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实验十一 混合离子的分离与定性分析
一、目的要求
1．熟悉有关离子及其化合物的性质。
2．了解混合离子分离与检出的方法和操作。
3．分离与检出混合离子溶液中Ba2+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cr3+、Al3+、Zn2+等7种离子。
二、讲解及示范操作
1．实验原理?有关离子定性分析的基础知识
(1)离子鉴定及离子鉴定反应进行的条件
离子鉴定(检出)就是确定某种元素或离子是否存在。 用来鉴定待检离子的反应即称为离子鉴定反应。 离子鉴定反应大都是在水溶液中进行的离子反应。鉴定反应必须具有明显的外观特征，如溶液颜色的改变、沉淀的生成或溶解、有气体产生等。通常，鉴定反应需在一定的条件下进行，常需控制溶液的酸度、温度、反应离子的浓度、催化剂和溶剂等。同时，反应还应有好的灵敏性与高选择性。
所谓灵敏反应是指待测离子的量很小时也能发生显著的反应，反之若待测离子的量很大时才能发生可觉察的反应则为灵敏性不好的反应。所谓反应的选择性是指与一种试剂作用的离子种类而言的。能与加入的试剂起反应的离子种类越少，此反应的选择性就越高。若只与一种离子起反应，该反应称为此离子的特效反应。
本实验中我们鉴定的7种阳离子的特征鉴定反应分别为： Ba2+：Ba2+ + SO42- = BaSO4?(不溶于稀硝酸的白色沉淀) Fe3+：Fe3+ + n SCN- = [Fe(NCS)n]3-n (血红色配离子溶液) Co2+：Co2+ + 4 SCN- = [Co(NCS)4]2-(稳定存在于丙酮溶剂中的宝石蓝色配离子溶液) Ni2+：在氨性溶液中与丁二肟反应生成独立鲜红色沉淀
Cr3+：先由H2O2氧化成CrO42-，而后Ba2+ + CrO42- = BaCrO4?(黄色沉淀) Al3+：pH=4~5时，加入铝试剂并微热，有玫瑰紫色沉淀生成 Zn2+：Zn2+ + S2- = ZnS(白色沉淀) (2)混合离子的分离方法
混合离子的分离方法主要有沉淀分离法、溶剂萃取分离法、层析分离法、离子交换分离法和蒸馏与挥发分离法等。其中沉淀分离法主要是根据溶度积规则，利用沉淀反应将混合离子分离，又可分为无机沉淀分离法、有机沉淀分离法和共沉淀分离法。本实验中我们采用的是无机沉淀分离法，即利用无机沉淀试剂将待分离离子转化为无机沉淀从而达到分离的目的。其中又以氢氧化物沉淀分离法和硫化物沉淀分离法更为常用。 2．基本操作?离心分离法及电动离心机的使用
当被分离的溶液和沉淀物较少时，采用离心分离法更适合，且此法简便、快速。 操作方法为：将盛有沉淀和溶液的离心试管放在离心机内，靠离心机的高速旋转，沉淀受离心力的作用，向离心试管的底部移动且积集于管底，上方得到澄清的溶液，沉淀物的密度越大及沉淀物颗粒越大时，则固液分离越快。但要注意，当沉淀的密度小于1时，不能用离心分离法分离。
使用离心机时，将装有试样的离心试管放在离心机的套管中，为了使离心机旋转时保持平衡，几个离心试管要两两对称放置。如果只有一个试样，则在对称的位置上放一支离心试管，内装等量的水。此外，放置的离心试管要注意规格、重量相当，以使
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整个体系重量平衡。放好离心试管后，把盖子盖好，开始时把变速器放在最低档，以后逐渐加速(一般转速适中即可，不必过高)，离心1~2分钟即可停止，停止时要慢慢减速，最后变速器调为0，任其自然停止转动，不可用手强制其停转。
离心沉降后，需将溶液和沉淀分离时，用左手斜持离心试管，右手拿滴管，用手指捏紧滴管的橡皮头以排除其中的空气，然后轻轻地将滴管插入清液中(不可触及沉淀)，这时慢慢减小手对橡皮头的挤压力量，清液即被吸入滴管中。随着离心试管中清液的减少，滴管逐渐下移，至全部清液被吸出并转移到接受容器中为止。如果沉淀需要洗涤，可以往盛有沉淀的离心试管中加入适量洗涤液，充分搅拌后再进行离心分离，同样用滴管移出上层清液。如此反复洗涤2~3次，每次所用洗涤液的体积约为沉淀体积的2~3倍即可。
三、注意事项
1．第一步中要将过量的H2O2加热完全分解，至不再冒气泡为止。否则酸化时H2O2将Cr2O72-还原为Cr3+，影响Cr3+的检出实验。
2．为促使Al(OH)3沉淀的析出，可用玻璃棒摩擦试管内壁。 3．鉴定Co2+时，若不出现宝石蓝色，应再加入一些丙酮。
4．实验中控制pH值的地方，一定要控制好，否则可能观察不到预期的实验现象。 5．实验做完后，各离子的特征鉴定反应的试管要在试管架上一字排开，由老师检查评分后再倒掉洗涤。
四、思考题及参考答案
1．在分离Fe3+、Co2+、Ni2+、Cr3+、Al3+、Zn2+时，为什么要加入过量的碱？此时加入H2O2
的目的是什么？反应完全后，过量的H2O2为什么要加热分解掉？的鉴定
答：利用Cr3+、Al3+、Zn2+氢氧化物的两性，加入过量的碱使溶液呈强碱性(pH>10)，Cr3+、
Al3+、Zn2+分别变为可溶性的[Cr(OH)4]-、[Al(OH)4]-、[Zn(OH)4]2-进入溶液，而Fe3+、Co2+、Ni2+成为氢氧化物沉淀从而达到将其分离为两组的目的。此时加入H2O2的目的是使某些元素氧化为高氧化态，[Cr(OH)4]-?CrO42-，Co(OH)2?CoO(OH)，Fe(OH)2?Fe(OH)3，CoO(OH)与Fe(OH)3更难溶，从而使分离更彻底。反应完全后，过量的H2O2要加热分解掉，否则酸化时，H2O2把Cr2O72-还原为Cr3+从而影响后面BaCrO4的生成，也就影响了Cr3+的鉴定。 2．检出Co2+时，加入NaF的目的是什么？
答：加入NaF的目的是为了掩蔽Fe3+。若Fe3+存在，它与KSCN反应，生成血红色的
[Fe(NCS)n]3-n配离子，从而干扰[Co(NCS)4]2-配离子的产生，看不到宝石蓝色，也就干扰了Co2+的检出，而加入NaF，Fe3+与F-生成比[Fe(NCS)n]3-n更稳定的无色的[FeF6]3-配离子，从而使Co2+能够顺利检出。
3．通过计算说明反应[Zn(NH3)4]2+ + S2- ? ZnS? + 4NH3能够向右进行。 答：此反应的平衡常数为
[NH3]4[Zn2?]1K????2????[Zn(NH3)2][Zn2?]?4(Zn(NH3)24][S4)?Ksp(ZnS)??115?1.25?105.00?108?1.6?10?24
此反应平衡常数很大，说明此反应能够向右进行。
4．通过计算说明反应[Fe(NCS)n]3-n + 6F- ? [FeF6]3- + nSCN-向右进行的程度如何？
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答：此反应的平衡常数为
?[FeF63?][SCN?]n[Fe3?]?6(FeF63?)K?????n?63??n[Fe(NCS)3][F][Fe]?n(Fe(NCS)3nn)??1.0?1013?1.1?108.9?10216
此反应平衡常数很大，说明此反应向右进行的程度很大。
五、评分标准
1.预习：2分
2.操作：实验结果及实验报告书写：8分 7个离子检验结果，错一个扣1分
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