离子的分离与鉴定

一、 实验目的

1. 学习和掌握常见非金属阴离子的分离与鉴定方法。

2. 熟悉离子检出的基本操作。

3. 培养综合应用基础知识的能力。

二、 实验原理

根据溶液中离子共存情况， 应先通过初步实验或进行分组实验， 以排除不可能存在的离子， 然后鉴定可能存在的离子。 初步性质检验一般包括试液的酸碱性实验， 与酸反应产生气体的实验， 各种阴离子的沉淀性质、 氧化还原性质。 预先做初步检验， 可以排除某些离子存在的可能性， 从而简化分析步骤。 初步检验包括以下内容；

1. 试液的破碱性实验

若试液呈强酸性，则易被酸分解的离子，如CO2－3、NO－2、S2O2－3等阴离子不存在。

2. 是否产生气体的实验

若在试液中加入稀H2SO4或稀HCl溶液，有气体产生，表示可能存在CO2－3、SO2－3、S2O2－3、S2－、NO－2等离子。根据生成气体的颜色和气味，以及生成气体具有某些特征反应，确证其含有的阴离子，如NO－2被酸分解后生成的红棕色NO2气体能将湿润的KI－淀粉试纸变蓝，S2－被酸分解后产生的H2S气体可使醋酸铅试纸变黑，据此可判断NO－2和S2－分别存在于各自溶液中， 见表2.9。

表2.9 阴离子与酸反应的现象与推断

3. 氧化性阴离子的实验

在酸化的试液中，加入KI溶液和CCl4，振荡后CCl4层呈紫色，则有氧化性离子存在，如NO－2。

4. 还原性阴离子的实验

在酸化的试液中，加入KMn O4溶液，若紫色褪去，则表示存在S2－、SO2－3、S2O2－3、Br－、I－、NO－2等离子。

5. 难溶盐阴离子的实验

（1） 钡组阴离子

在中性或弱碱性试液中，用Ba Cl2能沉淀SO2－4、SO2－3、S2O2－3、CO2－3、PO3－4等阴离子。

（2） 银组阴离子

用Ag NO3能沉淀Cl－、Br－、S2－、I－、S2O2－3 等阴离子，然后用稀HNO3酸化，沉淀不溶解。

可以根据Ba2＋和Ag＋相应盐类的溶解性，区分易溶盐和难溶盐。加入一种阳离子 （例如Ag＋） 可以试验整组阴离子是否存在，这种试剂就是相应的组试剂，见表2.10。

表2.10 常见的15种阴离子的分组

续表

经过初步实验后， 可以对试液中可能存在的阴离子做出判断， 见表2.11， 然后根据阴离子的特征反应进行鉴定。

表2.11 阴离子的初步试验

注： （＋） 表示实验现象不明显， 只有在适当条件下 （例如浓度大时） 才发生反应。

6. 常见阴离子的鉴定

（1）CO2－3的鉴定

取5滴试液于离心试管中， 用p H试纸测定溶液的p H， 再加5滴6mol·L－1的HCl溶液，立即将事先沾有1滴新配制的石灰水或Ba（OH）2溶液的玻璃棒置于试管口上，仔细观察，如玻璃棒上溶液立刻变为白色混浊液，结合溶液的p H，可以判断有CO2－3存在。

（2）NO－3的鉴定

取2滴试液于点滴板上，在溶液的中央放一粒Fe SO4晶体，然后在晶体上加1滴浓硫酸，如晶体周围有棕色出现，表示有NO－3存在。

（3）NO－2的鉴定。

取2滴试液于点滴板上，加1滴2mol·L－1HAc溶液酸化，再加1滴对氨基苯磺酸和1滴α－萘胺，如有玫瑰色出现，表示有NO－2存在。

（4）SO2－4的鉴定

取3滴试液于试管中，加2滴6mol·L－1HCl溶液和一滴0.1mol·L－1Ba Cl2溶液，如有白色沉淀出现，表示有SO2－4存在。

（5）SO2－3的鉴定

取3滴试液于试管中，加2滴1mol·L－1H2SO4溶液，迅速加入1滴0.01mol·L－1 KMn O4溶液，如紫色褪去，表示有SO2－3存在。

（6）S2O2－3的鉴定

取3滴试液于试管中，加5滴0.1mol·L－1Ag NO3溶液，振荡，如有白色沉淀迅速变棕变黑，表示含S2O2－3存在。

（7）PO3－4的鉴定

取3滴试液于试管中，加5滴6mol·L－1HNO3溶液，再加8滴（NH4）2Mo O4溶液，温热，如有黄色沉淀出现，表示有PO3－4存在。

（8） S2－的鉴定

取1滴试液于离心试管中，加1滴2mol·L－1Na OH溶液，再加1滴Na［Fe（CN）5NO］溶液，如溶液变成紫色，表示有S2－存在。

（9） Cl－的鉴定

取3滴试液于离心试管中，加1滴6mol·L－1HNO3溶液酸化，再滴加0.1mol·L－1 Ag NO3溶液，如有白色沉淀，初步说明试液中可能含Cl－；将离心试管在水浴上微热，离心分离，弃去清液，在沉淀上加入3～5滴6mol·L－1的氨水，用细玻璃棒搅拌，如沉淀溶解，并且再加5滴6mol·L－1的HNO3酸化后重新生成白色沉淀，表示有Cl－存在。

（10） Br－的鉴定

取5滴试液于离心试管中，加3滴1mol·L－1H2SO4溶液和2滴CCl4，然后逐滴加入5滴氨水并振荡试管，如CCl4层出现黄色或橙红色，表示有Br－存在。

（11） I－的鉴定

取5滴试液于离心试管中，加2滴1mol·L－1H2SO4溶液和3滴CCl4，然后逐滴加入氨水并振荡试管，如CCl4层出现紫色然后褪至无色，表示有I－存在。

三、 仪器与试剂

1. 仪器

试管、 离心试管、 点滴板、 离心机。

2. 固体药品

硫酸亚铁、 碳酸镉、 锌粉 （或镁粉）。

3. 液体药品

H2SO4（2mol·L－1，浓）、HCl（6mol·L－1）、HNO3（2mol·L－1，6mol·L－1，浓）、HAc（2mol·L－1，6mol·L－1）、NH3·H2O（2mol·L－1）、Ba（OH）2（饱和）、KMn O4 （0.01mol·L－1）、KI（0.1mol·L－1）、K4［Fe（CN）6］（0.1mol·L－1）、Na NO2（0.1mol·L－1）、Na［Fe（CN）5NO］（1％，新配）、（NH4）2CO3（12％）、（NH4）2Mo O4（0.1mol·L－1）、Ba Cl2 （1mol·L－1）、Ag NO3（0.1mol·L－1）、Zn（粉）、Pb CO3（s）、Fe SO4·7H2O（s）、尿素、氯水（饱和）、碘水（饱和）、CCl4、淀粉溶液。

4. 材料

p H试纸、Pb（Ac）2试纸、碘化钾－淀粉试纸。

四、 实验内容和步骤

（一） 初步实验

1.和H2SO4反应

①于离心管中加入两滴试液，然后加3～4滴浓H2SO4，加热，观察放出气体的气味和颜色， 判断哪些阴离子可能存在。

②用3mol·L－1H2SO4溶液酸化试液，如溶液呈黄褐色，表示I－和某种氧化性阴离子可能存在；如出现白色浑浊或析出S，可能由于S2－被氧化或S2O2－3分解，或SO2－3与S2－作用的结果。

2. 还原性阴离子存在的实验

①取6～8滴试液于离心管中，加3mol·L－1H2SO4数滴，分解过量的Na2CO3（溶液仍为弱碱性），取4滴该溶液逐滴加入0.02mol·L－1KMn O4溶液，如有褐色Mn O（OH）2沉淀生成，表示溶液中有除Cl－、Br－以外的还原剂存在；如无Mn O（OH）2沉淀生成，在剩余试液中加入约1／4试液体积的浓H2SO4，向此溶液中逐滴加入KMn O4溶液，如有Cl－、Br－存在，则KMn O4褪色。

②取数滴试液，加3mol·L－1H2SO4使其呈酸性，再加入1滴I2溶液，如I2溶液褪色，可能有S2－、SO2－3、S2O2－3等存在。

3. 氧化性阴离子存在的实验

①取4滴试液，加3mol·L－1H2SO4使其呈酸性，加1滴KI溶液，摇匀，如析出I2，可能有NO－2、As O3－4等离子存在，或有Cl O－、Cl O－3、Br O－3、IO－3、Fe［（CN）6］3－等氧化性阴离子存在。注意，NO－3浓度较大时也会与KI反应。

②如无I2析出，在另一离心管中加3滴浓HCl溶液及靛蓝溶液，使溶液呈浅蓝色，加热煮沸，向此溶液中加数滴试液，如蓝色消失，试液中有Cl O－3、NO－3存在。

4. 第一组和第二组阴离子存在的实验

取数滴试液，用6mol·L－1HCl溶液酸化，加热使气体逸出，除引入的CO2外，由逸出的气体可判断第一组阴离子是否存在。溶液混浊时可能有S2O2－3存在，此时加热使硫凝聚。在澄清的溶液中，用2mol·L－1氨水中和，并加入2～3滴Ba Cl2＋Ca Cl2溶液，根据有无沉淀判断第二组阴离子是否存在。

5. 第三组阴离子存在的实验

取数滴试液，用6mol·L－1HNO3酸化，在沸水浴中加热4～5min，加1～2滴Ba Cl2＋Ca Cl2溶液，有沉淀析出表示有第三组阴离子存在，根据沉淀颜色可初步判断可能存在的离子。

根据初步试验， 判断可能存在的阴离子， 然后有针对地对可能存在的离子进行鉴定。

（二） 分析鉴定

1.CO2－3的鉴定

取5滴试液于离心试管中，加入5滴6mol·L－1HCl溶液，立即将事先沾有一滴新配制的石灰水或Ba（OH）2饱和溶液的玻璃棒置于试管口，如液滴变混浊，表示有CO2－3存在。

SO2－3、S2O2－3对CO2－3的检验会有干扰，因为酸化时产生的SO2也会使Ba（OH）2溶液变混浊，消除干扰的办法是在酸化前加入3％H2O2，使它们转化为SO2－4。

2.SO2－4的鉴定

①取1滴0.5mol·L－1Ba Cl2溶液滴于滤纸上，加1滴新配制的0.5％玫瑰红酸钠溶液，生成红棕色斑点，在此斑点上加1滴SO2－4试液，若斑点变成白色，则表示有SO2－4存在。

②取3滴试液于离心试管中， 加2滴6mol·L－1HCl溶液， 再加2滴0.5mol·L－1 Ba Cl2，若析出Ba SO4白色沉淀，则表示有SO2－4存在。

3.SO2－3的鉴定

①取3滴试液（不含S2－），用3mol·L－1HCl中和， 再取2滴中性溶液于点滴板上，加1滴0.1％的品红试剂，如溶液很快褪色，则表示有SO2－3存在。

②取2滴①中的中性溶液于离心试管中，加1滴3％Na2［Fe（CN）5NO］、1滴饱和Zn SO4溶液和1滴0.1mol·L－1K4［Fe（CN）6］溶液，若产生红色沉淀，则表示有SO2－3存在。

4.S2O2－3 的鉴定

取2滴试液滴入离心管中，加入2滴2mol·L－1HCl溶液，微热，同时管口盖上用1滴K2Cr2O7溶液湿润过的滤纸，滤纸上的斑点变灰绿色，且离心管中有硫黄沉淀或混浊，则表示有S2O2－3存在。

5.S2－的鉴定

①在离心试管中滴入2滴试液，加6mol·L－1HCl溶液使之呈酸性，同时管口盖上用1滴Na2Pb（OH）4湿润过的滤纸，如滤纸变黑，则表示有S2－存在。

②取2滴试液于点滴板上，加1滴2mol·L－1Na OH溶液，再加1滴3％亚硝酰铁氰化钠溶液，若溶液变成紫红色，则表示有S2－存在。

6.SCN－的鉴定

①取1滴试液于离心试管中，加1滴0.5mol·L－1Fe Cl3溶液，若溶液呈红色，则表示有SCN－存在。

②滴加1滴试液于坩埚中，加1滴0.5mol·L－1Co（NO3）2，蒸干，残渣如呈紫色，加几滴丙酮，如有机层呈现蓝绿色或绿色，则表示有SCN－存在。

7.NO－3的鉴定

①棕色环法：取2滴试液于点滴板上，在溶液中央放一小粒Fe SO4·7H2O晶体，在晶体上加2滴浓H2SO4，若晶体周围形成棕色环，则表示有NO－3存在。

NO－2有相同的反应，除去NO－2的方法是：在酸性溶液中加尿素少许，与试液一起在水浴上煮沸至无气泡发生，即可使NO－2分解。

②试液用HAc调到p H＝4～5，取此试液1滴于载玻片上，加1滴10％Ba（Ac）2溶液，微热，若冷却后在显微镜下观察到八面体结晶，则表示有NO－3存在。

8.NO－2的鉴定

①取1滴试液于点滴板上，加1滴2mol·L－1HAc酸化，再加入0.3％对氨基苯磺酸及0.1％α－萘胺各1滴，若立即出现红色，则表示有NO－2存在。

②取1滴用HAc酸化的试液， 加2滴2.5％硫脲， 再加2滴2mol·L－1HCl及1滴0.5mol·L－1Fe Cl3溶液，若溶液变为深红色，则表示有NO－2存在。

9.CN－的鉴定

①取1滴试液，加2mol·L－1Na OH使之呈强碱性，加1滴0.5mol·L－1Fe SO4溶液，煮沸，加2滴2mol·L－1HCl酸化，再加1滴0.5mol·L－1Fe Cl3，若生成蓝色沉淀，则表示有CN－存在。

②取几滴试液于小试管中，加1～2滴1mol·L－1H2SO4溶液，立即将预先用等体积Cu（Ac）2和联苯胺试剂湿润的滤纸盖住管口，若滤纸上出现蓝色斑点，则表示有CN－存在。

10.F－的鉴定

取1滴锆－茜素S试剂（0.1％Zr Cl4和0.1％茜素S等体积混合，溶液呈紫红色） 于滤纸上，在空气中干燥滤纸，再加1滴6mol·L－1HAc湿润，滴加1滴中性试液于湿斑上，若紫红色湿斑变成黄色，则表示有F－存在。

11.Cl－的鉴定

①在离心试管中加入2滴试液和2滴0.1mol·L－1Ag NO3溶液，生成白色Ag Cl沉淀；离心分离，用水洗涤沉淀1～2次，加2～3滴0.1mol·L－1Na3As O3溶液，若生成黄色沉淀，则表示有Cl－存在。

②在离心试管中加入2滴试液和2滴0.1mol·L－1Ag NO3溶液，生成白色Ag Cl沉淀；离心分离，在沉淀上加2滴2mol·L－1氨水，使沉淀溶解，再加2滴2mol·L－1HNO3，又有白色沉淀生成，则表示有Cl－存在。

12.Br－的鉴定

取2滴试液于离心试管中，加2滴1mol·L－1H2SO4溶液、4滴CCl4，再滴加2滴氯水，并振荡试管，若CCl4层呈红棕色，并且加过量Cl2水后CCl4层颜色变浅黄，则表示有Br－存在。

13.I－的鉴定

取4滴试液于离心试管中，加2滴1mol·L－1H2SO4溶液、4滴CCl4，然后逐滴加入氯水，并振荡试管，每加1滴氯水后注意观察CCl4层，如CCl4层呈紫红色，加过量氯水后褪至无色，则表示有I－存在。

14.Si O2－3的鉴定

在滤纸上加1滴试液和1滴0.5mol·L－1（NH4）2Mo O4溶液，再加1滴联苯胺醋酸溶液和1滴饱和Na Ac溶液，若斑点现蓝色，则表示有Si O2－3存在。

15.PO3－4的鉴定

①钼酸铵法：取3滴试液于离心试管中，加5滴6mol·L－1HNO3，再加6滴0.5mol·L－1（NH4）2Mo O4溶液，温热，如有黄色沉淀产生，则表示有PO3－4存在。

②镁混合试剂法：取1滴试液于点滴板上，加镁混合试剂（Mg Cl2、NH3·H2O和NH4Cl的混合液）1滴，形成白色晶状沉淀Mg NH4PO4。

As O3－4有干扰，此时若将沉淀溶于HAc，再加1滴Ag NO3，得到黄色Ag3PO4沉淀，则表示有PO3－4存在。

16.C2O2－4的鉴定

取2滴试液于离心试管中，加热到60℃～70℃，加1滴1mol·L－1H2SO4和1滴0.05mol·L－1KMn O4溶液，若混合后KMn O4溶液的紫色褪去，并有CO2气体产生，则表示有C2O2－4存在。

五、 思考题

1. 某阴离子未知液经初步试验结果如下：

①试液呈酸性时无气体产生；

②酸性溶液中加入Ba Cl2溶液无沉淀；

③加入稀硝酸和Ag NO3溶液产生黄色沉淀；

④酸性溶液中加入KMn O4，紫色褪去，加I2－淀粉溶液，蓝色不褪去；

⑤与KI无反应。

由以上初步实验结果， 推测哪些阴离子可能存在， 说明理由并提出进一步验证的步骤。

2. 用图表形式表示Cl－、Br－、I－混合离子的分离过程和鉴定方法。

3.实验室现有7种试剂，溶液的浓度均适中，只知道它们是Na OH、Mg SO4、Fe Cl3、Ag NO3、Na Cl、KNO3、Ba Cl2。不使用其他试剂，能否把它们区分开来？

4. 在某固体试样中加稀盐酸， 观察到有气泡产生， 该试样中可能存在哪些阴离子？