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确定离子化合物的溶度积的规则
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确定离子化合物的溶度积的规则

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Overview

资料来源： 实验室的博士尼尔 · 艾布拉姆斯 — — 美国纽约州立大学环境科学与林业学院

通过定性的分析，可以确定离子化合物的溶解度。定性分析是使用化学属性的分析化学领域的一个分支中的化合物和识别的阳离子或阴离子的反应。而化学的反应依赖于已知的溶度积规则，可以通过确定形成产品确定那些相同的规则。定性的分析不通常是在现代工业化学实验室中，但可以在不需要精密仪器仪表领域很容易使用。定性分析也侧重于理解离子和净离子反应以及数据组织成一个流程图解释意见，并作出明确的结论。

许多金属离子有相似的化学性质，阴离子同行一样。正确识别需要仔细分离和分析，系统地找出目前在溶液中的离子。它是重要的是理解酸碱属性、 离子平衡、 氧化还原反应和 ph 值属性，以确定离子成功。

虽然几乎每个元素和多原子离子定性试验，识别过程通常始于知道"类"的离子进行分析;阳离子或阴离子，元素或多原子，群体或时期、 过渡或主要组。在这个实验中，确定了两种类型的离子，阳离子和阴离子。阳离子包括多原子离子以及。

Principles

查明阳离子和阴离子基于已知的化学反应之间未知离子和鉴于反应物。有时，它可能缺乏积极标识以及离子的反应。所有的离子化合物由阳离子和阴离子组成，当两种不同的离子化合物发生反应，阳离子的一种化合物静电吸引到另一个，形成新的离子化合物阴离子。(注： 一些独特的离子化合物具有一个或多个金属离子。示例将 KNaC4H4O6或 (NH4)2Fe (等4)2。离子化合物的总电荷仍总和必须为零。）这种类型的反应被称为复分解反应或双位移反应，如下所示：

wAB(aq) + xCD(aq)→y广告(s) + zCB(aq)

分子反应

在哪里阳离子物 A 和 C，B 和 D 是阴离子反应物和化合物摩尔比例 w 和x，分别。同样遵循产品广告(s)和 CB(aq)的摩尔比率y和z。当反应发生在水溶液中时，分子反应可以写成自由离子和不溶性的产品称为离子反应的组合：

A+(aq) + B-(aq) ++C(aq) + D-(aq) →AD(s) + B-(aq) ++C(aq)

离子反应

离子的反应显示两种离子所涉及的反应，以及那些不参与，称为观众离子。形成不溶性的产品广告(s)标识反应离子或可以用来确定这些离子的溶解性规则。在所有情况下，净离子反应是所有意见中，这是一种简化的形式的离子反应和显示只有离子在反应中所涉及的都基础。

+(Aq) + D-(aq)→ 广告(s)

净离子反应

观察一个化学反应生产不溶性的产品或沉淀，是一个标记净离子反应的参与者。

反应可能是某些阳离子或阴离子，特有或共同对所有离子内组或任何类别的试剂。例如，所有过渡金属离子与硫离子，S2-发生反应，形成不溶性沉淀物。许多碱土金属形成碳酸盐或磷酸盐离子存在下的白色沉淀。可以通过溶度积规则和化学反应的组合的混合解决方案进行更具选择性识别分析。例如，含有锌、 铁、 银、 镍，溶液能分离根据图 1中的流程图。氯化首先添加到解决方案中，氯化银，氯化银沉淀。其余的金属都是所有在沉淀氢氧化铵，重新溶解锌过量氢氧化。锌被证实存在亚铁氰化钾，形成绿色的沉淀。收集了剩余的铁和镍沉淀和过多的氨添加解散镍和收集固体铁配合物。铁是再溶解在酸和硫氰酸根离子与确认。镍被辨认出添加丁二酮肟，形成固体的红色沉淀。

Figure 1
图 1。示例流程图的解决方案分离。

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Procedure

1.一般方法

  1. 制备的定性分析
    1. 反应一般都在小试管体积的 5 毫升或更少。
    2. 解决方案需要充分溶解，应相对较稀，通常 ~0.1 M。
    3. 试剂应慢慢地添加落和细致的观察。
    4. 几种常见"测试解决方案"必须建立溶度积规则或识别未知的离子。这些包含已知专门与某些化学物质 （阳离子或阴离子） 发生反应的离子。
      1. 常见的解决方案包括卡诺3，钡2、 (NH4)2MoO4，HCl，阿格诺3，和氢氧化钠和其他解决方案的需要。
  2. 混合
    1. 敲击或者在垂直方向旋转试管混合解决方案。使用软木或塞子塞住，防止飞溅的解决方案。
    2. 删除软木或塞子塞住，然后轻轻地加热水浴或很酷的火焰，诱发反应与解决方案。从任何个人在实验室里测试管点。
  3. 观察和恢复
    1. 独立的 （非反应溶液） 上清液和沉淀采用离心法。如果更多的沉淀形式添加附加测试离子时，反应是不完整的。继续添加测试离子，直到不再沉淀形式。
    2. 洗沉淀采用离心法和浇注或调迁去上清。添加更多的水，总共三次洗涤重复此过程。
    3. 洗真空过滤大量的沉淀和过滤纸从恢复干的沉淀。
    4. 注意到形成的沉淀以及如颜色、 厚度 （凝胶状、 多云、 精细） 和晶体形成沉淀的属性。
  4. 安全和废料
    1. 总是进行定性分析实验时戴安全眼镜。手套也可能需要使用的试剂和产品形成的基础。
    2. 必须密切遵循适当的废物处理方法。当多个反应物组合在一个容器中时，可以形成有害的产品。

2.阴离子分析

  1. 识别磷酸、 碳酸盐、 氯、 硫离子;大埔43-，CO32-，-，Cl S2-
    1. 磷酸
      1. 添加含有磷酸，大埔43-，到另一解决方案含钙离子，Ca2 +的溶液。白色沉淀形成表明 Ca3(PO4)2磷酸钙的形成。
      2. 因为许多金属离子形成不溶性钙产品，更具体的反应是可能的。添加到 Ca3(PO4)2溶解固体和形成 HPO42-H+ （酸）。然后结合 HPO42-钼酸铵，(NH4)2MoO4。一个积极的测试产生黄色沉淀铵磷钼酸盐、 NH4）3宝4(MoO3)12(s)。净离子反应如下：
        3 Ca2 +(aq) + 2 大埔43-(aq) → Ca3宝4(s)
        Ca3宝4(s) + 2 H+(aq) → 3 Ca2 + + 2 HPO42-(aq)
        HPO4 2-(aq) + 12 (NH4)2MoO4(aq) + 23 H+(aq)         → (NH4)3宝4 (MoO3)12(s) + 21 NH4+(aq) + 12 H2O(l)
    2. 碳酸盐岩
      1. 碳酸盐岩盐是一般除了在组 1 和铵阳离子不溶性。向含碳酸盐的解决方案中添加氯化钙、 氯化2，滴几滴。在解决方案中与高碳酸浓度，白色沉淀形式和指示，可能会形成钙磷酸盐、 CaCO3。反应了很多的干扰，包括像磷酸其他阴离子。
        Ca2 +(aq) + CO32-(aq) → CaCO3(s)
      2. H+ （酸） 添加含碳酸盐岩，CO32-解决方案。泡沫的形成表明 CO2，标志着 CO32-作为反应物的存在。碳酸离子的行为作为一个基地在强酸形式二氧化碳气体和水。
        CO32-(aq) + H+(aq) → CO2(g) + H2O(l)
    3. 氯
      1. 将硝酸银添加到含氯化物的解决方案。白色沉淀的形成，这表明形成的氯化银(s):
        Ag+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(s)
    4. 硫化物
      1. 含硫的解决方案中添加氯化铜溶液。黑色沉淀物形成表明铜硫化物，CuS 的形成。一般情况下，含有硫离子，S2-，溶液反应与金属离子产生不溶性的金属硫化物。
        S2- + Cu2 + → CuS(s)。 
        溶度积，Ksp值 = 6.3 x 10-36，表明高程度的不溶性的产品。

3.阳离子分析

  1. 所有碱都金属 （1 组） 和一些碱土都金属 （组 2） 都不能溶解除在特定条件下。
  2. 几乎所有组 3 — — 13 金属被都认为存在硫醚不溶、 碳酸钙、 磷酸盐和氢氧化物。颜色和类型的沉淀会有所不同。
    1. 在氢氧化钾溶液中铬溶液的地方。将观察绿色沉淀。与氢氧化 + 2 金属的一般反应是如下所示：
      M2 + + 哦- → M(OH)2(s)
    2. 它是不可能区分大多数金属离子基于溶解度仅有一些明显的例外：
      1. 银、 汞、 汞22 ++Ag 或铅，铅2 +对氯、 溴或碘化物的加法结果中沉淀的形成。
      2. 另外，锶 Sr2 +沉淀硫酸钡、 Ba2 +、 汞、 汞22 +，或铅，铅2 +结果。
      3. Ba2 +形成黄色固体在 CrO42-，巴克罗4(s)。这是使用油基涂料，俗称"黄钡"色素。
  3. 有限的不溶性的金属离子允许其它定性的测试来标识每个金属。虽然某种形式沉淀，别人接受唯一的颜色变化在螯合离子或分子。阳离子标识包括镍、 铁、 铝和锌;Ni2 +、 Fe3 +、 Al3 +，锌2 +。
    1. 丁二酮肟 (H2dmg) 形成玫瑰红色沉淀镍 (H2dmg) 在添加镍 (II):
      Ni2 +(aq) + 2 H2dmg(aq) → Ni(Hdmg)2(s) + 2 H+(aq)
    2. 铁 (III) 添加硫氰酸根离子，SCN- ，形成血红色 [FeNCS]2 +] 复杂：
      Fe3 +(aq) + SCN-(aq) → [FeNCS]2 +(aq)
    3. 铝离子
      1. 结合邻苯二酚紫在 ph 值 6 乙酸铵缓冲溶液，形成蓝色溶液中铝 (III)。
      2. 铝 (III) 也被沉淀在形成凝胶状白色 al （oh)3(s)复合的基础薄弱。加入更多基地引起 [al （oh)4] 到窗体的明确和无色化合物-(aq)可溶性复杂。
    4. 锌离子
      1. 锌 (II) 添加极少量的基地，形成白色沉淀。然后，添加更多的基地重新溶解沉淀，形成可溶性 [共4]2-复杂。
      2. 添加锌 (II) 亚铁氰化钾，K4[Fe(CN)6]，形成光绿色沉淀 K2锌3[Fe(CN)6]2(s):
        3 锌2 +(aq) + 2 K4[Fe(CN)6](aq) → K2锌3[Fe(CN)6]2(s) + 6 K+(aq)

离子化合物的溶解特性的趋势可以用于离子解的定性分析。当化合物被添加到混合离子溶液中，很多产品可以形成，每一个都有不同的溶解性能。如果只有一种产品是不溶性，然后它独自将离开该解决方案。通过执行连续的反应，溶液中的离子可以系统地识别并分离。

虽然各种分析仪器存在元素分析，技术往往耗时或需要运输样品实验室之间。定性的分析技术，如检查溶解度属性是分析速度快，可预先筛选方法。

这个视频将介绍离子化合物的溶解性能、 证明程序选择性沉淀离子化合物，并介绍几种应用定性分析使用工业设置中的溶解度趋势。

离子化合物由阳离子和阴离子组成。当两种不同的离子化合物发生反应时，阳离子的一种化合物是静电吸引到另一个，形成新的化合物阴离子。不参加反应的离子称为观众离子和省略从净离子反应。当一种离子化合物溶解时，他们可逆地互动与溶剂分子和离子离解。如果离子和新的反离子之间的相互作用是比离子与溶剂分子之间，它将更有利于产品要在固相。从解决方案的固体产物的形成被称为沉淀，而固体称为沉淀。

离子可以从解决方案带有不溶性沉淀诱导反应选择性分离。若要设计这些反应，阳离子和阴离子则分配给广泛类别根据溶解度的趋势。阳离子进行分组通过识别常见到他们不溶性的反应产物，阴离子和阴离子同样按常见阳离子。这些常见的离子解决方案用于测试这些群体。

当分离是渴望属于同一个组，专门试剂的离子或集中解决方案可以用来诱导选择性反应，一旦离子在该组中的已分离。这些专门的试剂还可以用于确认身份的孤立的离子。现在，你明白背后的离子，让我们去通过技术分析解磷，定性分析的原则依次分离金属离子的混合物的过程。

分析磷酸解，首先准备水钙、 铵 orthomolybdate 和浓的硝酸稀测试解决方案。然后，将 5 毫升的未知溶液放在试管里。

添加钙溶液滴到未知的解决方案。白色沉淀的形成可能表明钙磷酸盐或碳酸钙的存在。若要验证磷酸盐的存在，慢慢地添加硝酸试管。沉淀溶解指示磷酸氢已形成。气泡的缺乏指示没有碳酸盐岩是目前，碳酸盐岩酸形成二氧化碳和水会有什么反应。

最后，慢慢地将铵 orthomolybdate 添加到试管中。铵磷钼酸盐形式作为黄色沉淀，确认磷酸盐溶液中的存在。

首先，准备稀测试解决方案所列文本协议。获得四个试管和帽适合在离心机中使用。水溶液中锌、 镍、 银、 铁硝酸盐混合物置于一个试管中。要开始分离，首先慢慢添加稀盐酸的混合物，轻轻地旋转。形成的白色沉淀物是氯化银。继续添加氯化溶液，直到不再沉淀形式。

用离心法分离的液体，或上清液和固体氯化银。上清液倒入试管中第二个。洗三次与水的氯化银和倒进第二个试管每次洗涤。接下来，添加氢氧化钠溶液滴到第二个试管。三沉淀物将形成： 白色的氢氧化锌、 黄铁氢氧化铝和氢氧化镍绿色。继续添加氢氧化钠，直到固体白锌化合物的溶解，形成可溶性锌离子。用离心法，分离锌溶液和固体镍和铁的化合物，然后将溶液倒入试管中第三。清洗用水固体三次和倒每进入锌溶液。

慢慢添加盐酸酸锌溶液在试管中第三次直到氢氧化锌沉淀，然后溶解。

然后，添加亚铁氰化钾滴锌溶液，形成钾锌铁氰化的白色沉淀。现在，向试管中含有固体镍氢氧化铝和氢氧化铁，慢慢加入氨形成可溶性的蓝色镍拿离子。分开固体铁氢氧化镍溶液，用离心法和镍溶液倒入试管中第四次。洗三次与水的氢氧化铁和倒进镍溶液洗涤。然后，慢慢地添加丁二酮肟镍溶液，形成镍丁二酮肟作为红色的沉淀物。对固体氢氧化铁，仔细加浓的盐酸，形成的三氯化铁溶液。要确认铁的存在，请添加硫氰酸盐，形成深红色 thiocyanatoiron 阳离子。

简单和速度进行定性分析的离子在溶液中使这一技术广泛应用于环境化学与工业。

当水中含有高浓度的金属阳离子如钙或镁时，它被称为硬水。这些金属阳离子能反应等，形成堵塞管道或热水加热器的垩矿床碳酸水中阴离子。水的硬度可以通过向水样品中添加碳酸溶液进行评估。白色沉淀指示高水平的钙。

磷酸是一种重要的营养素，许多形式的生命，因此被用在工业和花园肥料，但过量的磷酸盐可以是有害的特别是在淡水环境。在住宅和商业领域的废水可以测试磷酸盐通过添加硝酸和铵 orthomolybdate。黄色沉淀指示高水平的磷酸盐。

你刚看了离子的溶度积规则的朱庇特的简介。你现在应该熟悉离子反应、 几个程序的解决方案，定性分析和定性的分析，利用溶解度的一些应用的原则。

谢谢观赏 ！

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Applications and Summary

此处所示的反应可以用于识别一类的阳离子或阴离子的存在或使用非常专为某些离子。因为两种试剂用于分析，要么试剂可以将通常会检测到使用其他。例如，而不是分析氯使用银离子的存在，可以确定银离子使用氯。通过特定的比色法或沉淀试验沉淀的共同规则的组合可以用于积极标识几乎每个离子，原子或多原子，可用。同时，大部分的这些相同的规则可以建立由反应阴离子和阳离子一起系统地生成一套规则为阳离子和阴离子的溶解度。

定性分析和溶解度与相关的规则是在普通化学实验室共同实验。这是由于，在一定程度上方便、 速度和测试的廉价性质。正是因为这些原因，定性试验也是使用基于域的分析和实验室确诊测试。例如，地质公司可能希望知道径流从矿井中是否存在大量的镍。一个简单的测试，通过加水来 dimethylgloxime 是对镍离子选择性。同样，水质量当局可以使用钡 （或一些其他 2 组金属） 来检测碳酸盐岩中水，因此检测水的硬度的水平。然而，先进的仪器使用，在定量结果需要或多个离子需要确定在非常低的水平。这包括各种形式的质谱分析，以及离子色谱法和光谱。

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References

  1. Eaton, A. Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater. Centennial ed. Washington, DC: American Public Health Association (2005).

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