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第二章 定性分析教学目的：应用所学的知识来处理常见离子的分析与鉴定，提高分析问题和解决问题的能力教学重点：理解组试剂的作用原理掌握阳离子的分组条件及鉴定方法教学难点：理解组试剂作用条件的掌握及混合物的分析2-1 概述定性分析的任务是鉴定物质中所含有的组分一、定性分析方法化学分析法的依据是物质间的化学反应。如果反应是在溶液中进行的，这种方法称为湿法 如果反应是在固体之间进行的这种方法称为干法， 例如焰色反应、熔珠试验(硼砂与CoO产生兰色）、 粉末研磨法等都属于干法。 干法只用少量试剂和仪器,便于在野外环境作矿物鉴定之用。 我们所要学习的主要是湿法。一 、反应的类型 定性分析中涉及的化学反应包括两大类型 一类用来分离或掩蔽离子，另一类用来鉴定离子。 要求:反应进行得完全，有足够的速度，用起 来方便，对后者还要求要有二 、鉴定反应的外部特征： (1)沉淀的生成或溶解； (2)溶液颜色的改变；（3)气体的排出；(4)特殊气味的产生三、 反应进行的条件2K+Na+Co(NO2)63-K2NaCo(NO2)6（黄）1 、 反应物的浓度只有当其浓度足够大时反应才明显现象。从理论上讲，溶液中生成沉淀的离子浓度，其乘积应大于溶度积，否则沉淀将不会发生。 但在实际的鉴定反应中，被测离子的浓度往往还要比理论上计算的浓度大若干倍,反应才能得出肯定的结果。所以加入固体 Na3Co(NO2)62、溶液的酸度在鉴定反应中，酸碱的存在可能使试剂或被测离子发生变化，也可能使反应产物受到影响 如用Na3Co(NO2)6鉴定K+时， 强酸：2Co(NO2)63-+1OH+=2Co2+5NO+7NO2+5H2O 强碱：Co(NO2)63-+3OH-Co(OH)3+6NO2-所以反应只能在中性或弱酸性溶液中进行。适宜的酸度条件可以通过加入酸碱来调节， 必要时还要用缓冲溶液来维持。例如以K2CrO4鉴定Ba2+时，要求在pH=5时生成沉淀，因此要加入HAc-NaAc缓冲溶液来保持这个酸度。 3、溶液的温度溶液的温度对某些沉淀的溶解度有影响，。 K2NaCo(NO2)6随温度升高溶解度增大， 所以应在室温下进行，但有的反应需在高温下进行 NH4+OH-=NH3+H2O 4、溶剂的影响一般的分析反应都是在水溶液中进行的， 但有时却会遇到反应产物在水中的溶解度较大或 不够稳定等情况。 这时，就需要加大可使其溶解度降低或使其稳定 性增加的有机溶剂。 5、干扰物质的影响 某一鉴定反应能否成功地鉴定某离子，除上述诸因素外，还应考虑干扰物质是否存在。在上例中NH4+与K+性质相似，如H2SO4鉴定Pb2+时，如果仅仅根据白色沉淀而断定有Pb2+，那就很不可靠，因为Ba2+、Sr2+、Hg22+等也生成类似的白色沉淀。 以NH4SCN鉴定Fe3+时，F-不应存在，因为它与Fe3+生成稳定的FeF63-离子，溶液中Fe3+的浓度大为降低，从而使鉴定反应无效。四、鉴定方法的灵敏度和选择性 （一） 鉴定方法的灵敏度用数值来表示鉴定方法灵敏的程度。它的大小通常用最低浓度和检出限量表示 1. 最低浓度 最低浓度是在一定件件下，使某鉴定反应还能得出肯定结果的该离子的最低浓度 一般 以 B 或 l:G 表示G是含有1g被鉴定离子的溶剂的质量。 （G可看成溶液的质量或体积）B则 以g ml-1为单位。两者的关系为 BG = 106 （ 106 :G= B : 1） 例如以Na3Co(NO2)6为试剂鉴定K+时， 在中性或弱酸性溶液中可以得到黄色沉淀，表示有K+存在：为测定这个反应的灵敏度，每次平行地取多个含K+离子的试液，并逐级稀释，每次取1滴(0.05ml)进行鉴定、发现直到K+浓度稀至1:12500 ，都可得到肯定的结果。若再稀释，则得到肯定结果的机会将小于半数。因此，1:12500就是该鉴定方法的极限浓度，称为此鉴定方法的最低浓度。2. 检出限量 检出限量是在一定条件下，某鉴定反应所能检出离子的最小质量，通常以微克(g)作单位来表示，并记为m。 显然，检出限量越小，反应越灵敏。这种灵敏度称为质量灵敏度。在上述鉴定K+的实例中，我们每次取的试液体积为0.05ml，其中所含K+的绝对质量m为: 1:12500=m:0.05m=10.05/12500=410-6g=4g这个4g 便是在指定条件下该方法所能鉴定的K+的最小质量， 称为此鉴定反应的检出限量。 检出限量越低，最低浓度越小，则此鉴定方法越灵敏。 3. 两种灵敏度间的换算关系 检出限量同最低浓度是相互联系的两个量，如果已知某鉴定反应的最低浓度为l:G，又知每次鉴定时所取的体积为V(ml)，则检出限量m(g)可以按下式算出:1:G = m10-6:V m = V106/G 或 m = B V 通常表示某鉴定反应的灵敏度时，要同时指出其最低浓度和检出限量。（二）鉴定反应的选择性 定性分析对鉴定反应的要求不仅是灵敏，而且希望能在其他离子共存时不受干扰地鉴定某种离子。具备这一条件的鉴定反应称为特效反应，该试剂称为特效试剂。 创造特效条件的方法主要有以下几个方面1. 控制溶液的酸度这是最常用的方法之一。 例如，BaCl2在中性或弱碱性溶液中可同SO42-、SO32-、S2O32-、CO32-、PO43-、SiO32-等多种阴离子生成白色沉淀。 但在溶液中加入HNO3使呈酸性后，则只有SO42-可同Ba2+生成白色结晶形BaSO4沉淀。这种沉淀同由SiO32-生成的H2SiO4胶状沉淀，以及由S2O32-析出的硫有明显的区别，因而成为鉴定S2O32-的特效方法。 2. 掩蔽干扰离子其方法之一，是使干扰离子生成络合物。 例如，以NH4SCN鉴定Co2+时，最严重的干扰来自Fe3+，因为它同SCN-生成血红色的络离子，掩盖了Co(SCN)42-的天蓝色。此时如在溶液中加入NaF，使Fe3+生成更稳定的无色络离子FeF63-，则Fe3+的干扰便可消除。3. 分离干扰离子 在没有更好的可以消除干扰的办法时，分离是最基本的手段。 例如，第四组阳离子的鉴定反应多数受到第三组阳离子的干扰，一般又没有更简便的方法可以消除干扰。在这种情形下，只好采用分离的办法。五、空白试验和对照试验 空白试验: 用蒸馏水代替试液以相同的方法 进行操作 主要检查溶剂、辅助试剂或器皿等是否引进外来离子， 作对照试验 用已知离子代替试液以相同的方法进行操作主要检查试剂失效或反应条件控制不当，六、 分别分析和系统分析 如果我们有足够的特效试剂，或者能够较简便地创造出特效条件而使选择试剂具有特效性 那么，我们便可以在其他离子共存的条件下，鉴定任一想要鉴定的离子。这种分析方法称为分别分析。 显然，这是一种理想的分析方案，它具有准确、快速、灵敏和机动的特点，不受鉴定顺序的限制。系统分析是按一定的步骤和顺序将离子加以逐步分离的分析方法。它首先把离子分成若干组，然后组内再细分，一直分到彼此不再干扰鉴定为止 2-2 阳离子分析我们讨论的是下列常见的Ag+、Hg22+、Hg2+、Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、As(,)、Sb(,)、Sn(,)、Al3+、Cr3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、Ba2+、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+ 等24种一、 常见阳离子与常用试剂的反应（ HCl ，H2S 、 H 2SO4 、NH3 H 2O 、Na 2CO3 ）二、 常见阳离子的分组 试剂不同，分组方案不同。最理想的是分离完全，反应速度快，一个组内离子不多，不干扰鉴定。 硫化氢系统是目前应用最广泛、且较为完善的一种分组方案， 主要依据各离子硫化物溶解度的显著差异，将常见的阳离子分成四组。用系统分析法分析阳离子时，要按照一定的顺序加入若干种试剂，将离子按组逐一地沉淀出来。这些分组用的试剂称为组试剂。表2-1 简化的硫化氢系统分组方案组别 组试剂 组内离子 其他名称 稀HCl Ag+、Hg22+、Pb2+ 盐酸组，银组 H2S A（硫化物不溶于Na2S） (0.3mol/LHCl) Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+ 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 - Ba2+、Ca2+ 、Mg2+ K+、Na+、NH4+ 可溶组，钙钠组 三、 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+。但汞离子间的键并不牢固，在水溶液中有如下的平衡： Hg22+= Hg2+ Hg k= 1/166当加入I- S2- 时生成Hg2+的化合物，加入HCl生成Hg2Cl22.、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. 当阴离子的变形性较小时，如F-、NO3-、NO2-、C1O3-、 MnO4- 等，它们与本组离子组成的盐一般是可溶的。 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(S2O3)23-等； Pb2+的络合能力较差，在定性分析中较有意义是Pb(Ac)42-的 生成常用于难溶的PbSO4、BaSO4的分离；Hg22+基本上没有很重要的无机络合物。 （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) 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 。A.同离子效应根据平衡移动的原理，在制备沉淀时，加入稍许过量的沉淀剂，可以使沉淀的溶解度减小，这就是所谓的同离子效应。 但值得注意的是，同时有多种沉淀生成时，由于各种沉淀的溶解度和性质不同其所需过量沉淀剂的浓度并不一样。 例如AgCl和Hg2C12的溶解度很小，只需稍加过量的沉淀剂。 而PbCl2的溶解度较大，所需过量沉淀剂的浓度也较大。 在这种情况下，并不是过量的沉淀剂越多越好， 因为太过量的沉淀剂也容易产生下述一些效应，反而使沉淀溶解度增大。 B盐效应沉淀剂一般都是电解质，加人太过量的沉淀剂必然会使溶液中的离子浓度显著增大 从而增强了对生成沉淀离子的引力，使它们更多地被拉入溶液。 进入溶液的离子，因受到周围异号离子的吸引也减弱了其活动能力，使它们彼此碰撞到一起而生成沉淀的机会减少， 结果使沉淀的溶解度比以前有所增大。 C络合效应大量过量沉淀剂有时可同沉淀物生成络合物，使沉淀部分或全部溶解。过量沉淀剂在溶液中所形成的最佳浓度一般是综合各方面的利弊，由实验求得的。 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-+H2OSbOCl+2H+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+。在实际分折中，最好使H+的浓度达到2.0-2.4mol/L。如估计加HCl后H+的浓度达不到，则应补充适量的HNO3，3. 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，以使胶体凝聚，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。(一般为6mol/LHCl)。使溶液中Cl-浓度为0.5mol/L，溶液的酸度为2.0-2.4mol/L。（三）本组离子的系统分析 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。离心管以流水冷却，离心沉降，沉淀经1mol/lHCl洗涤作本组分析。三、第二组阳离子的分析本组包括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。（一）本组离子的分析特性 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。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。 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，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。(Sn属于IIA组，Sn属于IIB组) 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，后者是前者的氧化产物，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。 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+都能生成氨或氰络离子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-生成黄色的碘络离子BiI4-，用于铋的鉴定。Hg2+与I-无色碘络离子HgI42-,它与KOH一起的溶液，可用于NH4+的鉴定，称为奈氏试剂。 （二）组试剂与分离条件 本组与第三、四组的分离，是基于硫化物溶解度的不同。 本组硫化物可在0.3mol/LHCl酸性溶液中生而第三组硫化物的沉淀则要求更低的酸度。 第四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。 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。 Ksp(CdS)7.110-28 Ksp(ZnS)=1.210-23 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，可以利用H2S的离解平衡即：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。 通常，当离子在溶液中的浓度降至10-5mol/L以下，一般签定反应便难于对它加以检出， 因而可以认为该离子已不存在，这也就是沉淀完全的标准。就CdS而论，当溶液中Cd2+S2-=Ksp Cd2+10-5mol/L。平衡所需要的S2+为：S2-=Ksp/Cd2+=7.110-23 根据S2-6.810-24/H+2 H+=0.31mol/L 。 这说明，只要溶液的酸度不大于0.3mol/L，那么第二组硫化物，包括较难沉淀的CdS，都可以完全沉淀出来。 为了不使第三组硫化物沉淀再计算最低的酸度。 就第三组中溶度积最小的ZnS来计算， 设Zn2+0.1mol/L，与之平衡的S2-为： Zn2+S2-Ksp=1.210-23 S2-1.210-23/0.1=1.210-22mol/L 由S2-6.810-24/H+2 求得： H+=0.24mol/L这表明，当溶液的酸度为0.24mol/L时，0.1mol/L的Zn2+还不能生成ZnS沉淀。 但如果酸度再低，ZnS的沉淀便开始生成。可见，为了使第二组与第三组分离，需要把溶液的酸度控制在 0.24-0.31mol/L之间。 事实上，沉淀本组硫化物的最适宜的酸度，是通过实验方法测得的分离第二、三组所需要的酸度约为0.3mol/LHCl，超过这个酸度，则第二组硫化物便不能完全沉淀。 相反，酸度太低不仅第三组硫化物有可能沉淀，就是对于第二组中的砷、锑、锡等硫化物沉淀也是很不利的。这是因为： 1.它们只有在酸性环境中才能产生出生成硫化物所必需的简单阳离子。以砷为例： AsO33-+6H+=As3+3H2O锑盐和锡盐的情况与此类似。 2.在中性或碱性溶液中，上述三种离子同S2-生成硫代酸盐，而不是生成硫化物沉淀。所以，在0.3mol/LHCl溶液中通H2S，是分离第二组与第三组的最佳条件。 需要指出的是，在硫化物沉淀的过程中会不断有H+释放出来，例如 Cu2+H2SCuS+2H+使得后期溶液的酸度有所增高。为了抵消这个变化，在通H2S的后期应将溶液适当地加以稀释，稀释的程度与沉淀量有关，一般稀释1倍即可。2, 五价砷的沉淀 在冷的稀HCl溶液中，三价砷可以很快地同H2S生成As2S3沉淀，而五价砷却并不宜接与H2S生成As2S5沉淀,而是通过下列三个步骤最后以As2S3的形式析出： H3AsO4+H2SH3AsO3S+H2O H3AsO3SH3AsO3+S 2H3AsO3+3H2SAs2S3+6H2O 这个过程是很慢的。为了加速反应，可以把溶液加热或在溶液中加入I-，先使五价砷还原为三价砷： AsO43-+2I-+2H+=AsO33-+I2+H2O I-转变为I2后，与H2S反应还可再生出来：I2+H2S2I-+2H+S 所以I-只起催化剂的作用，不需要加得太多。一般使用NH4I，没有NH4I时也可以用碘酒来代替， 3、防止硫化物生成胶体 硫化物，特别是IIB组硫化物生成胶体的倾向较大，为了防止这一现象发生， 第一要保持溶液的适当酸度，以促进胶体的凝聚(这个目的在调节酸度时即已达到)； 第二硫化物沉淀要在热溶液中进行。其目的是促进胶体凝聚和加速五价砷的还原。但加热也会降低H2S的溶解度从而使S2+浓度减小，不利于溶解度较大的PbS、CdS等沉淀生成，所以最后还要把溶液冷却至室温，再通H2S。 4.二价锡的氧化 在本组内部分离时，Sn属于IIA组，Sn属于IIB组，这给分析带来很大不使。为使Sn全部转化Sn，可在通人H2S之前加H2O2将Sn氧化为Sn然后将过剩的H2O2加热分解，以免以后与H2S发生作用。 综上所述，本组的沉淀条件是： 1. 在酸性时，加H2O2 将Sn氧化成Sn,然后加热破坏过量H2O2;2. 调节溶液中HCl浓度为0.3mol/L; 3. 加入NH4I少许，As还原As,(Sb也同时被还原为Sb);加热，通H2S，冷却，将试液稀释1倍，再通H2S，至本组完全沉淀。 H2S毒性较大,制备也不方便,所以一般用硫代乙酰胺(TAA)代替H2S作为组试剂原理：（在加热条件下）CH3CSNH2+H+2H2OCH3COOH+NH4+ H2S CH3CSNH2 +2NH3 CH3CNH2 +NH4+ HS CH3CSNH2 +OH- CH3COO- +NH3 +H2O +S2-具有的特点:1TAA的沉淀为均相沉淀,故得到的晶形好,易于分离和洗涤。 2TAA在90及酸性溶液中，可将As(V)、Sb(V)还原为As(III)、Sb(III)，故不需要加入NH4I。3 TAA在碱性溶液中，除可产生S2-外，还可产生一些多硫化物，可将Sn(II)氧化Sn(IV)，故不需要另加H2O2。4. 由于TAA提供的 S2-浓度低，故此时要求沉淀的酸度要小，应为0.2mol/L HCl。但在此酸度下As(III)沉淀不完全。 因此，先将酸度調到0.6mol/L,最后稀释1倍酸度为0.3mol/L， TAA在水解过程中要消耗H+,故最后稀释1倍酸度为0.2mol/L(三)铜组与锡组的分离 本组包括由八种元素所形成的离子，为了分析的方便、还可以把它们分成两个小组。 其根据是本组硫化物的酸碱性不同。 铅、铋、铜、镉的硫化物属于碱性硫化物，它们不溶于NaOH、Na2S、(NH4)2S等碱性试剂这些离子称为铜组(IIA)， 砷、锑、锡(IV)的硫化物属于两性硫化物，而且其酸性更为明显，因而能溶于上述几种碱性试剂中，称为锡组(IIB)。汞的硫化物酸性较弱，只能溶解在含有高浓度S2-的试剂Na2S中。用Na2S处理第二组硫化物时，HgS属于IIB组；用(NH4)2S处理时则属于IIA组。我们采用Na2S分离也可使用碱性TAA加热来代替Na2S。 我们采用Na2S分离，其反应是：HgS+S2-HgS22- As2S3+3S2-2AsS33- Sb2S3+3S2-2SbS33- SnS2+S2-SnS32- 使用Na2S的缺点是少量的Bi2S3和CuS溶解，而汞的含量少时容易被IIA组留住，溶解不完全。如改用(NH4)2S，则硫化锑和硫化锡溶解不完全，因而用得较少 (NH4)2Sx优于(NH4)2S，但它的缺点是可使相当多的铜进入IIB组，而锡量不大时，又容易把锡留在大量的硫化铜中。因此IIA与IIB的分离还缺乏一个理想的方案。(四)本组离子的分析（见书上）四、第三组阳离子的分析 本组包括由7种元素形成的8种离子： Al3+、Cr3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Zn2+、Co2+ Ni2+ 它们的氯化物溶于水，硫化物也不能在0.3mol/LHCl溶液中生成,只能在NH3+NH4Cl存 在下与(NH4)2S生成硫化物或氢氧化物沉淀，按分组顺序称为第三组。按所用组试剂称为硫化铵组。（一） 本组离子的分析特性 1. 离子的颜色 常见阳离子中带有颜色的，除Cu2+以外，其余都集中到本组.Al3+和Zn2+无色。表2-4列举了本组离子在不同存在形式时的颜色。这些颜色可以帮助我们对于未知物中存在某种离子作出一些预测.当然，也不应忽略，当离子含量很少或不同的颜色发生互补现象时，溶液虽然无色也不能排除有色离子的存在。2. 离子的价态本组除锌、铝之外，其余处于周期系后几族的元素，都有两种以上的价态.如Fe(2,3)，Mn(2,6,7)，Cr(3,6), Co(2,3)，Ni(2,3)等。利用价态的变化进行离子鉴定, Mn2+在稀溶液中接近无色而MnO4-却有鲜明的紫红色Cr3+的鉴定方法之一，是先在碱性溶液中将它氧化为黄色的CrO42-,然后再在酸性溶液中进一步氧化为蓝色的过氧化铬CrO5。这是铬比较特效的试法。 3. 形成络离子的能力 本组离子形成络离子的能力较强。 例如以氨水为试剂，利用形成氨络离子的反应，可以将Co(NH3)62+、Ni(NH3)62+、Zn(NH3)42+等，跟其他形成难溶氢氧化物分离.还可利用与NH4SCN形成有色络合物的性质可以鉴定Fe3+和Co2+等。 （二） 组试剂与分离条件 本组组试剂为NH3+NH4C1存在下的(NH4)2S本组离子与组试剂作用时有的生成硫化物，有的生成氢氧化物： Fe2+S2-FeS(黑) 2Fe3+3S2-Fe2S3(黑) Mn2+S2-MnS(肉色) Zn2+S2-ZnS(白) Co2+S2-CoS(黑) Ni2+S2-NiS(黑) 2A13+3S2-+6H2O2A1(OH)3(白)+3H2S 2Cr3+3S2-+6H2O2Cr(OH)3(灰绿)+3H2S铝、铬生成氢氧化物的原因是它们的氢氧化物，溶解度很小，当溶液一旦变成微碱性时，它们既会以氢氧化物形式沉淀出来。为了使本组沉淀完全，同第四组分离需要注意1. 酸度要适当A1(OH)3和Cr(OH)3都属于两性氢氧化物，酸度高时沉淀不完全，太低又容易形成偏酸盐而溶解在A13+、Cr3+的浓度都低于10-2mol/L时，Al(OH)3在pH4时沉淀,在10-12时溶解；Cr(OH)3在pH=5时沉淀，在1214时溶解。另一方面，第四组的Mg2+在pH=10.7时也开始析出Mg(OH)2沉淀。综合以上情况，沉淀本组的适宜酸度约为pH9。 但是，仅仅把溶液的pH调到9还是不行的，因为在反应过程中还有H+生成，会使pH降低。为保持pH9，应加入氨水和NH4C1，以构成缓冲体系。 2. 防止硫化物形成胶体一般硫化物都有形成胶体的倾向，而以NiS为最强。它甚至可形成暗褐色溶胶，根本无法分离。为防止这一现象，除加入NH4C1外，还须将溶液加热，以促使胶体凝聚。 如果在氨性溶液中加入硫代乙酰胺以代替(NH4)2S作为沉淀剂，则由于沉淀是在均相中缓慢生成的，所以一般不会产生胶体现象。综合上述，本组的沉淀条件是：在NH3NH4Cl存在下，向已加热的试液中加入(NH4)2S。若使用TAA作沉淀剂，则应在NH3-NH4Cl存在下加TAA，然后加热10min。 注意:NH3H2O, (NH4)2S都要新配制,因为空气中有CO2易形成 (NH4)2CO3 ,S2-被氧化成SO42-,使Ca2+ Ba2+沉淀，分出后的清液立即用HAc酸化,加热除去H 2S, 否则S2- 在碱性溶液中被氧化成SO42-,（三） 本组离子的分别鉴定 1. Fe2+的鉴定A. K3Fe(CN)6试法 Fe2+与K3Fe(CN)6试剂生成深蓝色沉淀，为滕氏蓝： Fe2+K+Fe(CN)63-KFeFe(CN)6 此沉淀不溶于稀酸，但为碱所分解： KFeFe(CN)6+3OH-Fe(OH)3+Fe(CN)64-+K+ 因此反应要在盐酸(非氧化性酸)酸性溶液中进行。虽然很多离子也同试剂生成有色沉淀，但它们在一般含量情况下都不足以掩盖Fe2+生成的深蓝色。 B邻二氮菲试法Fe2+与邻二氮菲在酸性溶液中生成稳定的红色可溶性络合物： Cu2+、Co2+、Zn2+、Ni2+、Cd2+、Sb等也能与试剂生成络合物，但不是红色，不妨碍鉴定。它们存在时仅需多加一些试剂。Fe3+大量存在时亦无干扰 2. Fe3+的鉴定Fe3+与NH4SCN或KSCN生成血红色具有不同组成的络合离子：Fe(SCN)2+、Fe(SCN)2+、Fe(SCN)3、Fe(SCN)4-、Fe(SCN)52- 、Fe(SCN)63- 碱能破坏红色络合物，生成Fe(OH)3沉淀，故反应要在酸性溶液中进行。由于HNO3有氧化性，可使SCN-受到破坏： 13NO3-+3SCN-+1OH+3SO42- +3CO2+16NO+5H2O 故不能作为酸化试剂。合适的酸化试剂是稀HCI。与SCN-产生有色化合物的离子虽然不少，但其颜色均不能掩盖由Fe3+产生的红色，Cu(SCN)2为黑色沉淀，也不影响溶液颜色的观察阴离子中F-、PO43-、C2O42-等能与Fe3+生成络离子，它们存在时会降低反应的灵敏度。NO2-与SCN-产生红色化合物NOSCN。在这情况下，可将Fe3+以SnCl2还原为Fe2+，以邻二氮菲鉴定。Fe3+在酸性溶液中与K4Fe(CN)6生成蓝色沉淀： Fe3+K+Fe(CN)64-KFeFe(CN)6强碱反应产物分解，生成Fe(OH)3沉淀；浓的强酸也能使沉淀溶解。鉴定反应要在酸性溶液中进行。与K4FeCN6生成沉淀的离子虽然很多，但它们生成的沉淀颜色都比较淡，在一般含量下不足以掩盖铁的深蓝色。Cu2+大量存在时，可事先加氨水将它分出。值得注意的是Co2+、Ni2+等与试剂生成淡绿色至绿色沉淀，不要误认为铁。能与Fe3+络合的阴离子如F-、PO43-等大量存在时会降低灵敏度或使鉴定失败，在这种情况下可先将Fe3+以SnCl2还原为Fe2+，改以邻二氮菲鉴定。 (Fe3+ 、 Fe2+应该取原始液鉴定)3. Mn2+的鉴定Mn2+在强酸性溶液中可被强氧化剂如NaBiO3、(NH4)2S2O8等氧化为MnO4-使溶液显紫红色 (1) 原理 : 2Mn2+5NaBiO3+14H+2MnO+5Bi3+5Na+7H2O (2)条件: a 强酸性(不能用HCl),否则Mn2+只能被氧化为MnO2 b Mn2+的浓度要低,即NaBiO3的用量要大. 否则Mn2+与MnO4- 进一步反应生成MnO2一些有还原性的离子有干扰，但多加一些试剂使可以消除。 4. Cr3+鉴定Cr3+ 4OH- CrO2- +H2O 2CrO2-+3H2O2+2OH-2CrO42-(黄)+4H2O 黄色CrO42-离子的出现，可初步说明Cr3+的存在，但此反应不够灵敏，也易受有色离子的干扰。为进一步证实， 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O Cr2O72-+4H2O2+2H+2CrO5+5H2OCrO5溶于水，生成蓝色的过铬酸H2CrO6后者在水溶液中很不稳定，生成后很快分解所以 a 在黄色CrO42-生成后要先加入戊醇+酸+H2O2不能颠倒顺序,否则鉴定很容易失败。 b Cr3+被氧化成CrO42-后,过量的H2O2必须加热破坏，否则酸化时.酸局部过浓,使 H2CrO6分解 5. Ni2+的鉴定 Ni2+在中性、HAc酸性或氨性溶液中与丁二酮肟产生 鲜红色螯合物沉淀，此沉淀溶于强酸、强碱和很浓的氨水，溶液的pH值以在5-10之间为宜。 Fe2+在氨性溶液中与试剂生成红色可溶性螯合物，同Ni2+产生的红色沉淀有时不易区别。为消除其干扰，可加H2O2将其氧化为Fe3+。 Fe3+、Mn2+等能与氨水生成深色沉淀的离子，可加 柠檬酸或酒石酸掩蔽. 另外，可使用纸上分离法。即在滤纸上先滴加一滴(NH4)2HPO4使Fe3+、Mn2+等与之生成磷酸盐沉淀，留在斑点的中心。镍的磷酸盐溶解度大，Ni2+可扩散到斑点的边缘。Ni2+存在时，边缘变为鲜红色。6. Co2+的鉴定 在中性或酸性溶液中Co2+与NH4SCN生成蓝色络合物Co(SCN)42-此络合物能溶于许多有机溶剂，如戊醇、丙酮等Co(SCN)42-在有机溶剂比在水中离解度更小，所以反应也更灵敏。 因此,在鉴定时,通常加入戊醇 Fe3+和Cu2+有干扰(见Fe3+的鉴定)。Fe3+单独存在时，加入NaF即可掩蔽。如两者都存在可加SnCl2将它们还原为低价离子。7. Zn2+的鉴定 (NH4)2Hg(SCN)4试法 原理 ： Co2+Hg(SCN)42+CoHg(SCN)4 (蓝色) 缓慢 Zn2+Hg(SCN)42+ZnHg(SCN)4 （白）快但当Zn2+和Co2+两种离于共存时它们与试剂生成 天蓝色混晶型沉淀，可以较快地沉出。 因此，向试剂及很稀(0.02%)的Co2+溶液中加入Zn2+ 的试液，在不断摩擦器壁的条件下如迅速得到天蓝色沉淀，则表示Zn2+存在。否则，如缓慢(超过2分钟)出现深蓝色沉淀，已不能作为Zn2+存在的证明。 条件: (1)微酸性 (2) Co2+的浓度要低, (3)Fe3+Cu2+Ni2+和大量的Co2+都能与试剂生成沉淀,可加入NaOH，将这些离子沉淀为氢氧化物然后吸取含有Zn2+的离心液，以HCl酸化，使其转化为Zn2+，再按上述方法鉴定 (4) 为了防止Zn2+过渡检出或漏检，在鉴定的同时应作 空 白试验或对照试验。 8. A13+的鉴定A13+铝试剂 pH4-5 （HAc-NaAc）生成红色螯合物 ，加氨水加热成 鲜红色絮状沉淀 条件: (1)Pb2+、Hg2+、Cu2+、Cr3+、Ca2+等与试剂生成深浅不同的红色沉淀，Fe3+与试剂生成深紫色螯合物。它们存在时，试液应以Na2CO3-Na2O2处理，上述离子中只有Cr3+以CrO42-的形式与A1O2-一起留在溶液中，但巳不干扰A13+的鉴定； 值得注意的是Na2O2的加入量要适当(pH=12)加得不时，A13+不能完全转化为AlO2-;加得太多，又容易造成Cu(OH)2和Fe(OH)3的少量溶解。 (2)酸度要适当,若碱性太强,絮状沉淀要溶解五、第四组阳离子的分析 本组包括Ca2+、Ba2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+六种离子，称为钙钠组按照本组分出的顺序称为第四组。由于没有组试剂，故又称为可溶组。（一）本组离子的主要性质 1. 离子价态的稳定性本组离子的价态稳定，而且每种离子只有一种价态，所以它们在水溶液中很难发生氧化还原反应。它们的金属都是很强的还原剂，因而其离子在水溶液中不被还原性金属(如Zn)还原。 2. 难溶化合物 本组二价离子有较多的难溶化合物，如碳酸盐、铬酸盐、硫酸盐、草酸盐和磷酸盐； 一价离子的难溶化物则很少，只有K2NaCo(NO2和NaAcZn(Ac)23UO2(Ac)29H2O。3. 络合物 本组离子生成络合物的倾向很小：主要是与氨羧络合剂，如与EDTA生成的螯合物 常用于掩蔽和定量之用。Ba2+与玫瑰红酸钠试剂生成的螯合物为红棕色沉淀，用于该离子的鉴定。Ca2+与乙二醛双缩(2-羟基苯胺)(GBHA)生成的红色螯合物，可用于鉴定Ca2+借助Ca2+能与SO42-生成Ca(SO4)22-络离子,可用于Ca2+与Ba2+的分离。 （二） 本组离子的分别鉴定 除NH4+将分出三组后的清液立即用HAc酸化,加热除去H 2S,离心分出析出的S,将试液蒸干并灼烧至不冒白烟加适量稀HCl溶解,吸取部分清液，检查NH4+是否己完全除净,如已除净，清液用于本组离子的分别鉴定 1. Ba2+的鉴定 (K2CrO4试法 ) 取已除去NH4+的酸性溶液1滴，置于黑色点滴板上，加1滴NaAc以降低溶液的酸性 (生成HAc-NaAc缓冲溶液pH=4-5) 然后加K2CrO41 滴 Ba2+存在时生成黄色BaCrO4沉淀。玫瑰红酸钠试法 Ba2+与玫瑰红酸钠在中性溶液中生成红棕色沉淀，此沉淀不溶于稀HCl溶液，但经稀HCl溶液处理后，沉淀的颗粒变得更细小，颜色更鲜红色。这一反应宜在滤纸上进行 2. Ca2+的鉴定 (CaC2O4试法 ) 向试液加入(NH4)2C2O4，pH4，Ca2+存在时生成白色CaC2O4沉淀。 当Ba2+存在时，可向溶液中加入饱和(NH4)2SO4数滴,使其生成沉淀，而CaSO4生成(NH4)2Ca(SO4)2络合物,分出沉淀后，吸取离心液后进行。 3. 镁的鉴定 Mg2+在碱性溶液中与对-硝基偶氮间苯二酚(镁试剂)生成天蓝色沉淀。此天蓝色沉淀是Mg(OH)2吸附存在于碱性溶液中的试剂(镁试剂)而生成的，此试剂在酸性溶液中显黄色，在碱性溶液中显紫红色，被Mg(OH)2吸附后显天蓝色。 很多重金属离子有干扰。一类是在碱性溶液中生成氢氧化物沉淀的离子，它们或者由于沉淀本身有颜色或者由于吸附试剂而显色； 另一类是在碱性溶液中生成偏酸根的离子，如Al3+、Cr3+、Zn2+、Pb2+、Sn， 等，它们的阴离子易被Mg(OH)2吸附，从而妨碍Mg(OH)2吸附试剂。大量的 NH4+妨碍Mg(OH)2的生成,应事先除掉 4. NH4+的鉴定NH4+与碱作用生成NH3，加热可促使其挥发。NH4+OH-=NH3+H2O 生成的NH3气可在气室中用湿润的pH试纸或滴以奈氏试剂(k2HgI4)的滤纸检验。 NH3气可使pH试纸显出蓝色，使奈氏试剂的斑点变为红棕色。此反应在一般阳离子中无干扰，但实验室空气中含氮时，容易发生过度检出现象， 为此最好同时作空白试验。 在混合物的分析中应取原液鉴定5. K+的鉴定 A亚硝酸钴钠(Na3Co(NO2)6 )试法 2K+Na+Co(NO2)63-K2NaCo(NO2)6黄色条件: Co(NO2)63-+3OH-Co(OH)3+6NO2-2Co(NO2)63-+1OH+2Co2+5NO+7NO2-+5H2O由此可见, 强酸强碱都能使试剂遭到破坏,故应在中性或HAc酸性条件NH4+与试剂生成(NH4+ )2NaCo(NO2)6黄色,严重干扰,必须除净及其他强还原剂能使试剂中的Co3+还原为Co2+，使NO2-还原为NO，也不应存在。B四苯硼化钠试法 在中性、碱性或HAc酸性溶液，K+与四苯硼化钠生成溶解度很小的白色沉淀 K+B(C6H5)4-=KB(C6H5)4NH4+与试剂生成类似的沉淀，事先必须以灼烧方法(见前述)除去。其他重金属离子的干扰可在pH=5时加EDTA掩蔽。Ag+的干扰可预先以HCl沉出，或加KCN掩蔽。6. Na+的鉴定 ( 醋酸铀酰锌试法) Na+在中性或HAc酸性溶液中与醋酸铀锌 Zn(UO2)3(Ac)3生成柠檬黄色结晶形沉淀： Na+Zn2+3UO22+9Ac-