阳离子的分离与鉴定

1、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

2、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+，SbIII、V，SnII、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

3、分组步骤试液(用个别检出法鉴定NH4+、Fe2+、Fe3+) HCl 沉淀溶液第一组H2SO4、乙醇(盐酸组 ) AgCl PbCl2沉淀溶液Hg2Cl2第二组NH3 xH2O (硫酸组 ) NH4 Cl BaSO4H2O2CaSO4?PbSO4溶液沉淀第三组第四组第五组第六组(氨合物组 ) (易溶组 ) (两性组 ) (氢氧化物组 ) Cd(NH3)42+、Cu(NH3)42+K+、Na+NaOH Ni(NH3)42+、Co(NH3)63+Mg2+、NH4+H2O2Zn(NH3)42+(NH4)2 S ?溶液沉淀第五组第六组沉淀溶液(两性组 ) (氢氧化物组 ) (第三组硫化物 ) (第四组

4、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。1. 第一组 ?盐酸组阳离子的分析本组阳离子包括Ag+、Hg22+、Pb2+，它们的氯化物难溶于水，其中 PbCl2可溶于 NH4Ac和热水中，而AgCl 可溶于 NH3xH2O 中,因此检出这三种离子时，可先把这些离子沉淀为氯化物，然后再进行鉴定反应。本组阳离子与其它组阳离

5、子的分离取分析试液20 滴，加入6molL-1 HCl 至沉淀完全，离心分离。沉淀用1molL- 1 HCl数滴洗涤后按下法鉴定Pb2+、Ag+、Hg22+的存在 (离心液中含二六组阳离子，应保留)。(1) Pb2+的鉴定将上面得到的沉淀加入3molL- 1 NH4Ac 5 滴，在水浴中加热搅拌，趁热离心分离，在离心液中加入K2Cr2O7或 K2CrO4 23 滴， 黄色沉淀表示有Pb2+存在。沉淀用 3molL- 1 NH4Ac数滴加热洗涤除去Pb2+，离心分离后，保留沉淀作Ag+ 和 Hg22+的鉴定。PbCl2 + Ac- = PbAc+ Cl -PbAc+ + CrO42 -= PbC

6、rO4+ Ac -(2) Ag+和 Hg22+的分离和鉴定将上面保留的沉淀，滴加6molxL- 1 NH3xH2O 56 滴，不断搅拌，沉淀变为灰黑色，表示有 Hg22+存在。Hg2Cl2 + 2NH3 = HgNH2Cl+Hg +2NH4+ Cl 离心分离，在离心液中滴加HNO3酸化，如有白色沉淀产生，表示有Ag+ 存在。AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2+ + Cl -Ag(NH3)2+ + Cl -+ 2H+ = AgCl+ 2 NH4+第一组阳离子的分析步骤如下表。表第一组阳离子分析PbCl2、AgCl 、Hg2Cl2NH4Ac ?溶液沉淀PbAc+AgCl 、Hg 2Cl2

7、K2CrO4NH3 xH2O 沉淀PbCrO4溶液沉淀(黄色 ) Ag(NH3)2+HgNH2Cl + Hg HNO3(灰黑色 ) 沉淀 AgCl (白色 ) 2. 第二组 ?硫酸组阳离子的分析本组阳离子包括Ba2+、Ca2+、Pb2+，它们的硫酸盐都难溶于水，但在水中的溶解度差异较大，在溶液中生成沉淀的情况也不同，Ba2+能立即析出BaSO4沉淀，Pb2+缓慢地生成PbSO4沉淀， CaSO4溶解度稍大，Ca2+只有在浓的Na2SO4中生成CaSO4沉淀但加入乙醇后溶解度能显著地降低。用饱和 Na2CO3溶液加热处理这些硫酸盐时，可发生下列转化。MSO4 + CO32- = MCO3 + S

8、O42-虽然 BaSO4的溶解度小于BaCO3，但用饱和Na2CO3反复加热处理， 大部分 BaSO4也可转化为 BaCO3。这三种碳酸盐都能溶于HAc 中。硫酸盐组阳离子与可溶性草酸盐如(NH4)2C2 O4作用生成白色沉淀，其中 BaC2O4的溶解度较大，能溶于HAc。PbSO4能溶于饱和NH4Ac，利用这一性质，可与Ba2+、 Ca2+分离。本组阳离子与三、四、五、六组阳离子的分离将分离第一组后保留的溶液，（含二六组阳离子） ，在水浴中加热， 逐滴加入1molL- 1 H2SO4至沉淀完全后，再过量数滴，加入95%乙醇 45 滴，静置35min，冷却后离心分离（离心液中含三六组阳离子，应

9、予保留）沉淀用混合溶液（10 滴 1molL- 1H2SO4加入乙醇 3、 4滴）洗涤12 次后，弃去洗涤液，在沉淀中加入3molL- 1 NH4 Ac 7 8 滴，加热搅拌，离心分离，离心液按第一组鉴定Pb2+的方法鉴定Pb2+的存在。沉淀中加入10 滴饱和 Na2CO3溶液， 置沸水浴中加热搅拌12min ，离心分离， 弃去离心液，沉淀再用饱和Na2CO3同样处理2 次后，用约10 滴去离子水洗涤一次，弃去洗涤液，沉淀用 HAc 数滴溶解后，加入NH3 H2O 调节 pH = 45，加入 K2CrO4 23 滴，加热搅拌，生成黄色沉淀，表示有Ba2+存在。离心分离，在离心液中，加入饱和(N

10、H4)2C2O4溶液 23 滴，温热后，慢慢生成白色沉淀，表示有Ca2+存在。第二组的阳离子分析步骤如下表。表第二组阳离子分析 BaSO4、PbSO4、CaSO4NH4Ac ?溶液： PbAc+沉淀： BaSO4、CaSO4K2CrO4加 Na2CO3转化沉淀? PbCrO4沉淀(黄色 ) HAc 溶液K2 CrO4?溶液沉淀(NH4)2C2O4 BaCrO4(黄色 ) 沉淀CaC2O4(白色 ) 3. 第三组 ?氨合物组阳离子的分析本组阳离子包括Cu2+、Cd2+、Zn2+、Co2+、Ni2+等离子，它们和过量的氨水都能生成相应的氨合物，故本组称为氨合物组。Fe3+、Al3+、Mn2+、Cr

11、3+、Bi3+、Sb3+、Sn2+、Sn4+等离子在过量氨水中因生成氢氧化物沉淀而与本组阳离子分离。由于 Al(OH)3是典型的两性氢氧化物，能部分溶解在过量氨水中，因此加入铵盐如NH4Cl 使 OH-的浓度降低，可以防止Al(OH)3的溶解。但是由于降低了OH-的浓度， Mn2+形成氢氧化物沉淀不完全，如在溶液中加入 H2O2，则 Mn2+可被氧化而生成溶解度较小的MnO(OH)2棕色沉淀。因此本组阳离子的分离条件为：在适量NH4Cl 存在时，加入过量氨水和适量H2O2，这时本组阳离子因形成氨合物而和其它阳离子分离。本组阳离子与四、五、六组阳离子的分离在分离第二组后保留的离心液（含三六组阳离

12、子）中，加入3molL- 1 NH4Cl 2 滴，3%H2O2 34 滴，用浓氨水碱化后，在水浴中加热，并不断搅拌，继续滴加浓氨水，直至沉淀完全后再过量4 5 滴，在水浴上继续加热1min ，取出冷却后离心分离，(沉淀中含五、六组阳离子， 应予保留 )。离心液 (含三、四组阳离子 )按下列方法鉴定Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+离子。(1) Cu2+的鉴定取离心液 23 滴，加入 HAc 酸化后，加入K4Fe (CN)6溶液 12 滴，生成红棕色（豆沙色）沉淀，表示有Cu2+存在。(2) Co2+的鉴定取离心液 23 滴，用 HCl 酸化，加入SnCl2 23 滴，饱和 KSC

13、N 溶液 23 滴，丙酮56 滴，搅拌后，有机层显蓝色，表示有Co2+存在。(3) Ni2+的鉴定取离心液 2 滴，加二乙酰二肟溶液1 滴，丙酮 2 滴，搅拌后，出现鲜红色沉淀，表示有Ni2+存在。(4) Zn2+、Cd2+的分离和鉴定取离心液 15 滴，在沸水浴中加热近沸，加入(NH4)2S溶液 56 滴，搅拌，加热至沉淀凝聚再继续加热34min ，离心分离 （沉淀是哪些硫化物？为什么要长时间加热？离心液中含第四组阳离子，应予保留）。沉淀用 0.1molL- 1 NH4Cl 溶液数滴洗涤2 次，离心分离，弃去洗涤液，在沉淀中加入2molL- 1HCl 4 5 滴，充分搅拌片刻（哪些硫化物可以

14、溶解？），离心分离，将离心液在沸水浴中加热，除尽H2S后（为什么必须除尽H2S？） ，用 6molL- 1NaOH 碱化并过量23 滴，搅拌，离心分离（离心液是什么？沉淀是什么？）。第三组阳离子分析步骤如下表。表第三组阳离子分析Cu(NH3)42+Ni(NH3)62+Co(NH3)63+ Zn(NH3)42+Cd(NH3)4+HCl ?HAc SnCl2 二乙酰二肟(NH4)2 S K4Fe(CN)6 KSCN 丙酮丙酮红棕色沉淀蓝色鲜红色沉淀溶液沉淀表示有 Cu2+表示有 Co2+表示有 Ni2+第四组易溶组第三组硫化物K+、Na+、Mg2+、NH4+HCl 沉淀溶液 CoS、NiS、CuS

15、 Zn2+、Cd2+?NaOH 过量溶液沉淀ZnO22-HCl二苯硫腙H2S 粉红色溶液黄色沉淀表示有 Zn2+表示有 Cd2+取离心液 5 滴加入二苯硫腙10 滴，振荡试管，水溶液呈粉红色，表示有Zn2+存在。沉淀用去离子水数滴洗涤12 次后，离心分离，弃去洗涤液，沉淀用2molL- 1 HCl 3 4 滴搅拌溶解，然后加入等体积的饱和H2S 溶液，如有黄色沉淀生成，表示有Cd2+存在。4. 第四组 ?易溶组阳离子的分析本组阳离子包括NH4+、K+、Na+、Mg2+，它们的盐大多数可溶于水没有一种共同的试剂可以作为组试剂，由于本组离子间相互干扰较少，因此可采用分别分析的方法进行个别鉴定。由于

16、在系统分析过程中，多次加入氨水和铵盐，故要用原试液鉴定NH4+。又因NH4+干扰 K+的鉴定，同时要降低Mg2+的检出灵敏度、故检出NH4+后，必先除NH4+，然后再鉴定 K+、Na+、Mg2+。(1) NH4+的鉴定用两块干燥表面皿在一块表面皿中滴入原试液与6molL- 1NaOH 各 23 滴 ，另一块中以润湿的红色石蕊试纸或滴有奈斯勒试剂的滤纸条，然后将两块表面皿合在一起做成气室，若红色石蕊试纸变蓝或奈斯勒试剂变红棕色，表示有NH4+存在。NH4+ OH= NH3 + H2O Hg NH4+ 2HgI42- + 4OH -= O NH2 I + 3H2O + 7I-Hg 红棕色(2) N

17、H4+的去除将分离第三组阳离子后的离心液移入坩埚中蒸发至45 滴时，滴加浓HNO310 滴(因NH4NO3分解温度较低 )继续蒸发至干。然后用强火灼烧至不冒白烟，冷却后加水810 滴制成溶液后，从溶液中检出K+、Na+、Mg 2+。(3) K +的鉴定取上述溶液34 滴，加入 4 5滴 Na3Co(NO2)6 溶液， 用玻棒搅拌， 并摩擦试管内壁，片刻后，如有黄色沉淀K2 NaCo(NO2)6生成，表示有K +存在。(4) Na+的鉴定取上述溶液34 滴，加入6molL- 1HAc 1 滴与醋酸铀酰锌溶液78 滴，用玻棒摩擦试管内壁，如有黄色沉淀NaAcxZn(Ac)2x3UO2 (Ac)2

18、9H2O 生成，表示有Na+存在。(5) Mg 2+的鉴定取上述溶液12 滴，加入6molL- 1NaOH 及镁试剂各12 滴, 搅匀后，如有天蓝色沉淀生成，表示有Mg 2+存在。5 第五组 (两性组 )和第六组 (氢氧化物组 )阳离子的分析第五组阳离子有Al 、Cr、Sb、Sn元素的离子，第六组阳离子有Fe、Mn、Bi 、Hg 元素的离子。这两组离子存在于分离第三、四组阳离子后的沉淀中，利用Al 、Cr、Sb、Sn 的氢氧化物的两性性质，用过量NaOH 可将这两组阳离子进行分离。(1) 第五组 (两性组 )与第六组 (氢氧化物组 )阳离子的分离在分离第三、 四组阳离子后保留的沉淀中加入3%

19、H2O2溶液 34 滴, 6mol L- 1 NaOH 15滴，搅拌后，在沸水浴中加热搅拌35min，使 CrO2-氧化为 CrO42-，并破坏过量的H2O2，离心分离，离心液作鉴定第五组阳离子用，沉淀作鉴定第六组阳离子用。(2) 第五组阳离子的鉴定 Cr3+的鉴定取离心液2 滴，加入乙醚 5 滴, 逐滴加入浓HNO3酸化，加 3%H2O2 23 滴，振荡试管，乙醚层出现蓝色，表示有Cr3+存在。 Al3+、SbV和 SnIV的分离与鉴定将剩余离心液用3mol L- 1H2SO4酸化，然后用6mol L- 1氨水碱化并多加几滴，离心分离，弃去离心液，沉淀用0.1molL- 1NH4Cl 数滴洗

20、涤，加入3molL- 1 NH4Cl 及浓氨水各2 滴， (NH4)2S溶液 78 滴，在水浴中加热至沉淀凝聚，离心分离 (沉淀是什么 ?离心液是什么 ?)。沉淀用含数滴0.1molL- 1 NH4Cl 溶液洗涤12 次后，加入H2SO4 23 滴，加热使沉淀溶解， 然后加入6molL- 1 氨水数滴， 铝试剂溶液2 滴，搅拌， 在沸水浴中加热12min，如有红色絮状沉淀出现，表示有Al3+存在。离心液用HCl 逐滴中和至呈酸性后，离心分离，弃去离心液(沉淀是什么 ?)。在沉淀中加入浓 HCl 15 滴，在沸水浴中加热充分搅拌，除尽H2S后，离心分离，弃去不溶物(可能为硫)，离心液供鉴定SbV

21、 和 SnIV 用。SnIV离子的鉴定取上述离心液10 滴，加入 Al 片或少许Mg 粉，在水浴中加热使之溶解完全后， 再加浓 HCl 1 滴, 加 HgCl2 2 滴，搅拌，若有白色或灰黑色沉淀析出，表示有 SnIV存在 . SbV离子的鉴定取上述离心液1 滴，于光亮的锡箔上放置约23min，如锡片上出现黑色斑点，表示有SbV存在。(3) 第六组阳离子的鉴定在第六组沉淀中，加入3molL- 1 H2SO410 滴， 3%H2O2 23 滴，在充分搅拌下，加热35min，以溶解沉淀和破坏过量的H2O2，离心分离，弃去不溶物，离心液供Mn2+、Bi3+、Hg2+和 Fe3+的鉴定。 Mn2+的鉴

22、定取离心液 2 滴，加入 HNO3数滴，加少量NaBiO3固体，搅拌，离心沉降，如溶液呈现紫红色，表示有Mn2+存在。 Bi3+的鉴定取离心液 2 滴， 加 NaOH 碱化，再加入亚锡酸钠溶液(自已配制 )数滴，若有黑色沉淀，表示有Bi3+存在。 Hg2+的鉴定取离心液2 滴，加入SnCl2数滴，白色或灰黑色沉淀析出，表示有Hg2+存在。 Fe3+的鉴定取离心液 1 滴，加入KSCN 溶液，如溶液显红色，表示有Fe3+存在。第五组和第六组阳离子分析步骤如下表。表第五组和第六组阳离子分析Al(OH)3、Cr(OH)3、Sb(OH)5、Sn(OH)4、Fe(OH)3、MnO(OH)2、Bi(OH)

23、3、HgNH2Cl H2O26molxL-1NaOH沉淀 (第六组 ) 溶液 (第五组 ) Fe(OH)3、MnO(OH)2、NaBiO3、HgNH2Cl AlO2-、 CrO42-、SbO43 -、SnO32-H2SO4H2O2乙醚H2SO4酸化?6molxL-1 HNO3NH3.H2O 碱化HNO3NaOH SnCl2KSCN H2 O2NaBiO3Na2SnO2溶液沉淀沉淀溶液溶液沉淀离心液(紫红色 ) (黑色 ) (黑色 ) (血红色 ) (蓝色 ) Al(OH)3、HSbO3 (弃去 ) 示有 Mn2+示有 Bi3+示有 Hg2+示有 Fe3+示有 Cr3+H2SnO3 NH4Cl

24、NH3 .H2O (NH4)2S 沉淀溶液Al(OH)3SbS43-、SnS32-H2SO4 HCl 铝试剂?沉淀(红色 ) 沉淀离心液表示有 Al3+HCl (弃去 ) ?溶液沉淀(弃去 ) Sn 箔Al 片黑斑HgCl2表示有 Sb3+白色 黑色，表示有Sn2+ 三. 仪器与试剂仪器：离心机，点滴板。试剂：固体：NaBiO3。酸： HCl (2molL- 1)， HNO3(6molL- 1，浓 )， HAc(6molL- 1)， H2SO4 (1molL- 1，3molxL- 1)。碱： NaOH(6molL- 1)， NH3xH2O(2molL- 1， 6molL- 1，浓 )。盐：K2

25、Cr2O7， K2CrO4， K4Fe (CN)6， SnCl2， Na2S(以上溶液浓度均为0.1molL- 1)，KSCN(0.1molL- 1，饱和 )，NH4Ac(3molL- 1)， NH4Cl (0.1molL- 1，3molL- 1 )。其它： H2O2(3%)，硫代乙酰胺(5%)，乙醇 (95%)，丙酮，乙醚，二乙酰二肟，二苯硫腙，镁试剂，铝试剂。四. 实验步骤向教师领取混合离子未知液一份。未知液中可能含Ag+、Pb2+、Cr3+、Mn2+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Mg2+、Cd2+、Al3+ 十一种离子， 按分离原理列表表示对十一种离子的分析过程，指出具体试剂

26、、 试剂量及反应条件。将分析结果交给指导教师，并注明未知液号。实验指导1. 试液 (20 滴)6molxL- 1 HCl 至沉淀完全沉淀溶液(第一组 ) 1molxL- 1 H2SO4至沉淀完全沉淀溶液(第二组 ) NH3xH2 O、NH4Cl、H2O2加热溶液沉淀(第三、四组 ) (第五、六组 ) PbCl2溶于热水，所以沉淀第一组离子时，不能加热。但由于PbCl2溶解度较大，部分Pb2+将进入第二组，可在第二组中进行分析。也可以在沉淀第一组离子时进行水浴加热，并搅拌，使Pb2+ 全部进入溶液，然后在第二组中进行分析。 PbSO4沉淀生成较缓慢，应用玻璃棒摩擦管壁，搅拌并加乙醇，静置片刻才出现沉淀。 如加入试剂量控制不当，Cr3+可能形成 CrO42-进入第三、四组，可在第三组中进行分析。2. 第五、六组的分析Al(OH)3、 Cr(OH)3、Fe(OH)3、MnO(OH)2NaOH、H2O2沉淀溶液Fe(OH)3、 、MnO(OH)2 AlO2-、CrO42-H2SO4、H2O2，加热H2SO4酸化鉴定 Al3+鉴定 Cr3+鉴定 Fe3+鉴定 Mn2+ 加热促使沉淀溶解，同时将溶液中过量H2O2赶尽，以免妨碍Mn2+ 鉴定。 鉴定 Mn2+ 时浓度要稀，如