Bài giảng Phân tích định tính (Bản đẹp)

PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH
Chương 1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN
1.1. Một số khái niệm
Hóa học phân tích định tính là một bộ phận của phân tích hóa học, bao gồm cơ sở lí thuyết và các phương pháp để xác định thành phần định tính của đối tượng phân tích.
Nhiệm vụ của phân tích định tính là đề ra các phương pháp xác định thành phần định tính của đối tượng phân tích tức là trả lời các câu hỏi đối tượng phân tích là chất gì, gồm những chất gì hoặc gồm những nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố, ion nào. Hiện nay chúng ta có các phương pháp phân tích bằng công cụ và các phương pháp phân tích hóa học. Sau đây chúng ta đề cập đến các phương pháp phân tích hóa học.
1.1.1. Phản ứng phân tích
Phản ứng phân tích là phản ứng giữa chất cần phân tích và thuốc thử nào đó dùng để xác định định tính chất đó. Yêu cầu đối với phản ứng phân tích định tính là phải có hiệu ứng nhất định như: tạo thành các sản phẩm đặc trưng có màu, mùi đặc biệt hay tạo các chất khí, chất kết tủa, đặc biệt là kết tủa có màu.
Ví dụ: Fe3+ + 3SCN- → Fe(SCN)3 đỏ máu
Pb2+ + 2I- → PbI2 vàng tươi
là những phản ứng để nhận biết Fe3+, Pb2+. Các dung dịch chứa SCN -, I gọi là thuốc thử phân tích.
1.1.2. Phân tích theo phương pháp khô và phương pháp ướt
Có hai phương pháp để phân tích định tính gọi là phân tích theo phương pháp khô và phân tích theo phương pháp ướt.
Phân tích theo phương pháp khô: Phương pháp phân tích khô thường tiến hành theo hai cách: phương pháp màu ngọn lửa và phương pháp tạo ngọc màu.
Trong phương pháp màu ngọn lửa, chất phân tích thường ở dạng các muối dễ bay hơi như các muối clorua rồi được chuyển lên trên một vòng nhỏ làm bằng Platin Pt và đốt nó trên một ngọn lửa đèn khí không màu. Một số nguyên tố ở nhiệt độ cao tạo nên những ngọn lửa có màu đặc trưng giúp ta nhận ra nguyên tố đó, ví dụ: Na+ cho ngọn lửa màu vàng; K+ cho ngọn lửa màu tím.
Trong phương pháp tạo ngọc màu, người ta trộn chất phân tích với những chất chảy thích hợp rồi đem nung ở nhiệt độ cao, khi đó một số kim loại tạo với chất chảy những ngọc màu đặc trưng, giúp ta nhận ra nguyên tố đó. Ví dụ: với chất chảy là Borax Na2B4O7, ion Cr3+ cho ngọc màu tím, Co2+ cho ngọc màu xanh.
Các phương phương pháp phân tích khô đã có từ rất lâu, ngày nay ít được sử dụng vì không thể dùng để phân tích các đối tượng phức tạp hoặc phân tích vi lượng.
Phân tích theo phương pháp ướt:
Trong phương pháp này đối tượng phân tích được hoà tan trong các dung môi thích hợp như H2O, dung dịch axit hay bazơ để chuyển chất phân tích sang trạng thái dung dịch, khi này các nguyên tố cần nhận biết chủ yếu ở dưới dạng các ion.
Để phân tích theo phương pháp ướt, yêu cầu của phản ứng phân tích là phải rất đặc trưng và rất chọn lọc, tuy nhiên số các phản ứng đặc trưng và chọn lọc là rất ít để phân tích một nguyên tố nào đó, vì vậy người ta phải sử dụng một hệ thống phân tích nhằm tách các ion tương tự như nhau, có một số tính chất giống nhau ra thành từng nhóm, sau đó trong mỗi nhóm lại tìm cách cô lập từng ion một và dùng các phản ứng đặc trưng của nó để nhận biết.
1.1.3. Phân tích hệ thống
Trong phân tích hệ thống, người ta dùng những thuốc thử nhóm để tách những nhóm nguyên tố mang tính chất giống nhau ra khỏi nhau. Khi đó, mẫu phân tích được phân chia thành những hỗn hợp ion đơn giản hơn. Từ những nhóm nhận được chúng ta tiếp tục tách và nhận biết từng ion có trong nhóm. Hiện nay, đối với các cation, người ta đã tìm ra nhiều hệ thống phân tích, mỗi hệ thống có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Hai hệ thống thường được dùng là hệ thống axit - bazơ và hệ thống H2S. Với các anion thì không có một hệ thống phân tích chặt chẽ nào mà chỉ có các phương pháp phân tích riêng lẻ cho từng anion một hoặc từng nhóm nhỏ mà thôi.
Hệ thống các cation theo phương pháp H2S: Việc phân chia các cation thành từng nhóm theo phương pháp H2S được trình bày trong bảng sau:
Sơ đồ phân nhóm các cation theo phương pháp H2S
Nhóm
Thuốc thử
Các cation thuộc
nhóm
Sản phẩm tạo thành sau khi tác
dụng với thuốc thử
I
HCl loãng
Ag+, Hg22+, Pb2+
AgCl, Hg2Cl2, PbCl2
II
H2S trong môi
trường axit
(pH =0,5)
Sn2+, Sn4+, Sb3+,
Sb5+, As3+, As5+,
Hg2+, Cu2+, Cd2+,
Bi3+, (Pb2+)
Kết tủa các sunfua. Nhóm này chia
thành hai phần nhóm:
+ Phân nhóm IIA: Gồm các sunfua
tan trong (NH4)2Sx và bị oxi hoá
AsS43-, SbS43-, SbS32-
+ Phân nhóm IIB: gồm các sunfua
không tan trong (NH4)2Sx như HgS,
CuS, CdS, Bi2S3, (PbS)
III
(NH4)2S trong môi trường NH3
+ NH4Cl
Al3+, Cr3+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Zn2+
Kết tủa Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3, MnS, CoS, NiS, ZnS. Nhóm này cũng chia thành hai nhóm:
+ Phân nhóm IIIA: gồm các kết tủa
tan trong HCl như Al(OH)3,
Cr(OH)3, Fe(OH)3, MnS, ZnS.
+ Phân nhóm IIIB: gồm các kết tủa
không tan trong HCl như CoS, NiS.
IV
(NH4)2CO3
Ba2+, Sr2+, Ca2+
BaCO3, SrCO3, CaCO3
NaH2PO4 trong
môi trường NH3
+ NH4Cl
Mg2+
NH4MgPO4
V
Không có thuốc
thử nhóm
Na+, K+, NH4+
Phương pháp phân tích theo đường lối H2S có ưu điểm là cách phân chia các nhóm và cách tiến hành phân tích rất chặt chẽ, phù hợp với việc trình bày các sơ sở lí thuyết, đặc biệt là việc phân chia các nhóm phân tích có nhiều điểm phù hợp với việc phân nhóm trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendelêep, do đó liên hệ dễ dàng giữa các phản ứng đã học trong giáo trình hoá học vô cơ với phản ứng phân tích. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là H2S độc, nên tiến hành phân tích bằng phương pháp này cần phải có trang thiết bị bảo hiểm tốt.
Hệ thống các cation theo phương pháp axit - bazơ: Để tránh phải tiếp xúc với chất độc H2S, người ta đã đưa ra phương pháp không dùng H2S, phương pháp này dựa trên tác dụng của các cation với các thuốc thử nhóm là các axit và các bazơ như HCl, H2SO4, NaOH, NH4OH. Việc phân chia các cation thành từng nhóm theo phương pháp này được trình bày trong bảng sau:
Nhóm
Thuốc thử nhóm
Các cation thuộc nhóm
Sản phẩm tạo thành sau khi tác
dụng với thuốc thử nhóm
Nhóm axit
I
HCl loãng
Ag+, Pb2+, Hg22+
AgCl, PbCl2, Hg2Cl2
II
H2SO4 loãng
Ba2+, Sr2+,
Ca2+, (Pb2+)
BaSO4, SrSO4, CaSO4, PbSO4
Nhóm
Bazơ
III
NaOHdư + H2O2
Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+, Sn4+, As3+,
As5+
AlO22-, CrO42-, ZnO22-, SnO32-, AsO43-
IV
NaOH
Fe2+, Fe3+, Sb3+, Sb5+, Bi3+, Mn2+,
Mg2+
Fe(OH)2, Fe(OH)3,
Sb(OH)3, Bi(OH)3,
Mn(OH)2, Mg(OH)2
V
NH4OH đặc dư
Cu2+, Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+
Các phức amoniacat
[ Me(NH3 )4]2+
VI
Không có thuốc
thử nhóm
Na+, K+, NH4+
Trong phương pháp này các cation được phân thành 6 nhóm lớn:
- Nhóm I gồm Ag+, Hg22+, Pb2+, thuốc thử nhóm là dung dịch HCl loãng và nguội.
- Nhóm II gồm Ba2+, Ca2+, Sr2+, cả Pb2+ lọt xuống từ nhóm I, thuốc thử nhóm là H2SO4 loãng và rượu C2H5OH, thuốc thử tạo với các cation này kết tủa màu trắng.
- Nhóm III gồm Cr3+, Al3+, Sn2+, Sn4+, Zn2+, As5+, thuốc thử nhóm là NaOH dư và H2O2. Trong môi trường này Al3+, Sn2+, Sn4+, tạo thành hiđroxit lưỡng tính tan trong kiềm dư: CrO2- sẽ bị oxi hoá thành CrO4- màu vàng .
- Nhóm IV gồm Fe3+, Bi3+, Mn2+, Mg2+, Sb3+ , thuốc thử nhóm là NaOH dư và H2O2. Trong môi trường này các cation sẽ ở dạng các hiđroxit không tan.
- Nhóm V gồm Cu2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Hg2+, thuốc thử nhóm là NH4OH đặc. Các cation sẽ tạo với thuốc thử nhóm các phức amoniacat tan có màu.
- Nhóm VI gồm K+, Na+, NH4+, những ion này không có thuốc thử nhóm bởi vì chúng không tạo thành kết tủa khó tan với một thuốc thử nào.
1.2. Một số kỹ thuật phân tích định tính
1.2.1. Làm sạch dụng cụ thí nghiệm
Những dụng cụ thủy tinh như chai, lọ, ống nhỏ giọt, ống nghiệmtrước khi dùng phân tích phải được rửa rất sạch. Bình được xem như đã sạch nếu ngấn nước trong bình đều đặn và trên thành bình không còn những giọt nước. 
Nói chung, các dụng cụ thủy tinh đã sạch, trước khi sử dụng được rửa bằng nước máy và tráng 2, 3 lần bằng nước cất. Sau khi sử dụng để phân tích cũng phải được rửa rất sạch, treo ngược trên giá ( đáy lên trên, miệng xuống dưới ) cho tới khô.
Để làm sạch các dụng cụ thủy tinh, có một số dung dịch rửa sau:
- Dung dịch xà phòng nóng: hòa tan một ít xà phòng trong nước nóng.
- Dung dịch kiềm pemanganat: hòa tan 5g KMnO4 trong 100ml dung dịch
kiềm kali 10% nóng.
- Dung dịch hỗn hợp sunfôcrômic: hòa tan 15g K2Cr2O7 đã được nghiền nhỏ trong 100ml nước nóng, làm lạnh dung dịch rồi vừa khuấy liên tục, vừa thêm rất chậm 100ml axit K2SO4 đặc. Dung dịch này được để trong lọ thủy tinh có nút nhám, có thể sử dụng trong thời gian dài nên sau khi sử dụng nên giữ lại.
Để rửa các dụng cụ thủy tinh tốt nhất là sử dụng dung dịch xà phòng nóng vì dung dịch kiềm pemanganat có tác dụng phá hoại thủy tinh, còn hỗn hợp sunfôcrômic thì khi sử dụng phải cẩn thận hơn.
1.2.2. Đun
Trong phân tích định tính bằng phương pháp hóa học, thường phải đun dung dịch trong các ống nghiệm trên đèn cồn. Khi đun, phía ngoài ống phải khô để tránh bị nứt hoặc vỡ, mới đầu nên hơ nóng nhẹ ống nghiệm bằng cách di chuyển trên ngọn lửa, sau đó mới đun nóng mạnh. Nếu đun chất lỏng có chứa kết tủa thì phải khuấy đều. Thông thường khi đun chất lỏng có chứa kết tủa nên đun trên bếp các thủy, không nên đun trực tiếp trên ngọn lửa vì sự sôi dễ làm nảy sinh những va chạm và chất lỏng có thể bắn ra ngoài.
Cần chú ý khi đun không để miệng ống nghiệm hướng về phía có người, vì chất lỏng sôi thường là axit hoặc kiềm có thể bị bắn mạnh ra ngoài.
Trong quá trình phân tích thường cần phải cô đặc dung dịch hoặc phải làm bay hơi đến khô, khi này có thể sử dụng bát sứ đặt trên lưới amiăng hoặc trên bếp cách thủy.
1.2.3. Kết tủa
Trong phân tích định tính bằng phương pháp hóa học, ta thường kết tủa các chất từ dung dịch phân tích để tách và phát hiện các ion. Vì vậy cần chú ý đến màu và dạng bên ngoài của kết tủa. Có thể phân biệt kết tủa tinh thể và kết tủa vô định hình: kết tủa tinh thể thường có dạng hạt to hoặc hạt nhỏ, thường không tạo thành ngay mà cần một thời gian để hình thành tinh thể; lắc mạnh và dùng đũa thủy tinh cọ vào thành ống nghiệm là những động tác giúp cho quá trình hình thành tinh thể nhanh hơn. Kết tủa tinh thể thường nhanh chóng lắng xuống đáy ống nghiệm, nên việc ly tâm tách kết tủa cũng thuận lợi hơn. Kết tủa vô định hình thường xuất hiện ngay sau khi thêm thuốc thử vào, nhưng lắng xuống đáy ống nghiệm một cách chậm chạp nên khó quay ly tâm để tách, chúng cũng thường dễ dàng tạo thành dung dịch keo. Việc đun nóng và thêm chất điệnli là để tạo điều kiện đông tụ chúng.
Nên kết tủa khi đun nóng dung dịch, vì khi tăng nhiệt độ những hạt kết tủa sẽ lớn hơn, thuận lợi cho việc rửa và quay li tâm, nhưng không nên đun tới sôi vì khi thêm thuốc thử vào có thể làm bắn dung dịch ra ngoài. Nếu kết tủa dạng tinh thể thì thêm từ từ thuốc thử kết tủa và khuấy đều, còn nếu kết tủa dạng keo thì thêm toàn bộ lượng thuốc thử kết tủa cần thiết.
Quá trình kết tủa thực hiện như sau: Lấy vào ống nghiệm để quay li tâm khoảng 2-3ml dung dịch nghiên cứu ( nếu ống nghiệm để quay li tâm loại nhỏ thì lấy khoảng 0,5ml ). Tạo môi trường pH phù hợp theo hướng dẫn và tăng nhiệt độ. Kiểm tra môi trường phản ứng bằng giấy chỉ thị bằng cách: đặt giấy chỉ thị lên nắp kính đồng hồ sạch, dùng đũa thủy tinh khuấy đều dung dịch rồi đặt đầu đũa thủy tinh lên giấy chỉ thị. Sau khi tạo môi trường pH phù hợp, đun nóng cẩn thận rồi vừa khuấy vừa thêm thuốc thử kết tủa vào cho đến dư để kết tủa hoàn toàn.
1.2.4. Ly tâm, tách kết tủa, rửa kết tủa
Trong phân tích định tính bán vi lượng, để tách kết tủa khỏi dung dịch chúng ta thường dùng phương pháp quay li tâm bằng máy quay li tâm. Phải lưu ý tuân thủ cách sử dụng máy quay li tâm như hướng dẫn. Thời gian li tâm phụ thuộc vào đặc tính của kết tủa, những kết tủa dạng tinh thể lắng xuống đáy nhanh nên chỉ cần quay 0,5 đến 1,5 phút ở tốc độ khoảng 1000 vòng/phút; kết tủa dạng vô định hình lắng chậm nên phải quay từ 2 đến 3 phút ở tốc độ khoảng 2000 vòng/phút.
Sau khi quay li tâm, toàn bộ kết tủa lắng xuống đáy, nước cái ở trên trở thành trong suốt gọi là nước li tâm. Cũng có khi một số kết tủa khi quay li tâm lại nổi lên trên mặt chất lỏng hoặc lắng xuống rất chậm. Gặp những kết tủa này, muốn tách kết tủa phải lọc qua giấy lọc.
Để kiểm tra xem quá trình kết tủa đã hoàn toàn chưa, ta thử ở ống nghiệm vừa quay li tâm bằng cách nhỏ vài giọt thuốc thử kết tủa theo thành ống ngiệm và quan sát ở vị trí giọt thuốc thử rơi xuống nước li tâm, nếu không thấy đục ở các vị trí đó là quá trình kết tủa đã hoàn toàn.
Sau khi quay li tâm, kết tủa lắng chặt xuống đáy đến mức có thể rót dễ dàng nước li tâm ở trên, quá trình rót nước li tâm ra khỏi kết tủa như vậy gọi là quá trình gạn. Một cách khác để tách nước li tâm ra khỏi kết tủa là: giữ ống nghiệm bằng tay trái ở vị trí nghiêng, tay phải dùng ống nhỏ giọt có ống bóp cao su hút nước li tâm, chú ý khi đưa ống nhỏ giọt tránh chạm vào kết tủa, làm đục dung dịch.
Tùy thuộc vào lượng kết tủa và tính chất của nó mà sử dụng những dung dịch rửa khác nhau, nói chung ta rửa kết tủa bằng nước cất, với những kết tủa có khả năng chuyển thành trạng thái keo thì thêm vào nước rửa các chất điện li, ví dụ khi rửa kết tủa sắt hidroxyt, người ta dùng dung dịch amoni nitrat loãng. Để rửa kết tủa, ta thêm vài ml nước cất hoặc hoặc dung dịch rửa tương ứng, đậy ống nghiệm lại rồi lắc hoặc đặt nghiêng ống nghiệm để kết tủa được phân bố trên diện rộng rồi khuấy, sau đó quay li tâm và bỏ đi phần nước rửa. Rửa kết tủa khoảng 3,4 lần là đủ.
Chương 2. PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH CÁC CATION NHÓM I 
Ag+, Hg22+, Pb2+
2.1. Đặc tính chung
Các cation nhóm I bao gồm Ag+, Hg22+, Pb2+, chúng tạo với anion Cl- thành các muối clorua AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 ít tan. Vì vậy, người ta dùng HCl loãng, nguội làm thuốc thử nhóm để tách các cation Ag+, Hg22 +, Pb2+ ra khỏi các cation khác có trong dung dịch phân tích.
Không dùng HCl đặc bởi các kết tủa clorua của các cation này tan trong HCl đặc và dung dịch có chứa Cl- với nồng độ lớn vì tạo phức, cũng không dùng thuốc thử nóng vì ở nhiệt độ cao độ tan của PbCl2 tăng mạnh, ảnh hưởng đến quá trình phân tích.
AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 có những tính chất chung và riêng như sau:
- Đều là kết tủa màu trắng.
- AgCl và Hg2Cl2 có độ tan nhỏ hơn PbCl2.
- PbCl2 tan nhiều trong nước nóng, do đó dùng cách đun nóng để tách Pb2+ ra khỏi Ag+ và Hg22+.
- AgCl tan trong NH3 loãng tạo thành phức [Ag(NH3)2]+. Lợi dụng tính chất này để tách Ag+ ra khỏi Pb2+ và Hg22+.
Khi tác dụng với NH3 thì Hg2Cl2 từ màu trắng biến thành màu đen vì phản ứng sinh ra Hg kim loại, phản ứng này dùng để nhận biết Hg22+.
2.2. Một số phản ứng đặc trưng của ion Ag+
Phản ứng với HCl và KCl
HCl loãng và cả những clorua tan tác dụng với các dung dịch muối bạc đều tạo ra kết tủa AgCl trắng :
Ag+ + Cl- → AgCl↓
AgCl bị ánh sáng phân huỷ giải phóng ra bạc kim loại, kết tủa có màu tím, sau đó sẽ hoá đen. Kết tủa AgCl không tan trong HNO3 nhưng dễ tan trong HCl đặc và trong các dung dịch KCl, NaCl đặc do tạo thành những phức [AgCl3]2- và [AgCl4]3- tan.
AgCl + 2HCl → H2[AgCl3]
AgCl + 3HCl → H3[AgCl4]
Các phức này không bền nên khi pha loãng với nước, kết tủa AgCl sẽ lại được tạo thành và tách ra khỏi dung dịch.
H2[AgCl3] → AgCl + 2HCl
AgCl tan trong amoniac, trong các muối amoni, xianua và trong natri thiosunfat tạo thành các ion phức.
AgCl + 2NH4OH → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
AgCl + 2KCl → K[Ag(CN)2] + KCl
Khi thêm HNO3 vào dung dịch [Ag(NH3)2]Cl đến phản ứng axit thì dung dịch sẽ hoá đục rồi  ... n li với ion SCN- .
Phản ứng với dung dịch axit salixilic C6H4(OH)COOH với ion Fe3+:
Axit salixilic viết tắt là H2Sal, trong môi trường axit mạnh pH ~ 1 tạo với ion Fe3+ một ion phức có màu tím nhạt, thành phần của phức là 1:1, [Fe(Sal)]+; khi tăng pH của dung dịch, thành phần và màu của phức sẽ thay đổi: trong môi trường axit yếu pH ~ 4 là phức [Fe(Sal)2]- có màu da cam, trong môi trường kiềm yếu pH ~ 9 là phức [Fe(Sal)3]3- có màu vàng.
Khi thay axit salixilic bằng một dẫn xuất dễ tan hơn của nó là axit sunfosalixilic thì phản ứng cũng xảy ra tương tự nhưng nhạy hơn rất nhiều. Phản ứng được sử dụng để xác định sắt bằng phương pháp đo quang, thường được thực hiện ở môi trường kiềm pH trong khoảng 9 – 11 cho hợp chất phức có màu vàng.
5.3. Các phản ứng của ion Mn2+
Mangan có thể tồn tại trong các hợp chất với nhiều hóa trị khác nhau như 2, 3, 4, 6, 7, trong đó ion Mn2+ tương đối bền, dung dịch nước của ion Mn2+ có màu hồng nhạt, có phản ứng axit yếu.
Phản ứng với thuốc thử nhóm:
Khi kiềm hóa dung dịch Mn2+ thì có kết tủa trắng tách ra ở pH > 8,8 (dung dịch Mn2+ 0,01M), kết tủa này dễ tan trong axit loãng và muối amoni, tan một ít trong kiềm dư do tạo thành phức hidroxo:
Mn(OH)2↓ + 2NH4+ D Mn2+ + 2NH3 + 2H2O
Mn(OH)2↓ + OH- D Mn(OH)3-
Kết tủa Mn(OH)2↓ dễ bị oxyhóa trong không khí làm cho màu biến đổi dần đỏ gạch và cuối cùng là nâu đen của oxit mangan, hoặc nếu có mặt chất oxy hóa thì Mn(OH)2↓ sẽ bị oxyhóa nhanh hơn.
Phản ứng với dung dịch cacbonat kim loại kiềm:
Mn2+ + Na2CO3 → 2Na+ + MnCO3↓ kết tủa màu trắng
Phản ứng với dung dịch amoni pesunfat ( NH4)2S2O8 trong môi trường axit
Đây là phản ứng rất đặc trưng để tìm Mn2+ , phản ứng xảy ra trong môi trường axit và được xúc tác bởi ion Ag+, tạo ra ion MnO4- có màu tím rất đặc trưng:
Mn2+ + 5S2O82- + 8H2O → 2MnO4- + 10SO42- + 16H+
Cơ chế của phản ứng này cho đến nay vẫn có nhiều giả thiết khác nhau, phổ biến
nhất là theo cơ chế sau:
Ag+ + S2O82- → 2Ag2+ + 2SO42-
2Mn2+ + 10Ag2+ + 8H2O → 2MnO4- + Ag+ + 16H+
Phản ứng với dioxit chì PbO2 trong môi trường axit:
Đây cũng là phản ứng rất đặc trưng thường dùng để nhận biết mangan, ion Mn2+ không màu bị oxyhóa thành ion MnO4- có màu tím. Khi thực hiện phản ứng phải tiến hành cẩn thận, nồng độ ion Mn2+ phải nhỏ, nếu dung dịch chứa lượng lớn ion Mn2+ thì MnO4- mới sinh sẽ tác dụng với Mn2+ dư tạo thành MnO2 kết tủa lẫn với PbO2 màu đen nên không nhận được:
2Mn2+ + 5PbO2 + 4H+ → 2MnO4- + 5Pb2+ + 2H2O
5.4. Các phản ứng của ion Mg2+
Dung dịch nước của ion Mg2+ không màu, có phản ứng gần như trung tính, pH của dung dịch Mg2+ 0,01M vào khoảng 7
Phản ứng với thuốc thử nhóm:
Khi kiềm hóa dung dịch Mg2+ thì có kết tủa trắng tách ra ở pH = 10 (dung dịch Mg2+ 0,01M) và kết tủa hoàn toàn ở pH = 12,5; kết tủa này dễ tan trong axit loãng và muối amoni
Mg(OH)2↓ + 2NH4+ D Mg2+ + 2NH3 + 2H2O
Phản ứng với Na2HPO4:
Dung dịch ion Mg2+ khi tác dụng với HPO42- sẽ tạo thành kết tủa màu trắng:
Mg2+ + HPO42- → MgHPO4↓ kết tủa màu trắng
Kết tủa này không hoàn toàn, nếu có mặt NH4Cl và NH4OH trong dung dịch thì
sẽ tạo thành kết tủa MgNH4PO4 màu trắng hoàn toàn hơn, đây là phản ứng rất đặc trưng, được sử dụng để nhận biết ion Mg2+ khi không có các thuốc thử hữu cơ Vàng titan C28H19O6N5Na2 hay Magneson I (p-nitrobensolazoresocsin) và Magneson II ( p-nitrobenzolazo-α-naphtol) để tìm ion Mg2+ bằng các phản ứng đặc trưng.
5.5. Phân tích hệ thống cation nhóm IV
Chương 6. PHÂN TÍCH CATION NHÓM V
Cu2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Hg2+
6.1. Đặc tính chung
Các cation nhóm này là các ion kim loại chuyển tiếp, vì vậy tính chất điển hình của nhóm là khả năng tạo phức khá mạnh, hiđroxit của chúng tan trong hỗn hợp NH4+ và NH3 để tạo thành phức tan amoniacat có số phối tử NH3 từ 4 đến 6. Phức của đồng có màu xanh da trời, của coban và niken có màu xanh hơi xám, của cađimi và thuỷ ngân không có màu. Vì vậy, thuốc thử nhóm là hỗn hợp NH4Cl + NH3.
Các cation của nhóm V tạo được các kết tủa sunfua khó tan với H2S hay (NH4)2S, độ tan của các sunfua phụ thuộc vào độ axit của môi trường, vì vậy tính chất này được sử dụng để tách riêng, cô lập từng cation trong nhóm, sau đó sử dụng các phản ứng đặc trưng để nhận biết.
6.2. Các phản ứng đặc trưng của ion Cu2+
Phản ứng với thuốc thử nhóm:
Amôniac tạo được với dung dịch ion Cu2+ kết tủa muối bazơ màu xanh lục nhạt, dễ tan trong thuốc thử dư. Lúc này dung dịch có màu xanh lam đậm do tạo thành ion phức [Cu(NH3)4]2+:
2CuSO4 + 2NH4OH → Cu2(OH)2SO4↓ + 2NH4+
Cu2(OH)2SO4↓ + 2NH4+ + 6NH3 → 2[Cu(NH3)4]2+ + SO42- + 2H2O
Phản ứng với kiềm:
Các dung dịch kiềm tác dụng với ion Cu2+ khi nguội cho kết tủa xanh lục, dễ tan trong axit loãng, trong NH3 và tan một phần trong các dung dịch kiềm đặc tạo thành cuprit màu xanh xám, dễ bị phá hủy khi pha loãng:
Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2↓
Cu(OH)2↓ + 2OH- D CuO22- + 2H2O
Khi đun nóng lâu, hidroxit đồng mất nước, tạo thành oxit đồng CuO màu đen:
Cu(OH)2 → CuO + H2O
Phản ứng với H2S hay (NH4)2S:
H2S tác dụng với Cu2+ tạo thành kết tủa đồng sunfua CuS màu đen từ các dung dịch axit của muối đồng. CuS không tan trong H2SO4 , HCl đặc nhưng tan trong HNO3:
3CuS + 8HNO3 → Cu(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2O
Phản ứng với dung dịch kali feroxianua K4[Fe(CN)6]:
Kali feroxianua tạo được kết tủa Cu2[Fe(CN)6] màu đỏ gạch từ các dung dịch trung tính hoặc axit yếu. Đây là phản ứng khá đặc trưng để nhận biết đồng, muối này không tan trong axit loãng nhưng bị kiềm phân hủy thành đồng hidroxit màu xanh hoặc tan trong amôniac do tạo phức amôniacat:
Cu2[Fe(CN)6] + 2OH- → Cu(OH)2↓ + [Fe(CN)6]4-
Cu2[Fe(CN)6] + 8NH3 → 2[Cu(NH3)4]2+ + [Fe(CN)6]4-
Phản ứng với thiosunfat:
Trong môi trường axit, khi đun sôi, thiosunfat tác dụng với Cu2+ tạo thành
kết tủa đồng sunfua Cu2S màu đen:
2Cu2+ + 2S2O32- + 2H2O → Cu2S↓ + S↓ + 2SO42- + 4H+
Phản ứng với iodua kali:
KI tác dụng với Cu2+ tạo thành kết tủa đồng(I) iodua màu trắng:
2Cu2+ + 4I- → 2CuI↓ + I2
Phản ứng này thường được sử dụng để định lượng đồng theo phương pháp chuẩn độ iod-thiosunfat.
6.3. Các phản ứng của ion Cd2+
Phản ứng với thuốc thử nhóm:
Một lượng nhỏ amôniac kết tủa được Cd2+ tạo thành hidroxit cadimi, rất dễ tan trong thuốc thử dư do tạo thành ion phức không màu [Cd(NH3)4]2+:
Cd(OH)2↓ + 4NH3 → [Cd(NH3)4]2+ + 2OH-
Dưới tác dụng của H2S hoặc kiềm, phức này bị phá hủy và tạo thành kết tủa vàng tươi CdS hoặc Cd(OH)2:
[Cd(NH3)4]2+ + 2H2S → CdS + (NH4)2S + 2NH4+
[Cd(NH3)4]2+ + 2OH- → Cd(OH)2↓ + 4NH3
Phản ứng với kiềm:
Các dung dịch kiềm tác dụng với ion Cd2+ cho kết tủa màu trắng, không tan trong thuốc thử dư nhưng dễ tan trong các dung dịch axit vô cơ loãng, trong NH3 dư và tan trong các dung dịch xyanua của các kim loại kiềm:
Cd2+ + 2OH- → Cd(OH)2↓
Cd(OH)2↓ + 4NH3 → [Cd(NH3)4]2+ + 2OH-
Cd(OH)2↓ + 4CN- → [Cd(CN)4]2- + 2OH-
Phảnứng với H2S:
H2S tác dụng với Cd2+ trong môi trường axit tạo thành kết tủa cadimi sunfua CuS màu vàng tươi. Đây là phản ứng rất đặc trưng để nhận biết ion Cd2+. Màu của kết tủa phụ thuộc môi trường, trong môi trường trung tính đến axit yếu ( đến pH = 0,5), cadimi sunfua có màu vàng tươi, nếu môi trường axit mạnh hơn (đến pH < 0,5) và đun nóng, cadimi sunfua có màu thay đổi từ da cam đến nâu.
Phản ứng với KCN:
Khi thêm từ từ dung dịch KCN vào dung dịch ion Cd2+, trước tiên thấy xuất hiện kết tủa Cd(CN)2 nhưng sau đó kết tủa tan ngay trong thuốc thử dư tạo thành ion phức:
Cd2+ + 2CN- → Cd(CN)2↓
Cd(CN)2↓ + 2CN- → [Cd(CN)4]2-
Phức xyanua của cadimi là kém bền nhất trong các phức xyanua của các ion kim loại nhóm V, vì vậy có thể dùng H2S để phát hiện ion Cd2+ trong điều kiện có các cation nhóm này nếu dùng KCN để cản:
[Cd(CN)4]2- + 2H2S → CdS↓ + 2HCN + 2CN-
6.4. Các phản ứng của ion Ni2+
Phản ứng với thuốc thử nhóm:
Cũng giống như đồng và cadimi, lượng nhỏ amôniac kết tủa được Ni2+ tạo thành hidroxit cadimi dạng keo, có màu xanh lục nhạt, rất dễ tan trong thuốc thử dư do tạo thành ion phức [Ni(NH3)4]2+:
Ni(OH)2↓ + 4NH3 → [Ni(NH3)4]2+ + 2OH-
Phản ứng với kiềm:
Các dung dịch kiềm tác dụng với ion Ni2+ cho kết tủa dạng keo màu lục nhạt, không tan trong thuốc thử dư nhưng dễ tan trong các dung dịch axit vô cơ loãng, muối amôni và trong NH3 dư :
Ni2+ + 2OH- → Ni(OH)2↓
Khi có mặt kiềm, nước brôm hoặc nước clo oxyhóa hidroxit niken(II) thành hidroxit niken(III) có màu đen:
Ni(OH)2↓ + Br2 + 2OH- → Ni(OH)3↓ + 2Br-
Phản ứng với dung dịch kali feroxianua K4[Fe(CN)6]:
Kali feroxianua tạo được kết tủa Ni2[Fe(CN)6] màu vàng nâu với dung dịch ion Ni2+.
Phản ứng với dimetylglyoxim- thuốc thử Sugaeep:
Trong dung dịch amôniac, dimetylglyoxim tạo với Ni2+ muối nội phức
màu hồng tươi dimetylglyoximat niken, rất ít tan trong nước:
Đây là phản ứng rất đặc trưng để nhận biết niken. Các cation tạo hidroxit
không tan trong nước cản trở phản ứng.
6.5. Phân tích hệ thống cation nhóm V
Chương 7. PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH CÁC ANION
Đối với việc phân tích, xác định các anion, người ta cũng tìm cách chia	chúng thành từng nhóm rồi mới nhận biết từng ion một. Việc phân chia dựa trên	tính oxyhoa-khử; tính axit-bazơ hoặc tính tạo các hợp chất ít tan, tuy nhiên việc	phân chia này cũng chưa được hoàn chỉnh.
Thực tế người ta hay dùng bari clorua BaCl2 hoặc canxi clorua CaCl2 và	bạc nitrat AgNO3 làm thuốc thứ nhóm để phân các anion thành 3 nhóm như trong bảng dưới đây.
Nhóm
phân tích
Các anion
Đặc tính của
nhóm
thuốc thử
nhóm
I
Ion sunfat SO42-
Ion sunfít SO32-
Ion thiosunfat S2O32-
Ion các bonat CO32-
Ion phot phat PO42-
Ion silicat SiO32-
Ion borat BO2- hay B4O72
Muối bari của các anion này ít tan trong nước nhưng tan trong axit loãng (trừ
BaSO4)
BaCl2 trong môi trường trung tính hay kiềm yếu
II
Ion clorua Cl- 
Ion bromua Br- 
Ion iođua I- 
Ion sunfua S2-
muối bạc của các anion này it tan trong nước và trong HNO3
AgNO3 khi có
mặt HNO3
III
Ion nitrat NO3-
Ion nitrit NO2-
Muối bari và muối bạc của các anion này tan trong nước
Không có
thuốc thử nhóm
Việc tìm một số lớn các anion dựa trên sự sử dụng các phản ứng giống như đã sử dụng để phát hiện các cation. Như khi phát hiện cation Ba2+ có thể dùng ion SO42-, vì thế để tìm SO42- có thể sử dụng ion Ba2+.
Phân tích các anion có những đặc điểm riêng khác với các cation, do các anion thường không cản trở nhau. Chính vì vậy, đối với nhiều anion, ta có thể sử dụng các phản ứng đặc trưng để tìm chúng ngay trong các phần riêng của dung dịch nghiên cứu. Việc sử dụng phân tích hệ thống chỉ thực hiện trong các trường hợp phức tạp khi trong dung dịch có mặt các anion của các chất khử hay của các chất oxi hoá.
7.1. Phân tích anion nhóm I
Nhóm I bao gồm các anion SO42-, CO32-, PO43-, SiO32-, hay B4O72-, SO32-, S2O32- Các anion nhóm này có các đặc điểm là tạo với Ba2+ các muối ít tan trong nước, nhưng dễ bị hòa tan trong các axit vô cơ loãng (trừ BaSO4), vì vậy, thuốc thử nhóm bari clorua BaCl2 chỉ kết tủa các anion nói trên trong môi trường trung tính hoặc yếu. Các phản ứng quan trọng của các anion nhóm I được trình bày ở bảng 7.1
Bảng 7.1. Một số phản ứng đặc trưng của các anion nhóm I
Thuốc thử
SO42-
SO32-
S2O32-
CO32-
PO43-
SiO32-
BO2-
BaCl2 trong môi trường trung tính hay kiềm yếu
Kêt
tủa màu
trắng
BaSO4
Kết
tủa màu
trắng
BaSO3
Kết tủa
màu trắng
BaS2O3
Kết
tủa màu
trắng
BaCO3
Kết tủa
màu trắng BaHPO4 
Kết tủa
màu trắng BaSiO3
Kết tủa
màu trắng
Ba(BO2)2
Tác dụng của
HCl đối với các
muối bari
Không
tan
Tan
và có
khí
SO2
Tan và
có CO2
Tan và
có
CO2
Tan
Tan và
có
H2SiO3
tách ra
Tan
Hỗn hợp MgCl2
+ NH4OH
+NH4Cl
-
-
-
-
Kết tủa
MgNH4PO4
màu trắng
Kết tủa
màu
trắng
MgSiO3
-
Dung dịch
molipđat
(NH4)2MO4 -
HNO3
-
-
-
-
Kết tủa
màu vàng
-
-
Các axit
-
Khí
SO2
Có SO2
và S
tách ra
Khí
CO2
-
-
-
Các muối NH4+,
NH4Cl, (NH4)2SO4
-
-
-
-
-
-
-
Natrinitropruxua
Na2[Fe(CN)5NO]
-
Dung
dịch
màu
hồng
-
-
-
-
-
Fucxin
-
Làm
mất
màu
hồng
-
-
-
-
-
Màu ngọn lửa
-
-
-
-
-
-
Xanh lục
 Bari clorua BaCl2 kết tủa cả các anion của nhóm này dưới dạng kết tủa tinh thể màu trắng. Trong các kết tủa này chỉ có kết tủa BaSO4 không tan trong axit HCl, như thế có thể dùng phản ứng này để tìm ion SO42-.
Kết tủa bari cacbonat BaCO3 tan trong axit HCl, có khí CO2 thoát ra còn với kết tủa sunfit và thiosunfat BaSO3 và BaS2O3 thì có khí SO2 thoát ra. Các kết tủa bari metaborat và bari hiđrophotphat khi tan trong HCl không có khí thoát ra. Axit HCl phân huỷ bari silicat và tạo thành kết tủa của vô định hình của axit silicic.
Với dung dịch molipđat chỉ có ion PO33- cho kết tủa màu vàng amoni photphomoliđat. 
Từ dung dịch silicat, các muối amoni làm tách ra kết tủa vô định H2SiO3
7.2. Phân tích anion nhóm II
Các anion nhóm II gồm Cl-, Br-, I-, S2- và một số ion khác. Muối của các anion này với Ag+ không tan trong nước và trong NH3 khi có mặt axit HNO3 loãng. Đa số các anion nhóm I cũng tạo với AgNO3 những muối không tan trong nước. Tuy nhiên, tất cả các muối này đều tan trong HNO3 vì thế chúng không cản trở việc tìm các anion nhóm II. Một số phản ứng đặc trưng quan trọng nhất đối với các anion nhóm II được trình bày ở bảng 7.2.
Bảng 7.2. Một số phản ứng đặc trưng của các anion nhóm II
Thuốc thử
Cl-
Br-
I-
S2-
AgNO3 khi có
mặt HNO3
kết tủa màu
trắng AgCl
Kết tủa màu
vàng AgBr
Kết tủa
màu vàng
AgI
Kết tủa màu đen
Ag2S
Tác dụng của các
muối bạc với
dung dịch NH3
Tan, tạo
thành
[Ag(NH3)2]Cl
Tan rõ rệt, tạo
thành
[Ag(NH3)2]Br
Thực tế không bị hòa tan
Không tan
Các chất oxi hóa
mạnh (KMnO4,
K2Cr2O7)
Thoát ra Cl2
Thoát ra Br2
Thoát ra I2
Thoát ra S
Nước clo (khi có
mặt của benzen)
-
Màu nâu Br2
Màu tím I2
-
NaNO2 hay
KNO2 khi có mặt
của H2SO4
-
-
Thoát ra I2
-
H2SO4
-
-
-
Thoát ra khí H2S
Pb(CH3COO)2
-
-
Tinh thể
màu vàng
PbI2
-
PbCO3
-
-
-
Kết tủa vàng PbS
Fluorecxon
-
Màu hồng
eosin
Màu đỏ
eosin
-
Axit
fucxinsunfua
-
Màu tím đỏ
-
-
Na2[Fe(CN)5NO]
-
-
-
Màu tím
Na2[Fe(CN)5NO]
7.3. Phân tích anion nhóm III
Ion NO3-, NO2- và một số các anion khác thuộc nhóm III. Muối của các anion này trong đó có cả muối của bạc và của bari đều tan tốt trong nước. Anion nhóm III không có thuốc thử nhóm. Một số phản ứng của anion nhóm III được trình bày trong bảng 7.3.
Bảng 7.3. Một số phản ứng đặc trưng của các anion nhóm III
Thuốc thử
NO3-
NO2-
FeSO4 trong môi trường
axit
Vòng màu nâu của phức
[Fe(NO)SO4]
Vòng màu nâu của phức
[Fe(NO)SO4]
Điphenylamin
Tạo dung dịch màu xanh
Tạo dung dịch màu xanh
Antipyrin
Màu đỏ rõ của nitroantipyrin
Màu xanh lục rõ của
nitrozo – antipyrin
Cu + H2SO4
Tách khí NO2
-
Axit loãng HCl, H2SO4
-
Tách khí NO2
KI khi có mặt H2SO4
-
Tách I2
KMnO4 khi có mặt H2SO4
-
Làm mất màu tím
Thuốc thử Grigg
-
Tạo dung dịch màu đỏ
Đun nóng với NH4Cl
hay (NH4)2SO4
-
Tách N2
Nói chung, việc phân tích tìm các anion thường thực hiện trong từng phần dung dịch riêng, không nhất thiết phải theo một quy trình nghiêm ngặt. Người ta chỉ sử dụng các phản ứng tách trong một số trường hợp phức tạp, ví dụ như khi đồng thời có mặt các anion Cl-, Br-, I-, hay S2-, SO32-, S2O32- và SO42-.
Thường tiến hành thử trước các dung dịch phân tích để xác định trong dung dịch vắng mặt các anion nào. Sau đó, tiến hành tìm các anion riêng biệt có mặt trong dung dịch.