Bài 5
cation nhãm III: Al3+, Zn2+
Mục tiêu
1. Trình bày và giải thích được phản ứng của thuốc thử nhóm với các cation nhóm III.
2. Viết được một số phản ứng đặc trưng của các cation nhóm III.
3. Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ 2 (phần phân tích cation nhóm III).
1. TÝnh chÊt chung
Các cation nhóm III đều có khả năng tạo thành các muối tan trong môi trưêng kiÒm dư:
2 2
Al3+ + 4OH- = AlO - + 2H O
Aluminat
2 2
Zn2+ + 4OH- = ZnO 2- + 2H O
Zincat
Vì vậy thuốc thử để tách cation nhóm III ra khỏi các nhóm khác là NaOH hoặc KOH dư. Sau đó nhận biết từng cation nhóm III bằng các phản ứng đặc trưng cđa chóng.
2. Các phản ứng phân tích đặc trưng cđa cation nhãm III
2.1. Với NaOH hay KOH
Al + 3OH = Al(OH)
3+ -
3trắng vô định hình
- -
Al(OH)3 + OH = AlO2 + 2H2O
- +
Muốn thu được kết tủa Al(OH)3thì dùng acid yếu: AlO2+ NH4+ H2O = Al(OH)3+ NH3
2
Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)
- 2-
Zn(OH)2 + 2OH = ZnO2 + 2H2O
66
+ 2+
Muốn thu được kết tủa Zn(OH)2 thì dùng acid yếu, nhưng không dùng NH4 vì tạo thành phức tan [Zn(NH3)4] .
2.2. Với NH4OH
4 34
Al3+ + 3NH OH = Al(OH) + 3NH +
4 3 4 2
Zn2+ + 4NH OH = [Zn(NH ) ]2+ + 4H O
2.3. Với Na2CO3 hay K2CO3
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3+ 6 NaCl + 3CO2
Riêng Zn2+ tạo thành các sản phẩm khác nhau tuỳ theo nồng độ dung dịch: 2ZnCl2 + 2Na2CO3 + H2O = Zn2(OH)2CO3+ 4NaCl + CO2
3ZnCl2 + 3Na2CO3 + H2O = Zn3(OH)2(CO3)2+ 6NaCl + CO2
2.4. Với Na2HPO4
AlCl3 + 2Na2HPO4 = AlPO4 keo trắng + 3NaCl + NaH2PO43ZnCl2 + 4Na2HPO4 = Zn3(PO4)2 keo trắng + 6NaCl + 2NaH2PO4
Các muối phosphat trên đều tan được trong kiềm và acid vô cơ.
2.5. Với H2S:
3
Trong môi trường trung tính hoặc amoniac thì Al3+ tạo thành Al(OH) : 2NH4OH + H2S = (NH4)2S + 2H2O
2AlCl3 + 3(NH4)2S = Al2S3 + 6NH4Cl
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3+ 3H2S
Trong môi trường trung tính hoặc kiềm yếu thì Zn2+ tạo thành ZnS:
Zn + H S = ZnS+ 2H
2+ +
2 trắng vô định hình
ZnS tan trong các acid vô cơ, nhưng không tan trong CH3COOH và NaOH.
67
Bảng 10: Tóm tắt các phản ứng đặc trưng của cation nhóm III
Cation | |||||||||
Al3+ | Zn2+ | ||||||||
NaOH d− | AlO - 2 | ZnO 2- 2 | |||||||
Na2CO3 | Al(OH)3 keo trắng | Zn2(OH)2CO3 trắng | |||||||
NH4OH d− | Al(OH)3 keo trắng | [Zn(NH3)4] | 2+ | tan | |||||
Na2HPO4 | AlPO4trắng | Zn3(PO4)2trắng | |||||||
H2S trong CH3COOH | | ZnStrắng | |||||||
(NH4)2S trong môi trường trung tính hay kiềm yếu | Al(OH)3 keo trắng | ZnStrắng | |||||||
(NH4)2[Hg(SCN)4] | | Có mặt vết Cu2+, tạo kết tủa màu tím Có mặt vết Co2+, tạo kết tủa màu lục | |||||||
Alizarin-S | Kết tủa sơn đỏ Al O O (1/3 công thức phức) | O | OH SO3Na | ||||||
O | OH | ||||||||
OH | |||||||||
SO3Na | |||||||||
O | |||||||||
Có thể bạn quan tâm!
-
Phân Tích Định Tính Cation Theo Phương Pháp Acid-Base -
Trình Bày Và Giải Thích Được Phản Ứng Của Thuốc Thử Nhóm Với Các Cation Nhóm I. -
Tóm Tắt Các Phản Ứng Đặc Trưng Của Cation Nhóm I -
Tóm Tắt Các Phản Ứng Đặc Trưng Của Cation Nhóm Iv -
Viết Được Phản Ứng Của Thuốc Thử Nhóm Với Các Anion Nhóm I -
Trình Bày Và Giải Thích Được Các Cách Thử Sơ Bộ Đối Với Dung Dịch Gốc Trước Khi Tiến Hành Phân Tích Hệ Thống
Xem toàn bộ 316 trang tài liệu này.
68
3. Sơ đồ phân tích
Tđa T1 (BaSO4, CaSO4)
Na2CO3 bão hoà lắc kỹ, đun nóng, ly tâm. Lặp lại 3,4 lần để chuyển hết tủa T1 thành tủa BaCO3, CaCO3
Nước ly tâm L1:Al , Zn + NaOH 2N dư
3+ 2+
Dung dịch: AlO2-, ZnO22-, cô cạn bớt + NH4Cl bão hòa + NH4OH đặc (vài giọt)
Tđa T3: Al (OH)3
tTìm Al3+
Nước ly tâm L3: [Zn(NH3)4]2+
tTìm Zn2+
Sơ đồ2*: Sơ đồ lý thuyết phân tích Cation nhóm II: Ca2+, Ba2+ và nhóm III Al3+, Zn3+
Dung dịch phân tích + H2SO4 2N (từng giọt) + C2H5OH.
Đun nhẹ, ly tâm
Tđa T3: CaCo3, BaCO3 + CH3COOH 2N
(đủ để tan hết)
Dung dịch: Ca2+, Ba2+ + K2CrO4 5% (tới dung dịch màu vàng)
Tủa T2: BaCrO4 màu vàng (không tan trong NaOH 2N)
tTìm Ba2+
Nước ly tâm L2: Ca2+
tTìm Ca2+
* Sơ đồ thực hành tương ứng: xem sơ đồ 2, Phần 2. Thực hành phân tích định tính.
69
bài tập (bài 5)
5.1. Hãy hoàn thành các phương trình phản ứng sau: 1) AlCl3 + KOHd− ... +....
2) Al(NO3)3 + Na2CO3 ... +....
3) ZnSO4 + NH4OHd− ... +....
4) ZnCl2 + Na2S ... +....
- 2-
5.2. Hãy giải thích vì sao có thể dùng hỗn hợp NH4Cl bão hòa và NH4OH đặc để tách riêng AlO2 và ZnO2 ?
5.3. Để nhận biết sự có mặt của ion Al3+ trong dung dịch, có thể dùng thuốc thử nào trong số các chất sau, vì sao?
1) Dung dịch NH4OH đặc
2) Dung dịch Na2S
3) Dung dịch Alizarin-S
70
Bài 6
cation nhãm IV: Fe3+, Fe2+, Bi3+, Mg2+, Mn2+
Mục tiêu
1. Trình bày và giải thích được phản ứng của thuốc thử nhóm với các cation nhóm IV.
2. Viết được một số phản ứng đặc trưng của các cation nhóm IV.
3. Giải thích được các bước phân tích theo sơ đồ 3.
1. TÝnh chÊt chung
Đặc tính chung của cation nhóm IV là tạo kết tủa hydroxyd không tan trong kiềm dư. Hỗn hợp Na2CO3 bão hòa và NH4OH đặc là thuốc thử nhóm cung cấp OH- cho phản ứng:
3
2
3nâu đỏ
2trắng
2trắng xanh
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH) Fe2+ + 2OH- = Fe(OH) Mg2+ + 2OH- = Mg(OH) Bi3+ + 3OH- = Bi(OH) Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)
Sau khi tách riêng được các kết tủa hydroxyd của cation nhóm IV thì hòa tan bằng acid rồi nhận biết từng cation bằng các phản ứng đặc trưng cđa chóng.
2. Các phản ứng phân tích đặc trưng cđa cation nhãm IV
2.1. Với H2O (phản ứng thủy phân)
Các cation nhóm IV dễ phản ứng với nước để tạo kết tủa, nên muốn chúng tồn tại trong dung dịch thì cần duy trì pH của dung dịch thấp.
2
2 2
Fe3+ + H O = Fe(OH)2+ + H+ Fe(OH)2+ + H O = Fe(OH) + + H+
Bi(NO3)3 + H2O = BiONO3 trắng + 2HNO3
71
2.2. Với NaOH
3nâu đỏ
2trắng xanh
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH) Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)
Fe(OH)2 rất dễ bị oxy hóa bởi các tác nhân nh− H2O2 hay chÝnh O2 không khí để chuyển thành Fe(OH)3:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Fe(OH)2và Fe(OH)3 rất dễ tan trong các acid, nhưng không tan trong NH4OH.
2trắng
2trắng
Mg2+ + 2OH- = Mg(OH) Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)
Riêng Mg(OH)2 do tích số tan lớn nên dễ tan trong môi trường acid nhẹ của muối NH4Cl:
2+ -
Mg(OH)2 Mg + 2OH
-
+ 2NH4Cl 2NH4OH + 2Cl
3trắng
Mn(OH)2 dễ bị oxy hóa để tạo thành MnO2: Mn(OH)2 + H2O2 = MnO2 nâu đen + 2H2O Bi3+ + 3OH- = Bi(OH)
Bi(OH)3 tan trong các acid, không tan trong kiềm dư. Nhưng khi đun nóng, dễ chuyển thành màu vàng, do bị mất nưíc:
Bi(OH)3 = BiO(OH) vàng + H2O
2.3. Với Na2CO3
2 3 3 trắng
2 3 3 trắng
Mn2+ + Na CO = MnCO + 2Na+ Fe2+ + Na CO = FeCO + 2Na+
Để lâu trong không khí ẩm FeCO3 bị oxy hóa dần tạo thành FeOHCO3.
4FeCO3 + O2 + 2H2O = 4FeOHCO3
2 3 2 3 đỏ nâu 2
2Fe3+ + 3Na CO + H O = 2FeOHCO + 6Na+ + CO
FeOHCO3 dễ bị biến thành Fe(OH)3 khi đun nóng: FeOHCO3 + H2O = Fe(OH)3 + CO2
2 3 2 2 3 trắng 2
2Mg2+ + 2Na CO + H O = (MgOH) CO + 4Na+ + CO
2 3 2 3 trắng 2
2Bi3+ + 3Na CO + H O = 2BiOHCO + 6Na+ + CO
72
Các muối carbonat và muối carbonat base này đều tan được trong các acid, riêng (MgOH)2CO3 còn tan được trong muối amoni:
(MgOH)2CO3 + 4 NH4Cl = 2MgCl2 + 2NH4OH + (NH4)2CO3
2.4. Với H2S:
Trong môi trưêng acid:
2 2 3đen
2Bi3+ + 3H S = Bi S + 6H+
2
2Fe3+ + H S = 2Fe2+ + 2H+ + S
Trong môi trưêng NH3:
đen
2 3đen
hồng nhạt
Fe2+ + S2- = FeS2Fe3+ + 3S2- = Fe S Mn2+ + S2- = MnS
Các kết tủa sulfid này đều tan được trong acid loãng, riêng Bi2S3 chỉ tan trong HNO3 loãng nóng và HCl đặc:
- + 3+
Bi2S3 + 2NO3 + 8H = 2Bi + 3S + 2NO + 4H2O
2.5. Với Na2HPO4:
4 4 3 4 2 trắng
4Fe2+ + 3HPO 2- = FeHPO + Fe (PO ) + 2H+
Trong môi trường acid acetic thì chỉ tạo thành Fe3(PO4)2.
4 42 4
Fe3+ + 2HPO 2- = FePO + H PO -
4 3 4 2trắng 2 4
3Mn2+ + 4HPO 2- = Mn (PO ) + 2H PO -
Phản ứng trên muốn xảy ra hoàn toàn, cần thêm d− NH4OH để tạo kết tủa MnNH4PO4 khã tan:
4 4 4 42
4 4trắng
Mn2+ + HPO 2- + NH OH = MnNH PO + H O Mg2+ + HPO 2- = MgHPO
4 4 4 4 trắng 2
Trong môi trưêng NH4OH + NH4Cl thì tạo thành kết tủa MgNH4PO4: Mg2+ + HPO 2- + NH OH = MgNH PO + H O
4
2.6. Với tác nhân oxy hóa mạnh Mn2+ MnO -
2 4 2
2Mn2+ + 5PbO (r) + 4H+ = 2MnO - + 5Pb2+ + 2H O
Không màu Màu tím
2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO2(r) = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O
Không màu Màu tím
73