陽離子的分離與鑒定

1、陽離子的分離與鑒定一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 掌握用兩酸三堿系統(tǒng)分析法對(duì)常見陽離子進(jìn)行分組分離的原理和方法。2. 掌握分離、鑒定的基本操作與實(shí)驗(yàn)技能。二. 實(shí)驗(yàn)原理 陽離子的種類較多，常見的有二十多種，個(gè)別檢出時(shí)，容易發(fā)生相互干擾，所以一般陽離子分析都是利用陽離子某些共同特性，先分成幾組， 然后再根據(jù)陽離子的個(gè)別特性加以檢出。 凡能使一組陽離子在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下生成沉淀而與其它組陽離子分離的試劑稱為組試劑，利用不同的組試劑把陽離子逐組分離再進(jìn)行檢出的方法叫做陽離子的系統(tǒng)分析。在陽離子系統(tǒng)分離中利用不同的組試劑，有很多不同的分組方案。如硫化氫分組法，兩酸、兩堿系統(tǒng)分組法。 下面介紹一種以氫氧化物酸堿性

2、與形成配合物性質(zhì)不同為基礎(chǔ)，以 HCl 、H2SO4、NH3 H2O、NaOH、 (NH4)2S為組試劑的兩酸三堿分組方法。本方法將常見的二十多種陽離子分為六組。第一組：鹽酸組Ag+，Hg22+，Pb2+第二組：硫酸組Ba2+，Ca2+，Pb2+第三組：氨合物組Cu2+，Cd2+， Zn2+，Co2+，Ni2+第四組：易溶組Na+，NH4+，Mg2+， K+第五組：兩性組Al3+，Cr3+，SbIII、V，SnII、IV 第六組：氫氧化物組Fe2+，F(xiàn)e3+， Bi3+，Mn2+，Hg2+用系統(tǒng)分析法分析陽離子時(shí)，要按照一定的順序加入組試劑，將離子一組一組沉淀下來，具體分離方法如下表。表陽離子

3、分組步驟試液(用個(gè)別檢出法鑒定NH4+、Fe2+、Fe3+) HCl 沉淀溶液第一組H2SO4、乙醇(鹽酸組 ) AgCl PbCl2沉淀溶液Hg2Cl2第二組NH3 xH2O (硫酸組 ) NH4 Cl BaSO4H2O2CaSO4?PbSO4溶液沉淀第三組第四組第五組第六組(氨合物組 ) (易溶組 ) (兩性組 ) (氫氧化物組 ) Cd(NH3)42+、Cu(NH3)42+K+、Na+NaOH Ni(NH3)42+、Co(NH3)63+Mg2+、NH4+H2O2Zn(NH3)42+(NH4)2 S ?溶液沉淀第五組第六組沉淀溶液(兩性組 ) (氫氧化物組 ) (第三組硫化物 ) (第四組

4、易溶組 )AlO2-、Cr O42-Fe(OH)3、K+、Na+、Mg2+、NH4+SbO43-、SnO32-MnO(OH)2、NaBiO3、HgNH2Cl 每組分出后，繼續(xù)再進(jìn)行組內(nèi)分離，直至鑒定時(shí)相互不發(fā)生干擾為止。在實(shí)際分析中，如發(fā)現(xiàn)某組離子整組不存在（無沉淀產(chǎn)生）、這組離子的分析就可省去。從而大大簡(jiǎn)化了分析的手續(xù)。1. 第一組 ?鹽酸組陽離子的分析本組陽離子包括Ag+、Hg22+、Pb2+，它們的氯化物難溶于水，其中 PbCl2可溶于 NH4Ac和熱水中，而AgCl 可溶于 NH3xH2O 中,因此檢出這三種離子時(shí)，可先把這些離子沉淀為氯化物，然后再進(jìn)行鑒定反應(yīng)。本組陽離子與其它組陽離

5、子的分離取分析試液20 滴，加入6molL-1 HCl 至沉淀完全，離心分離。沉淀用1molL- 1 HCl數(shù)滴洗滌后按下法鑒定Pb2+、Ag+、Hg22+的存在 (離心液中含二六組陽離子，應(yīng)保留)。(1) Pb2+的鑒定將上面得到的沉淀加入3molL- 1 NH4Ac 5 滴，在水浴中加熱攪拌，趁熱離心分離，在離心液中加入K2Cr2O7或 K2CrO4 23 滴， 黃色沉淀表示有Pb2+存在。沉淀用 3molL- 1 NH4Ac數(shù)滴加熱洗滌除去Pb2+，離心分離后，保留沉淀作Ag+ 和 Hg22+的鑒定。PbCl2 + Ac- = PbAc+ Cl -PbAc+ + CrO42 -= PbC

6、rO4+ Ac -(2) Ag+和 Hg22+的分離和鑒定將上面保留的沉淀，滴加6molxL- 1 NH3xH2O 56 滴，不斷攪拌，沉淀變?yōu)榛液谏?，表示?Hg22+存在。Hg2Cl2 + 2NH3 = HgNH2Cl+Hg +2NH4+ Cl 離心分離，在離心液中滴加HNO3酸化，如有白色沉淀產(chǎn)生，表示有Ag+ 存在。AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2+ + Cl -Ag(NH3)2+ + Cl -+ 2H+ = AgCl+ 2 NH4+第一組陽離子的分析步驟如下表。表第一組陽離子分析PbCl2、AgCl 、Hg2Cl2NH4Ac ?溶液沉淀PbAc+AgCl 、Hg 2Cl2

7、K2CrO4NH3 xH2O 沉淀PbCrO4溶液沉淀(黃色 ) Ag(NH3)2+HgNH2Cl + Hg HNO3(灰黑色 ) 沉淀 AgCl (白色 ) 2. 第二組 ?硫酸組陽離子的分析本組陽離子包括Ba2+、Ca2+、Pb2+，它們的硫酸鹽都難溶于水，但在水中的溶解度差異較大，在溶液中生成沉淀的情況也不同，Ba2+能立即析出BaSO4沉淀，Pb2+緩慢地生成PbSO4沉淀， CaSO4溶解度稍大，Ca2+只有在濃的Na2SO4中生成CaSO4沉淀但加入乙醇后溶解度能顯著地降低。用飽和 Na2CO3溶液加熱處理這些硫酸鹽時(shí)，可發(fā)生下列轉(zhuǎn)化。MSO4 + CO32- = MCO3 + S

8、O42-雖然 BaSO4的溶解度小于BaCO3，但用飽和Na2CO3反復(fù)加熱處理， 大部分 BaSO4也可轉(zhuǎn)化為 BaCO3。這三種碳酸鹽都能溶于HAc 中。硫酸鹽組陽離子與可溶性草酸鹽如(NH4)2C2 O4作用生成白色沉淀，其中 BaC2O4的溶解度較大，能溶于HAc。PbSO4能溶于飽和NH4Ac，利用這一性質(zhì)，可與Ba2+、 Ca2+分離。本組陽離子與三、四、五、六組陽離子的分離將分離第一組后保留的溶液，（含二六組陽離子） ，在水浴中加熱， 逐滴加入1molL- 1 H2SO4至沉淀完全后，再過量數(shù)滴，加入95%乙醇 45 滴，靜置35min，冷卻后離心分離（離心液中含三六組陽離子，應(yīng)

9、予保留）沉淀用混合溶液（10 滴 1molL- 1H2SO4加入乙醇 3、 4滴）洗滌12 次后，棄去洗滌液，在沉淀中加入3molL- 1 NH4 Ac 7 8 滴，加熱攪拌，離心分離，離心液按第一組鑒定Pb2+的方法鑒定Pb2+的存在。沉淀中加入10 滴飽和 Na2CO3溶液， 置沸水浴中加熱攪拌12min ，離心分離， 棄去離心液，沉淀再用飽和Na2CO3同樣處理2 次后，用約10 滴去離子水洗滌一次，棄去洗滌液，沉淀用 HAc 數(shù)滴溶解后，加入NH3 H2O 調(diào)節(jié) pH = 45，加入 K2CrO4 23 滴，加熱攪拌，生成黃色沉淀，表示有Ba2+存在。離心分離，在離心液中，加入飽和(N

10、H4)2C2O4溶液 23 滴，溫?zé)岷?，慢慢生成白色沉淀，表示有Ca2+存在。第二組的陽離子分析步驟如下表。表第二組陽離子分析 BaSO4、PbSO4、CaSO4NH4Ac ?溶液： PbAc+沉淀： BaSO4、CaSO4K2CrO4加 Na2CO3轉(zhuǎn)化沉淀? PbCrO4沉淀(黃色 ) HAc 溶液K2 CrO4?溶液沉淀(NH4)2C2O4 BaCrO4(黃色 ) 沉淀CaC2O4(白色 ) 3. 第三組 ?氨合物組陽離子的分析本組陽離子包括Cu2+、Cd2+、Zn2+、Co2+、Ni2+等離子，它們和過量的氨水都能生成相應(yīng)的氨合物，故本組稱為氨合物組。Fe3+、Al3+、Mn2+、Cr

11、3+、Bi3+、Sb3+、Sn2+、Sn4+等離子在過量氨水中因生成氫氧化物沉淀而與本組陽離子分離。由于 Al(OH)3是典型的兩性氫氧化物，能部分溶解在過量氨水中，因此加入銨鹽如NH4Cl 使 OH-的濃度降低，可以防止Al(OH)3的溶解。但是由于降低了OH-的濃度， Mn2+形成氫氧化物沉淀不完全，如在溶液中加入 H2O2，則 Mn2+可被氧化而生成溶解度較小的MnO(OH)2棕色沉淀。因此本組陽離子的分離條件為：在適量NH4Cl 存在時(shí)，加入過量氨水和適量H2O2，這時(shí)本組陽離子因形成氨合物而和其它陽離子分離。本組陽離子與四、五、六組陽離子的分離在分離第二組后保留的離心液（含三六組陽離

12、子）中，加入3molL- 1 NH4Cl 2 滴，3%H2O2 34 滴，用濃氨水堿化后，在水浴中加熱，并不斷攪拌，繼續(xù)滴加濃氨水，直至沉淀完全后再過量4 5 滴，在水浴上繼續(xù)加熱1min ，取出冷卻后離心分離，(沉淀中含五、六組陽離子， 應(yīng)予保留 )。離心液 (含三、四組陽離子 )按下列方法鑒定Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+離子。(1) Cu2+的鑒定取離心液 23 滴，加入 HAc 酸化后，加入K4Fe (CN)6溶液 12 滴，生成紅棕色（豆沙色）沉淀，表示有Cu2+存在。(2) Co2+的鑒定取離心液 23 滴，用 HCl 酸化，加入SnCl2 23 滴，飽和 KSC

13、N 溶液 23 滴，丙酮56 滴，攪拌后，有機(jī)層顯藍(lán)色，表示有Co2+存在。(3) Ni2+的鑒定取離心液 2 滴，加二乙酰二肟溶液1 滴，丙酮 2 滴，攪拌后，出現(xiàn)鮮紅色沉淀，表示有Ni2+存在。(4) Zn2+、Cd2+的分離和鑒定取離心液 15 滴，在沸水浴中加熱近沸，加入(NH4)2S溶液 56 滴，攪拌，加熱至沉淀凝聚再繼續(xù)加熱34min ，離心分離 （沉淀是哪些硫化物？為什么要長(zhǎng)時(shí)間加熱？離心液中含第四組陽離子，應(yīng)予保留）。沉淀用 0.1molL- 1 NH4Cl 溶液數(shù)滴洗滌2 次，離心分離，棄去洗滌液，在沉淀中加入2molL- 1HCl 4 5 滴，充分?jǐn)嚢杵蹋男┝蚧锟梢?/p>

14、溶解？），離心分離，將離心液在沸水浴中加熱，除盡H2S后（為什么必須除盡H2S？） ，用 6molL- 1NaOH 堿化并過量23 滴，攪拌，離心分離（離心液是什么？沉淀是什么？）。第三組陽離子分析步驟如下表。表第三組陽離子分析Cu(NH3)42+Ni(NH3)62+Co(NH3)63+ Zn(NH3)42+Cd(NH3)4+HCl ?HAc SnCl2 二乙酰二肟(NH4)2 S K4Fe(CN)6 KSCN 丙酮丙酮紅棕色沉淀藍(lán)色鮮紅色沉淀溶液沉淀表示有 Cu2+表示有 Co2+表示有 Ni2+第四組易溶組第三組硫化物K+、Na+、Mg2+、NH4+HCl 沉淀溶液 CoS、NiS、CuS

15、 Zn2+、Cd2+?NaOH 過量溶液沉淀ZnO22-HCl二苯硫腙H2S 粉紅色溶液黃色沉淀表示有 Zn2+表示有 Cd2+取離心液 5 滴加入二苯硫腙10 滴，振蕩試管，水溶液呈粉紅色，表示有Zn2+存在。沉淀用去離子水?dāng)?shù)滴洗滌12 次后，離心分離，棄去洗滌液，沉淀用2molL- 1 HCl 3 4 滴攪拌溶解，然后加入等體積的飽和H2S 溶液，如有黃色沉淀生成，表示有Cd2+存在。4. 第四組 ?易溶組陽離子的分析本組陽離子包括NH4+、K+、Na+、Mg2+，它們的鹽大多數(shù)可溶于水沒有一種共同的試劑可以作為組試劑，由于本組離子間相互干擾較少，因此可采用分別分析的方法進(jìn)行個(gè)別鑒定。由于

16、在系統(tǒng)分析過程中，多次加入氨水和銨鹽，故要用原試液鑒定NH4+。又因NH4+干擾 K+的鑒定，同時(shí)要降低Mg2+的檢出靈敏度、故檢出NH4+后，必先除NH4+，然后再鑒定 K+、Na+、Mg2+。(1) NH4+的鑒定用兩塊干燥表面皿在一塊表面皿中滴入原試液與6molL- 1NaOH 各 23 滴 ，另一塊中以潤(rùn)濕的紅色石蕊試紙或滴有奈斯勒試劑的濾紙條，然后將兩塊表面皿合在一起做成氣室，若紅色石蕊試紙變藍(lán)或奈斯勒試劑變紅棕色，表示有NH4+存在。NH4+ OH= NH3 + H2O Hg NH4+ 2HgI42- + 4OH -= O NH2 I + 3H2O + 7I-Hg 紅棕色(2) N

17、H4+的去除將分離第三組陽離子后的離心液移入坩堝中蒸發(fā)至45 滴時(shí)，滴加濃HNO310 滴(因NH4NO3分解溫度較低 )繼續(xù)蒸發(fā)至干。然后用強(qiáng)火灼燒至不冒白煙，冷卻后加水810 滴制成溶液后，從溶液中檢出K+、Na+、Mg 2+。(3) K +的鑒定取上述溶液34 滴，加入 4 5滴 Na3Co(NO2)6 溶液， 用玻棒攪拌， 并摩擦試管內(nèi)壁，片刻后，如有黃色沉淀K2 NaCo(NO2)6生成，表示有K +存在。(4) Na+的鑒定取上述溶液34 滴，加入6molL- 1HAc 1 滴與醋酸鈾酰鋅溶液78 滴，用玻棒摩擦試管內(nèi)壁，如有黃色沉淀NaAcxZn(Ac)2x3UO2 (Ac)2

18、9H2O 生成，表示有Na+存在。(5) Mg 2+的鑒定取上述溶液12 滴，加入6molL- 1NaOH 及鎂試劑各12 滴, 攪勻后，如有天藍(lán)色沉淀生成，表示有Mg 2+存在。5 第五組 (兩性組 )和第六組 (氫氧化物組 )陽離子的分析第五組陽離子有Al 、Cr、Sb、Sn元素的離子，第六組陽離子有Fe、Mn、Bi 、Hg 元素的離子。這兩組離子存在于分離第三、四組陽離子后的沉淀中，利用Al 、Cr、Sb、Sn 的氫氧化物的兩性性質(zhì)，用過量NaOH 可將這兩組陽離子進(jìn)行分離。(1) 第五組 (兩性組 )與第六組 (氫氧化物組 )陽離子的分離在分離第三、 四組陽離子后保留的沉淀中加入3%

19、H2O2溶液 34 滴, 6mol L- 1 NaOH 15滴，攪拌后，在沸水浴中加熱攪拌35min，使 CrO2-氧化為 CrO42-，并破壞過量的H2O2，離心分離，離心液作鑒定第五組陽離子用，沉淀作鑒定第六組陽離子用。(2) 第五組陽離子的鑒定 Cr3+的鑒定取離心液2 滴，加入乙醚 5 滴, 逐滴加入濃HNO3酸化，加 3%H2O2 23 滴，振蕩試管，乙醚層出現(xiàn)藍(lán)色，表示有Cr3+存在。 Al3+、SbV和 SnIV的分離與鑒定將剩余離心液用3mol L- 1H2SO4酸化，然后用6mol L- 1氨水堿化并多加幾滴，離心分離，棄去離心液，沉淀用0.1molL- 1NH4Cl 數(shù)滴洗

20、滌，加入3molL- 1 NH4Cl 及濃氨水各2 滴， (NH4)2S溶液 78 滴，在水浴中加熱至沉淀凝聚，離心分離 (沉淀是什么 ?離心液是什么 ?)。沉淀用含數(shù)滴0.1molL- 1 NH4Cl 溶液洗滌12 次后，加入H2SO4 23 滴，加熱使沉淀溶解， 然后加入6molL- 1 氨水?dāng)?shù)滴， 鋁試劑溶液2 滴，攪拌， 在沸水浴中加熱12min，如有紅色絮狀沉淀出現(xiàn)，表示有Al3+存在。離心液用HCl 逐滴中和至呈酸性后，離心分離，棄去離心液(沉淀是什么 ?)。在沉淀中加入濃 HCl 15 滴，在沸水浴中加熱充分?jǐn)嚢?，除盡H2S后，離心分離，棄去不溶物(可能為硫)，離心液供鑒定SbV

21、 和 SnIV 用。SnIV離子的鑒定取上述離心液10 滴，加入 Al 片或少許Mg 粉，在水浴中加熱使之溶解完全后， 再加濃 HCl 1 滴, 加 HgCl2 2 滴，攪拌，若有白色或灰黑色沉淀析出，表示有 SnIV存在 . SbV離子的鑒定取上述離心液1 滴，于光亮的錫箔上放置約23min，如錫片上出現(xiàn)黑色斑點(diǎn)，表示有SbV存在。(3) 第六組陽離子的鑒定在第六組沉淀中，加入3molL- 1 H2SO410 滴， 3%H2O2 23 滴，在充分?jǐn)嚢柘?，加?5min，以溶解沉淀和破壞過量的H2O2，離心分離，棄去不溶物，離心液供Mn2+、Bi3+、Hg2+和 Fe3+的鑒定。 Mn2+的鑒

22、定取離心液 2 滴，加入 HNO3數(shù)滴，加少量NaBiO3固體，攪拌，離心沉降，如溶液呈現(xiàn)紫紅色，表示有Mn2+存在。 Bi3+的鑒定取離心液 2 滴， 加 NaOH 堿化，再加入亞錫酸鈉溶液(自已配制 )數(shù)滴，若有黑色沉淀，表示有Bi3+存在。 Hg2+的鑒定取離心液2 滴，加入SnCl2數(shù)滴，白色或灰黑色沉淀析出，表示有Hg2+存在。 Fe3+的鑒定取離心液 1 滴，加入KSCN 溶液，如溶液顯紅色，表示有Fe3+存在。第五組和第六組陽離子分析步驟如下表。表第五組和第六組陽離子分析Al(OH)3、Cr(OH)3、Sb(OH)5、Sn(OH)4、Fe(OH)3、MnO(OH)2、Bi(OH)

23、3、HgNH2Cl H2O26molxL-1NaOH沉淀 (第六組 ) 溶液 (第五組 ) Fe(OH)3、MnO(OH)2、NaBiO3、HgNH2Cl AlO2-、 CrO42-、SbO43 -、SnO32-H2SO4H2O2乙醚H2SO4酸化?6molxL-1 HNO3NH3.H2O 堿化HNO3NaOH SnCl2KSCN H2 O2NaBiO3Na2SnO2溶液沉淀沉淀溶液溶液沉淀離心液(紫紅色 ) (黑色 ) (黑色 ) (血紅色 ) (藍(lán)色 ) Al(OH)3、HSbO3 (棄去 ) 示有 Mn2+示有 Bi3+示有 Hg2+示有 Fe3+示有 Cr3+H2SnO3 NH4Cl

24、NH3 .H2O (NH4)2S 沉淀溶液Al(OH)3SbS43-、SnS32-H2SO4 HCl 鋁試劑?沉淀(紅色 ) 沉淀離心液表示有 Al3+HCl (棄去 ) ?溶液沉淀(棄去 ) Sn 箔Al 片黑斑HgCl2表示有 Sb3+白色 黑色，表示有Sn2+ 三. 儀器與試劑儀器：離心機(jī)，點(diǎn)滴板。試劑：固體：NaBiO3。酸： HCl (2molL- 1)， HNO3(6molL- 1，濃 )， HAc(6molL- 1)， H2SO4 (1molL- 1，3molxL- 1)。堿： NaOH(6molL- 1)， NH3xH2O(2molL- 1， 6molL- 1，濃 )。鹽：K2

25、Cr2O7， K2CrO4， K4Fe (CN)6， SnCl2， Na2S(以上溶液濃度均為0.1molL- 1)，KSCN(0.1molL- 1，飽和 )，NH4Ac(3molL- 1)， NH4Cl (0.1molL- 1，3molL- 1 )。其它： H2O2(3%)，硫代乙酰胺(5%)，乙醇 (95%)，丙酮，乙醚，二乙酰二肟，二苯硫腙，鎂試劑，鋁試劑。四. 實(shí)驗(yàn)步驟向教師領(lǐng)取混合離子未知液一份。未知液中可能含Ag+、Pb2+、Cr3+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Mg2+、Cd2+、Al3+ 十一種離子， 按分離原理列表表示對(duì)十一種離子的分析過程，指出具體試劑

26、、 試劑量及反應(yīng)條件。將分析結(jié)果交給指導(dǎo)教師，并注明未知液號(hào)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)1. 試液 (20 滴)6molxL- 1 HCl 至沉淀完全沉淀溶液(第一組 ) 1molxL- 1 H2SO4至沉淀完全沉淀溶液(第二組 ) NH3xH2 O、NH4Cl、H2O2加熱溶液沉淀(第三、四組 ) (第五、六組 ) PbCl2溶于熱水，所以沉淀第一組離子時(shí)，不能加熱。但由于PbCl2溶解度較大，部分Pb2+將進(jìn)入第二組，可在第二組中進(jìn)行分析。也可以在沉淀第一組離子時(shí)進(jìn)行水浴加熱，并攪拌，使Pb2+ 全部進(jìn)入溶液，然后在第二組中進(jìn)行分析。 PbSO4沉淀生成較緩慢，應(yīng)用玻璃棒摩擦管壁，攪拌并加乙醇，靜置片刻才出現(xiàn)沉淀。 如加入試劑量控制不當(dāng)，Cr3+可能形成 CrO42-進(jìn)入第三、四組，可在第三組中進(jìn)行分析。2. 第五、六組的分析Al(OH)3、 Cr(OH)3、Fe(OH)3、MnO(OH)2NaOH、H2O2沉淀溶液Fe(OH)3、 、MnO(OH)2 AlO2-、CrO42-H2SO4、H2O2，加熱H2SO4酸化鑒定 Al3+鑒定 Cr3+鑒定 Fe3+鑒定 Mn2+ 加熱促使沉淀溶解，同時(shí)將溶液中過量H2O2趕盡，以免妨礙Mn2+ 鑒定。 鑒定 Mn2+ 時(shí)濃度要稀，如