Chuyên đề luyện thi THPT Quốc gia môn Hóa học Lớp 12 Phân tích và nhận biết cation

Trang 1 / 8

PHÂN TÍCH VÀ NHẬN BIẾT CATION

Dựa trên sự khác nhau về độ tan của các hiđroxit kim loại trong axit và bazơ kiềm như NaOH, NH3 ; người ta chia các cation thành 6 nhóm (các cation thường gặp) :

- Nhóm I : Các kim loại kiềm Li+, Na+, K+, Rb+, Cr+, (Fr+) (và NH4+) - Nhóm II : Các kim loại kiềm thổ : Ca2+. Sr2+, Ba2+ (và Ra2+) - Nhóm III : Các cation tạo được muối clorua ít tan : Ag+, Pb2+, Hg22+, Cu+, Au+ - Nhóm IV : Các cation tạo được hiđroxit tan trong kiềm dư : Be2+, Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+,

Sn2+, Sn4+. - Nhóm V : Các cation có hiđroxit tan trong dung dịch NH3 hoặc dung dịch hỗn hợp

NH3 + NH4Cl do tạo phức amin : Cu2+, Hg 2+, Ni2+, Cd2+, Co2+. - Nhóm VI : Các cation tạo được các hiđroxit ít tan trong nước, tan trong axit : Fe3+, Fe2+,

Mg2+, Mn2+.

A. Các cation kim loại kiềm (Nhóm I) : Li+, Na+, K+, NH4+ I. Tính chất chung : Các cation nhóm I đều không màu.

- Hiđroxit kim loại kiềm là bazơ mạnh, - Ion kim loại kiềm : trung tính - Ion NH4+ có tính axit yếu : NH4+ NH3 + H+ K = 10-9,24 II. Phương pháp nhận biết : 1. Dựa vào vào ngọn lửa : Lấy 1 dây Pt, tẩm HCl. Đốt nóng ở ngọn lửa đèn khí cho đến sạch (màu ngọn lửa không đổi). Nhúng đầu dây Pt vào dung dịch thử rồi đưa vào ngọn lửa :

Li+: đỏ chói; Na+ : màu vàng; K+ : màu tím Rb+, Cs+ : tím hồng 2. Nhận biết NH4+ : Dùng dung dịch NaOH và quì tím (đỏ) ẩm.

B. Các cation kim loại kiềm thổ : Ca2+. Sr2+, Ba2+ I. Tính chất chung : - Các cation kim loại nhóm II cũng không màu và có tính axit yếu

M2+ + H20 MOH+ + H+ (K : rất bé) - Các muối cacbonat, sunfat đều ít tan, CaSO4 tan nhiều nhất, muốn ↓ hoàn toàn ion Ca2+ dưới dạng CaSO4 thường phải thêm ít rượu etylic. II. Sơ đồ phân tích :

D2 phân tích (3 giọt) + (D2 H2SO4 + Rượu etylic)

↓ sunfat nhóm II Bỏ

+ D2 Na2CO3 bão hoà, t0 (nhiều lần)

Bỏ ↓ cacbonat nhóm II

+ D2 CH3COOH đặc (đến tan) + D2 K2Cr2O7

DeThi.edu.vn

Trang 2 / 8

BaCrO4  (vàng) Sn2+, Ca2+

+ D2 CaSO4 bão hoà + D2 (NH4)2SO4 bão hoà

SrSO4 ↓ trắng + D2 (NH4)2C2O4 SrSO4↓

CaC2O4 ↓ trắng

C. Các cation kim loại tạo được muối clorua ít tan (nhóm III) : Ag+, Pb2+, (Hg22+) I. Tính chất chung :Ion Ag+, Pb2+ : không màu

Ion Ag+có tính axt rất yếu, ion Pb2+ có tính axit yếu Ag+ + H2O AgOH + H+, K= 10-11,7; pH dung dịch 0,01M ≈ 6,7 Pb2+ + H2O PbOH+ + H+, K= 10-6,18; pH dung dịch 0,01M ≈ 4 II. Sơ đồ phân tích :

D2 phân tích + D2 HCl 2M

↓ clorua nhóm III Các cation khác

+ Nước, đun nóng

Pb2+ AgCl (+ Hg2Cl2) + D2 NH3 2M + D2 KI + D2 K2CrO4 Ag(NH3)2Cl Hg + HgNH2Cl PbI2 ↓ vàng PbCrO4 ↓ vàng + D2 HNO3 (Đen)

Tan trong OH-

AgCl ↓ trắng D. Các cation kim loại tạo được hiđroxit tan trong OH- dư (Nhóm IV) : Al3+, Cr3+, Zn2+

Sơ đồ phân tích :

D2 phân tích + D2 HCl 2M Clorua nhóm III + D2 H2SO4 1M (+ C2H5OH)

+ D2 NaOH 2M dư (đến đục) Sunfat nhóm II

+ 3 - 5 giọt H2O2, t0 + 1/4 V d2 NaOH 2M

+ NH4Cl rắn, t0 Hiđroxit các nhóm khác

DeThi.edu.vn

Trang 3 / 8

Zn(NH3)42+, CrO42- Al(OH)3 ↓ trắng keo (Cô cạn còn ½ V)

+ D2 AgNO3 (+ vài giọt d2 HNO3) + D2 HNO3 1M

+ D2 Na2S Ag2CrO4 ↓ đỏ gạch ZnS ↓ trắng E. Cation tạo được hiđroxit tan trong NH3 dư (Nhóm V) : Cu2+ (Ag+, Zn2+)

NH3 tạo với Cu2+ phức màu xanh đậm bền, rất đặc trưng (Phản ứng dùng để phát hiện ion Cu2+)

Cu2+ + 4NH3 Cu(NH3)42+ 4 = 1012,03 Phức Cu(NH3)42+ dễ bị phân huỷ bởi axit và dưới tác dụng của ion S2- tạo ↓ ít tan: Cu(NH3)2+ + 4H+ Cu2+ + 4NH4+

Cu(NH3)2+ + S2- CuS ↓ + 4NH3 F. Các cation tạo hiđroxit ít tan trong kiềm dư và trong dung dịch NH3 (Nhóm VI):

Fe3+, Fe2+, Mg2+, Mn2+.

Sơ đồ phân tích:

D2 phân tích (nhóm VI) + D2 NaOH 2M + H2O2, to Mg(OH)2, Fe(OH)3, MnO(OH)2 Bỏ + D2 HNO3 2M, t0

MnO(OH)2 Mg2+, Fe3+ + (PbO2 + HNO3 đặc), t0 + D2 NH3 2M

MnO4-, tím Fe(OH)3 đỏ nâu Mg2+

+ D2 Na2HPO4 MgNH4PO4 ↓ trắng  Chú ý : Các ion Fe2+ và Fe3+ phải được phát hiện từ dung dịch đầu vì trong quá trình phân tích, hoá trị của chúng thay đổi. * Phản ứng phát hiện Fe2+ : Dùng K3[Fe(CN)6] Fe2+ + Fe(CN)63- Fe3[Fe(CN)6]2 

(Xanh tuốc bin) Phải thực hiện ở pH < 7, không có mặt chất oxi hoá để Fe2+ không bị oxi hoá. …