các axit đặc dễ bay hơi, NH3) nên dùng lọ thủy tinh có nút nhám và có mỏ
Khi tiến hành phản ứng, thông thường người ta chỉ lấy 1 - 2 giọt dung dịch thử
và thêm từng giọt dung dịch thuốc thử vừa lắc đều, vừa quan sát hiện tượng Chỉ cho tiếp thuốc thử sau khi đã quan sắt hiện tượng xảy ra do giọt thuốc thử đã cho vào trước đó
Để tách kết tủa ra khỏi dung dịch người ta tiến hành li tâm với tốc độ cần thiết
Dùng pipet dài để hút tách dung dịch trong ở trên kết tủa ( hình 3 ) Sau khi dùng
xong cần phải rửa ngay pipet bằng cách hút rửa liên tục nước cất chứa trong hai ống
Trang 5nghiệm riêng biệt và cuối cùng ngâm pipet trong nước cất chứa trong ống nghiệm
thứ ba ( hình 4) Việc rửa kết tủa cũng được tiến hành theo cách tương tự: mới đầu
cho nước cất hoặc dung môi rửa, khuấy kĩ, li tâm, hút bỏ dung dịch nước rửa trên kết tủa bằng pipet
Hình 1: Ống nghiệm li tâm Hình 2: Tấm sứ
có lỗ
Hình 3:
Tách kết tủa ra khỏi dung dịch Hình 4: Ống nghiệm đựng
nước cất
Để đun dung dịch người ta dùng bình cách thủy tinh đơn giản, gồm
một cốc hình trụ trên có nắp bằng nhôm trên có khoét lỗ để đút lọt
ống nghiệm li tâm Để giữ cho ống nghiệm không rơi vào nước
người ta lắp một vòng cao su nhỏ
Các hóa chất rắn nên được bảo vệ trong các lọ nhỏ miệng rộng có nắp Để lấy hóa chất có thể dùng các thìa nhỏ bằng thủy tinh hoặc bai nhỏ bằng sứ
2.3 Các phản ứng trong phân tích định tính
- Phản ứng hòa tan
- Phản ứng kết tủa
- Phản ứng trung hòa
- Phản ứng tạo chất bay hơi
- Phản ứng tạo phức.
- Phản ứng oxy hóa khử: đặc biệt được ứng dụng nhiều trong phân tích định
tính
+ Dùng để phát hiện ion bằng cách đưa về số oxi hóa không: bằng cách khử ion
Trang 6kim loại Mn+ thành kim loại M, hoặc Oxi hóa ion halogenua thành halogen V.v
Ở trạng thái đơn chất có thể phát hiện ra CuO bằng cách dùng H2 khử CuO (đen) thành Cu (đỏ) Hay để nhận ra Hg2+ thành Hg (đen)
+ Dùng để tách các ion: chẳng hạn muốn tách Cr3+ ra khỏi Fe3+ thì oxi hóa Cr3+
trong môi trường acid CrO4- tan trong nước, còn Fe3+ nằm lại trong Fe(OH)3 kết tủa
CHƯƠNG II: NỘI DUNG BÁO CÁO
1 Hệ thống phân tích định tính
1.1 Phân tích định tính cation
Có nhiều cách phân loại các cation thành các nhóm phân tích Phổ biến hơn cả
là phương pháp phân loại dựa chủ yếu trên sự khác nhau về tính chất của các sunfua kim loại và phương pháp dựa trên sự khác nhau về tính chất của các hidroxit
Phương pháp thứ nhất dùng thuốc thử chung là H2S vì vậy còn gọi là "phương pháp H2S" Các cation được phân chia thành 5 nhóm:
- Nhóm 1: các kim loại kiềm NH4 , Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+
- Nhóm 2: các kim loại kiềm thổ Ba2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+, Ra2+
Trang 7Sunfua nhóm 1 và 2 tan trong nước.
- Nhóm 3: Be2+, Al3+, Cr3+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Ga3+, In3+, Ti(IV), Zr(IV)
Sunfua hoặc hidroxit không tan trong nước nhưng tan trong các axit mạnh
- Nhóm 4: Ag+, Pb2+, Hg22+, Cu+, Au+, Tl+, Hg2+, Cu2+, Cd2+, Bi3+, Pd2+, Tl3+, Sunfua không tan trong nước và các axit loãng
- Nhóm 5: As(III), As(V), Sb(III), Sb(V), Sn(IV), Au(III), Ge(IV), V(V),
W(VI), Mo(VI)
Sunfua tan trong các sunfua kiềm và các bazơ mạnh
Phương pháp thứ hai dựa trên sự khác nhau về đọ tan của các hidroxit kim loại trong các axit và bazơ kiềm như NaOH, NH3, nên còn gọi là phương pháp axit - bazơ
Các cation được phân thành 6 nhóm:
- Nhóm 1: các kim loại kiềm Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Fr+, NH4+
- Nhóm 2: các kim loại kiềm thổ Ba2+, Sr2+, Ca2+, Ra2+
Các hydroxit của nhóm 1 và 2 là những bazơ kiềm
- Nhóm 3: Các cation tạo được muối clorua ít tan: Ag+, Pb2+, Hg22+, (Tl+, Cu+,
Au+)
- Nhóm 4: các cation tạo được hydroxit tan trong NaOH dư Be2+, Al3+, Cr3+,
Zn2+, Sn2+, Sn4+, Sb(III), Sb(V), (As(III), As(V), Ga3+, In3+, cation của V, Mo, W)
- Nhóm 5: các cation có hydroxit tan trong NH3 hoặc trong hỗn hợp NH3 +
NH4Cl do tạo phức amin: Cu2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Hg2+
- Nhóm 6: các cation tạo được hydroxit ít tan trong nước, tan trong axit: Fe, Fe,
Mg, Mn, Bi, (các cation của các nguyên tố đất hiếm, Ti, Zr, Th, U, Nb, Ta)
Khi tiến hành phân tích một hỗn hợp cation, cần ghi chép gọn, súc tích kết quả phân tích theo trình tự các thí nghiệm đã tiến hành để có thể theo dõi, đánh giá kết quả đã đạt được
1.2 Phân tích định tính anion
Do không có thuốc thử nhóm rõ ràng nên cũng không thể phân chia một cách
Trang 8chặt chẽ toàn bộ các anion thành những nhóm riêng để phân tích hệ thống giống như các cation
Phân loại thuốc thử theo nhóm anion
TT Thuốc thử
nhóm
H2SO4
CO32-; CN-; S2-;
SO3; S2O32-; NO2-; ClO
-Tạo các khí tương ứng: CO2 (không màu, làm đục nước vôi trong; HCN (mùi hạnh nhân); H2S (mùi thối); SO2
(mùi sốc mạnh); SO2 và S; NO và NO2
(màu nâu đỏ, khó thở); Cl2 (màu vàng lục, khó thở)
trong môi
trường dung
dịch
AsO33-; AsO43-; CrO42-; ClO-; MnO4-; SO42-;
PO43-; BrO3-; F-
Tạo kết tủa tương ứng: Ca3(AsO3)2
trắng; BaCrO4 vàng; Ba(MnO4)2 đỏ; BaSO4 trắng; Ca3(PO4)2 trắng; Ba(BrO3)
2trắng; CaF2 trắng
SCN-; CL-; Br-; I- Tạo kết tủa tương ứng: AgSCN trắng;
AgCl trắng; AgBr vàng nhạt; AgI vàng rõ
4
Hỗn hợp Mg
(NHOH +
NHCl + MgCl)
AsO43-; PO4
3-Tạo kết tủa tương ứng: MgNH4AsO4
trắng; MgNH4PO4 trắng
5 KI + H2SO4 2N
CrO42-; AsO33-; MnO4-; ClO-; ClO3-; BrO3-;
IO3-; NO2
-Giải phóng I2 (Nhận biết iod bằng màu trong dung dịch nước, trong cloroform
hoặc hồ tinh bột)
S2-; SO32-; S2O32-: AsO3
3-Làm mất màu I2
H2SO4 2N
S2-; SO3-; S2O3-; AsO33-; NO2-;
Cl-; Br-; I-; CN-;
Trang 9-; ClO4
-2 Phương pháp nhận biết và tách các anion nhóm I
2.1 Đặc điểm của các anion nhóm I
* Tính chất chung:
- Phản ứng tạo tủa: tạo tủa với AgNO3, tủa không tan trong acid HNO3 2N
- Phản ứng oxy hóa - khử: anion bị đẩy ra khỏi muối dưới dạng khí
- Các phản ứng khác: không tạo tủa với Ba2+ riêng S2- tác dụng với H+ tạo khí
H2S có mùi
* Tính chất của các anion nhóm I
a Các ion halogenua (Cl - , Br - , I - )
Cl = 35,45 ; [Ar]3s23p5
Br = 79,50 ; [Ar]3d104s24p5
I = 126,90 ; [Kr]4d105s25p5
+ Tính axit - bazơ
HCl, HBr HI là những chất khí không màu, tan dễ dàng trong nước tạo thành những axit rất mạnh, trong đó HI là axit mạnh nhất, rồi đến HBr và sau cùng là HCl
Vì vậy các anion I-, Br-, Cl- là những bazơ vô cùng yếu
+ Tính chất tạo phức
Có nhiều phức chất tạo bởi các halogenua Các phức với clorua ít bền, còn các phức iodua bền hơn cả Đa số các ion kim loại đa hóa hóa trị đều tạo phức với các halogenua Các phức này không bị phá hủy bởi các axit
Một số phức chất halogenua có màu đặc trưng: PtCl62- màu da cam, I3- màu nâu
da cam, ICl2- màu vàng, các phức halogenua với Fe3+, với Cu2+ màu vàng, với Co2+
màu xanh, BiI4- màu da cam, v.v
+ Tính chất oxy hóa - khử
Các halogen là những chất oxy hóa và các ion halogenua là những chất khử:
Cl2 + 2e 2Cl- E0Cl2/2Cl- = 1,36V
Trang 10Br2 + 2e 2Br- E0Br2/2Br- = 1,08V
I2 + 2e 2I- E0I2/2I- = 0,62V
E0Cl2/2Cl- > E0Br2/2Br- > E0I2/2I- nên khả năng oxy hóa hay khả năng nhận e tăng lên từ I2 đến Cl2 và khả năng khử hay khả năng nhường e tăng lên từ Cl- đến I-
I2 ít tan trong nước nưng tan được trong KI dư do tạo phức
I2- + 2e I3
-Vì vậy trong dung dịch KI dư có cân bằng oxy hóa:
I3- + 2e 3I
-Tương tự như vậy, Br2 tan trong KBr dư do tạo phức
Br2 + Br- Br3
-Br3- + 2e 3Br
-Tốc đọ phản ứng oxy hóa khử xảy ra nhanh đối với I-, tương đối chậm với ion
Br- Đối với ion Cl- phản ứng chỉ xảy ra nhanh khi tác dụng với các chất oxy hóa mạnh trong môi trường axit khi đun nóng như MnO4- ( E0MnO4-/Mn2+ = 1,51V),
IO3- (E0IO3-/I2 = 1,19V), MnO2 (E0 MnO2/Mn2+= 1,23V)
Clo có thể oxy hóa được S2O32-, H2S, SO32- ( cả ba đều bị oxy hóa thành SO42-),
Br-, I-, các chất màu hữu cơ, v.v
Ion Br- bị oxy hóa trong môi trường axit bởi MnO4-, Cr2O72-, H2SO4 đặc nóng,
Cl2 và HClO, v.v
PbO2 oxi hóa được ion Br- ngay trong môi trường axit yếu như axit axetic:
3CH3COO
-Ion I- có thể bị oxy hoá bởi Cl2, Br2, Fe3+, HNO2, H3AsO4 trong môi trường axit mạnh, v.v
+ Hợp chất ít tan
Trang 11axit ) Hầu hết các halogenua trung tính ít tan trong nước, khó tan trong các axit, trừ các axit halogen do tạo phức halogen (ví dụ, AgCl tan ít trong HCl do tạo phức AgCl2- Một số muối halogen tan được trong dung môi hữu cơ
b Anion S
2-+ Tính axit bazơ
Axit sunfuhidric là axit rất yếu:
H2S H+ + HS
-HS- H+ + S
2-Vì vậy S2- là bazơ mạnh, pH của dung dịch S2- 0,01M vào khoảng 12
H2S có mùi trứng thối, độc Độ tan của H2S trong nước vào khoảng 0,1M Có thể đuổi H2S bằng cách đun sôi hoặc thổi khí trơ qua dung dịch (argon, N2, v.v ) + Tính chất tạo phức
Ion S2- tạo phức tan với một số sunfua: HgS22-, SnS22-, AsS33-, AsS43-, SbS33-, SbS43-, v.v Các phức này bị axit phân hủy cho trở lại kết tủa sunfua:
2SbS43- + 6H+ Sb2S5 + 3H2S
+ Tính chất oxy hóa - khử
Ion S2- là chất khử mạnh:
S2- S + 2e E0S/S2- = -0,48V
Trong môi trường axit
H2S 2H+ + S + 2e E0S/H2S = 0,14V
Các dung dịch sunfua đều bị oxy hóa trong không khí
2H2S + O2 2S + 2H2O
Vì vậy dung dịch nước H2S khi để lâu trong không khí bị hóa đục
Ở pH = 11, ion S2- bị oxy hóa thành polisunfua Sn2- màu vàng Vì vậy dung dịch (NH4)2S để lâu bị hóa vàng Các chất oxi hóa mạnh (MnO4-,Cl2, Br2, ClO-, BrO-, v.v ) oxi hóa S2- thành SO42-
+ Tạo tủa: tạo tủa màu đen với Ag+, Pb2+
+ Hợp chất ít tan
Các sunfua kiềm, kiềm thổ đều tan trong nước Các sunfua nhôm, crom, thủy
Trang 12phân hoàn toàn và tạo thành các hidroxit tương ứng Hầu hết các sunfua ít tan đều
có màu: MnS hồng, ZnS trắng, CdS vàng, Sb2S3 vàng da cam, As2B3 vàng, các sunfua khác đen
Các sunfua Cd, Sn, Hg, ít tan trong HCl Các sunfua As, Sb, Sn, Ge, Mo, W, V tan trong sunfua kiềm
c Anion NO 3
-Axit nitric là axit mạnh, vì vậy ion NO3- là bazơ vô cùng yếu
NO3- tạo được một số ít phức chất ít bền ( với Th4+, Bi3+, Tl3+, v.v )
tan trong axit mạnh)
Ion NO3- là chất oxi hóa mạnh Tùy theo chất khử và tùy theo nồng đọ ion NO3
-mà nó có thể bị khử thành HNO2, NO2, NO, N2, NH4+
NO3- + 3H+ + 2e HNO2 + H2O
NO3- + 2H+ + e NO2 + H2O
NO3- + 4H+ + 3e NO + 2H2O
2NO3- + 12H+ + 10e N2 + 6H2O
NO3- + 10H+ + 8e NH4+ + 3H2O
Trong môi trường axit Fe2+ và nhiều kim loại (Cu, Hg, v.v ), khử NO3- thành
NO, các chất khử mạnh hơn (Al, Zn trong môi trường kiềm, V2+, Cu2+ trong môi trường axit ) khử NO3- thành NH4
2.2 Phương pháp nhận biết và tách anion nhóm I
Nhận biết ion là việc sử dụng các thuốc thử, tạo ra các phản ứng hóa học giữa ion với thuốc thử, làm xuất hiện các hiện tượng đặc trưng mà ta có thể quan sát được như tạo tủa, màu, mùi Sau đây là phương pháp dùng để nhận biết và tách các anion Cl-, Br-, I-, S2-, NO3- theo hai dạng bảng và sơ đồ khối
2.2.1 Phương pháp nhận biết anion nhóm I theo dạng bảng
Trang 13HNO3 2N AgBr vàng nhạt; AgI vàng rõ; Ag2S
đen
PbBr2 trắng; PbI2 vàng tươi; PbS đen
môi trường
H2SO4 2N; giấy
tẩm KI và hồ tinh
bột; giấy tẩm
fluoressein
Cl; Br; I; S2- Dấu hiệu tương ứng: Cl- làm cho giấy
tẩm và hồ tinh bột chuyển sang màu xanh tím; Br- làm cho giấy tẩm fluoressein chuyển từ màu vàng sang màu hồng; I- làm giấy tẩm hồ tinh bột chuyển sang màu tím xanh; tạo kết tủa
S màu vàng
H2SO4
A và Griess B
diphenylamin
trong môi trường
H2SO4 đặc
vậy nên ta dùng AgNO3 và HNO3 làm thuốc thử nhóm
Các anion nhóm I tác dụng với AgNO3 tạo ra kết tủa màu, các kết tủa này không tan trong HNO3 2N
Cl- + AgNO3 > NO3- + AgCl (trắng)
Br- + AgNO3 > NO3- + AgBr (vàng nhạt)
I-+ AgNO3 > NO3- + AgI ( vàng rõ)
S2- + AgNO3 > NO3- + Ag2S
Anion NO3- không cho tủa với AgNO3.
* Thuốc thử xác định anion