阳离子定性分析:鉴定未知液

用盐酸、热水、氨水、氢氧化钠和几种鉴定试剂,按流程把七种阳离子逐一分开并确认,找出一份未知液的组成。

难度 ●●● 约 35 分钟

实验目的 鉴定未知液中含有 Ag⁺、Pb²⁺、Hg₂²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Zn²⁺ 中的哪几种,并用溶度积、稳定常数和两性解释每一步。
7 种阳离子 · 每一步都由 Ksp 与稳定常数计算

阳离子定性分析台

氯化物组(第一组)

氢氧化物与氨配合物

未知液
试管架(颜色:溶液由吸收光谱计算,沉淀为文献记载颜色)

实验记录

从第 1 步开始:向未知液中加入 6 M HCl。

你认为未知液中含有哪些离子?
这是一套计算出来的定性分析流程。每一步是否沉淀、沉淀多少,都由 Ksp、稳定常数和酸碱平衡求得(本站的沉淀与配合物内核,Martell & Smith 的常数):例如 HCl 只能沉淀约 97 % 的 Pb²⁺(PbCl₂ 较易溶,还会形成氯配合物),所以流程中用 H₂SO₄ 除去残余的 Pb²⁺;Cu(OH)₂ 要在 NH₃/NH₄⁺ 缓冲中才能完全溶成深蓝色配离子。少数步骤是文献记载的反应结果:Hg₂Cl₂ 遇氨歧化为 Hg + HgNH₂Cl(灰黑色)、铝试剂色淀、PbCl₂ 的热水溶解度。沉淀颜色是观察颜色,溶液颜色由吸收带经 CIE 色度计算。未知液由编号经确定性哈希生成(每种离子约 45 % 的概率出现,0.06–0.12 M)。真实实验中请在通风橱中处理 Na₂S,并注意汞、铅、铬酸盐的毒性。

操作步骤

  1. 选一个未知液编号。第 1 步:加 6 M HCl 并离心。沉淀 P1 是第一组氯化物,溶液 S1 留给后面的步骤。
  2. 第 2–5 步处理 P1:热水浸出 PbCl₂ 并用 K₂CrO₄ 检验;残渣加氨水(亚汞变灰黑、AgCl 溶解);氨溶液用硝酸酸化检验银。
  3. 第 6–7 步处理 S1:先用 H₂SO₄ 除去残余的 Pb²⁺,再加过量 NaOH,把两性的 Al、Zn 与 Fe、Cu 分开。
  4. 第 8–12 步:沉淀溶于盐酸后加氨水(铜变深蓝、铁留在沉淀中,再用 KSCN 确认);溶液酸化后加氨水(Al(OH)₃ 沉淀,用铝试剂确认;锌留在溶液中,用 Na₂S 确认)。
  5. 在记录里核对每一个阳性和阴性现象,勾选你认为存在的离子,再点“核对答案”。

注意观察

  • 盐酸只沉淀约 97 % 的铅:PbCl₂ 较易溶,还会形成氯配离子——这就是流程里要用硫酸“清扫”残余铅的原因。
  • 第 3 步即使没有铅,溶液也是黄色的(铬酸根本身的颜色);阳性结果是黄色沉淀,不是黄色溶液。
  • 第 8 步的深蓝色和第 9 步的血红色都由吸收光谱计算得出,浓度越高颜色越深。
  • 换几个编号:只含一种离子的未知液最容易,含五六种离子时要特别注意颜色的相互掩盖。

真实实验室

  • 每次离心后都要用少量蒸馏水洗涤沉淀,否则上一组的离子会被带进下一组,造成假阳性。
  • Na₂S 遇酸放出剧毒的 H₂S,必须在通风橱中使用;汞、铅、铬酸盐的废液要单独回收,不能倒入下水道。
  • Al(OH)₃ 这样的胶状沉淀不易离心,可以在水浴中加热片刻使其凝聚。
  • 每做一步都应同时做一个已知阳性样和一个空白,以确认试剂有效、没有污染。

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