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1、常见无机阳离子的分离与鉴别 一 实验目的 1 运用所学元素及化合物的基本知识 进行常见物质的分离和鉴别 2 进一步培养观察实验和分析现象中所遇 到的问题的能力 1 二 实验原理二 实验原理 1 1 物质的检验方法与技巧 物质的检验方法与技巧 1 1 物质检验的类型 物质检验的类型 物质检验包括鉴定 鉴别和推断等类型 物质检验包括鉴定 鉴别和推断等类型 鉴定鉴定 鉴定是根据一种物质的特性 用化学方法检验它是不是 鉴定是根据一种物质的特性 用化学方法检验它是不是 这种物质 若是离子化合物 必须检验它的阳离子和阴离子 这种物质 若是离子化合物 必须检验它的阳离子和阴离子 鉴别鉴别 鉴别是根据几种物质
2、的不同特性 区别它们各是什么物 鉴别是根据几种物质的不同特性 区别它们各是什么物 质 质 推断推断 推断是根据已知实验步骤和实验现象 运用物质特性进 推断是根据已知实验步骤和实验现象 运用物质特性进 行分析 通过推理 判断被检验的样品是什么物质 或样品中行分析 通过推理 判断被检验的样品是什么物质 或样品中 含有什么物质 不含什么物质等 含有什么物质 不含什么物质等 2 2 2 物质检验的方法 物质检验的方法 物质的检验一般包括物质的检验一般包括取样 操作 现象 结论取样 操作 现象 结论四四 个部分 个部分 先取样 后操作先取样 后操作 如果样品是固体 一般 如果样品是固体 一般 先用水溶解
3、 配成溶液后再检验 先用水溶解 配成溶液后再检验 要要 各取少量溶液分别加入几支试管中各取少量溶液分别加入几支试管中 进行进行 检验 不得在原试剂瓶中进行检验 检验 不得在原试剂瓶中进行检验 要要 先现象 后结论先现象 后结论 如向 如向NaNa 2 2 COCO 3 3 溶液中溶液中 滴加盐酸 所观察到的现象应记录为滴加盐酸 所观察到的现象应记录为 有气泡产生有气泡产生 或或 有无色气体放出有无色气体放出 不能说成 不能说成 碳酸钠和盐酸反碳酸钠和盐酸反 应 放出二氧化碳应 放出二氧化碳 或 或 有无色二氧化碳气体放出有无色二氧化碳气体放出 3 n n 1 1 已知阳离子混合溶液的分析 已知
4、阳离子混合溶液的分析 n n 根据阳离子化合物的溶解性 溶液的酸碱性的不根据阳离子化合物的溶解性 溶液的酸碱性的不 同以及相应的配合物的生成 选取合适的试剂作同以及相应的配合物的生成 选取合适的试剂作 消去实验 结合观察试液的颜色 消去实验 结合观察试液的颜色 PHPH值 消去不值 消去不 可能存在的离子 初步确定试样的组成 并对可可能存在的离子 初步确定试样的组成 并对可 能存在的离子进行确证实验 能存在的离子进行确证实验 4 n n 2 2 未知阳离子混合溶液的分析 未知阳离子混合溶液的分析 n n 消去不可能存在的离子 具体如下 消去不可能存在的离子 具体如下 1 1 观察颜色 观察颜色
5、 2 2 测 测PHPH值值 3 3 依次用 依次用HClHCl HH 2 2 SOSO 4 4 NaOHNaOH 氨水 氨水 HH 2 2 S S等组试剂进等组试剂进 行消去实验行消去实验 4 4 对未消去的离子选择合适的方法加以确证 对未消去的离子选择合适的方法加以确证 5 阳离子分析阳离子分析 一 一 常见阳离子的分组常见阳离子的分组 常见的阳离子有二十几种 我们讨论的是下列 24种 Ag Hg22 Hg2 Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 As Sb Sn Al3 Cr3 Fe3 Fe2 Mn2 Zn2 Co2 Ni2 Ba2 Ca2 Mg2 K Na NH4 在阳离子的鉴定反应中 相互
6、干扰的情况较多 实验室常用的混合阳离子分组法有硫化氢系统法和 两酸两碱系统法 6 阳离子的种类较多 个别检出时 容易发生相互干扰 所以一般阳离子分析都是利用阳离子某些共同特性 先 分成几组 然后再根据阳离子的个别特性加以检出 凡能 使一组阳离子在适当的反应条件下生成沉淀而与其它组阳 离子分离的试剂称为组试剂 利用不同的组试剂把阳离子 逐组分离再进行检出的方法叫做阳离子的系统分析 在阳 离子系统分离中利用不同的组试剂 有很多不同的分组方 案 实验室常用的混合阳离子分组法有硫化氢系统法 和两酸两碱系统法 7 硫化氢系统分析简介硫化氢系统分析简介 n n 硫化氢系统分析法 依据的主要是各阳离子硫硫化
7、氢系统分析法 依据的主要是各阳离子硫 化物以及它们的氯化物 碳酸盐和氢氧化物的溶化物以及它们的氯化物 碳酸盐和氢氧化物的溶 解度不同 按照一定顺序加入组试剂 把阳离子解度不同 按照一定顺序加入组试剂 把阳离子 分成五个组 然后在各组内根据各个阳离子的特分成五个组 然后在各组内根据各个阳离子的特 性进一步分离和鉴定 性进一步分离和鉴定 n n 硫化氢系统的优点是系统严谨 分离比较完硫化氢系统的优点是系统严谨 分离比较完 全 能较好地与离子特性及溶液中离子平衡等理全 能较好地与离子特性及溶液中离子平衡等理 论相结合 但其缺点是硫化氢气体有毒 会污染论相结合 但其缺点是硫化氢气体有毒 会污染 空气
8、污染环境 空气 污染环境 8 表1为 简化的硫化氢系统分组方案 组别 组试剂 组内离子 组的其他名称 稀HCl Ag Hg22 Pb2 盐酸组 银 组 H2S TAA A 硫化物不溶于Na2S 0 3mol LHCl Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 硫化氢组 铜锡组 B 硫化物溶于Na2S Hg2 As Sb Sn NH4 2S Al3 Cr3 Fe3 Fe2 NH3 NH4Cl Mn2 Zn2 Co2 Ni2 硫化铵组 铁 组 NH4 2CO3 Ba2 Ca2 Sr2 碳酸铵组 NH3 NH4Cl V Mg2 K Na NH4 可溶组 钙钠 组 9 10 二 二 第一组阳离子分析第一组阳离子
9、分析 一 本组离子的分析特性 一 本组离子的分析特性 本组包括Ag Hg22 Pb2 等3种离子 称 为银组 由于它们能与HCl生成氯化物沉淀 最先 从试液中分离出来 所以按顺序称为第一组 按组 试剂称为盐酸组 1 1 离子的存在形式离子的存在形式 本组三种离子均无色 银和铅主要以Ag Pb2 形式存在 亚汞离子是以共价键结合的双聚离 子 Hg Hg 故记为Hg22 但两个汞离子间的键 并不牢固 在水溶液中有如下的平衡 Hg22 Hg2 Hg 11 2 难溶化合物 本组离子具有18或18 2的电子外壳 所以都有很强的极 化作用和变形性 能同易变形的阴离子如C1 Br I CN CO32 SO4
10、2 PO43 等生成共价化合物 难溶于水 这些难化 合物的溶解度随着阴离子变形性的增大而降低 3 络合物 本组离子生成络合物的能力有很大差异 Ag 的络合能力 很强 能同多种试剂生成络合物 其中在定性分析中用得较多的 有Ag NH3 2 Ag CN 2 Ag S2O3 23 等 Pb2 的络合能力 较差 在定性分析中较有意义的除一些螯合物外 Pb Ac 42 的 生成常用于难溶铅盐 PbSO4 BaSO4 的溶解 Hg22 基本上没 有很重要的无机络合物 12 二 组试剂与分离条件 二 组试剂与分离条件 本组离子与组试剂HCl的反应为 Ag Cl AgCl 白色凝乳状 遇光变紫 变黑 Hg22
11、 2Cl Hg2Cl2 白色粉末状 Pb2 2C1 PbCl2 白色针状或片状结晶 为了创造适宜的沉淀条件 我们需要注意以下三 个问题 1 1 沉淀的溶解度沉淀的溶解度 AgC1和Hg2C12的溶解度很小 可以在本组 沉淀完全 PbCl2的溶解度较大 25 时 在其饱 和溶液中每毫升可溶解11mg之多 而且随着温度 升高 其溶解度显著增大 13 2 2 防止防止BiBi3 3 SbSb3 3 的水解 的水解 第二组离子中 Bi3 Sb3 有较强的水解倾 向 当溶液的酸度不够高时 它们生成碱式盐沉淀 Bi3 C1 H2O BiOCl 2H Sb3 Cl H2O SbOCl 2H 此种情况在溶液的
12、酸度低于1 2 1 5mol L时发生 为防止它们水解 应使上述平衡向左移 为此 要保证溶液有足够的H 浓度 本组组试剂所以采用 HCl 就是考虑到它既含有C1 又含有防止水解所 需要的H 14 3 3 防止生成胶性沉淀防止生成胶性沉淀 本组氯化银沉淀很容易生成难以分离的胶性沉淀 为防 止此种现象发生 加入适当过量的沉淀剂 以便提供使胶体 凝聚的电解质 综上所述 本组氯化物沉淀的条件是 在室温下的酸性溶液中加入适当过量的HCl 作为沉 淀剂使用的一般为6mol LHCl 三 本组离子的系统分析三 本组离子的系统分析 本组离子以组试剂沉淀为氯化物后 首先 PbCl2溶 于热水 而AgCl Hg2
13、Cl2不溶 据此可将铅与银和亚汞分 开 其次 AgC1溶于氨水 而Hg2Cl2不溶 它们与氨水各 自发生以下的反应 AgCl 2NH3 Ag NH3 2 C1 Hg2C12 2NH3 Hg NH2 C1 Hg NH4Cl 借此可将银跟亚汞分开 15 1 1 本组的沉淀本组的沉淀 取分析试液 首先检查其酸碱性 若为碱性 应以 HNO3中和至微酸性 然后加入适当过量的盐酸 适宜的 C1 浓度应为0 5mol L 而H 浓度应大于2 0mol L 此时 如有白色沉淀产生 表示本组存在 离心沉降 沉淀经 1mol lHCl洗涤作本组分析 2 2 铅的分离和鉴定铅的分离和鉴定 PbC12的溶解度随温度升
14、高而显著增大 AgCl和 Hg2Cl2的溶解度很小 虽然温度升高时也成倍增加 但其 绝对重量仍然微不足道 因此在三种氯化物沉淀上加水并加 热 则PbCl2溶解 可趁热将它分离 在此Pb2 量很大时 则离心液冷却后 即可析出PbCl2的白色针状结晶 但Pb2 量不大时 白色结晶可能不会析出 此时以HAc酸化溶液 加K2CrO4鉴定 如析出黄色PbCrO4沉淀 示有铅 16 3 3 银与亚汞的分离及亚汞的鉴定银与亚汞的分离及亚汞的鉴定 分出PbCl2后的沉淀应以热水洗涤干净 然后 加入氨水 此时AgCl溶解 生成Ag NH3 2 分出 后另行鉴定 Hg2Cl2与氨水作用 生成 HgNH2Cl Hg
15、 残渣变黑 表示汞的存在 4 4 银的鉴定银的鉴定 在分出的Ag NH3 2 溶液中加入HNO3酸化 可以重新得到AgCl白色沉淀 Ag NH3 2 C1 2H AgCl 2NH4 此现象说明有银的存在 17 18 一 本组离子的分析特性 一 本组离子的分析特性 本组包括Pb2 Bi3 Cu2 Cd2 Hg2 As Sb Sn 等离子 称为铜锡组 它们 的共同特点是不被HCl沉淀 但在0 3mol LHCl酸 性溶液中 可与H2S生成硫化物沉淀 按本组分出的 顺序 称为第二组 按照所用的组试剂 称为硫化 氢组 1 1 离子的存在形式离子的存在形式 除Cu2 为蓝色外 其余均无色 铅 铋 铜 镉
16、 汞具有显著的金属性质 在水溶液中主要以金 属离子形式存在 而砷 锑 锡等三种元素则表现 出不同程度的非金属性质 三 第二组阳离子的分析三 第二组阳离子的分析 19 它们在溶液中的主要存在形式 随酸碱环境而不同 因而当泛指该元素的离子时 只标出其氧化数而 不具体指明其存在形式 砷 锑 锡三种元素主要以阴离子形式存在于 溶液中 但由于存在下述平衡 AsO33 6H As3 3H2O SbCl63 Sb3 6C1 SnCl42 Sn2 4Cl 溶液中也或多或少地存在着简单阳离子 并能生成 相应的硫化物 如SnS2 As2S3等 所以这些元素 还是作为阳离子来研究 20 2 2 氧化还原性质氧化还原性质 砷 锑 锡三元素的离子具有两种比较稳定的价 态 它们在分析上都具有重要的意义 例如 在沉淀 本组硫化物时 As 的反应速度较慢 必须采取相应 的措施将其还原为As 为了在组内更好地进行分离 将Sn 氧化为Sn 是一般分析方案都采取的步骤 铜 汞也各有一价和二价阳离子 但Cu 不够稳 定 所以不作研究 Hg 和Hg2 都比较常见 后者是 前者的还原产物 己在第一组研究过 Hg22 很容易 被进
