Giáo trình Hóa phân tích - Cao đẳng Y tế Hà Nội

Giáo trình Hóa phân tích - Cao đẳng Y tế Hà Nội Dùng cho đào tạo Cao đẳng ngành Xét nghiệm

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG Y TẾ HÀ NỘI

GIAO TRINH

HOA PHĂN TICH

Dùng cho đào tạo: Cao đãng

Ngành: Xét nghiệm

Hà Nội, năm 2020

CHỦ BIÊN: Ths Nguyễn Thị Quyên

Tham gia biên soạn:

TS Lê Thị Hải Yến Ths Nguyễn Thị Quyên Ths Nguyễn Thị Nga

Lời nói đâu

Giáo trình môn Hóa phân tích do các giảng viên bộ môn Hóa trường Cao đẳng Y tế Hà Nội biên soạn Giáo trình bám sát với mục tiêu và nội dung chương trình đào tạo Cao đẳng ngành Xét nghiệm

Nội dung giáo trình cập nhật những thông tin, kiến thức mới được chắt lọc phù hợp với đối tượng giảng dạy

Giáo trình Hóa phân tích chắc chắn còn có nhiều thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các chuyên gia, các đồng nghiệp Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

NỘI DUNG MÔN HỌC HÓA PHÂN TÍCH ĐỎI TƯỢNG: CAO ĐẢNG XÉT NGHIỆM

7 Định lượng bằng phương pháp acid - base 1

8 Định lượng bằng phương pháp tạo phức (complexon) 1

9 Định lượng bằng phương pháp kết tủa 1

10 Định lượng bằng phương pháp oxy hóa khử 1

11 Một sô phương pháp phân tích công cụ 3

PHẦN THỰC HÀNH

1 Sử dụng dụng cụ trong phòng thí nghiệm Hóa phân tích 4

2 Xác định một số ion trong dung dịch muối vô cơ 4

3 Định lượng bằng phương pháp acid - base 4

5 Định lượng bằng phương pháp tạo phức 2

6 Định lượng bằng phương pháp kết tủa 2

7 Định lượng bằng phương pháp oxy hóa - khử 2

8 Định lượng bằng phương pháp quang phổ UV-VIS 4

BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VÈ HÓA HỌC PHÂN TÍCH Mục tiêu học tập

1 Trình bày được tâm quan trọng và vị trí môn hoá học phân tích

2 Trình bày được một số khái niệm, định nghĩa thường dùng trong

hoá học phân tích

3 Chủ động, tích cực và sáng tạo trong học tập

1 Vai trò và vị trí môn Hóa học phân tích

Hoá học phân tích là khoa học về các phương pháp phân tích vật chất Cùng với các môn hoá học đại cương, hoá học vô cơ, hoá học hữu cơ, hoá keo, hoá lý hoá học phân tích là một phần của khoa học hoá học Hóa phân tích thường được chia thành Hóa phân tích định tính và Hóa phân tích định lượng

Ngày nay, hoá học phân tích thường dùng để phân tích định tính, định lượng, xác định cấu trúc đánh giá kết quả và chất lượng sản phẩm, tách, phân chia, làm sạch, điều chế các họp chất siêu tinh khiết v.v

Các phương pháp của hóa học phân tích có thể được chia thành hai loại: định tính và định lượng Ngoài ra còn được phân thành các phương pháp hóa học và các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý

Nhóm các phương pháp hóa học: Sử dụng chủ yếu các phản ứng hóa học

và các thiết bị đơn giản như buret, pipet, cân đê phân tích các chất Các phương pháp hóa học ra đời rất sớm (còn gọi là các phương pháp phân tích cổ điên) thường đế xác định lượng không quá nhỏ các chất Các phương pháp hóa học là cơ sở đế phát triền các phương pháp phân tích hiện đại và không bao giờ thiếu được ở các phòng thi nghiệm phân tích.

Nhóm các phương pháp vật lý và hóa lỷ (các phương pháp phân tích công cụ): Sử dụng các thiết bị, máy móc phức tạp đê đo hoặc ghi lại các đại lượng vật lý hoặc hóa lỷ như độ phát xạ, độ phóng xạ, sự thay đôi màu sắc, độ đục, độ dẫn điện Đây là nhóm các phương pháp hiện đại, ra đời vào khoảng vài chục năm trở lại đây, chủng cho phép phân tích nhanh và khá chỉnh xác lượng nhỏ các chat nên được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và trong y học

Hoá học phân tích đóng vai trò to lớn đối với sự phát triển khoa học kỹ thuật và nhiều môn khoa học tụ nhiên khác Hoá học phân tích có vai trò đặc biệt to lớn trong các lĩnh vực khoa học nhu địa chất, khoáng vật học, luyện kim,

y học, sinh học, nông hoá v.v Dụa vào các dữ kiện phân tích máu, phân tíchnước tiểu v.v các bác sĩ chẩn đoán được tình trạng sức khoẻ của người bệnh

2 Phân tích định tính và phân tích định lượng

Sự phân tích các chất có thể được tiến hành với mục đích xác định thành phần định tính hoặc định lượng của chúng

* Phân tích định tính cho phép xác định được chất phân tích gồm những nguyên tố hoá học, những ion, những nhóm nguyên tử hoặc các phần tử tham gia vào thành phần chất phân tích

Khi nghiên cứu thành phần của một chất chưa biết, phân tích định tính luôn được tiến hành trước phân tích định lượng vì việc chọn phương pháp định lượng các họp phần của chất phân tích phụ thuộc vào các dữ kiện nhận được khi phân tích định tính chất đó

Phân tích định tính phần lớn dựa vào sự chuyển chất phân tích thành một họp chất mới có những tính chất đặc trưng như: có màu, có trạng thái vật lý xác định, có cấu trúc tinh thế hoặc vô định hình, có mùi đặc trưng v.v

Khi phân tích hồn họp một số chất có tính chất hoá học gần giống nhau, trước tiên người ta tách chúng sau đó mới tiến hành các phản ứng đặc trưng với những chất (hoặc ion) đã được tách

* Phân tích định lượng cho phép xác định thành phần về lượng các họp phần của họp chất đã cho hoặc của hỗn họp các chất Khác với phân tích định tính, phân tích định lượng cho khả năng xác định hàm lượng của các họp phần riêng rẽ của chất phân tích hoặc hàm lượng chung của chất cần xác định trong sản phẩm nghiên cứu

3 Các loại phản ứng thưÒTìg dùng trong hoá học phân tích

- Các phản ứng acid - base với sự tạo thành các phần tử trung hoà như nước, các chất khí, chất điện ly yếu

- Các phản ứng có tác dụng đệm với sự trung hoà ion hydro (hoặc ion hydroxyd) của acid mạnh (hoặc base mạnh) và sự phân ly đồng thời của các acid yếu (hoặc base yếu ) tạo thành của các dung dịch đệm, làm cho tính acid hoặc base ban đầu của môi trường đệm không bị phá huỷ.

- Các phản ứng thuỷ phân muối và những hợp chất khác của chúng với sự phá huỷ cân bằng điện ly của nước tạo nên acid yếu và base yếu

- Các phản ứng cho, nhận proton của các hợp chất lưỡng tính với sự hoà tan kết tủa trong acid hoặc base

- Các phản ứng tạo ra các kết tủa có màu khác nhau

- Các phản ứng hoà tan kết tủa trong acid, kiềm, amoniac v.v với sự tạo thành các chất khí, chất điện ly và ion phức

- Các phản ứng tạo phức

- Các phản ứng trao đổi ion xảy ra trên cationit hoặc anionit

- Các phản ứng xúc tác dùng trong các phương pháp phân tích động học

- Các phản ứng điện hoá với sự oxy hoá - khử xảy ra trên các điện cực nhúng trong dung dịch phân tích

- Các phản ứng phối hợp, trong đó xảy ra quá trình tương tác acid -base, oxy hoá- khử, tạo phức, kết tủa, hoà tan v.v

2 Khi phân tích hỗn hợp một số chất có tính chất hoá học gần giống nhau, người

ta (A) chúng và chỉ sau đó mới tiến hành các (B) với những chất (hoặc ion) đă được tách

B

* Phân biệt đủng sai cho các câu hỏi từ 3 đến câu 4 bằng cách đánh dấu

■/vào cột Đ cho câu đúng, cột s cho câu sai:

3 Phân tích định tính cho phép xác định thành phần về lượng

các hợp phần của hợp chất đã cho hoặc của hồn hợp các

chất

4 Phân tích định lượng phần lớn dựa vào sự chuyển chất

phân tích thành một hợp chất mới nào đó có những tính

chất đặc trưng

* Chọn câu trả lời đúng nhất cho câu hỏi 5 bằng cách khoanh tròn vào chữ cái đầu câu được chọn:

5 Cho hai phản ứng sau

a A1(OH)3 + 3H+ -> Al3+ + 3 H2O

b Al3+ + H2O <-> A1(OH)2+ + H+

Chọn nhận xét đúng nhất về hai phản ứng trên:

A a, b là phản ứng thuỷ phân

B a, b là phản ứng cho, nhận proton

c a là phản ứng thuỷ phân, b là phản ứng cho- nhận proton

D b là phản ứng thuỷ phân, a là phản ứng cho- nhận proton

E a và b là phản ứng acid - base

BÀI 2: PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH

Mục tiêu học tập

1 Trình bày được nguyên tắc định tính các ion trong dung dịch muối vô cơ

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

học phân tích định tính và ý nghĩa của bước phân nhóm trong phân tích định

tính

3 Trình bày được các phản ứng đặc trưng để xác định một số ion thường gặp

trong dung dịch muối vô cơ

4 Chủ động, tích cực và sáng tạo trong học tập

1 Nguyên tắc chung

Phân tích định tính nhằm xác định chất phân tích gồm những nguyên tố hóa

học, những ion, những nhóm nguyên tử nào có trong thành phần cấu tạo chất

phân tích

1.1 Nguyên tắc chung của hoá học phãn tích định tính

Nguyên tắc chung để xác định một ion hoặc một chất chưa biết là chuyển

chất chưa biết thành chất mới đã biết thành phần hoá học và tính chất đặc trưng,

từ đó suy ra chất chưa biết

Ví dụ : Chất X + Pb2+ -> Kết tủa đen (PbS)

Chất X + H+ —> Khí có mùi trứng thối (H2S)

Từ đó xác định được chất X có s2'

1.2 Điều kiện của các phản ứng hoá học trong phân tích định tỉnh

Các phản ứng hoá học dùng trong phân tích định tính có thể là phản ứng

trung hòa, phản ứng trao đổi hay phản ứng oxy hoá - khử nhưng phải thỏa mãn 3

điều kiện sau:

1.2.1 Phải đặc hiệu

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

ra phải quan sát được hoặc có mùi đặc trưng

1.2.2 Phải nhạy

Phản ứng xảy ra được và có thể phát hiện rõ ràng với một lượng nhỏ chất cần xác định với thuốc thử.

1.2.3 Phải riêng biệt

Phản ứng chỉ xảy ra với ion này mà không xảy ra với ion khác (cùng một thuốc thử) hoặc cho kết tủa có màu sắc, tính tan khác nhau

Đa số các phản ứng hoá học thoả mãn hai điều kiện ban đầu nhưng khó thoả mãn điều kiện thứ ba

Ví dụ: lon Ba2+ và ion Pb2+ cùng phản ứng với acid sulfuric cho kết tủa trắng, cùng tác dụng với kali cromat 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

Ag+ + C1 —> AgCl ị ( AgCl tan trong dung dịch NH3 dư )

Pb2+ + 2 cr —> PbCl2 ị (PbCl2 không tan trong dung dịch NH3)

Hg22+ + 2CT —> Hg2Cl2ị (Hg2Cl2 hoá đen trong dung dịch NH3)

3.1.2 Phản ứng xác định cation nhóm I

- Phản úng của Ag+:

+ VỚÌ acid hydrocỉorỉc (HCI):

Với thuốc thử nhóm là HC1, Ag+ cho kết tủa AgCl màu trắng, vón, không tan trong các acid vô cơ AgCl có thể hòa tan trong dung dịch NH4OH, do tạo phức tan:

Ag+ + HC1 -> AgClị + H+

AgCl + 2NH3 + 2H2O -> [Ag(NH3)2]Cl phức tanKết tủa AgCl khi để lâu ngoài không khí sẽ bị chuyển sang màu đen vì tạo thành bạc nguyên tố

+VỚĨ kali ỉodỉd (KI):

lon Ag+ tác dụng với thuốc thử KI tạo ra kết tủa vàng nhạt Tủa Agl không tan trong dung dịch NH3 đặc (khác với AgCl)

Ag+ + KI -> Aglị + K+

- Phản ứng của ion Pb2+:

+ Với kali cromat (KĩCrOặ):

lon Pb2+ tác dụng với thuốc thử K2CrŨ4 tạo ra kết tủa vàng tươi:

Pb2+ + K2CrO4 -> PbCrO4ị + 2K+

+ Với kali iodỉd (KI):

Ion Pb2+ tác dụng với thuốc thử KI tạo ra kết tủa vàng, tủa này tan trong nước nóng, khi để nguội lại kết tủa tinh thể màu vàng óng ánh (phản ứng mưa vàng).

Thuốc thử cation nhóm II là dung dịch acid H2SO4 2N Các cation nhóm

II tác dụng với dung dịch H2SO4 cho các kết tủa trắng Trong phản ứng này Ba2+ không cần điều kiện nào còn Ca2+ cần môi trường aceton hoặc ethanol

Phương trình ion :

Ba2+ + SO42- -> BaSO4ịCa2+ + SO42- -> CaSO4ị

3.2.2 Phản ứng xác định cation nhóm II

- Phản ửng của ion Ba2+

- lon Ba2+ tác dụng với thuốc thử K2C1O4 hoặc I<2Cr2O7 tạo ra kết tủa màu vàng tươi, tủa này không tan trong CHsCOONa 2N và CH3COOH

Trong dung dịch K2CrO4 và K2Cr2O7 ta đều có cân bằng:

Cr2O72’ + H2O <-► 2CrO4 2- + 2H+

Ba2+ + CrO42- -> BaCrO4ị

- Phản ứng Voler : Kết tủa ion Ba2+ dưới dạng muối bari sulfat bằng H2SO4 trong môi trường thuốc tím (kali permanganat), tủa bari sulfat hấp phụ thuốc tím nên có màu hồng Sau đó dùng nước oxy già (H2O2) trong môi trường acid sulfuric để khử màu tím hồng của dung dịch, riêng tủa bari sulfat vẫn có màu hồng:

Ba2+ + H2SO4 -> BaSO4ị + 2H+

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

- Phản ứng của ion Ca2+

lon Ca2+ tác dụng với amoni oxalat tạo ra kết tủa trắng, tủa này không tan trong CH3COOH, tan trong acid HC1, HNO3 loãng

Ca2+ + (NH4)2C2O4 -> CaC2O4ị + 2NH4+

CaC2O4 + 2H+ «-> Ca2+ + H2C2O4

3.2.3 Sơ đồ xác định cation nhóm II

Sư đồ 3.2 Xác định cation nhóm II trong dung dịch gốc

3.3.1 Thuốc thử cation nhóm III

Thuốc thử nhóm III là dung dịch natri hydroxyd 2N dư (NaOH 2N)

Các cation nhóm III tác dụng với dung dịch NaOH cho các kết tủa trắng là hydroxyd lưỡng tính Khi cho dư NaOH 2N thì các kết tủa đó tan.

Zn2+ + 2OH - --y Zn(OH)2ị

Al3+ + 3OH -> Al(OH)3ị

Zn(OH)2 + 2OH- ->

[Zn(OH)4]2-A1(OH)3 + OH

[A1(OH)4]-3.3.2 Phản ứng xác định cation nhóm III

- Phản ứng của ion Zn2+ :

+ Thuốc thử Monterqui: Thuốc thử gồm hai phần:

- Monterqui A là dung dịch amoni mercuri sulfocyanid (NH4)2[Hg(SCN)4]

- Monterqui B là dung dịch CuSO4

0,5%-Trong môi trường acid acetic, ion Zn2+ tác dụng với thuốc thử Monterqui

A và Monterqui B tạo kết tủa màu tím xim ZnCu[Hg(SCN)4]2

+ lon Zn2+ tác dụng với Na2S hay H2S, (NH4)2S tạo ra kết tủa keo trắng, kết tủa tan trong acid hydroclorid loãng, nhưng không tan trong acid acetic

Zn2+ + H2S ZnSị + 2H+

Zn2+ + (NH4)2S -> ZnSị +2NH4+

Zn2+ + Na2S -> ZnS ị + 2Na+

- Phản ứng của ion Al3+:

+ Thuốc thửAluminon( acid aurin tricacboxylic):

Ion Al3+ tác dụng với thuốc thử Aluminon tạo ra kết tủa bông hồng (tủa có hình dạng giống bông hoa hồng, màu đỏ)

Điều kiện phản ứng: - Môi trường có NH4OH và (NHị)2CO3, đun nóng

- lon Zn2+ cũng cho kết quả tương tự, để tránh nhầm lẫn cần loại ion Zn2+ trước khi xác định ion Al3+

+ Với alizarin s (CiặHĩNaOĩS H2O):

Cho vào dung dịch có chứa Al3+ vài giọt amoniac cho tới khi tạo tủa keo trắng, tủa sẽ chuyển sang màu đỏ cam khi thêm vài giọt dung dịch alizarin s do ion Al3+ tạo phức màu đỏ cam với alizarin s.

3.4 Xác định cation nhóm IV

3.4.1 Thuốc thử cation nhóm IV

Thuốc thử nhóm của các cation nhóm IV là dung dịch amoniac du, với sự có mặt của hydrogen peroxyd (nước oxy già H2O2) Các cation nhóm IV tác dụng với hồn hợp dung dịch NH3 dư trong YL2O2 tạo ra các kết tủa có màu đặc trưng

và bền vững trong dung dịch có ion NH/

Vai trò của hydrogen peroxyd là oxy hoá Fe2+ thành Fe3+ (ở dạng

Fe(OH)3).

+ Ion Fe2+ cho kết tủa trắng xanh, kết tủa này tan trong dung dịch muối

amoni (kết tủa không hoàn toàn)

Fe2+ + 2NH3 + 2 H2O Fe(OH)2l + 2NH4+

+ lon Fe3+ cho kết tủa nâu đỏ, tủa này không tan trong dung dịch muối

amoni.

Fe3+ + 3 NH3 + 3 H2O -+ Fe(OH)3 ị + 3NH4+

- Neu có thêm ĨỈ2O2 thì các kết tủa tạo ra có màu đặc trưng và bền vững trong

- Phản ứng của ion Fe3+:

+ Với KSCN: lon FeJ+ tác dụng với thuốc thử kali sulfocyanat cho dung dịch màu đỏ, phức màu đỏ tan trong ether và alcol (ứng dụng chiết màu đỏ bằng

ether).

Fe3+ + 3KSCN -> Fe(SCN)3 +3K+

+ Với acid salicylic;

lon Fe3+ tác dụng với acid salicylic cho màu tím.

Fe3+ + 3 C6H^COOH

- Phản ứng của ion Fe2+:

lon Fe2+ tác dụng với thuốc thử kali fericyanid tạo ra kết tủa keo màu xanh thẫm (màu xanh tua-bun) Tủa này không tan trong acid hydroclorid 2N, nhưng trong môi trường kiềm bị phá huỷ thành Fe(OH)2

3Fe2+ +2 K3[Fe(CN)6] -> Fe3[Fe(CN)6]2 ị + 6K+

(tủa xanh tua-bun)Fe3[Fe(CN)6]2 + 6KOH -> 3Fe(OH)2ị + 2K3[Fe(CN)6]

(trắng xanh)

- Phản úng của ion Bi3+:

+ Với kali iodỉd:

lon Bi3+ tác dụng với KI 0,5N tạo ra kết tủa đen, tủa này tan khi cho dư

KI, tạo ra dung dịch có màu vàng da cam, khi pha loãng thì lại cho tủa đen

Bi3++ 3KI —» Bil3ị +3K

(đen)Bil3 +KI -» K[BiLJ +3K+

(dung dịch màu vàng da cam)Điều kiện phản ứng: Acid nitric và Fe3+ gây cản trở phản ứng này vì chúng oxy hóa r thành I2 , nên phải loại HNO3 và Fe3+ trước khi tìm Bi3+

+ Với SnCh + NaOH hay KOH(phản ứng stanid kiềm):

lon Bi3+ bị khử thành Bi° màu đen theo phản ứng:

Sn2+ + 2OH- -> Sn(OH)2Sn(OH)2 + 2OH SnO22 - + 2H2O2Bi3+ + 3SnO22- +6OH- 2Bi° ị + 3SnO32- +3H2O

3.4.3 Sơ đồ xác định cation nhóm IV

3.5.2 Phản ứng xác định cation nhóm V

- Phản ứng của ion Mg2+ :

+ lon Mg2+ tác dụng với amoni sulíìd hay natri sulfid tạo kết tủa Mg(OH)2

Mg2+ + s2- + 2H2O -> Mg(OH)2ị + H2STTủa tan trong HC1 2N tạo muối MgCl2

Mg(OH)2 + 2HC1 —> MgCl2 + 2H2O

+Phản ứng soi tinh thể (phản ứng tạo muối kép):

lon Mg2+ tác dụng với Na2HPO4 cho kết tủa trắng vô định hình nhưng tác dụng với hỗn hợp NH3 + Na2HPO4+ NH4C1 cho tủa kết tinh màu trắng (muối kép magnesi amoni phosphat) có hình dạng đặc biệt: hình cành lá, hình sao

Mg2+ + NH4OH + HPO42- + 6H2O -> MgNH4PO4.6H2O ị + H2O

+ Phản ứng vói hypoiodid : Nhỏ 2 giọt dung dịch iod vào ống nghiệm,

thêm KOH cho tới khi màu nâu đỏ biến thành màu vàng chanh

I2 + 2KOH KI + KIO + H2OThêm vài giọt dung dịch có chứa Mg2+ vào ống nghiệm trên, sẽ có tủa màu nâu đỏ do một lượng iod bị hấp phụ lên bề mặt của kết tủa Mg(OH)2

Mg+2 + nl2 + OH Mg(OH)2.nI2ị

- Phản úng của ion Cu2+

+ Với dung dịch amoniac:

lon Cu2+ tác dụng với NH3 tạo ra kết tủa xanh lơ, tủa tan khi cho dư NH3, tạo ra chất phức màu xanh lam

Cu2+ + 2NH3 + 2H2O -» Cu(OH)2ị + 2NH4Cu(OH)2ị + 4NH3 -> [Cu(NH3)4] (OH)2

+ Vói amoni sulfid hay hydrogen sulfid:

Cu2+ + H2S —> CuSd/+ 2H+

Cu2+ + (NH4)2S -> CuSsk + NHT3CuS +8HNO3 -> 3Cu(NO)2+ 3Sị + 2NOị +4H2O

+ Với kali ferocyanid:

lon Cu2+ tác dụng với kali ferocyanid cho kết tủa dở thẫm Tủa không tantrong acid loãng, bị phá huỷ trong môi trường kiềm và tạo phức với NH3

Cu2+ + K4[Fe(CN)6] -> Cu2[Fe(CN)6] i+ 2K+

(đỏ thẫm)Cu2[Fe(CN)6] + 4KOH -> Cu(OH)2ị + K4[Fe(CN)6]

Xanh lơCu2[Fe(CN)6] +8NH3 + 4H2O -> 2[Cu(NH3)4](OH)2 + K4[Fe(CN)6]

Đỏ thẫm Dung dịch xanh lam

- Phản úng của ion Hg 2+

+Với kali ỉodid:

lon Hg2+ tác dụng với KI cho kết tủa màu đỏ, tủa này tan khi cho dư

KI, tạo ra dung dịch không màu

Hg2+ + 2KI -> Hgl2 ị + 2K+

(đỏ)Hgl2 + 2KI -> K2[HgI4] (Phản ứng Nessler)

(không màu)

+ Với natri hydroxyd: lon Hg2+ tác dụng với NaOH 2N cho kết tủa vàng

Hg2+ + 2NaOH -> HgOị + 2Na+ + H20

+ Với natri carbonat: lon Hg2+ tác dụng với natri carbonat cho kết tủa đỏ nâu

hay vàng nâu (HgCO3.3HgO)

+VỚÌ hydrogen sulfid: lon Hg2+ tác dụng với H2S tạo kết tủa màu đen, không

tan trong HNO3 2N (khác cation nhóm V khác)

Hg2+ + H2S -► HgSị + 2H+

(đen)HgS dễ hoà tan trong nước cường thủy ( HC1 + HNO3)

3HgS + 6HC1 + 2HNƠ3 -> 3HgCl2 + 3S + 2NO +4H2O

3.5.3 Sơ đồ xác định cation nhóm V

So' đồ 3.5: Xác định cation nhóm V

3.6 Xác định cation nhóm VI

3.6.1 Thuốc thử cation nhóm VI

Các cation thuộc nhóm VI không có thuốc thử chung Đây là điều khác biệt của các cation nhóm VI với các nhóm còn lại

Các cation nhóm VI được chia làm 2 phân nhóm nhỏ:

- Phân nhóm 1: gồm các cation NH4+, K+ đều kết tủa với thuốc thử chung là NaHC4H4O6 và acid tartric

- Phân nhóm 2: cation Na+ không có thuốc thử chung

Các họp chất hydroxyd (NaOH, KOH,), các muối (clorid, sulfat, carbonat, amoni) đều dễ tan trong nước, do đó khi dùng acid hoặc kiềm làm thuốc thử nhóm thì các cation nhóm VI không cho tủa

Để tránh nhầm lẫn khi xác định cation nhóm VI phải tiến hành theo trình tựNH4+, K+, Na+

NH4+ + NaOH -> NH3T + Na+ + H2ONH3 + giấy tẩm phenolphtalein -► hồngHoặc có thể xác định NH3 bằng mùi khai đặc trưng của nó

+VỚÌ thuốc thử Nessler:

Thuốc thử Nessler là dung dịch kiềm của kali tetraiodomecuroat K2[HgI4] lon NH4+ trong dung dịch chuyển thành NH3 tác dụng với thuốc thử Nessler cho tủa màu nâu vàng Phản ứng này có độ nhạy đến 0,25 pg ion NH4+

NH3 +2K[HgI4] + 3KOH -> [O(Hg)2 NH2], ị + 7KI + 2H2O

- Phản ứng của ion K+:

+ Với acid tartric (H2C4H4O6):

Lấy 2-3 giọt dung dịch chứa K+ cho vào ống nghiệm, thêm 2 giọt dung dịch acid tartric, dùng đũa thủy tinh cọ vào thành ống nghiệm sẽ xuất hiện kết tủa trắng.

K+ + H2C4H4O6 -> KHC4H4O6 ị + H+

+ Với acid picric C6H3O7N3:

lon K+ tác dụng với thuốc thử acid picric cho kết tủa màu vàng

+ Với thuốc thử Garola:

Cation K+ tác dụng với thuốc thử Garola (dung dịch natri cobaltinitrit 10% mới pha) cho tủa màu vàng

2K+ + Na3[Co(NO2)6] -> 2Na+ + K2Na[Co(NO2)6] ị

màu vàng

- Phản ứng của ion Na+:

+VỚỈ thuốc thửStreng (magnesi uranyl acetat):

Nhỏ 1 giọt dung dịch chứa cation Na+ lên kính tiêu bản và làm bay hơi đến khô Đặt bên cạnh 1 giọt dung dịch thuốc thử Streng (magnesi uranyl acetat trong môi trường acid acetic loãng) Dùng đũa thủy tinh nối dung dịch thuốc thử

và phần còn lại của dung dịch thử với nhau lon Na+ tác dụng với thuốc thử Streng cho tủa màu vàng lá mạ và nhận biết chúng bằng kính hiển vi (hình 7.1) Na+ + Mg (UO2)3 (CH3COO)8 + CH3COO- -> NaMg(UO2)3(CH3COO)9

+ Thử màu ngọn lửa:

Đốt các muối natri trên ngọn lửa không màu thì ngọn lửa sẽ có màu vàng.Phản ứng này rất nhạy, cần rửa sạch dây bạch kim trước khi dùng và ngọn lửa màu vàng tồn tại trong vài giây

3.6.3 Sơ đồ xác định cation nhóm VI

So' đồ 3.6: So' đồ phân tích cation nhóm VI

+ Với bạc nitrat AgNOs' các ion cr, Br, r, s2’tác dụng với AgNO3 tạo ra

kết tủa có màu, các tủa này không tan trong HNO3 2N

cr + AgNO3 —> NO3' + AgCl ị (trắng) Br’ + AgNO3 —> NO3' + AgBr ị (vàng nhạt)

r + AgNO3 -> NO3' + Agl ị (vàng đậm ) s2' + 2AgNO3 -> 2NO3- + Ag2S ị (đen)

4.1.2 Phản ứng xác định anion nhóm I

- Phản úng của ion NƠ3‘:

+ Với thuốc thử Griess:

lon NO3' bị hydro mới sinh (do Zn + CH3COOH) khử thành NƠ2’ (hoặc HNO2), sau đó acid nitro (HNO2) tác dụng với thuốc thử GriessA và thuốc thử GriessB tạo ra hợp chất azoic có màu hồng

Thuốc thử GriessA là acid sulfanilic (SO3H - C6H4 - NH2)

Thuốc thử GriessB là ỏ - naphtylamin (C10H7NH2)

SO3H - c6h4 - nh2 + NƠ2 + CH3COOH

-> HSO3 - C6H4 - N = N- 00CCH3 + CH3C00- + 2H2OHSO3 - c6h4 - N =n-oocch3 + c10h7nh2

-> HSO3 - C6H4 - N =N-C10H6NH2 + CH3COOH

(màu hồng)

+ Vói nitrobenzen ( C6H5NO2 ):

Trong môi trường acid sulfuric đặc, ion NO3’ tác dụng với nitrobenzen tạo

ra hợp chất màu tím thẫm

Thực hiện phản ứng như sau: trộn 0,1 ml nitrobenzen với 0,2ml acid sulfuric rồi thêm vào dung dịch có chứa NƠ3', làm lạnh trong nước đá vài phút, thêm nước và trung hòa dung dịch bằng NaOH 10M Thêm aceton, lắc và để yên vài phút Lớp chất lỏng ở bên trên sẽ có màu tím thẫm

- Phản úng của ion cr

+ Với bạc nỉtrat (AgNCh):

lon cr tác dụng với AgNƠ3 cho tủa trắng Tủa vón đen dần ngoài ánh sáng, không tan trong HNO3, tan trong (NH4)2CO3 (khác AgBr và Agl), tan trong NH4OH đặc cho phức hợp tan [Ag(NH3)2]+, trong HC1 đặc cho phức hợp tan [AgCl3]2-

CT + AgNƠ3 —> NO3' + AgCl ị (trắng)AgCl + 2NH3 -> [Ag(NH3)2]Cl

- Phản úng của ion Br’

+ Vói nước clo:

Ion Br bị nước clo oxy hoá thành brom phân tử, brom hoà tan trong cloroform là cho lớp cloroform có màu vàng nâu.

Cl2 + 2Br -> 2CP + Br2

- Phản ứng của ion I’:

+ Vởi thủy ngân(H) clorid (HgCh)'.

lon r tác dụng với HgCỈ2 tạo ra kết tủa đỏ

HgCl2 + 21- -> Hgl2 ị + Tủa Hgl2 tan một phần trong dung dịch r dư do tạo thành [Hgl4]-

+ Với acid vô cơ mạnh:

lon s2- bị các acid vô cơ mạnh (HC1, H2SO4) chuyển thành khí hydrogen sulfid có mùi thối

S2’+2H+ ->H2sT

4.1.3 Sơ đồ xác định anion nhóm I

2 AsO43‘ + 3Ba2+ Ba3(AsO4)2ị

2 AsO33 + 3Ba2+ Ba3(AsO3)2 ị

2 PO43- + 3Ba2+ -> Ba3(PO4)2 ị CO32- + Ba2+ -> BaCO3 ịRiêng ion HCO3 không tạo được kết tủa với Ba(NO3)2, nhưng vì bị phân tích thành CO32, nên các dung dịch ion HCO3 cũng cho tủa trắng với Ba(NO3)2

4.2.2 Phản ứng xác định anỉon nhóm II

- Phản ứng của ion HCO3' và CO32’:

+Thuỷ ngân (II) nitrat: ion HCO3' và CO32 tác dụng với Hg(NO3)2 tạo ra kết tủa

đỏ nâu hoặc vàng nâu

CO32- + Hg2+ -> HgCO, ị HCO3- + Hg2* -> HgCOs ị + H+

-Phản ứng phân biệt HCO3' và CO32':

Dùng magnesi clorid hoặc magnesi sulfat để phân biệt anion HCO3' và CO32’ vì:

- Anion CO32 tác dụng với MgCl2 cho tủa trắng

Cho NaiCOỉ bão hòa vào dung dịch gốc, thêm vài giọt NaOH, đun sôi trong 15 phút, đê nguội, ly tâm đê tách riêng tủa (tủa chứa các kim loại không phải kiềm) Acid hóa dịch lọc bang CH3COOH 2N, đun sôi, ly tâm lấy dịch lọc Phần dịch lọc thu được là nước anỉon hay nước sôđa dùng đê xác định các anion có chứa trong dung dịch gốc.

Lưu ỷ: anion CO32' được tìm ngay từ dung dịch gốc trước khi làm nước sôđa Muốn tìm CH3C00 thì aỉcd hóa dịch lọc hang HNO3 2N thay cho CH3COOH 2N.

- Phản ứng của ion AsƠ43 ■

Với hồn hợp MgCỈ2 + NH4CI 4-NH3: ion AsƠ43 'tác dụng với hỗn hợp MgCỈ2 + NH4CI + NH3 tạo ra muối kép MgNH4AsC>4 kết tủa trắng, gặp trường hợp kết tinh chậm có thể dùng đũa thuỷ tinh cọ nhẹ vào thành phía trong của ống để tạo mầm kết tinh

AsO43 ■ + Mg2+ + NH4+ -> MgNH4AsO4 ị

- Phản úng của ion AsC>33':

AsO33’ tác dụng với CuSO4 cho tủa màu xanh lục, tủa chuyển sang màu đỏ khi

có NaOH và nhiệt độ (phản ứng này được dùng để phân biệt AsO43‘ với AsƠ33 )

H3ASO33- + CuSO4 -> CuHAsO3 ị +

SO42-xanh lục2CuHAsO3 + 6NaOH -> Na3AsO4 + Cu2O ị + 4H2O + Na3AsO3

đỏ

- Phản úng của ion PO43'.’

+ Với Amonỉ molydat:

Trong môi trường acid nitric, PO43’ tác dụng với amoni molydat (NHUh MoO4 tạo ra amoni phosphomolydat (NH4)3H4[P( kết tủa màu vàng

H3PO4 + 12(NH4)2MoO4 + 2IHNO3

-> (NH4)3H4[P( Mo2O7)6] + 2INH4NO3 + IOH2OChú ý: - lon AsƠ33' bị HNO3 oxy hoá thành ASO43 ■ và tác dụng với (NIlthMoCU tương tự như AsO43

- Để tránh nhầm lẫn giữa AsƠ33’ và PO43 cần xác định AsƠ33‘ trước, xác định PO43' sau

+ Với hỗn hợp MgCỈ2 + NH4CI + NH3:

Ion PO43’ tác dụng với hỗn hợp MgCỈ2 + NH4CI + NPbtạo ra muối kép MgNHUPCUóHbO kết tinh trắng có hình dạng đặc biệt: hình cành lá, hình sao

Điều kiện phản ứng: Phản ứng xảy ra trong môi trường kiềm có mặt NH4CI để ngăn tủa Mg(OH)2.

PO43- + Mg2+ + NH4+ + 6H2O MgNH4PO4.6H2O ị

4.2.3 Sơ đồ xác định anion nhóm II

So’ đồ 3.8: Xác định anion nhóm II

4.3 Xác định anion nhóm III

4.3.1 Thuốc thử anion nhóm III

Với dung dịch bari nitrat Ba(NƠ3)2 : các anion nhóm III tác dụng với dung dịchBa(NƠ3)2 đều cho tủa trắng, các tủa này không tan trong HNO3 2N:

SO42- + Ba(NO3)2 -y BaSO4ị + SO32 + Ba(NO3)2 -> BaSO3ị + 2NO3-Muối BaSO3 bị oxy hoá thành BaSO4 không tan trong dung dịch HNO3 2N

2NO3-3BaSO3 + 2HNO3 -> 3BaSO4ị + 2NO + H2O

4.3.2 Phản ứng xác định anion nhóm III

- Phản úng của anion SƠ32':

+ Với bari clorid:

lon SO32 tác dụng với dung dịch BaCl2 cho kết tủa trắng, tủa này tan trong dung dịch HC1 2N

SO32- + BaCl2 -> BaSO3 ị + 2C1’

BaSO3 + 2HC1 -> BaCl2 + so21 + H2O

+ Với ỉod:

SO32 bị các halogen oxy hóa thành SO42 như làm mất màu iod

SO32- + I2 + H2O -> H2SO4 + 21

- Phản úng của anion SO42':

+ Với bari clorid:

lon SO42’ tác dụng với dung dịch BaCl2 tạo ra kết tủa trắng, tủa này không tan trong dung dịch HNO3 2N , HC1 2N

SO42- + BaCl2 BaSO4 ị + 2C1’

+ Phản ứng Voler:

Kết tủa của ion SO42 dưới dạng BaSO4 bằng Ba(NO3)2 trong môi trường thuốc tím, tủa BaSO4 hấp phụ thuốc tím nên có màu hồng Dùng H2O2 trong môi trường acid nitric để khử màu tím hồng của dụng dịch, riêng tủa BaSO4 vẫn có màu hồng (do hấp phụ thuốc tím)

Ba2+ + SO42- -> BaSO4 ị5H2O2 + 2KMnO4 + 6HNO3 -> 2KNO3 + 2Mn(NO3)2 + 5O2 + 8H2O

4.3.3 Sơ đồ xác định anion nhóm III

So' đồ 3.9: Xác định anion nhóm HI

3 Điền vào chỗ trống trong phương trình ion sau :

Al3+ + 4OH -> .(A)

6 Dung dịch có ion Cl’ + Ba(NO3)2 —> .(A) cho kết tủa

Dung dịch có ion s2‘ + Pb(NO3)2 —> cho kết tủa (B)

7 Điền công thức hoá học kèm theo hệ số thích hợp vào chồ trống trong phương trình sau: BaSO3 + 2HNO3 -> (A) + (B) + H2O

11 Zn(OH)2 tan trong dung dịch NH3 dư

12 K+ cho màu tím hồng khi đốt trên ngọn lửa không màu

13 Tất cả các anion nhóm I đều tạo kết tủa với AgNO3

14 lon SO32' tác dụng với dung dịch AgNO3 tạo kết tủa trắng tan

trong dung dịch có SO32’

15 Thuốc thử chung của cation nhóm III và nhóm IV là NaOH dư

+ H2O2 + NH4C1

16 Có thể phân biệt anion CO32' và anion HCO3 ■ bằng dung dịch

MgCl2

17 H2SO4 phân huỷ sulíit thành khí sulfurơ, khí này bay lên làm

mất màu giấy tẩm thuốc tím

* Chọn câu trả lời đúng nhất cho các câu hỏi từ 18 đến 25 bằng cách khoanh tròn vào chữ cái đầu câu được chọn:

18 Các ion sau đây Pb2+, Ca2+, Na+, K+, Ag+ được chia thành bao nhiêu phân nhóm?

c H2SO4 đặc trong C2H5OH 70°

21 Cho biết dung dịch X + Ba(NO3)2

D H2SO4 loãng trongC2H5OH 70°

E C2H5OH 70°

không có kết tủadung dịch X + Ag(NO3>2 tạo kết tủa màu đenVậy trong X có chứa ion nào trong các ion sau :

A Xác định anion trước, xác định cation nhóm VI sau

B Xác định cation từ nhóm I đến nhóm VI trước

C Tìm Bi3+ trước, tìm anion sau

D Tìm anion 3 nhóm trước, tìm cation 5 nhóm đầu sau

E Tìm cation hoặc anion trước đều được

23 Khi cho dung dịch gốc tác dụng với NaOH thấy có kết tủa tạo thành và tủa tan trong NaOH dư, vậy dung dịch gốc có thể chứa ion nào trong các ion sau:

A Ion AI3+ D lon Fe2+

c lon Hg2+

24 Trong các ion dưới đây, ion nào tác dụng với dung dịch bạc nitrat tạo ra kết tủa trắng không tan trong dung dịch HC1 2N.

A lon Cl- B Ion CO32

BÀI 3: ĐẠI CƯƠNG VÈ PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

1 Nguyên tắc chung của phân tích định lượng

Các phương pháp hoá học phân tích định lượng đều dựa vào bản chất của các phản ứng hóa học, vào các định luật hóa học như: Định luật thành phần không đổi, định luật bảo toàn khối lượng để xác định hàm lượng của nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố trong mẫu thử

Các phản ứng hóa học thường có phương trình tổng quát:

Cũng có thể định lượng A thông qua định lượng B vì phản ứng giữa A và

B có tỷ lệ trao đổi thành phần phân tử nhất định, dùng chỉ thị màu để biết phản ứng kết thúc với A dùng hết bao nhiêu B, từ lượng chất B suy ra lượng chất A

Dựa vào nguyên tắc trên, người ta dùng các phương pháp khác nhau, tùy theo phương tiện, mức độ chính xác và yêu cầu của từng phản ứng hóa học

2 Các phưong pháp phân tích định lưọng

Các phương pháp phân tích định lượng được chia thành hai loại chính dựa vào đặc trưng kỹ thuật thực nghiệm:

-Phương pháp hoá học.

-Phương pháp vật lý và hoá lý

2.1 Phương pháp phân tích hóa học

Phương pháp hóa học có ưư điểm cơ bản là tương đối đơn giản và dễ làm, nhưng mức độ chính xác không cao và tốn thời gian hơn so với phương pháp vật

lý và hóa lý Phương pháp hóa học gồm có:

2.1.1 Phương pháp phân tích khối lượng

Phương pháp phân tích khối lượng dựa vào sự đo chính xác khối lượng chất cần xác định dưới dạng kết tủa có thành phần không đổi bằng cân phân tích,

từ đó tính được khối lượng chất cần định lượng

2.1.2 Phương pháp phân tích thê tích

Phưong pháp phân tích thể tích bao gồm hai phương pháp:

* Phương pháp chưẩn độ: dựa vào sự đo thể tích thuốc thử có nồng độ chính xác (gọi là dung dịch chuẩn độ) đã dùng để tác dụng vừa đủ với dung dịch cần xác định, từ đó tính ra lượng chất cần định lượng

Các phương pháp chuẩn độ thường được phân loại theo phản ứng hóa học được dùng trong quá trình tiến hành:

-Phương pháp acid - base

-Phương pháp kết tủa

-Phương pháp oxy hóa - khử

-Phương pháp tạo phức

-Phương pháp tạo cặp ion

* Phương pháp thể tích khí: dựa vào việc đo thể tích của chất khí được sinh ra từ chất thử (như CƠ2 giải phóng từ muối carbonat) hoặc đo sự giảm thể tích của hỗn hợp khí do một phần đã bị hấp thụ (như CO2 bị hấp thụ vào dung dịch KOH)

2.2 Phương pháp vật lý và hóa lý (phương pháp phân tích công cụ)

Cơ sở của phương pháp này dựa vào sự phụ thuộc của một tính chất vật lý nào đó của dung dịch như: độ hấp thụ ánh sáng, độ dẫn điện, độ đục, độ nhớt,