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The Systematic Analysis of Group Ⅲ

The Systematic Analysis of Group Ⅲ. Al 3+ 、 Cr 3+ 、 Fe 3+ 、 Ni 2 + 、 Co 2+ 、 Mn 2+ 、 Zn 2+. 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 (Al 3+ 、 Cr 3+ 、 Fe 3+ 、 Ni 2+ 、 Co 2+ 、 Mn 2+ 、 Zn 2+ ， 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 H 2 S 。 )

jerzy
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The Systematic Analysis of Group Ⅲ

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Presentation Transcript

  1. The Systematic Analysis of Group Ⅲ Al3+ 、 Cr3+ 、 Fe3+ 、 Ni2+、 Co2+ 、 Mn2+ 、Zn2+

  2. 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。

  3. Al3+ 、 Cr3+ 、 Fe3+ 、Ni2+、 Co2+ 、 Mn2+ 、Zn2+ 流程圖 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 Ni Test Co and Fe Test Cr Test Al Test Zn Test

  4. 步驟 Al3+ 、 Cr3+ 、 Fe3+ 、Ni2+、 Co2+ 、 Mn2+ 、Zn2+ 1.加6滴6MNH4Cl，用15MNH3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。 NH4Cl NH3 TA (提供S2–) NH4NO3 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+ Zn(NH3)42+ + S2-→ 4NH3 + ZnS(白)↓ • Al3+ + 3OH-→ Al(OH)3(白)↓ • Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3(灰綠)↓

  5. PPT 3-1： FeS (黑), CoS (黑) , NiS (黑), MnS (橙) , ZnS (白) , Al(OH)3 (白), Cr(OH)3 (綠） 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)。 HNO3 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

  6. 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)，再蒸發至將乾。重複三次後，加10-15滴 16M HNO3。 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)，直到黑褐色沉澱生成。 3.用水洗坩鍋、沉澱，倒入離心管，離心。 HNO3 KClO3 MnTest： 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。 3.深紫色MnO4-溶液表示Mn2+存在。 2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+→ 5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O + 2MnO4-(紫色) Sol 3-3： Co2+ , Cr2O72- , Ni2+ , Fe3+ , Al3+ , Zn2+ , HNO3 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。 Cr3+ + ClO3-→ ClO2↑+Cr2O72- Mn2+ + ClO3- →MnO2↓ +ClO2↑

  7. Sol 3-3： Co2+ , Cr2O72- , Ni2+ , Fe3+ , Al3+ , Zn2+ , HNO3 1.用6M NaOH中和，再加5-10滴過量。 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。 NaOH H2O2 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 • Al3+ + 4OH-→ Al(OH)4-(無色) • Zn2++ 4OH-→ Zn(OH)4- • Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3↓ (紅棕)(溶於HCl) • Ni2+ + 2OH-→ Ni(OH)2↓ (綠) • 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。 若soln不是黃色，全部用來做AlandZntest。 加1~2滴12MHCl，加熱，再加10滴水稀釋，分兩管做NiandCo / Fetest。

  8. Sol 3-4： CrO42- , Al(OH)4- , Zn(OH)4- HCl NH4Cl NH3 HOAC Pb(C2H3O2)2 H2O2 Al and Zn Test： 1.用6M HCl酸化 2.加5滴6M NH4Cl 和 NH3使變鹼 3.離心，用水洗沉澱 Cr Test： 1.用HOAC酸化並加幾滴Pb(C2H3O2)2 2.黃色PbCrO4沉澱表示Cr存在 3.進一步證明，可將沉澱溶於一滴6M HNO3中用幾滴水稀釋並加一滴3%H2O2，下層藍色CrO3表示Cr3+存在 Sol 3-5： CrO42- , Zn(NH3)42+ , NH3 , NH4Cl PPT 3-5： Al(OH)3 白色膠狀 (底部，非常少) Pb(C2H3O2)2 + CrO42-→ PbCrO4↓(黃)+ 2C2H3O2-

  9. 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。 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。 1.溶於一滴6M HCl，加2滴鋁試劑和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 BaCl2 TA HNO3 NaOH HCl 鋁試劑 NH4C2H3O2 Zn Test Al Test Al(OH)4-+ 4H+ → Al3+ + 4H2O Al3+ + 3C2H3O2- → Al(C2H3O2)3↓(紅) Zn2++ 4OH- → Zn(OH)42-，Zn(OH)42- + 2 C13H11N4S- → Zn(C13H11N4S)2 + 4OH-

  10. PPT 3-4： Fe(OH)3 , Ni(OH)2 , Co(OH)3 HCl，稀釋 NH3 二甲基乙二醛肟 (dimethylglyoxime) NH4+SCN- FeTest： 冷卻後加些許 NH4+SCN-晶體，深紅色Fe(SCN)63-表示Fe3+存在。 NiTest： 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。 NaF NH4+SCN-醇醚溶液 Fe3+ + 6SCN− → Fe(SCN)63-(紅) CoTest： 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。 Ni(NH3)62+ + 2H2DMG → 4NH3+2NH4+ + Ni(HDMG)2(S)↓(紅) Co2+ + 4SCN-→ Co(SCN)42-(藍)

  11. 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。

  12. 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。

  13. 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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