單元八陽離子第三 A 屬分析 ( 上 )

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 • 原理 • 實驗步驟 • 流程圖 • 實驗記錄

一、原理 • 屬試劑 • 分屬試劑 • 鋁離子的分離與確認 • 鉻離子的分離與確認 • 鋅離子的分離與確認

1.屬試劑-1 • 第三屬陽離子共有七種：Fe3+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+、Al3+及Cr3+。 • 在氨-氯化銨的緩衝溶液中與H2S產生沉澱：Al(OH)3、Cr(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 • 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。

1.屬試劑-3 • [H+]的濃度不能太低，否則第四屬的Mg2+也會沉澱。 • 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。

2.分屬試劑-1 • 第三屬陽離子之沉澱物以KOH及Na2O2分為A、B兩分屬。 • Al(OH)3、Zn(OH)2均可溶於KOH中生成可溶性錯離子。 • Cr(OH)3加熱太久會不溶於KOH，所以用Na2O2將鉻離子氧化成CrO42-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- +3O22- 2CrO42- + 4OH- +2H2O

2.分屬試劑-2 • 第三屬陽離子之分屬 ⅢA：Al(OH)4-、Zn(OH)42- 、CrO42- ⅢB：Fe2S3、CoS、NiS、MnS

3.鋁離子的分離與確認 • 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+ • 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- • 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 • 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+ • 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- • 於過氧化鈉存在下Cr(OH)4-被氧化成CrO42- 2Cr(OH)4- +3O22- 2CrO42- + 4OH- +2H2O

4.鉻離子的分離與確認-2 • CrO42-與醋酸鋇生成黃色BaCrO4沉澱。 CrO42- + Ba2+ BaCrO4 • 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

5.鋅離子的分離與確認-1 • 鋅離子在氨-氯化銨的緩衝溶液中生成ZnS的白色沉澱。 Zn2+ + H2S ZnS • ZnS可溶於硝酸成Zn2+。 • Zn2+遇KOH生成Zn(OH)42-的可溶性錯離子。 • 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。 Zn2+ + 4NH3 [Zn(NH3)4]2+

5.鋅離子的分離與確認-2 • [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 步驟一陽離子第三屬之沉澱 1. 取20滴Ⅲ~v屬的混合液於離心試管中，加入4滴飽和NH4Cl，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。 MnS，CoS，NiS，ZnS Fe2S3，Al(OH)3，Cr(OH)3 陽離子 Ⅲ NH3-NH4+ H2S 陽離子 Ⅲ～V 陽離子 Ⅳ～V

二、實驗步驟-2 步驟二陽離子ⅢA與ⅢB屬之分離 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。陽離子ⅢB KOH Na2O2 HCl HNO3 MnO2，Fe(OH)3 Co(OH)3，Ni(OH)2 MnS，CoS NiS，ZnS Fe2S3，Al(OH)3 Cr(OH)3 Gr Ⅲ 陽離子 Al(OH)4-，CrO42- Zn(OH)42- 陽離子ⅢA

二、實驗步驟-3 步驟三鋁離子之分離 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。陽離子ⅢA Al(OH)3 HCl NH3-NH4+ Al(OH)4- CrO42- Zn(OH)42- CrO42- [Zn(NH3)4]2+

二、實驗步驟-4 步驟四鋁離子之確認 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+。 HCl、NH3 紅色沉澱確認Al3+ Al(OH)3 Al(OH)3沉澱色料鋁試劑

二、實驗步驟-5 步驟五鉻離子之分離 7. 於含有CrO42-及Zn(NH3)42+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。 BaCrO4 Ba(Ac)2 CrO42- [Zn(NH3)4]2+ [Zn(NH3)4]2+

二、實驗步驟-6 步驟六鉻離子之確認 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。 HCl H2O2 BaCrO4 CrO5 藍色迅即消失確認Cr3+

二、實驗步驟-7 步驟六鋅離子之確認 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。 H2S 加熱 ZnS [Zn(NH3)4]2+ 白色沉澱確認Zn2+

三、流程圖-1 MnO2 Fe(OH)3 Co(OH)3 Ni(OH)2 MnS CoS NiS ZnS Fe2S3 Al(OH)3 Cr(OH)3 陽離子 Ⅲ HCl HNO3 KOH Na2O2 Gr Ⅲ 陽離子陽離子ⅢB NH3-NH4+ H2S 陽離子 Ⅲ～V Al(OH)4- CrO42- Zn(OH)42- 陽離子 Ⅳ～V 陽離子ⅢA

三、流程圖-2 HCl、NH3 鋁試劑紅色沉澱確認Al3+ Al(OH)3 Al(OH)3沉澱色料 HCl NH3- NH4+ Al(OH)4- CrO42- Zn(OH)42- HCl H2O2 BaCrO4 CrO5 藍色迅即消失確認Cr3+ Ba(Ac)2 CrO42- [Zn(NH3)4]2+ 陽離子ⅢA H2S 加熱 ZnS [Zn(NH3)4]2+ 白色沉澱確認Zn2+

三、實驗記錄 離子試劑

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