第三族

Report
The Systematic Analysis of
Group Ⅲ
Al3+ 、 Cr3+ 、 Fe3+ 、
Ni2+、 Co2+ 、 Mn2+ 、Zn2+
目的
學習第三族的陽離子分離,並精練操作技巧及實驗原理。
原理
第三族之陽離子(Al3+ 、 Cr3+ 、 Fe3+ 、Ni2+、 Co2+ 、 Mn2+ 、Zn2+,鹼
性溶液中不溶性硫化物或氫氧化物),當酸性溶液中不溶性硫化物移除
後,將溶液調整到微鹼性並加入TA (TA在水中水解而得 H2S。)
反應式如下:
CH3CSNH2(aq) + 2H2O(l) → H2S(aq) + CH3CO2–(aq) + NH4+
在此鹼性狀況下S2–濃度提高,Ksp較大的金屬陽離子可生成硫化物沉澱
析出,如ZnS、NiS、CoS、MnS ; 又由於溶液呈鹼性,實際上Al3+、
Fe3+、Cr3+等離子走形成氫氧化物沉澱而被分離。
流程圖
Al3+ 、 Cr3+ 、 Fe3+ 、Ni2+、 Co2+ 、 Mn2+ 、Zn2+
NH4Cl
NH3
TA
PPT 3-1
Sol 3-1
Sol 3-2
Mn Test
Sol 3-3
PPT 3-3
PPT 3-4
Sol 3-4
Al Test
Zn Test
Cr Test
Ni Test
Co and Fe Test
步驟
Al3+ 、 Cr3+ 、 Fe3+ 、Ni2+、 Co2+ 、 Mn2+ 、Zn2+
NH4Cl
NH3
TA (提供S2–)
NH4NO3
1.加6滴6M NH4Cl,用15M NH3使溶液為鹼性(石蕊試紙),
再加一滴使過量,沉澱為橘黃色。
2.加4滴TA,在沸水中加熱五分鐘(黑色沉澱)。
3.離心,用含NH4NO3的熱水洗沉澱,丟棄洗滌液。
PPT 3-1:
FeS (黑), CoS (黑) , NiS (黑) , MnS (橙) , ZnS (白) , Al(OH)3 (白) , Cr(OH)3 (綠)
• Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3(紅棕)↓
2Fe(OH)3 + 3S2- → 6OH- + 2FeS(黑)↓ + S
• Co2+ + 6NH3 → Co(NH3)62+
Co(NH3)62+ + S2- → 6NH3 + CoS(黑)↓
• Ni2+ + 6NH3 → Ni(NH3)62+
Ni(NH3)62+ + S2- → 6NH3 + NiS(黑)↓
• Mn2+ + S2- → MnS(橙)↓
• Zn2+ + 4NH3 → Zn(NH3)42+
• Al3+ + 3OH- → Al(OH)3(白)↓
• Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3(灰綠)↓
Zn(NH3)42+ + S2- → 4NH3 + ZnS(白)↓
PPT 3-1:
FeS (黑), CoS (黑) , NiS (黑) , MnS (橙) , ZnS (白) , Al(OH)3 (白) , Cr(OH)3 (綠)
HNO3
1.加10滴16M HNO3,加溫使沉澱溶解。
2.離心,將溶液移到坩鍋中,棄掉殘渣S(S)。
Sol 3-2:
Mn2+ , Co2+ , Cr3+ , Ni2+ , Fe3+ , Al3+ , Zn2+ , HNO3
•
MnS + 2H+ → Mn2+ + H2S↑
•
3CoS + 2NO3- + 8H+ → 3Co2+ + 3S(S) + 2NO↑ + 4H2O
•
Cr(OH)3 + 3H+ →Cr3+ + 3H2O
•
3NiS + 2NO3- + 8H+ → 3Ni2+ + 3S(S) + 2NO↑ + 4H2O
•
FeS + 2H+ → Fe2+ + H2S↑
3Fe2+ + NO3− +4 H+ → 3Fe3+ + NO↑+2H2O
•
Al(OH)3 + 3H+ →Al3+ + 3H2O
•
3ZnS + 2NO3- + 8H+ → 3Zn2+ + 3S(S) + 2NO↑ + 4H2O
Sol 3-2:
Mn2+ , Co2+ , Cr3+ , Ni2+ , Fe3+ , Al3+ , Zn2+ , HNO3
1.蒸發至將乾,再加10-15滴 16M HNO3(潤濕鍋壁),
HNO3
KClO3
再蒸發至將乾。重複三次後,加10-15滴 16M
Mn Test:
1.取一滴此溶液,用數滴水稀釋。
2.加過量鉍酸鈉(NaBiO3(S))後離心。
HNO3。
3.深紫色MnO4-溶液表示Mn2+存在。
2.煮沸剩下的溶液,一次加一些KClO3(s),煮沸並加
16M HNO3 補回蒸發,繼續加KClO3(s) ,直到黑
2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ → 5Bi3+ +
5Na+ + 7H2O + 2MnO4- (紫色)
褐色沉澱生成。
3.用水洗坩鍋、沉澱,倒入離心管,離心。
Sol 3-3:
Co2+ , Cr2O72- , Ni2+ , Fe3+ , Al3+ , Zn2+ , HNO3
Cr3+
+ ClO3 → ClO2↑ + Cr2O7
-
2-
PPT 3-3:MnO2
1.加幾滴6M HNO3和3%一滴H2O2。
2.加過量鉍酸鈉 (NaBiO3(S))後離心。
3.紫色MnO4-溶液表示Mn2+存在。
Mn2+ + ClO3- →MnO2↓ + ClO2↑
Sol 3-3:
Co2+ , Cr2O72- , Ni2+ , Fe3+ , Al3+ , Zn2+ , HNO3
1.用6M NaOH中和,再加5-10滴過量。
NaOH
H2O2
2.加一滴3% H2O2,然後加溫幾分鐘。
3.離心,用10滴含1-2滴 NaOH的水洗沉澱。
4.收集在離心管後離心,將溶液與沉澱分
開。
Sol 3-4:
CrO42- , Al(OH)4- , Zn(OH)4-
PPT 3-4:
Fe(OH)3 , Ni(OH)2 , Co(OH)3
•
Cr2O72- + 2OH- → 2CrO42- + H2O
•
Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3↓ (紅棕) (溶於HCl)
•
Al3+ + 4OH- → Al(OH)4- (無色)
•
Ni2+ + 2OH- → Ni(OH)2↓ (綠)
•
Zn2++ 4OH- → Zn(OH)4-
•
Co2+ + 2OH- → Co(OH)2↓
Co(OH)2- + H2O2 → Co(OH)3↓ + OH-
若soln為黃色,CrO42–可能存在。1/4 Cr
test,3/4 fot Al and Zn test。
加1~2滴12M HCl,加熱,再加10滴水稀釋,
若soln不是黃色,全部用來做Al and Zn
分兩管做Ni and Co / Fe test。
test。
Sol 3-4:
CrO42- , Al(OH)4- , Zn(OH)4-
HCl
NH4Cl
NH3
HOAC
Pb(C2H3O2)2
H2O2
Al and Zn Test:
Cr Test:
1.用6M HCl酸化
1.用HOAC酸化並加幾滴
2.加5滴6M NH4Cl 和 NH3使變鹼
Pb(C2H3O2)2
2.黃色PbCrO4沉澱表示Cr存在
3.離心,用水洗沉澱
3.進一步證明,可將沉澱溶於一
滴6M HNO3中用幾滴水稀釋
Sol 3-5:
CrO42- , Zn(NH3)42+ , NH3 , NH4Cl
PPT 3-5:
Al(OH)3 白色膠狀 (底部,非常少)
並加一滴3%H2O2,下層藍色
CrO3表示Cr3+存在
Pb(C2H3O2)2 + CrO42-→ PbCrO4↓(黃)+ 2C2H3O2-
Sol 3-5:
CrO42- , Zn(NH3)42+ , NH3 , NH4Cl
PPT 3-5:
Al(OH)3 白色膠狀 (底部,非常少)
1.若有CrO42-,加2-3滴BaCl2,離心後
BaCl2
TA
HNO3
NaOH
丟棄沉澱(BaCrO4)
2.加TA並加熱,白色沉澱可能為ZnS。
3.離心棄掉溶液。
1.溶於一滴6M HCl,加2滴鋁試
HCl
鋁試劑
NH4C2H3O2
劑和5滴NH4C2H3O2。
2.紅色表示Al3+存在,加 NH3變
鹼後,離心沉澱出紅色固體
4.將沉澱溶於一滴16M HNO3,加熱幾
分鐘,氧化硫化物。
5.加過量6M NaOH,再用dithizone試
紙,紫紅區域表示Zn2+存在。
Zn Test
Zn2+ + 4OH- → Zn(OH)42-,Zn(OH)42- + 2 C13H11N4S- →
Zn(C13H11N4S)2 + 4OH-
Al Test
Al(OH)4- + 4H+ → Al3+ + 4H2O
Al3+ + 3C2H3O2- → Al(C2H3O2)3↓(紅)
PPT 3-4:
Fe(OH)3 , Ni(OH)2 , Co(OH)3
HCl,稀釋
NH3
二甲基乙二醛肟
(dimethylglyoxime)
+SCN-
NH4
Fe Test:
冷卻後加些許 NH4+SCN-晶體,深
紅色Fe(SCN)6
3-表示Fe3+存在。
Fe3+ + 6SCN− → Fe(SCN)63- (紅)
NaF
NH4+SCN-醇醚溶液
Co Test:
Ni Test:
1.加NH3 使其變鹼性。
2.離心,棄掉沉澱
3.加過量dimethylglyoxime於溶液中。
4.深紅色沉澱表示Ni2+存在。
1.用NaF褪掉顏色
2.加10滴 NH4SCN醇醚溶液
3.上層藍色的Co(SCN)42-表示
Co2+存在。
Co2+ + 4SCN- → Co(SCN)42- (藍)
Ni(NH3)62+ + 2H2DMG → 4NH3 +
2NH4+ + Ni(HDMG)2(S)↓(紅)
Note…
1.此溶液必定為鹼性,但如果太鹼,少量的Al和Cr可能會損失。
2.重複蒸發是為了移除氯化物,因為它會干擾MnO2的分離。
3.在Mn試驗中若紫色消失迅速,代表氯化物存在,必須加入更多NaBiO3。
4.加入KClO3時一次不能加過多,否則ClO2會劇烈逸出。
Mn2+ + ClO3– → MnO2↓ + ClO2↑
5.H2O2會將Co(OH)2氧化成Co(OH)3,並將Co從Al和Zn分離出來。加熱是為
了加速反應,破壞過量H2O2。
Note…
6.溶液中Al(OH)4–經硝酸酸化後,釋出Al3+,再與NH3形成Al(OH)3的沉澱。
Al(OH)4− + 4H+ → Al3+ + 4H2O
Al3+ + 3NH3 + 3H2O → 3 NH4+ + Al(OH)3↓ (膠體透明狀)
7.如果Al(OH)3呈褐色,可能包含Fe3+。用一或兩滴6M NaOH 將其溶解,離心去
除褐色Fe(OH)3。接著用6M HCl中和並加入NH4Cl和NH3重新沉澱出Al(OH)3。
8.加入NH4C2H3O2後,若包含Al3+的酸性溶液pH值在5和7.2之間,會出現完美的
深紅色。在此弱酸溶液中會形成沉澱,表示有大量的Al3+。相反的若是弱鹼溶
液則不會有沉澱,過量的NH3會造成此結果。
Note…
9.NH4+SCN-試劑包含乙醚和異戊醇,皆屬於揮發性試劑。若溶液溫度太高,當試
劑加入時大部分會揮發散失,所以必須冷卻。
10.Co的試驗中,如果混合後藍色消失,再加入一匙固體 NH4SCN。因為大量的
水層會從上層溶液中萃取出許多硫氰化物,因而降低檢測的靈敏度。
11.若溶液中存在Co2+,Co2+會較Ni2+先和dimethylglyoxime結合產生褐色溶液,
所以有此狀況發生時,必須加入足夠的dimethylglyoxime試劑。
Ni(NH3)62+ + 2H2DMG → 4NH3 + 2NH4+ + Ni(HDMG)2

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