Mục lục bài họcĐang ở d12-b2
Identifying ions and gases
Flame tests — for metal cations
Dip a clean nichrome wire in the sample and hold it in a hot blue flame.
- lithium — red;
- sodium — yellow;
- potassium — lilac;
- calcium — orange-red;
- copper(II) — blue-green.
The wire must be cleaned in acid between tests, because sodium's strong yellow masks everything else.
Cation tests with sodium hydroxide solution
Add a few drops, then add more until in excess.
| ion | with a little $\ce{NaOH}$ | in excess |
| $\ce{Cu^2+}$ | light blue precipitate | insoluble |
| $\ce{Fe^2+}$ | green precipitate | insoluble |
| $\ce{Fe^3+}$ | red-brown precipitate | insoluble |
| $\ce{Al^3+}$ | white precipitate | dissolves |
| $\ce{Ca^2+}$ | white precipitate | insoluble |
Aluminium and calcium both give a white precipitate, so the excess step is what tells them apart: only the aluminium one redissolves.
Anion tests — each has its own acid
- carbonate — add dilute acid; it fizzes, and the gas turns limewater milky;
- chloride — add dilute nitric acid, then silver nitrate: white precipitate;
- sulfate — add dilute hydrochloric acid, then barium chloride: white precipitate.
The acid is added first to remove carbonate ions, which would otherwise give a white precipitate too and produce a false positive. Using the wrong acid ruins the test: hydrochloric acid in the chloride test adds the very ion being looked for.
Gas tests — action and result
- hydrogen — lighted splint, squeaky pop;
- oxygen — glowing splint relights;
- carbon dioxide — bubbled through limewater, turns milky;
- ammonia — turns damp red litmus blue;
- chlorine — bleaches damp litmus paper.
Thử màu ngọn lửa — nhận biết cation kim loại. Nhúng dây nicrom sạch vào mẫu rồi đưa vào ngọn lửa xanh nóng.
- liti — đỏ;
- natri — vàng;
- kali — tím hoa cà;
- canxi — đỏ cam;
- đồng(II) — xanh lam lục.
Phải rửa dây bằng axit giữa các lần thử, vì màu vàng của natri rất mạnh và che lấp mọi màu khác.
Nhận biết cation bằng dung dịch natri hiđroxit. Nhỏ vài giọt, rồi thêm tiếp cho tới dư.
- $\ce{Cu^2+}$ — kết tủa xanh lam nhạt, không tan trong kiềm dư;
- $\ce{Fe^2+}$ — kết tủa xanh lục, không tan trong kiềm dư;
- $\ce{Fe^3+}$ — kết tủa nâu đỏ, không tan trong kiềm dư;
- $\ce{Al^3+}$ — kết tủa trắng, tan trở lại trong kiềm dư;
- $\ce{Ca^2+}$ — kết tủa trắng, không tan trong kiềm dư.
Nhôm và canxi đều cho kết tủa trắng, nên chính bước thêm dư mới phân biệt được hai ion: chỉ kết tủa của nhôm tan trở lại.
Nhận biết anion — mỗi phép thử có axit riêng của nó.
- cacbonat — thêm axit loãng; hỗn hợp sủi bọt, và khí sinh ra làm nước vôi trong vẩn đục;
- clorua — thêm axit nitric loãng, rồi bạc nitrat: kết tủa trắng;
- sunfat — thêm axit clohiđric loãng, rồi bari clorua: kết tủa trắng.
Vì sao phải thêm axit trước. Axit loại bỏ ion cacbonat, vốn cũng cho kết tủa trắng và sẽ gây kết quả dương tính giả.
Và vì sao phải đúng axit. Dùng axit clohiđric trong phép thử clorua là thêm vào đúng ion đang đi tìm — mẫu nào cũng cho kết tủa trắng, và phép thử trở nên vô nghĩa. Tương tự, dùng axit sunfuric trong phép thử sunfat.
Nhận biết khí — nêu đủ thao tác và kết quả.
- hiđro — que đóm đang cháy, nghe tiếng nổ nhẹ;
- oxy — que đóm còn tàn đỏ bùng cháy trở lại;
- cacbon đioxit — sục qua nước vôi trong, nước vôi vẩn đục;
- amoniac — làm giấy quỳ đỏ ẩm chuyển xanh;
- clo — làm mất màu giấy quỳ ẩm.
Một muối trắng tan trong nước. Khi thêm dung dịch natri hiđroxit thì có kết tủa trắng, và kết tủa này tan trở lại khi thêm dư kiềm. Khi thêm axit nitric loãng rồi bạc nitrat thì có kết tủa trắng. Xác định muối đó và nêu rõ lập luận.
Bước 1 — xác định cation. Kết tủa trắng với natri hiđroxit thu hẹp khả năng còn hai ion: $\ce{Al^3+}$ và $\ce{Ca^2+}$.
Kết tủa tan trở lại trong kiềm dư — chỉ nhôm hiđroxit có tính chất này. Vậy cation là $\ce{Al^3+}$.
Chú ý nếu bỏ bước thêm dư thì hai ion này không phân biệt được: cả hai đều cho kết tủa trắng ở bước đầu.
Bước 2 — xác định anion. Kết tủa trắng với bạc nitrat (sau khi đã axit hoá) là dấu hiệu của ion clorua $\ce{Cl-}$.
Bước 3 — ghép lại. Muối là nhôm clorua. Vì $\ce{Al^3+}$ mang điện $+3$ và $\ce{Cl-}$ mang điện $-1$, công thức phải là $\ce{AlCl3}$ để trung hoà điện.
Vì sao phải thêm axit nitric trước khi cho bạc nitrat. Ion cacbonat cũng cho kết tủa trắng với bạc nitrat. Axit loãng phá huỷ mọi cacbonat có mặt (sủi bọt thành $\ce{CO2}$), nên kết tủa trắng còn lại chắc chắn là do clorua.
Và vì sao phải là axit nitric. Nếu dùng axit clohiđric, ta đã tự thêm vào ion $\ce{Cl-}$ — đúng ion đang đi tìm. Khi ấy mọi mẫu đều cho kết tủa trắng, và phép thử hoàn toàn vô nghĩa.
Giải thích vì sao phép thử ion clorua dùng axit nitric loãng còn phép thử ion sunfat dùng axit clohiđric loãng, và điều gì xảy ra nếu dùng nhầm axit trong mỗi trường hợp.
Vai trò chung của bước axit hoá. Trong cả hai phép thử, axit loãng được thêm vào trước để loại bỏ ion cacbonat. Cacbonat cũng tạo kết tủa trắng với cả bạc nitrat lẫn bari clorua, nên nếu không loại nó đi, một mẫu chứa cacbonat sẽ cho kết quả dương tính giả.
Axit phá huỷ cacbonat theo phản ứng quen thuộc, và bọt khí $\ce{CO2}$ thoát ra là dấu hiệu nhìn thấy được.
Vì sao phép thử clorua dùng axit nitric. Ion cần tìm là $\ce{Cl-}$. Nếu dùng axit clohiđric, ta tự đưa thêm ion $\ce{Cl-}$ vào ống nghiệm.
Hậu quả: mọi mẫu — kể cả mẫu hoàn toàn không chứa clorua — đều cho kết tủa trắng bạc clorua. Phép thử luôn cho kết quả dương tính, tức nó không còn phân biệt được gì.
Axit nitric an toàn vì ion $\ce{NO3-}$ không tạo kết tủa với bạc nitrat.
Vì sao phép thử sunfat dùng axit clohiđric. Ion cần tìm là $\ce{SO4^2-}$. Nếu dùng axit sunfuric, ta lại tự đưa thêm ion $\ce{SO4^2-}$ vào, và mọi mẫu sẽ cho kết tủa trắng bari sunfat.
Axit clohiđric an toàn ở đây vì ion $\ce{Cl-}$ không tạo kết tủa với bari clorua.
Nguyên tắc gói cả hai. Axit dùng để axit hoá phải là axit không chứa ion đang đi tìm. Đó là lý do hai phép thử dùng hai axit khác nhau, và là lý do đổi chỗ chúng làm cả hai phép thử vô dụng.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Experimental Techniques and Chemical Analysis gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.