第一组阳离子分析
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阳离子的分离与鉴定一. 实验目的1. 掌握用两酸三碱系统分析法对常见阳离子进行分组分离的原理和方法。
2. 掌握分离、鉴定的基本操作与实验技能。
二. 实验原理阳离子的种类较多,常见的有二十多种,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。
如硫化氢分组法,两酸、两碱系统分组法。
下面介绍一种以氢氧化物酸碱性与形成配合物性质不同为基础,以HCl、H2SO4、NH3 H2O、NaOH、(NH4)2S为组试剂的两酸三碱分组方法。
本方法将常见的二十多种阳离子分为六组。
第一组:盐酸组Ag+,Hg22+,Pb2+第二组:硫酸组Ba2+,Ca2+,Pb2+第三组:氨合物组Cu2+,Cd2+,Zn2+,Co2+,Ni2+第四组:易溶组Na+,NH4+,Mg2+,K+第五组:两性组Al3+,Cr3+,Sb III、V,Sn II、IV第六组:氢氧化物组Fe2+,Fe3+, Bi3+,Mn2+,Hg2+用系统分析法分析阳离子时,要按照一定的顺序加入组试剂,将离子一组一组沉淀下来,具体分离方法如下表。
表阳离子分组步骤试液(用个别检出法鉴定NH4+、Fe2+、Fe3+)(Hg)(两性组) (氢氧化物组) (第三组硫化物) (第四组易溶组)AlO2−、Cr O42−Fe(OH)3、K+、Na+、Mg2+、NH4+SbO43−、SnO32−MnO(OH)2、NaBiO3、HgNH2Cl每组分出后,继续再进行组内分离,直至鉴定时相互不发生干扰为止。
在实际分析中,如发现某组离子整组不存在(无沉淀产生)、这组离子的分析就可省去。
从而大大简化了分析的手续。
阳离子系统分析:常见阳离子:Ag +、Hg 2+、Hg 22+、Pb 2*、Bi 3+、Cu 2+、Cd 2+、As (3 价和 5 价卜 Sb (3 价和 5 价)、Sn (2 价和 4 价)、Al 3+、Cr 3+、Fe (2 价和 3 价)、Mn 2+、Zn 2+、Co 2+、Ni 2+、Ba 2+、Ca 2+、 Mg 2+、 K +、 Na +、 NH 4+系统分析步骤: 第一组、检验铅离子、亚汞离子、银离子。
1. 加入盐酸至有 0.6mol/L -1 的氯离子剩余,补加稀硝酸至氢离子约 2.0mol/L -1,如有白色沉淀,则为氯化铅(溶解度较大,下组仍要除去铅离子)、氯化亚汞、氯化银,剩余 滤液A 用 于下组分析。
2. 验铅离子: 沉淀加水加热并趁热过滤, 加入醋酸酸化, 加入铬酸钾产生黄色沉淀铬酸铅则 有铅离子; 3. 验银离子:以上剩余沉淀用热水洗净,加入氨水,分离滤液并用硝酸酸化,滤液产生白色沉淀氯化银则有银离子; 4. 验亚汞离子:以上第 3步剩余残渣如变黑则有 Hg 22+(HgNH 2Cl+Hg )。
第二组、检验铅离子、铋离子、铜离子、镉离子、三价砷、汞离子、三价锑、四价锡。
1.往滤液A 中加入0.3mol/L -1的盐酸,通入硫化氢,加热,产生沉淀:PbS CuS HgS 均为 黑色,黑褐色Bi 2$、黄色的CdS 和SnS 、淡黄色AS 2S 3、橙红色S6S 3,剩余滤液B 用于下组 分析。
2 (铅、铋、铜、镉离子的检验)•过滤以上沉淀,加入过量硫化钠,得 沉淀A (组成有硫化 2- 3- 3-2- 铅、三硫化二铋、硫化铜、硫化镉 )和滤液C (组成有HgS -、AsS s -、SbS -、Sn S -)。
3 (铅、铋、铜、镉离子的检验)•往沉淀A 中加入6摩尔每升硝酸,沉淀溶解,在加入 1:1的甘油和过量的浓氢氧化钠,如有黄色沉淀为氢氧化镉,分离出 滤液 D 待检验,沉淀用 3 摩尔每升盐酸溶解,再稀释3倍,加入硫代乙酰胺(CHCSNH )加热,生成黄色沉淀硫化镉则有镉离子。
第三章阳离子分析
教学要求:1、常见阳离子有哪些?分析特性如何?
2、了解两酸两碱系统分析方案
3、掌握硫化氢系统分析方案(第一组是基础,第二组是重点)
第一节常见阳离子的分组
在湿法分析中,直接检出的是溶液中的离子。
常见阳离子有23种元素、25种离子。
它2+、Pb2+、Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Hg2+、As(Ⅲ、Ⅴ)、Sb(Ⅲ、Ⅴ)、Sn(Ⅱ、Ⅳ)、们是:Ag+、Hg
2
Al3+、Cr3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、和NH4+。
分组是按一定的顺序加入若干种试剂,将离子一组组沉淀出来。
用于将各组离子分离开的试剂被称为组试剂。
(组试剂的条件与作用)
这些阳离子的盐酸盐、硫酸盐、硫酸盐、硫化物、氢氧化物的溶解性是不同;硫化物的酸碱性也不相同;氢氧化物两性也不相同;与氨的络合性也不相同;部分离子氧化性也不相同。
这些相似与不同,为常见阳离子的分组和分离提供了基础。
对这些离子的分组,目前比较常见的有两种方案。
一、两酸两碱系统分组方案
分别利用盐酸、硫酸、氨水和氢氧化钠(故称为两酸两碱)为组试剂,将前述常见阳离子分为五组,如表所示。
表两酸两碱系统分组方案
4
条件不好掌握,易受污染等缺点。
二、硫化氢系统分组方案
硫化氢系统分组方案所依据的主要事实,就是各离子硫化物溶解度有明显的不同,以及根据离子的其它性质,将常见阳离子分成五组,现简化为四组(将钙、钠组合并)。
表2-1 简化的硫化氢系统分组方案
硫化氢系统的好处是分组均匀,合理。
该方案从提出到现在已有二百多年的历史,经过不
断的改进,目前已成为最完善、应用最为广泛的一种分析方案,是阳离子定性分析中的首选方案,也是我们今后要学习的内容。
但该方案也存在控制麻烦,毒性较大的缺点。
Sr 2+
碳酸盐不溶于水
碳酸盐溶于水 IV 组 碳酸铵组 V 组 钠组 NH 3+NH 4Cl
(NH 4)2CO 3
组
第二节 第一组阳离子的分析
一、本组离子的分析特性
本组包括Ag +、Hg 22+和Pb 2+三种离子,称为银组。
它们的共同特点是氯化物不溶于水,都能与盐酸作用生成氯化物沉淀,在系统分析中首先从试液中被分离出来,所以按顺序称为第一组,所用组试剂为盐酸,称为盐酸组。
1.离子的存在形式
本组三种离子都无色。
其中银和铅主要以简单的Ag +
、Pb 2+
形式存在,亚汞离子是以共价键结合的双聚离子Hg +:Hg +存在,记为Hg 22+,写的时候不能写做Hg +。
两个汞离子间的键并不牢固,在水溶液中存在这样的平衡:
+
Hg
22+
Hg
2+
Hg
平衡常数
K =[Hg 2+][Hg 22+]1
166= 当在水溶液中加入能与Hg 2+生成难溶化合物或络合物的试剂时,则平衡向右移动,生成二价汞的化合物和黑色的金属汞。
(歧化反应:同一个元素中,一部分氧化,另一部分还原)
如:+
Hg 2
2+
Hg
H 2S
HgS
+2H ++
另一方面,亚汞化合物自身也不稳定,易发生歧化反应
NaOH
Hg
2(OH)
2O
HgO
+
Hg 22+Hg +-H 2O
2.难溶化合物
能生成卤化物、氰化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、铬酸盐等难溶化合物。
Ag 2S 、PbS 黑色,不溶于盐酸,溶于硝酸;Hg 2CrO 4红褐色,相对稳定,不溶于NaOH 和稀HNO 3;AgI 黄色,不溶于氨水,用于Ag +鉴定;Ag 2CrO 4砖红色,PbCrO 4黄色;PbI 2溶于热水,冷却后析出非常漂亮的金黄色结晶,也可以用于Pb 2+鉴定
3.络合物
本组中Ag +具有较强的络合能力。
常见的有:Ag(NH 3)2+、Ag(CN)2-、Ag(S 2O 3)23-;Pb 2+络合能力较差,常见的是醋酸络合物Pb(Ac)42-,可用于PbSO 4与BaSO 4沉淀的分离(浓NaOH 亦可);Hg 22+在络合剂作用下,往往发生歧化反应而生成Hg 2+的配位化合物,因此,本身没有什么络合物。
二、组试剂的作用与分离条件
本组离子的组试剂为HCl,它在沉淀过程中起到三个作用:1.沉淀剂
本组离子与组试剂盐酸的反应为:
Ag++Cl-=AgCl↓(白色凝乳状,遇光变紫、变黑)
Hg
22++2Cl-=Hg
2
Cl
2
↓(白色粉末状)
Pb2++2Cl-=PbCl
2
↓(白色针状或片状结晶)
与其它组离子分离。
对这三种沉淀来说,AgCl和Hg
2Cl
2
溶解度都很小,但PbCl
2
的溶解度
就大得多,并随着温度的升高而显著增大,为了减少沉淀的溶解度,在沉淀过程中,根据同离子效应,加入过量的盐酸对减小沉淀的溶解度是有利的。
但沉淀剂也不可过量太多,以免
高浓度的Cl-与沉淀物发生络合反应,生成AgCl
2-和HgCl
4
2-等,此外还有盐效应的影响,致使
沉淀的溶解度增大。
实验结果表明沉淀本组离子时,Cl-的浓度以0.5mol·L-1为宜。
在这个条件下,Ag+、Hg
2
2+都能沉淀完全,但Pb2+还不能沉淀完全,部分进到第二组中去。
因此,向未知
试液中加入第一组组试剂时,未生成沉淀,只能说明Ag+,Hg
2
2+不存在,而不能说明Pb2+不存在,因为当试液中Pb2+的浓度小于1mg•ml-1,或温度较高时,Pb2+将不在第一组沉淀,而进入第二组。
只有在第二组鉴定中,进一步确定Pb2+是否存在。
2.提供H+,保持溶液的酸度足够大,防止Bi3+、Sb3+的水解在第二组离子中,Bi3+、Sb3+有较强的水解倾向,当溶液酸度不够高(小于1.2-1.5mol·L-1)时,它们会生成白色的碱式盐沉淀(BiOCl↓、SbOCl↓)而混入第一组中。
为了避免发生此种情况,应使溶液中H+的浓度达到2.0-2.4mol·L-1,有时,Cl-浓度已达到0.5mol·L-1,但酸度不够时,
可补加适量HNO
3
达到目的。
3.防止生成胶体沉淀
氯化银容易生成胶体沉淀,使沉淀难以分离,加入适当过量的HCl,起到电解质的作用,促使胶体凝聚。
综上所述,使本组离子的沉淀条件是:在室温下的酸性溶液中(补充适量HNO
3
)加入适当过量的6mol·L-1HCl溶液,使沉淀完全后,Cl-的浓度为0.5mol·L-1,溶液的酸度为2.0-2.4mol·L-1。
此时如有白色沉淀生成,表明有本组离子存在。
离心管以流水冷却后离心沉降,沉淀经1mol·L-1HCl溶液洗涤后作本组离子的分析;离心液在系统分析中留作后面几组阳离子的定性分析用。
三、本组离子的系统分析
1.Pb2+的分离和鉴定
在本组离子的氯化物沉淀中加水并用水浴加热,使PbCl
2
溶解于热水之中。
趁热分离,以
HAc酸化离心液,加入K
2CrO
4
试剂鉴定,如析出黄色沉淀(PbCrO
4
),表示有Pb2+存在。
M=0.25μg时ρ
B
=5μg·ml-1
2.Ag+与Hg22+的分离及Hg22+的鉴定
分出PbCl
2后的沉淀以热水洗涤干净,然后加入氨水搅拌。
此时AgCl溶解生成Ag(NH
3
)
2
+,
Hg
2Cl
2
与氨水作用将生成HgNH
2
Cl+Hg,残渣变灰黑表示有Hg
2
2+存在。
M=10μg ρB =200μg·mL-1
3.Ag+的鉴定
将步骤2中分出的氨性溶液用HNO
3
酸化,如重新得到白色沉淀,说明有Ag+存在。
M=0.5μg ρ
B
=10μg·mL-1
也可以在银氨溶液中加KI溶液,如出现AgI↓(黄),说明有Ag+存在。