16.14: 定性分析

对于含有不同阳离子混合物的溶液，可通过定性分析确定每个阳离子的标识。 这种技术包括一系列使用不同化学试剂的选择性沉淀，每种反应都产生特定组阳离子的特性沉淀。 通过改变 pH 值，加热混合物以重新溶解沉淀物或添加其他试剂以形成错合离子，可进一步分离组内的金属离子。

例如，由不溶解碳酸盐和磷酸酶 (如 Ba2+ ， Ca2+ 和 Mg2+) 组成的 IV 类阳离子，在基本溶液中存在磷酸氢二氢 ((NH4) 2HPO4) 时，均为白色沉淀物。 沉淀物是稀释乙酸中的溶解。 为了识别每次阳离子，将执行确认性测试。

所有三种阳离子在添加钾铬酸 (K2CrO4) 后形成明亮的黄色铬酸盐；但是，只有钡铬酸 (BCrO4) 不能溶入乙酸中。  可以过滤溶液，过滤液中含有 Ca2+ 和 Mg2+。

现在可以将过滤物分成两部分，以测试剩余的阳离子。 如果溶液在存在铵氧化物 ((NH4_{) 2C2O4}) 溶液的情况下形成白沉淀物，则可以确认 Ca2+ 离子。 白色沉淀物是氧化钙的沉淀物，它在水和乙酸中均不溶解。

Mg2+ 通过炭腔测试进行识别。 在此测试中，金属碳酸盐分解成碳腔中相应的金属氧化物。 残留物的颜色表示可能的阳离子。 氧化镁 (MgO) 在碳腔中留下白色残留物。 使用几滴硝酸钴 (Co(NO3)2) 溶液处理这种残留物。 硝酸钴在高温下分解为钴 (II) 氧化物，形成粉色汞合金 (COO-MgO) ，证实存在 Mg2+。

当未知溶液包含 多种不同金属离子混合物时，可以通过一系列系统的选择性沉淀 来鉴别阳离子，称为定性分析。在每个分析步骤中，加入不同的 沉淀剂。这些试剂具有选择性，可以使某些阳离子沉淀为 不溶性盐，将其除去，而其它离子则继续留在溶液中。在水溶液中，有 22 种常见 阳离子，根据它们的不溶性盐的溶度积 可以把它们分为五组。第 1 组阳离子是能够形成不溶性氯化物的金属离子。大多数氯化物盐溶于水。因此，当用六摩尔盐酸 处理金属离子的水溶液时，沉淀物将指示第 1 组金属 离子，例如银、铅或汞。如果没有沉淀形成，则表明 溶液中不存在第 1 组阳离子。然后将这种混合物离心或过滤，分离出固体沉淀物和水相上清液 接下来，用硫化氢气体鼓泡 通过酸性上清液。金属离子与硫化氢反应 生成金属硫化物和质子。由于在前一步中加入了盐酸，因此，高浓度质子会使平衡 向反应物转移。因此，在酸性条件下，只有形成 高度难溶性硫化物盐的第 2 组金属离子会发生沉淀，而其它微溶性金属硫化物则会 保留在溶液中。接着，沉淀出第 3 组阳离子，由 不溶于碱的硫化物和氢氧化物组成。向上一步的上清液中加入氢氧化钠，使溶液呈碱性。加入碱可以消耗掉金属硫化物沉淀反应中 生成的质子，平衡 向生成物方向移动。结果，许多在酸性条件下 可溶的金属硫化物现在 变得不可溶并沉淀下来。另外，能够生成不溶性氢氧化物的金属离子，例如铁、铝和铬，会从溶液中沉淀出来。这种混合物分离后，只剩下碱金属和 碱土金属离子留在溶液中。第 4 组阳离子由碱土金属构成，能够 形成不溶性磷酸盐。向碱性上清液中加入磷酸氢二铵，会产生镁、钙、钡 和锶离子沉淀。从这个步骤中倾析出来的液体 含有第 5 组阳离子。这些阳离子不会形成不溶性盐，需要单独鉴定。在前面步骤中向溶液中 加入氢氧化钠时，如果释放出具有氨气特有气味的气体，那么混合物中就存在铵离子。钠离子和钾离子可通过火焰测试鉴定。钠离子产生亮黄色火焰，紫色火焰表示钾离子。