cation nhãm IV: Fe3+, Fe2+, Bi3+, Mg2+, Mn2+
Môc tiªu
1. Tr×nh bµy vµ gi¶i thÝch ®−îc ph¶n øng cña thuèc thö nhãm víi c¸c cation nhãm IV.
2. ViÕt ®−îc mét sè ph¶n øng ®Æc tr−ng cña c¸c cation nhãm IV.
3. Gi¶i thÝch ®−îc c¸c b−íc ph©n tÝch theo s¬ ®å 3.
1. TÝnh chÊt chung
§Æc tÝnh chung cña cation nhãm IV lµ t¹o kÕt tña hydroxyd kh«ng tan
trong kiÒm d−. Hçn hîp Na2CO3 b·o hßa vµ NH4OH ®Æc lµ thuèc thö nhãm
cung cÊp OH- cho ph¶n øng:
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓ n©u ®á
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓ tr¾ng xanh
Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓ tr¾ng
Bi3+ + 3OH- = Bi(OH)3↓
Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)2↓
Sau khi t¸ch riªng ®−îc c¸c kÕt tña hydroxyd cña cation nhãm IV th×
hßa tan b»ng acid råi nhËn biÕt tõng cation b»ng c¸c ph¶n øng ®Æc tr−ng
cña chóng.
2. C¸c ph¶n øng ph©n tÝch ®Æc tr−ng cña cation nhãm IV
2.1. Víi H2O (ph¶n øng thñy ph©n)
C¸c cation nhãm IV dÔ ph¶n øng víi n−íc ®Ó t¹o kÕt tña, nªn muèn
chóng tån t¹i trong dung dÞch th× cÇn duy tr× pH cña dung dÞch thÊp.
Fe3+ + H2O = Fe(OH)2+ + H+
Fe(OH)2+ + H2O = Fe(OH)2+ + H+
Bi(NO3)3 + H2O = BiONO3 ↓ tr¾ng + 2HNO3
71
2.2. Víi NaOH
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓ n©u ®á
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓ tr¾ng xanh
Fe(OH)2 rÊt dÔ bÞ oxy hãa bëi c¸c t¸c nh©n nh− H
2O2 hay chÝnh O2
kh«ng khÝ ®Ó chuyÓn thµnh Fe(OH)3:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓
Fe(OH)2vµ Fe(OH)3 rÊt dÔ tan trong c¸c acid, nh−ng kh«ng tan trong
NH4OH.
Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓ tr¾ng
Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)2↓ tr¾ng
Riªng Mg(OH)2 do tÝch sè tan lín nªn dÔ tan trong m«i tr−êng acid
nhÑ cña muèi NH4Cl:
Mg(OH)2 Mg2+ + 2OH-
+ 2NH4Cl
2NH4OH + 2Cl-
Mn(OH)2 dÔ bÞ oxy hãa ®Ó t¹o thµnh MnO2:
Mn(OH)2 + H2O2 = MnO2 ↓ n©u ®en + 2H2O
Bi3+ + 3OH- = Bi(OH)3↓ tr¾ng
Bi(OH)3 tan trong c¸c acid, kh«ng tan trong kiÒm d−. Nh−ng khi ®un
nãng, dÔ chuyÓn thµnh mµu vµng, do bÞ mÊt n−íc:
Bi(OH)3 = BiO(OH) ↓ vµng + H2O
2.3. Víi Na2CO3
Mn2+ + Na2CO3 = MnCO3 ↓ tr¾ng + 2Na+
Fe2+ + Na2CO3 = FeCO3 ↓ tr¾ng + 2Na+
§Ó l©u trong kh«ng khÝ Èm FeCO3 bÞ oxy hãa dÇn t¹o thµnh
FeOHCO3.
4FeCO3 + O2 + 2H2O = 4FeOHCO3 ↓
2Fe3+ + 3Na2CO3 + H2O = 2FeOHCO3 ↓ ®á n©u + 6Na+ + CO2↑
FeOHCO3 dÔ bÞ biÕn thµnh Fe(OH)3 khi ®un nãng:
FeOHCO3 + H2O = Fe(OH)3 ↓ + CO2↑
2Mg2+ + 2Na2CO3 + H2O = (MgOH)2CO3 ↓ tr¾ng + 4Na+ + CO2↑
2Bi3+ + 3Na2CO3 + H2O = 2BiOHCO3 ↓ tr¾ng + 6Na+ + CO2↑
72
C¸c muèi carbonat vµ muèi carbonat base nµy ®Òu tan ®−îc trong c¸c
acid, riªng (MgOH)2CO3 cßn tan ®−îc trong muèi amoni:
(MgOH)2CO3 + 4 NH4Cl = 2MgCl2 + 2NH4OH + (NH4)2CO3
2.4. Víi H2S:
−
Trong m«i tr−êng acid:
2Bi3+ + 3H2S = Bi2S3↓®en + 6H+
2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + 2H+ + S↓
−
Trong m«i tr−êng NH3:
Fe2+ + S2- = FeS↓ ®en
2Fe3+ + 3S2- = Fe2S3↓ ®en
Mn2+ + S2- = MnS↓ hång nh¹t
C¸c kÕt tña sulfid nµy ®Òu tan ®−îc trong acid lo·ng, riªng Bi2S3 chØ
tan trong HNO3 lo·ng nãng vµ HCl ®Æc:
Bi2S3 + 2NO3- + 8H+ = 2Bi3+ + 3S ↓ + 2NO + 4H2O
2.5. Víi Na2HPO4:
4Fe2+ + 3HPO42- = FeHPO4 + Fe3(PO4)2 ↓ tr¾ng + 2H+
Trong m«i tr−êng acid acetic th× chØ t¹o thµnh Fe3(PO4)2.
Fe3+ + 2HPO42- = FePO4↓ + H2PO4-
3Mn2+ + 4HPO42- = Mn3(PO4)2↓ tr¾ng + 2H2PO4-
Ph¶n øng trªn muèn x¶y ra hoµn toµn, cÇn thªm d− NH4OH ®Ó t¹o
kÕt tña MnNH4PO4 khã tan:
Mn2+ + HPO42- + NH4OH = MnNH4PO4↓ + H2O
Mg2+ + HPO42- = MgHPO4↓ tr¾ng
Trong m«i tr−êng NH4OH + NH4Cl th× t¹o thµnh kÕt tña MgNH4PO4:
Mg2+ + HPO42- + NH4OH = MgNH4PO4 ↓ tr¾ng + H2O
2.6. Víi t¸c nh©n oxy hãa m¹nh Mn2+ → MnO4-
2Mn2+ + 5PbO2(r) + 4H+ = 2MnO4- + 5Pb2+ + 2H2O
Kh«ng mµu Mµu tÝm
2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO2(r) = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O
Kh«ng mµu Mµu tÝm
73
2.7. Víi KSCN
Fe3+ + 3KSCN = Fe(SCN)3 ↓ ®á m¸u + 3K+
Fe(SCN)3 + 3KSCN = K3[Fe(SCN)6] tan mµu ®á m¸u
2.8. Víi K3[Fe(CN)6]
3Fe2+ + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 ↓ xanh tua bin + 6K+
2.9. Víi K4[Fe(CN)6]
4Fe3+ + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 ↓ xanh phæ + 12K+
B¶ng 11: Tãm t¾t c¸c ph¶n øng ®Æc tr−ng cña cation nhãm IV
Cation
Thuèc thö Fe2+ Fe3+ Mn2+ Mg2+ Bi3+
NaOH Fe(OH)2↓ tr¾ng xanh,
hãa n©u trong
kh«ng khÝ
Fe(OH)3↓ n©u
Mn(OH)2↓tr¾ng,
hãa n©u trong
kh«ng khÝ
Mg(OH)2↓ tr¾ng Bi(OH)3↓ tr¾ng
H2O - - - -
BiOCl↓ hoÆc
BiONO3↓ tr¾ng
Na2CO3FeCO3↓ tr¾ng Fe(OH)CO3↓MnCO3↓Mg(OH)CO3↓
tr¾ng
Bi(OH)CO3↓ tr¾ng
Na2HPO4Fe3(PO4)2↓ tr¾ng FePO4↓ vµng nh¹t Mn3(PO4)2↓ tr¾ng
MgHPO4↓ hoÆc
trong m«i
tr−êng NH4OH
MgNH4PO4↓
BiPO4↓ tr¾ng
KI - - - -
BiI3↓ ®en, nÕu d−
KI th× t¹o BI4-
mµu cam
KSCN -
Fe(SCN)3↓ ®á
m¸u, hoÆc d−
SCN- t¹o phøc
tan ®á m¸u
[Fe(SCN)6]3-
- - -
K3[Fe(CN)6] Fe3[Fe(CN)6]2↓
xanh tua bin
- - - -
K4[Fe(CN)6] Fe4[Fe(CN)6]3↓
xanh phæ
H2S trong
m«i tr−êng
acid
- - - -
Bi2S3↓ ®en
PbO2 trong
m«i tr−êng
acid - - MnO4- mµu tÝm - -
74
3. S¬ ®å ph©n tÝch
S¬ ®å 3*: S¬ ®å lý thuyÕt ph©n tÝch Cation nhóm IV: Fe2+, Fe3+, Bi3+, Mn2+, Mg2+
Dung dÞch ph©n tÝch + NaCO3 b·o hßa tíi tho¸ng ®ôc råi tan
+ NH4OH ®Æc. Ly t©m, lÊy kÕt tña
Tña Fe(OH)2, Fe(OH)3, Mg(OH)2, Mn(OH)2, Bi(OH)3.
+ NH4Cl b·o hßa
N−íc ly t©m L1: Mg2+
t T×m M
g
2+
Tña T1: Fe(OH)2, Fe(OH)3, Mn(OH)2, Bi(OH)3
+ HNO3 10%, ®un s«i
Dung dÞch: Fe2+, Fe3+, Mn2+, Bi3+
Chia thµnh 4 phÇn
t T×m Bi3+
t T×m Fe2+ t T×m Fe3+ t T×m Mn2+
S¬ ®å thùc hµnh t−¬ng øng: xem s¬ ®å 3, PhÇn2. Thùc hµnh ph©n tÝch
®Þnh tÝnh
bµi tËp (bµi 6)
6.1. H·y hoµn thµnh c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng sau:
1) FeCl3 + NaOH → ... +....
2) Fe(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] → ... +....
3) Fe(NO3)2 + NaOH → ... +....
75