單元八陽離子第三 A屬分析(上 )

臺北市立松山工農化工科謝榮忠製作

大綱

.壹 原理

.貳 實驗步驟

.參 流程圖

.肆 實驗記錄

一、原理1. 屬試劑2. 分屬試劑3. 鋁離子的分離與確認4. 鉻離子的分離與確認5. 鋅離子的分離與確認

1. 屬試劑 -1

1) 第三屬陽離子共有七種： Fe3+、 Co2+、 Ni2+、 Mn2+、 Zn2

+、 Al3+及 Cr3+。2) 在氨 - 氯化銨的緩衝溶液中與 H2S 產生沉澱： Al(OH)3、 C

r(OH)3、 Fe2S3、 CoS 、 NiS 、 MnS 及 ZnS 。

2Fe3+ + 3H2S Fe2S3 +6H+

Co2+ + H2S CoS +2H+

Ni2+ + H2S NiS +2H+Mn2+ + H2S MnS +2H+

Zn2+ + H2S ZnS +2H+

Al3+ + 3OH- Al(OH)3

Cr3+ + 3OH- Cr(OH)3

1. 屬試劑 -2

3) 第三屬陽離子硫化物之 Ksp 較第二屬陽離子之硫化物大，所以在 0.3M [H+] 之酸性環境中不生沉澱；但是在鹼性緩衝溶液中可產生沉澱。

硫化物 Ksp 分屬

ZnS 1.6×10-23 Ⅲ

CoS 5.0×10-22 Ⅲ

NiS 1.0×10-22 Ⅲ

FeS 6.3×10-18 Ⅲ

MnS 1.1×10-15 Ⅲ

HgS 1.6×10-52 Ⅱ

CdS 8.0×10-27 Ⅱ

1. 屬試劑 -3

4) [H+] 的濃度不能太低，否則第四屬的 Mg2+ 也會沉澱。5) 以氨 - 氯化銨緩衝溶液控制溶液的 [H+] 於弱鹼性，可

使第四屬氫氧化鎂不會沉澱。

氫氧化物 Ksp 分屬Al(OH)3 1.0×10-32 Ⅲ

Cr(OH)3 1.0×10-30 Ⅲ

Mg(OH)2 1.1×10-11 Ⅳ

2. 分屬試劑 -1

1) 第三屬陽離子之沉澱物以 KOH 及 Na2O2分為 A 、 B 兩分屬。

2) Al(OH)3、 Zn(OH)2均可溶於 KOH 中生成可溶性錯離子。

3) Cr(OH)3加熱太久會不溶於 KOH ，所以用 Na2O2將鉻離子氧化成 Cr

O42-而可溶。

Al(OH)3 + OH- Al(OH)4-

Zn(OH)2 + 4OH- Zn(OH)42-

Cr(OH)4- + OH- Cr(OH)4

-

2Cr(OH)4- +3O2

2- 2CrO42- + 4OH- +2H2O

2. 分屬試劑 -2

4) 第三屬陽離子之分屬 ⅢA ： Al(OH)4

-、 Zn(OH)42- 、 CrO4

2-

ⅢB ： Fe2S3、 CoS 、 NiS 、 MnS

3. 鋁離子的分離與確認

1) 鋁離子在氨 - 氯化銨緩衝溶液中生成 Al(OH)3沉澱。

Al3+ + 3NH3 +3H2O Al(OH)3 +3NH4+

2) Al(OH)3 在過量 KOH 中生成 Al(OH)4- 的可溶性錯離子。

Al(OH)3 + OH- Al(OH)4-

3) Al(OH)3 遇鋁試劑呈粉紅色沉澱。

鋁試劑為一種有機色素，被 Al(OH)3 吸附後呈現鮮明紅色。

4. 鉻離子的分離與確認 -1

1) Cr3+在氨 - 氯化銨緩衝溶液中生成 Cr(OH)3沉澱。

Cr3+ + 3NH3 +3H2O Cr(OH)3 +3NH4+

2) Cr(OH)3 可溶於過量 KOH 中生成 Cr(OH)4- 的可溶性錯

離子。

Cr(OH)3 + OH- Cr(OH)4-

3) 於過氧化鈉存在下 Cr(OH)4- 被氧化成 CrO4

2-

2Cr(OH)4- +3O2

2- 2CrO42- + 4OH- +2H2O

4. 鉻離子的分離與確認 -2

4) CrO42-與醋酸鋇生成黃色 BaCrO4沉澱。

CrO42- + Ba2+ BaCrO4

5) BaCrO4 可溶於 HCl 而成為 HCrO4- ，遇 H2O2 反應生

成藍色的 CrO5 ，此物不穩定迅即分解，藍色消失。

BaCrO4 + H+ Ba2+ +HCrO4-

HCrO4- + 2H2O2 + H+ CrO5 + 3H2O

藍色不穩定溶液

Zn2+ + 4NH3 [Zn(NH3)4]2+

5. 鋅離子的分離與確認 -1

Zn2+ + H2S ZnS

1)鋅離子在氨 - 氯化銨的緩衝溶液中生成 ZnS 的白色沉澱。

2) ZnS 可溶於硝酸成 Zn2+ 。

3) Zn2+ 遇 KOH 生成 Zn(OH)42- 的可溶性錯離子。

4) Zn(OH)42- 於酸性溶液中酸化成 Zn2+ 後，遇氨 - 氯化銨

緩衝溶液生成 [Zn(NH3)4]2+ 的可溶性錯離子。

5. 鋅離子的分離與確認 -2

5) [Zn(NH3)4]2+ 與 H2S( 或硫代乙醯 ) 生成 ZnS 的白色沉澱，可確認鋅離子

[Zn(NH3)4]2+ + S2- ZnS + 4NH4+

白色沉澱確認

Zn2+

二、實驗步驟 -1

1. 取 20 滴Ⅲ ~v 屬的混合液於離心試管中，加入 4 滴飽和 NH4

Cl ，然後逐滴加入濃 NH3，至溶液呈鹼性。2. 加入 10 滴 5%TAA ，於沸水中加熱 5 分鐘，離心分離。澄清

液含第Ⅳ、 V 屬離子，沉澱為第Ⅲ屬硫化物與氫氣化物。

陽離子Ⅲ～ V

NH3-NH4+

H2S

MnS ， CoS ， NiS ， ZnSFe2S3 ， Al(OH)3 ， Cr(OH)3

陽離子Ⅳ～ V

陽離子Ⅲ

步驟一 陽離子第三屬之沉澱

二、實驗步驟 -2

3. 於沉澱中加入 5 滴濃 HCl ， 3 滴濃硝酸，水浴中加熱使完全溶解。

4. 加入 3MKOH 使呈鹼性，加入約 0.3g 的 Na2O2，攪拌均勻，於水浴中加熱 3 分鐘，離心分離。

步驟二 陽離子Ⅲ A與Ⅲ B屬之分離

HClHNO3

KOHNa2O2

Al(OH)4- ， CrO4

2-

Zn(OH)42-

MnO2 ， Fe(OH)3

Co(OH)3 ， Ni(OH)2

陽離子Ⅲ B

陽離子Ⅲ A

Gr Ⅲ陽離子

MnS ， CoSNiS ， ZnSFe2S3 ， Al(OH)

3

Cr(OH)3

二、實驗步驟 -3

5. 於澄清液中逐滴加入濃 HCl 使呈酸性，加入 20 滴飽和 NH4Cl ，再逐滴加入濃 NH3使呈鹼性，水浴中加熱 3 分鐘，離心分離，沉澱為 Al(OH)3，澄清液為鉻及鋅的錯離子。

步驟三 鋁離子之分離

Al(OH)4-

CrO42-

Zn(OH)42-

陽離子Ⅲ AHClNH3-NH4

+

Al(OH)3

CrO42-

[Zn(NH3)4]2+

二、實驗步驟 -4

6. 含 Al(OH)3的沉澱中加入 10 滴 3MHCl 使完全溶解，水浴中加熱 3 分鐘，加入 3 滴鋁試劑 (Aluminon) ，再加入 3MNH3

使呈鹼性，水浴中加熱 2 分鐘，離心分離，若有紅色沉澱，確認 Al3+。

步驟四 鋁離子之確認

Al(OH)3

HCl 、 NH3

Al(OH)3 沉澱色料紅色沉澱確認 Al3+

鋁試劑

二、實驗步驟 -5

7. 於含有 CrO42-及 Zn(NH3)4

2+的澄清液中加入 1M 的 Ba(Ac)2，直到沉澱完全，離心分離，沉澱為 BaCrO4，澄清液為鋅的錯離子。

步驟五 鉻離子之分離

CrO42-

[Zn(NH3)4]2+

Ba(Ac)2

BaCrO4

[Zn(NH3)4]2+

二、實驗步驟 -6

8. 於 BaCrO4的沉澱中加入 10 滴 3M HCl ，於水浴中加熱 1 分鐘，離心分離，捨棄固體殘渣。

9. 在濾紙上滴加 2 滴澄清液，再加入 2 滴 H2O2，若有藍色生成且瞬間消失，確認有 Cr 離子存在。

步驟六 鉻離子之確認

BaCrO4

HClH2O2

CrO5

藍色迅即消失確認 Cr3+

二、實驗步驟 -7

10. 於含 Zn(NH3)42+的澄清液中，加入 5 滴 5%TAA ，水浴中加

熱 3 分鐘，會有白色沉澱生成，再加入 3M HAc 使呈酸性，若白色沉澱溶解，確認 Zn2+存在。

步驟六 鋅離子之確認

[Zn(NH3)4]2+

H2S加熱

ZnS

白色沉澱確認 Zn2+

三、流程圖 -1

陽離子Ⅲ～ V

NH3-NH4+

H2S

MnSCoSNiSZnSFe2S3

Al(OH)3

Cr(OH)3

陽離子Ⅳ～ V

HClHNO3

陽離子Ⅲ KOH

Na2O2

Al(OH)4-

CrO42-

Zn(OH)42-

MnO2

Fe(OH)3

Co(OH)3

Ni(OH)2

陽離子Ⅲ B

陽離子Ⅲ A

Gr Ⅲ陽離子

三、流程圖 -1

陽離子Ⅲ～ V

NH3-NH4+

H2S

MnSCoSNiSZnSFe2S3

Al(OH)3

Cr(OH)3

陽離子Ⅳ～ V

HClHNO3

陽離子Ⅲ KOH

Na2O2

Al(OH)4-

CrO42-

Zn(OH)42-

MnO2

Fe(OH)3

Co(OH)3

Ni(OH)2

陽離子Ⅲ B

陽離子Ⅲ A

Gr Ⅲ陽離子

Al(OH)4-

CrO42-

Zn(OH)42-

三、流程圖 -2

陽離子Ⅲ A

HClNH3-NH4

+

Al(OH)3

HCl 、 NH3

鋁試劑 Al(OH)3 沉澱色料紅色沉澱確認 Al3+

CrO42-

[Zn(NH3)4]2+

Ba(Ac)2

BaCrO4

HClH2O2

CrO5

藍色迅即消失確認 Cr3+

[Zn(NH3)4]2+

H2S加熱

ZnS

白色沉澱確認 Zn2+

三、實驗記錄

Al3+ Cr3+ Zn2+

NH3 Al(OH)3 Cr(OH)3 Zn(OH)2

過量 NH3 Al(OH)3 Cr(OH)3 [Zn(NH3)4]2+

NaOH Al(OH)3 Cr(OH)3 Zn(OH)2

過量 NaOH Al(OH)4- Cr(OH)4

- Zn(OH)42-

H2S ZnS

鋁試劑 紅色沉澱

離子試劑