常见离子的分离与鉴别

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PbC12 的 溶 解 度 随 温 度 升 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。
2. 防止Bi3+、Sb3+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+。
3. 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
本组离子以组试剂沉淀为氯化物后,首先,PbCl2溶于 热水,而AgCl、Hg2Cl2 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。
(二)组试剂与分离条件 本组与第三、四、五组的分离,是基于硫化物 溶解度的不同。本组硫化物可在0.3mol/LHCl酸性 溶液中生成,而第三组硫化物的沉淀则要求更低的 酸度。第四、五组不生成硫化物沉淀。 为了将本组比较完全地同第三组分开,我们需 要讨论以下几个问题。 1. 沉淀要求的酸度 第二组阳离子硫化物的溶度积比第三组阳离子 硫化物的溶度积小得多。在实际分析中,第二组中 较难沉淀的是CdS,它的溶度积也比第三组中溶度 积最小的ZnS要小近十万倍。
(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++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. 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 。
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++ 6C1SnCl42-=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。
1. 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. 铅的分离和鉴定
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。
硫化氢系统分析简介

硫化氢系统分析法,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 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 性进一步分离和鉴定。 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论相 结合,但其缺点是硫化氢气体有毒,会污染空气, 污染环境。
3. 络合物 本组离子都能生成多种络合物。其中最常见的 是氯络离子,因而大量Cl-存在时可影响到各简单离 子的浓度。Cu2+、Cd2+都能生成氨合或氰合络离子 Cu(NH3)42+、Cd(NH3)42+、Cu(CN)42+、Cd(CN)42+ , 它们在Cu2+、Cd2+的分离和鉴定上有很多应用。 Bi3+与I-生成黄色的碘合络离子BiI4-,用于铋的鉴定。 Hg2+与I-无色碘合络离子HgI42-,它与KOH一起的溶 液,可用于NH4+的鉴定,称为奈氏试剂。
鉴别:鉴别是根据几种物质的不同特性,区别它们各是什么物 质;
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 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。
2、物质检验的方法
物质的检验一般包括取样、操作、现象、结论四 个部分: ①“先取样,后操作”。如果样品是固体,一般
As(Ⅲ,Ⅴ) 、 Sb(Ⅲ,Ⅴ) 、 Sn(Ⅱ,Ⅳ) 、 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。
先用水溶解,配成溶液后再检验;
②要“各取少量溶液分别加入几支试管中”进行 检验,不得在原试剂瓶中进行检验; ③要“先现象,后结论”,如向Na2CO3溶液中滴 加盐酸,所观察到的现象应记录为“有气泡产生”或
“有无色气体放出”,不能说成“碳酸钠和盐酸反应,
放出二氧化碳”,或“有无色二氧化碳气体放出”。

Ksp(CdS)=7.1×10-28 Ksp(ZnS)=1.2×10-23 显然,沉淀第二组所需要的S2- 浓度远远小于沉淀第三组 所需要的。这就提供了一种可能性:控制S2- 的浓度,使 第二组硫化物沉淀,而第三组离子仍然可以留在溶液中, 从而将两组彼此分开。 控制S2- 浓度的方法,在于利用离子平衡的原理。在 溶液中,S2-的浓度是由下述平衡决定的: [H+]2[S2-]/[H2S]=K1K2=5.7×l0-8×1.2×10-15=6.8×10-23 [S2-]=6.8×10-23[H2S]/[H+]2 即硫离子浓度与氢离子浓度的平方成反比,调节溶液 的酸度就可以达到控制硫离子浓度的目的。 那么,S2- 浓度控制在多大时才能使第二组沉淀完全, 而第三组又不沉淀呢?从理论上讲这是可以通过下列方法 进行计算。
3. 银与亚汞的分离及亚ຫໍສະໝຸດ Baidu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, 残渣变黑,表示汞的存在。
4. 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。
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。

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 Ⅰ 稀HCl Ag+、Hg22+、Pb2+ 盐酸组,银组 Ⅱ H2S(TAA) ⅡA(硫化物不溶于Na2S) (0.3mol/LHCl) Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+ 硫化氢组,铜锡组 ⅡB(硫化物溶于Na2S)
Hg2+、AsⅢ,Ⅴ、SbⅢ,Ⅴ、SnⅡ,Ⅳ (NH4)2S


(NH3+NH4Cl)
(NH4)2CO3 (NH3+NH4Cl)
Al3+、Cr3+、Fe3+、Fe2+ Mn2+、Zn2+、Co2+、Ni2+ Ba2+、Ca2+ 、Sr2+
硫化铵组,铁组
碳酸铵组
V
-
Mg2+ 、K+、Na+、NH4+
可溶组,钙钠组
二、 第一组阳离子分析
(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. 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↓
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-、SO42-、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。
1、已知阳离子混合溶液的分析 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 消去实验。结合观察试液的颜色,PH值,消去不 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。

2、未知阳离子混合溶液的分析 消去不可能存在的离子,具体如下:
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
二、实验原理
1、物质的检验方法与技巧
(1)、物质检验的类型 物质检验包括鉴定、鉴别和推断等类型。 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 这种物质。若是离子化合物,必须检验它的阳离子和阴离子;
2. 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,AsⅤ 的反应速度较慢,必须采取相应 的措施将其还原为AsⅢ 。为了在组内更好地进行分离, 将SnⅡ氧化为SnⅣ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 进一步还原,得到黑色的金属汞,故将Hg22+ 还原为 Hg的反应常用于汞的鉴定。铋的阳离子主要以Bi3+形 式存在。将Bi3+还原为Bi是铋的重要鉴定反应之一。
(1)观察颜色
(2)测PH值
(3)依次用HCl,H2SO4、NaOH、氨水、H2S等组试剂进
行消去实验 (4)对未消去的离子选择合适的方法加以确证。
阳离子分析
一、 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+ 、
三、第二组阳离子的分析 (一)本组离子的分析特性 本 组 包 括 Pb2+ 、 Bi3+ 、 Cu2+ 、 Cd2+ 、 Hg2+ 、 AsⅢ,Ⅴ 、SbⅢ,Ⅴ 、SnⅡ,Ⅳ 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. 离子的存在形式 除Cu2+为蓝色外,其余均无色。铅、铋、铜、镉、 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。
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