Cho các dung dịch: Na₂S, Na₂SO₄, NaNO₃, NaCl. Để nhận biết các dung dịch trên cần dùng những thuốc thử trong dãy nào sau đây?

I. Nguyên tắc nhận biết

Để nhận biết 1 ion trong dung dịch, người ta thêm vào dung dịch 1 thuốc thử tạo với ion đó 1 sản phẩm đặc trưng như: chất kết tủa, hợp chất có màu, chất khí khó tan sủi bọt hoặc chất khí bay ra khỏi dung dịch…

II. Nhận biết một số cation trong dung dịch

1. Nhận biết cation Na⁺

- Để nhận biết ion Na⁺ ta dùng phương pháp vật lí thử màu ngọn lửa. Ion Na⁺ cháy cho ngọn lửa màu vàng tươi.

- Cách tiến hành: Cho một ít muối natri dưới dạng dung dịch hoặc muối rắn lên một dây platin hình khuyên gắn với một đũa thủy tinh nhỏ (dùng làm cán) rồi đưa đầu dây hình khuyên đó vào ngọn lửa đèn khí không màu thì thấy ngọn lửa nhuộm màu vàng tươi.

- Chú ý: Trong không khí của phòng thí nghiệm có nhiều bụi, trong bụi nhiều khi có lượng vết muối natri nên ta thấy ngọn lửa có màu vàng. Vì vậy, khi tiến hành thử ta nhúng dây platin nhiều lần vào dung dịch HCl sạch và chỉ kết luận sự có mặt của Na⁺ khi ngọn lửa có màu vàng tươi.

2. Nhận biết cation NH₄⁺

- Thêm lượng dư dung dịch kiềm NaOH hoặc KOH …vào dung dịch chứa ion amoni rồi đun nóng nhẹ, thấy giải phóng NH₃, có mùi khai.

- Nhận ra khí NH₃ bằng mùi khai của nó hoặc sự đổi màu của giấy quỳ tím tẩm ướt bằng nước cất (màu quỳ tím đổi sang màu xanh).

- Phương trình phản ứng dạng ion thu gọn: $N{H_4}^{+}$ + OH^-  $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$ NH_3$\uparrow$ + H₂O

3. Nhận biết cation Ba²⁺

Để nhận biết ion Ba²⁺ ta sử dụng dung dịch H₂SO₄ loãng hoặc các dung dịch chứa gốc SO₄^2-.

 + Hiện tượng: thuốc thử này tạo với ion Ba²⁺ kết tủa màu trắng không tan trong thuốc thử dư.

+ Phương trình ion thu gọn: Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

4. Nhận biết cation Al³⁺

- Để nhận biết ion Al³⁺ ta sử dụng dung dịch kiềm như: NaOH, KOH …

- Hiện tượng: Đầu tiên tạo thành hiđroxit Al(OH)₃ kết tủa keo trắng. Sau đó, kết tủa này tan trong thuốc thử (kiềm) dư.

- Phương trình ion tổng quát:

Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃↓

Al(OH)₃  + OH^- _dư → AlO₂^- + 2H₂O

5. Nhận biết các cation Fe²⁺ và Fe³⁺

a) Nhận biết cation Fe³⁺

- Để nhận biết ion Fe³⁺ ta sử dụng dung dịch kiềm (như NaOH; KOH …) hoặc dung dịch amoniac (NH₃).

- Hiện tượng: Phản ứng tạo kết tủa Fe(OH)₃ màu nâu đỏ, kết tủa không tan khi thuốc thử dư.

- Phương ion thu gọn:

+ Fe³⁺ phản ứng với dung dịch kiềm:

Fe³⁺ + 3OH^- → Fe(OH)₃ ↓ _{nâu đỏ}

+ Fe³⁺ phản ứng với dung dịch NH₃:

Fe³⁺ + 3NH₃ + 3H₂O → 3NH₄⁺ + Fe(OH)₃ ↓_{nâu đỏ}

b) Nhận biết cation Fe²⁺

- Để nhận biết ion Fe²⁺ ta sử dụng dung dịch kiềm (OH^-) ví dụ như NaOH, KOH,...

- Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa Fe(OH)₂ màu trắng hơi xanh:

Ngay sau đó, kết tủa này tiếp xúc với oxi không khí và bị oxi hóa thành Fe(OH)₃. Vì vậy, kết tủa đang từ màu trắng hơi xanh, chuyển dần sang màu vàng rồi cuối cùng thành màu nâu đỏ.

- Phương trình hóa học:

Fe²⁺ + 2OH^- → Fe(OH)₂↓ _{trắng xanh}

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)_{3↓ nâu đỏ}

6. Nhận biết cation Cu²⁺

- Để nhận biết Cu²⁺ ta dùng dung dịch NH₃.

- Hiện tượng: Ban đầu thuốc thử tạo với Cu²⁺ kết tủa Cu(OH)₂ màu xanh, sau đó kết tủa bị hòa tan trong thuốc thử dư tạo thành dung dịch có màu xanh lam đậm.

- Phương trình phản ứng:

Cu²⁺ + 2NH₃ + 2H₂O  → 2NH₄⁺  +  Cu(OH)₂↓_{xanh lam}

Cu(OH)₂  +  4NH₃  →  [Cu(NH₃)₄](OH)_{2 (phức xanh đặc trưng)}

III. Nhận biết một số anion trong dung dịch

1. Nhận biết anion NO₃^-

- Để nhận biết ion NO₃^- trong dung dịch ta có thể dùng bột Cu hoặc một vài mẩu lá Cu mỏng trong môi trường axit (axit sunfuric loãng)

- Hiện tượng: Bột Cu tan ra tạo thành dung dịch màu xanh, khí NO không màu bay lên gặp oxi của không khí, tạo thành khí NO₂ có màu nâu đỏ.

+ Phương trình hóa học minh họa:

3Cu + 8H⁺ + 2$N{O_3}^{-}$ → 3Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O

2NO _{(không màu)} + O₂ → 2NO_{2 (màu nâu đỏ)}

2. Nhận biết anion SO₄^2-

- Để nhận biết ion SO₄^2-  ta sử dụng các dung dịch muối của bari (Ba²⁺), ví dụ như BaCl₂, Ba(NO₃)₂… hoặc bari hiđroxit Ba(OH)₂.

- Hiện tượng: Phản ứng sẽ cho kết tủa trắng không tan trong nước và axit mạnh.

+ Tổng quát: SO₄^2- + Ba²⁺ → BaSO_{4 (↓ trắng)}

3. Nhận biết anion Cl^-

- Để nhận biết ion Cl^- ta sử dụng dung dịch bạc nitrat (AgNO₃).

+ Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng

+ Tổng quát: Ag⁺ + Cl^- → AgCl _{(↓ trắng)}

4. Nhận biết anion CO₃^2-

a. Để nhận biết ion (CO₃^2-) trong dung dịch ta sử dụng dung dịch axit mạnh như HCl, H₂SO₄ dư...

- Tổng quát: CO₃^2-+ 2H⁺ _dư → CO₂↑ + H₂O

- Hiện tượng: Có hiện tượng sủi bọt khí.

Ví dụ:

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂ ↑ + H₂O

b. Nhận biết ion ( CO₃^2-) bằng các hợp chất tan của Ba²⁺ hoặc Ca²⁺.

-Tổng quát: CO₃^2- + Ba²⁺ → BaCO₃ ↓_trắng

                    CO₃^2- + Ca²⁺ → CaCO₃ ↓_trắng

- Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa trắng.