常见阳离子的分离与鉴定

常见阳离子的分离与鉴定【实验目的】1.巩固和进一步掌握一些金属元素及其化合物的化学性质。2.了解常见阳离子混合液的分离和检出的方法以及巩固检出离子的操作。【预习作业】1.查阅文献，找出镁试剂与铝试剂的结构式及鉴定镁离子、铝离子的方程式。2.以流程图方式表示，应包含试剂浓度，用量，分离手段，详细现象，最终结果。对应的方程式在流程图上注上号码，另处写出化学反应方程式。3.试设计一分析流程图，分离和检出Ag+、Zn2+和Cu2+混合溶液。【实验原理】离子的分离和鉴定是以各离子对试剂的不同反应为依据的。这种反应常伴随着特殊的现象，如沉淀的生成或溶解，特殊颜色的出现，气体的产生等等。各离子对试剂的作用的相似性和差异性都是构成离子分离与鉴定的基础。也就是说，离子的基本性质是进行分离检出的基础。因而要想掌握分离检出的方法就要熟悉离子的基本性质。离子的分离和检出是在一定条件下进行。所谓一定的条件主要是指溶液的酸度、反应物的浓度、反应温度、促进或妨碍反应的物质是否存在等。为使反应向期望的方向进行，就必须选择适当的反应条件。离子混合液中诸组分若对鉴定反应不产生干扰，便可以利用特效反应直接鉴定某种离子。若共存的其他组分彼此干扰，就要选择适当方法消除干扰。通常采用掩蔽剂消除干扰，通常采用遮掩剂消除干扰，这是一种比较简单、有效的方法。但在很多情况下没有合适的遮掩剂，就需要将彼此干扰的组分分离。沉淀分离是最经典的分离方法。这种方法是向混合溶液中加入沉淀剂，利用形成的化合物溶解度的差异，使被分离组分与干扰组分分离。常用的沉淀剂有HCl、H2SO4、NaOH、NH3·H2O、(NH4)2CO3及(NH4)2S。由于元素周期表中的位置使相邻元素在化学性质上表现出相似性，因此一种沉淀剂往往可以使具有相似的元素同时产生沉淀。这种沉淀剂称为产生沉淀的元素的组试剂。组试剂将元素划分为不同的组，逐渐达到分离的目的（见图一）。图一常见阳离子的分离及鉴定【仪器设备和试剂】仪器：试管、烧杯、离心机、离心试管、电热炉、点滴板、试管架液体药品：Ag+、Hg2+、Pb2+、Cu2+、Fe3+、Al3+、Ba2+混合溶液（七种离子均为硝酸盐，其浓度都为10ng·mL-1）、HCl(2mol·L-1、6mol·L-1、浓)、H2SO4(2mol·L-1、6mol·L-1)、HNO3(6mol·L-1)、HAc(2mol·L-1、6mol·L-1)、NaOH(2mol·L-1、6mol·L-1)、KOH(2mol·L-1)、NH3·H2O(6mol·L-1)、NaCl(1mol·L-1)、KCl(1mol·L-1)、KI(1mol·L-1)、MgCl2(0.5mol·L-1)、CaCl2(0.5mol·L-1)、BaCl2(0.5mol·L-1)、AlCl3(0.5mol·L-1)、SnCl2(0.5mol·L-1)、Pb(NO3)2(0.5mol·L-1)、HgCl2(0.2mol·L-1)、CuCl2(0.5mol·L-1)、CuSO4(0.2mol·L-1)、AgNO3(0.1mol·L-1)、ZnSO4(0.2mol·L-1)、Al(NO3)3(0.5mol·L-1)、NaNO3(0.5mol·L-1)、Ba(NO3)2(0.5mol·L-1)、Na2S(0.5mol·L-1、1mol·L-1)、H2S(饱和)、KSb(OH)6(饱和)、NaHC4H4O6(饱和)、NaAc(0.2mol·L-1、1mol·L-1)、K2CrO4(1mol·L-1、2mol·L-1)、Na2CO3(12%、饱和)、NH4Cl(饱和)、NH4Ac(2mol·L-1)、(NH4)2C2O4(饱和)、K4[Fe(CN)6](0.25mol·L-1、0.5mol·L-1)、硫代乙酰胺(5%)、对氨基苯磺酸、镁试剂、0.1%铝试剂、罗丹明B、苯、2.5%硫脲、(NH4)2[Hg(SCN)4]试剂固体药品：亚硝酸钠、亚硫酸钠、锌粉、碳酸钠材料：pH试纸、玻璃棒、镍丝【实验步骤】一、碱金属和碱土金属离子的鉴定1.Na+的鉴定在盛有0.5mL1mol·L-1NaCl溶液的试管中，加入0.5mL饱和六羟基锑（ⅴ）酸钾溶液，即有白色沉淀生成。如无沉淀产生，可用玻璃棒摩擦试管内壁，静置片刻。观察现象并写出化学反应方程式。2.K+的鉴定在盛有0.5mL1mol·L-1KCl溶液的试管中，加入0.5mL饱和酒石酸氢钠溶液，如有白色沉淀生成，显示有K存在。如无沉淀产生，可用玻璃棒摩擦试管内壁，静置片刻。观察现象并写出化学反应方程式。3.Mg2+的鉴定在盛有2滴0.5mol·L-1MgCl2溶液的试管中，滴加6mol·L-1NaOH溶液，直到白色絮状沉淀为止；然后加入一滴镁试剂，搅拌之，生成蓝色沉淀，示有Mg2+存在。4.Ca2+的鉴定在盛有0.5mL0.5mol·L-1CaCl2溶液的离心试管中，滴加10滴饱和草酸氨溶液，有白色沉淀生成。离心分离，弃清液。若白色沉淀不溶于6mol·L-1HAc溶液而溶于2mol·L-1HCl，表示有Ca2+存在，写出反应方程式。5.Ba2+的鉴定加2滴0.5mol·L-1BaCl2溶液的离心试管中，加2mol·L-1HAc和2mol·L-1NaAc各2滴，然后滴加2滴1mol·L-1K2CrO4，有黄色沉淀生成，表示有Ba2+存在。写出反应方程式。二、P区和ds区部分金属离子的鉴定1．Al3+的鉴定取5滴0.5mol·L-1AlCl3溶液于小试管中，加2滴水，2滴2mol·L-1HAc及2滴0.1%铝试剂，搅拌后，置于水浴上加热片刻，再加入1-2滴6mol·L-1氨水，有红色絮状沉淀生成，示有Al3+存在。2．Sn2+的鉴定取5滴0.5mol·L-1SnCl2溶液于小试管中，逐滴加入0.2mol·L-1HgCl2，边加边震荡，若产生的沉淀由白色变为灰色，然后变为黑色，示有Sn2+存在。3．Pb2+的鉴定取5滴0.5mol·L-1Pb(NO3)2溶液于小试管中，加2滴1mol·L-1K2CrO4，若黄色的沉淀产生，在沉淀上滴加数滴2mol·L-1NaOH溶液，沉淀溶解，示有Pb2+存在。4．Cu2+的鉴定取1滴0.5mol·L-1CuCl2溶液于小试管中，加1滴6mol·L-1HAc溶液酸化，再加1滴0.5mol·L-1铁氰化钾溶液，若红棕色的沉淀产生，示有Cu2+存在。5．Ag+的鉴定取5滴0.1mol·L-1AgNO3溶液于小试管中，加5滴2mol·L-1HCl，产生白色的沉淀，在沉淀上滴加6mol·L-1氨水至沉淀完全溶解。此溶液中再用6mol·L-1HNO3溶液酸化，产生白色沉淀，示有Ag+存在。6．Zn2+的鉴定取3滴0.2mol·L-1ZnSO4溶液于小试管中，加2滴2mol·L-1HAc溶液酸化，再加3滴硫氰酸汞铵溶液，摩擦试管内壁，若白色的沉淀产生，示有Zn2+存在。7．Cd2+的鉴定取3滴0.2mol·L-1Cd(NO3)2溶液于小试管中，加2滴2mol·L-1Na2S溶液，若亮黄色的沉淀产生，示有Cd2+存在。8．Hg2+的鉴定取2滴0.2mol·L-1HgCl2溶液于小试管中，逐滴加0.5mol·L-1SnCl2溶液，边加边震荡，观察沉淀颜色的变化过程，最后变为灰色，示有Hg2+存在。三、部分混合离子的分离和鉴定1．NO3-的鉴定取3滴混试液于小试管中，加6mol·L-1HAc溶液酸化后用玻璃棒取少量锌粉加入试液，震荡，使溶液中的NO3-还原为NO2-。加对氨基苯磺酸与-苯胺溶液各一滴，观察现象。取混合溶液20滴，放入试管中并按一下试验步骤进行分离和鉴定。2．Fe3+的鉴定取1滴试液加在白色点滴板的凹穴，加1滴0.25mol·L-1K4Fe(CN)6溶液，观察沉淀颜色。3．Ag+、Pb2+的分离和鉴定向余下的溶液中滴加4滴2mol·L-1HCl，充分振荡，静置片刻，离心沉降，向上层溶液中加2滴2mol·L-1HCl以检查沉淀是否完全。吸出上层清液，编号为溶液1。用2mol·L-1HCl洗涤沉淀，编号为沉淀1。观察沉淀的颜色，写出反应方程式。Pb2+的鉴定向沉淀1中中加6滴水，在沸水浴中加热3min以溶解沉淀，并不时搅动。待沉淀沉降后，趁热取清液3滴于黑色点滴板上，加2mol·L-1K2CrO4和2mol·L-1HAc各1滴，有什么生成？加2mol·L-1NaOH溶液后又怎么样？再加6mol·L-1HAc溶液又如何？取上清液后所余沉淀编号为沉淀2。Ag+的鉴定向沉淀2中加入少量6mol·L-1氨水，再加入6mol·L-1HNO3沉淀重新生成。观察沉淀的颜色，并写出反应方程式。4．Pb2+、Hg2+、Cu2+的分离和鉴定用6mol·L-1氨水将溶液1的酸度调至中性（约3-4滴），再加入体积约为此溶液的十分之一的2mol·L-1HCl溶液（约3-4滴），将溶液的酸度调到0.2mol·L-1。加15滴5%硫脲，混匀后水浴加热15min。然后稀释一倍再加热数分钟。静置冷却，离心分离沉淀。用饱和NH4Cl溶液洗涤沉淀，所得溶液为溶液2。Hg2+和Cu2+、Pb2+的分离在所得沉淀上加5滴1mol·L-1Na2S溶液，水浴加热3min，并，不时搅拌。再加3-4滴氨水，搅拌均匀后离心分离。沉淀再用Na2S溶液再处理一次，合并清液，并编号为溶液3。沉淀用饱和NH4Cl溶液洗涤，并编号沉淀3。观察溶液3的颜色，讨论反应历程。Cu2+的鉴定向沉淀3中加入浓硝酸（约4-5滴），加热搅拌，使之完全溶解，所得溶液编号溶液4。用玻璃棒将产物单质S弃去。取1滴溶液4于白色点滴板上，加1mol·L-1NaAc和0.25mol·L-1K4[Fe(CN)6]各1滴，观察现象。Pb2+的鉴定取1滴溶液4于黑色点滴板上，加1mol/LNaAc和1mol·L-1K2CrO4各1滴，观察现象。如果没有变化，用玻璃棒摩擦。加入2mol·L-1NaOH后，再加6mol·L-1HAc，观察现象。Hg2+的鉴定向溶液3中逐滴加入6mol·L-1H2SO4，记下滴数。当滴加至pH=3～5时，再多加一半滴数的H2SO4。水浴加热并充分搅拌。离心分离，用少量的水洗涤沉淀。向沉淀中加5滴1mol·L-1KI和2滴6mol·L-1HCl溶液，充分搅拌，加热后离心分离。再用KI和HCl重复处理沉淀。合并两次离心液，往离心液中加1滴0.2mol·L-1CuSO4和少许Na2CO3固体，有什么生成？说明哪种离子存在？5．Al3+、Fe3+、Ba2+的分离和鉴定往溶液2中逐滴加入6mol·L-1氨水溶液至碱性，离心分离。把清液转移到另一试管中并编号为溶液5。沉淀编号为沉淀4。Al3+的鉴定往沉淀4中加入2mol·L-1HAc溶液和2mol·L-1NaAc溶液各2滴，再加入2滴铝试剂，搅拌后微热之，产生红色沉淀，表示Al3+存在。Ba2+的鉴定往溶液5中滴加6mol·L-1H2SO4溶液至产生白色沉淀，再过量2滴，搅拌片刻，离心分离，弃清液。沉淀用10滴热蒸馏水洗涤，离心分离。在沉淀中加入饱和Na2CO3溶液3～4滴，搅拌片刻再加入2mol·L-1HAc溶液和2mol·L-1NaAc溶液各3滴，搅拌片刻，然后加入1～2滴1mol/LK2CrO4溶液，产生黄色沉淀，示有Ba2+存在。【思考题】1．在未知溶液分析中，当由碳酸盐制备铬酸盐沉淀时，为什么须用醋酸溶液去溶解碳酸盐沉淀，而不用强酸如盐酸去溶解？2．HgS的沉淀一步中为什么选用H2SO4溶液酸化而不用HCl？3．汞盐和亚汞盐的性质有何不同？通过实验你可以得到几种区别它们的方法？