实验九 混合离子的分离鉴定
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实验九 混合离子的分离鉴定
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主要内容
一、分离鉴定相关知识二、教学目的三、教学重点四、教学难点五、实验内容
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1 、离子鉴定的内涵 离子鉴定就是确定某种元素或其离子是否存在。离子鉴定反应大都是在水溶液中进行的离子反应,选择那些迅速而变化明显的反应,如溶液颜色的改变,沉淀的生成或溶解、气体的产生等。还要考虑反应的灵敏性和选择性。
一、分离鉴定相关知识
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例如 Pb2+与稀 HCl 或 K2CrO4溶液作用均能产生沉淀: Pb2+ + 2Cl- == PbCl2↓( 白色 ) Ksp(PbCl2) = 1.6×10-5
Pb2+ + CrO42- == PbCrO4↓( 黄色 ) Ksp (PbCrO4) = 2.8×10-l3
当溶液中含有少量 Pb2+ 时,加入稀 HCl 不能产生 PbCl2沉淀,但当加入 K2CrO4时,可生成 PbCrO4沉淀,溶液中含有的少量 Pb2+,可被鉴定。生成 PbCrO4的反应为Pb2+的鉴定反应。
因此,灵敏度高的反应才能作鉴定反应。 某些阳离子、阴离子的鉴定反应参阅附录 11 P144
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选择性是指与一种试剂作用的离子种类而言的。能与加入的试剂起反应的离子种类愈少,则此反应的选择性愈高。 若只对一种离子起作用,该反应为此离子的特效反应,该试剂也就是鉴定此离子的特效试剂。例如,阳离子中只有 NH4
+与强碱作用而放出 NH3气。该反应是鉴定 NH4
+的特效反应,强碱就是鉴定 NH4
+的特效试剂。
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然而,真正的特效反应不多,共存的离子往往彼此干扰测定,需要将组分一一分离。 其中沉淀分离法是常用的方法。沉淀分离法是借助形成沉淀与溶液分离的方法。一般是在试样溶液中加入适当的沉淀剂,使被鉴定组分或干扰组分沉淀析出,达到分离目的。
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2 、常见阳离子的分离与鉴定 金属元素较多,因而由它们形成的阳离子数目也较多。最常见的阳离子大约有二十余种。在阳离子的鉴定反应中,相互干扰的情况较多,很少能采用分别分析法,大都需要采用系统分析法。 完整且经典的阳离子分组法是硫化氢系统分组法,根据硫化物的溶解度不同将阳离子分成五组。此方法的优点是系统性强,分离方法比较严密;不足之处是试剂组 H2S 、 (NH4)2S 有臭味并有毒,分析步骤也比较繁杂。
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在分析已知混合阳离子体系时,如果能用别的方法分离干扰离子,则最好不用或少用硫化氢系统。常用的非硫化氢系统的离子分离方法主要是利用氯化物、硫酸盐是否沉淀,氢氧化物是否具有两性,以及它们能否生成氨配合物等。
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绝大多数金属的氯化物易溶于水,只有AgCl 、 Hg2Cl2 、 PbCl2 难溶; AgCl 可溶于NH3·H2O ; PbCl2 的溶解度较大,并易溶于热水,在Pb2+ 浓度大时才析出沉淀。 绝大多数硫酸盐易溶于水,只有
Ca2+ 、 Sr2+ 、 Ba2+ 、 Pb2+ 、 Hg22+ 的硫酸盐难溶于水;
CaSO4 的溶解度较大,只有当 Ca2+ 浓度很大时才析出沉淀; PbSO4 可溶于 NH4Ac 。
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能形成两性氢氧化物的金属离子有Al3+ 、 Cr3+ 、 Zn2+ 、 Pb2+ 、 Sb3+(锑)、 Sn2+ 、 Sn4+ 、Cu2+;在这些离子的溶液中加入适量 NaOH 时,出现相应的氢氧化物沉淀;加入过量 NaOH 后它们又会溶解成多羟基配离子,除 Ag+ 、 Hg2+ 、 Hg2
2+离子加入NaOH 后生成氧化物沉淀外,其余均生成相应的氢氧化物沉淀。值得注意的是, Fe(OH)2 和 Mn(OH)2的还原性很强,在空气中极易被氧化成 Fe(OH)3 和 MnO(OH)2。
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在 Ag+ 、 Cu2+ 、 Cd2+ 、 Zn2+ 、 Co2+ 、 Ni2+ 溶液中加入适量 NH3·H2O 时,形成相应的碱式盐或氢氧化物 (Ag+ 形成氧化物 ) 沉淀,它们全都溶于过量NH3·H2O ,生成相应的氨配离子;其中 [Co(NH3)6]2+
易被空气氧化成 [Co(NH3)6]3+ 。其他的金属离子,除HgCl2 生成 HgNH2Cl , Hg2Cl2 生成 HgNH2Cl 和 Hg
外,绝大多数在加入氨水时生成相应的氢氧化物沉淀,并且不会溶于过量 NH3·H2O 。
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3 、常见阴离子的分离与鉴定
由于阴离子间的相互干扰较少,实际上许多离子共存的机会也较少,因此大多数阴离子分析一般都采用分别分析的方法,只有少数相互有干扰的离子才采用系统分析法。
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( 1 )用 pH 试纸测试未知试液的酸碱性 如果溶液呈酸性,哪些离子不可能存在?
如果试液呈碱性或中性,可取试液数滴,用 3 mol·dm-3-
H2SO4/HCl 酸化并水浴加热。
若无气体产生,表示 CO32- 、 NO2
- 、 S2- 、SO3
2- 、 S2O32- 等离子不存在;如果有气体产生,则可根
据气体的颜色、臭味和性质初步判断哪些阴离子可能存在。
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( 2 ) 钡组阴离子的检验 在离心试管中加入几滴未知液,加入 1~2滴
1 mol·dm-3BaCl2溶液,观察有无沉淀产生。如果有白色沉淀产生,可能有 SO4
2- 、 SO32- 、 PO4
3- 、 CO32-等离子
(S2O32-的浓度大时才会产生 BaS2O3沉淀 ) 。离心分离,
在沉淀中加入数滴 6 mol·dm-3HCl ,根据沉淀是否溶解,进一步判断哪些离子可能存在。
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( 3 ) 银盐组阴离子的检验 取几滴未知液,滴加 0.1 mol·dm-3AgNO3 溶液。如果立即生成黑色沉淀,表示有 S2- 存在;如果生成白色沉淀,迅速变黄变棕变黑,则有 S2O3
2- 。但 S2O32- 浓度大
时,也可能生成 Ag(S2O3)23- 不析出沉淀。
Cl- 、 Br- 、 I- 、 CO32- 、 PO4
3- 都与 Ag+ 形成浅色沉淀,如有黑色沉淀,则它们有可能被掩盖。离心分离,在沉淀中加入 6 mol·dm-3HNO3 ,必要时加热。 若沉淀不溶或只发生部分溶解,则表示有可能Cl- 、 Br- 、 I- 存在。
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( 4 ) 氧化性阴离子检验 取几滴未知液,用稀 H2SO4酸化,加CCl4 5~6滴,再加入几滴 0.1mol·L-1KI 溶液。振荡后, CCl4层呈紫色,说明有 NO2
-存在 ( 若溶液中有 SO3
2-等,酸化后 NO2-先与它们反应而不一定氧
化 I- , CCl4层无紫色不能说明无 NO2-) 。
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( 5 ) 还原性阴离子检验 取几滴未知液,用稀 H2SO4 酸化,
然后加入 1-2 滴 0.01 mol·dm-3KMnO4 溶液。若KMnO4 的紫红色褪去,表示可能存在SO3
2- 、 S2O32- 等离子。
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二、教学目的
1 、 要求学生通过实验熟悉有关离子的特征反应。2 、 了解分离鉴定离子的方法和操作。3 、 完成未知液成份分析。
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三、教学重点1 、 各离子的特征鉴定反应。2 、 混合离子的分离鉴定方案设计。
四、教学难点 混合离子的分离鉴定方案设计
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五、实验内容
1 、分离并鉴定可能含有下列混合离子的未知液成分 (1) Cu2+ Ag+ Pb2+ Bi3+ (均为 0.1 mol·dm-3的硝酸盐) (2) Fe3+ Ni2+ Al3+ Zn2+
2、鉴定可能含有下列混合离子的未知液成分 (1) Cl- Br- I- (不做) (2) CO3
2- PO43- SO4
2-
注意事项 离心试管 离心机
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Cu2+ Ag+ Pb2+ Bi3+(10d)
∣ 2M 的 HCl4d 完全沉淀,离心分离,清液中加 HCl,无沉淀生成
↓ ↓
AgCl 白↓ PbCl2 白↓ Cu2+ Bi3+
∣ 加 0.5ml 水,水浴加热 ∣ 40%NaOH
↓ ↓ ↓ ↓
Pb2+ AgCl Bi(OH)3 Cu(OH)42- 深蓝溶液
∣ 0.1M K2CrO4 ∣ 2MNH3 离心分离 ∣ SnO22- ∣ 6MHCl
黄色 PbCrO4↓ ↓ ↓ Bi(黑色) Cu2+(蓝色溶液)
(示有 Pb2+) PbCl2白↓弃去 Ag(NH3)+ (示有 Bi3+) ∣ 6MHAc+.01MK4Fe(CN)6
∣ 酸化 Cu2Fe(CN)6↓红棕
AgCl 白↓ 示有 Cu2+
(示有 Ag+)
1. ( 1 )
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棕红色
黄色
热水溶解
624
62
26
24
3
222
4
242
22
33
22323
42
42
22
2
3263
44
2
2
3
2
CrOCrO
)(2
CNFeCuCNFeCu
OHSnBiOHOHSnBi
OHCuH]OHCu
]OH[CuOHOHCu
OHCuOHCu
OHBiOHBi
OHClNHAgOHNHAgCl
PbPb
PbClClPb
AgClClAg
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Fe3+ 、 Ni2+ 、 Al3+ 、 Zn2+ ( 10d)
丁二酮肟
2M NaOH, 过量离心分离
溶液
[Zn(OH)4]2-
Ni(OH)2 、 Fe(OH)3
沉淀
2M H2SO4
二苯硫腙 ,
CCl4 层由绿色变为棕色示有 Zn2+
红色↓示有 Ni2+
Fe3+
0.1mol/LK4Fe(CN)6
深蓝色↓示有 Fe3+
Ni2 +
6M NH3
[Ni(NH3)6]2+Fe(OH)3
[Al(OH)4]-
铝试剂
红色絮状沉淀示有 Al3 +
( 2)
-
否则 , Al3+ 、 Zn2+
未生成多羟基配离子,鉴定不出
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)()(
4
)(4
)(4
)(2
)(3
33
22
43232
63
63
43
24
2
22
33
血红色
蓝色沉淀
(苹果绿沉淀)
nn
x
NSCFenSCNFe
OnH)Ni(NHOHNHNi
FeCNKFeCNFexxKxFe
OHAlOHAl
OHZnOHZn
OHNiOHNi
OHFeOHFe
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2 、 (2) CO32- PO4
3- SO42-
27
422
4
222
3
223434444
2
661223122
BaSOBaSO
OHCOHCO
OH(黄黄色沉黄OHMoOPONHHNHHPOMoO
(黄色晶体)
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《化学的今天和明天——一门中心的实用的和创造性的科学》
( Introduction to Chemistry: The Central, Useful, and Creative Science )
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