Transcript Cation Group 2 The Acid Hydrogen Sulfide Group

Cation Group 2
The Acid Hydrogen Sulfide Group
Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+
Sn4+、Bi3+、Sb3+、As3+
原理
 第2族陽離子(Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Sn4+、
Bi3+、Sb3+、As3+)之硫化物不溶於稀鹽酸當中。
 硫化物的形成是由於第2族陽離子與H2S解離出
的S2-離子結合而成。
Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Sn4+、Bi3+、Sb3+、As3+
TA, warm 5 min, 離心
NH4Cl清洗沉澱, 離心
PPT. 2-1：
HgS、PbS、Bi2S3、CuS、CdS、As2S3、Sb2S3、SnS2、S0
Hg2+ + S2- → HgS
Pb2+ + S2- → PbS
2Bi3+ + 3S2- → Bi2S3
Cu2+ + S2- →CuS
2As3- + 3S2- →As2S3
2Sb3+ + 3S2- →Sb2S3
Sn4+ + 2S2- →SnS2
Thioacetamide (TA)：
溶於水中水解出H2S，反應式如下：
CH3CSNH2 + 2 H2O
CH3COOH + NH3 +H2S
在約80℃的溫度下，1 M的溶液足以水解呈飽和H2S溶液
Note：
1. 讓TA有足夠時間水解。加熱有助於硫化物凝固。
2. 若溶液太酸可加入NH3(aq)使pH值回到0.5。
3. 稀釋溶液可能使pH值上升，CdS(s)會沉澱。若有亮黃色
沉澱形成，可溶於6 M鹽酸，不溶於KOH(aq)，即是
CdS(s)。
4. 清洗移除過多的H2S，因H2S會使HgS在KOH(aq)中溶解
度上升。
5. NH4Cl防止膠化。
PPT. 2-1：
HgS、PbS、Bi2S3、CuS、CdS、As2S3、Sb2S3、SnS2、S0
0.5 M KOH, warm, 離心
重複一次，將兩份溶液收集在一起
PPT. 2-2：
HgS、PbS、Bi2S3、CuS、CdS、S0
加入含有NH4NO3
的熱水清洗, 離心
移除溶液
銅族分析
Soln. 2-2：
AsS33-、AsO33-、SbS33-、SbS33-、SbO33-、SnS32-、
SnS2OH-、(HgS22-)、KOH
離心去除殘渣
黃色澄清溶液
砷族分析
Note：
1. 假如銅族分析無法立刻進行，用水和1滴TA掩蓋硫化物，用塞子塞住，分離ppt. 3-1
和soln. 3-1。
2. 假如有黑褐色的膠狀物殘留，加入少量的NH4NO3或1滴0.2 M NH4NO3溶液加熱凝
固。
3. 假如soln. 2-2溶液無法立刻進行，加入1滴TA後，用塞子塞住靜置。
PPT. 2-2：HgS、PbS、Bi2S3、CuS、CdS、S0
加入5滴水和等體積6 M HNO3, 加熱直到反應發生, 離心
PPT. 3-1：HgS (黑)、S0或2HgS･Hg(NO3)2 (白)
Soln. 3-1：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、H+、NO3-
加入1~2滴王水, 加熱
倒入勺皿中蒸發一部份溶液
加入1 mL 水稀釋, 離心移除殘渣
加入SnCl2(aq)
白色 ppt. Hg2Cl2變成灰色Hg + Hg2Cl2 => Hg(II)存在
Note：
1. 氣泡產生常把硫和硫化物帶至表面。
2. 黑色pptn.不易定代表Hg存在，黃色或白色的沉澱也不代表沒有Hg。因此將pptn.溶
解後再從溶液內去尋找。
3. 移除溶液時，保留任何黃色的硫化物。
4. HgCl2易揮發且不能劇烈加熱。
5. 蒸發可以破壞硝酸鹽和去除過多HCl。酸的濃度會因稀釋而降低，HgCl2和Sn2+的反
應會因HCl濃度過高而緩慢。
HgS不溶於濃HNO3及濃HCl。然而混合2個濃酸HgS會快速溶解。反應方程
式為：
3HgS + 2NO3- + 8H+ +12Cl- 3HgCl42- + 2NO + 4H2O + 3S(S)
溶液稀釋，淡黃色HgCl42-離子大量解離成無色Hg2+和Cl 離子
Hg2+被Sn2+還原的程度依據兩個離子的相對數量決定。如果Hg2+過量存在，
則還原成Hg2Cl2。
2Hg2+ + Sn2+ + 2ClHg2Cl2(s) + Sn4+
如果更多Sn2+離子加入，Hg2Cl2會再被還原成Hg
(白)
2+
Hg2Cl2(s) + Sn
2Hg(l) + Sn4+ + 2Cl-
如果Sn2+大量存在，則會發生下列反應
Hg2+ + Sn2+ (黑)
Hg(l) + Sn4+
因為SnCl2是被當作試劑加入，Sn2+大量存在。故沉澱物為灰黑色或黑色。
(黑)
Soln. 3-1：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、H+、NO3倒入勺皿，加入2滴18 M H2SO4蒸發至SO3(g)出現
冷卻後加入5滴水並刮內壁
移入離心管再用小量的水沖洗勺皿兩次後離心
PPT. 3-2：PbSO4、(BiO)2SO4
加入1~2滴醋酸銨溶液, 加熱
離心移除殘渣
加入1滴6 M HC2H3O2和1~2滴K2CrO4
Soln. 3-2：Bi3+、Cu2+、Cd2+
PbSO4溶解於醋酸銨溶液內反應式如下：
PbSO4(s) + 4C2H3O2Pb(C2H3O2)42-(aq) + SO42-(aq)
PbCrO4比PbSO4更不易溶解，即使Pb濃度很低，
PbCrO4仍能沉澱
黃色 ppt. PbCrO4 => Pb存在
Note：
1. SO3的形成是硝酸鹽類被移除的信號。若有大量蒸氣氣化會導致接下來的測試失敗。
假如發生了，加入2滴 6 M H2SO4和3滴水，在熱水浴中加熱勺皿幾分鐘。
2. 此時形成的沉澱物不能確定有Pb，有可能是其他硫化物，如(BiO)2SO4。Bi化合物
微溶於NH4C2H3O4且(BiO)2CrO4可溶於醋酸但不溶於NaOH。
3. 假如大量Bi出現，確認是否溶於NaOH。
Soln. 3-2：Bi3+、Cu2+、Cd2+
加入15 M NH3直到溶液呈鹼性；藍色溶液=> Cu存在
離心
PPT. 3-3：Bi(OH)3
加入1~2滴剛配好的
亞錫酸鈉試劑
Soln. 3-3：Cu(NH3)42+、Cd(NH3)42+
(1) 若溶液不是藍色，加入TA後加熱
(2) 若溶液是藍色：加入半匙的Na2S2O4，加熱1~2 min後，
離心去掉殘渣，直到溶液呈現無色後，再加入TA, 加熱
黑色沉澱：Bi0 => Bi存在
黃色沉澱：CdS => Cd存在
Note：
1. 假如藍色很淡，用1滴醋酸酸化，加入1滴的K4Fe(CN)6(aq)，Cu(II)形成紅色的氰亞
鐵酸鹽而Cd形成白色的。
2. 初學者很難發現Bi(OH)3的沉澱物，尤其是當它們懸浮於溶液中。
3. 連二亞錫酸鈉是強氧化劑且不穩定，保持乾燥且遠離火源。使用乾的鑰匙量秤固體，
用半匙或50 mg的量還原12.5 mg的Cu2+。藍色的銅銨錯合物會消失。
4. Cu的沉澱物是紅色。黑色或褐色是其他金屬，這是再進行Cd測試前移除微量金屬
的時機。
Soln. 2-2：AsS33-、AsO33-、SbS33-、SbS33-、SbO33-、SnS32-、SnS2OH-、(HgS22-)、KOH
加入1滴TA，再加入2 M HCl直到溶液酸化
離心去除溶液
PPT. 4-1：As2S3(黃)、Sb2S3(橙)、SnS2(黃)、(HgS, 黑至紅)、S0
加入5~10滴 12 M HCl攪拌，加熱直到反應發生
離心，溶液倒入勺皿中，再加入1~2滴的6 M HCl清洗沉澱，清洗液也倒入勺皿中
PPT. 4-2：As2S3、(HgS)、S0
Soln. 4-2：SbCl4-、SnCl62-、(HgCl42-)、HCl、H2S、TA
Note：
1. 假如溶液太酸，些許的SnS2會損失。因此2 M HCl較6 M HCl好。
2. 此時硫化物皆有顏色。白色混濁難以離心沉澱的是S0。只有當獲得這個時，砷酸鹽
才確定不存在。
3. 亮黃色殘渣通常是As2S3，而黑色沉澱通常含有HgS。無色或白色濁狀的S0表示沒有
As。不要加熱過久，As2S3會再溶解。
4. 假如移出溶液時滴管或勺皿有水分，會使HCl被稀釋而使Sb2S3沉澱。
PPT. 4-2：As2S3、(HgS)、S0
加入2滴15 M NH3 + 1滴3% H2O2, 加熱後離心去掉殘渣
加入幾滴美和劑, 刮內壁和靜置5 min使其沉澱
離心丟棄溶液, 用水清洗沉澱
PPT. 4-3：白色晶體，MgNH4AsO4･6H2O
加入1滴6 M HC2H3O2 + 3~4滴AgNO3(aq)
紅棕色 ppt.：Ag3AsO4 => As存在
Note：
1. 黑色殘渣可能是HgS。NH3能迅速溶解As2S3，但HgS不行。H2O2可氧化As(III)成
As(V)。
2. 沉澱有時會過飽和，需要足夠時間讓它沉澱。
3. 清洗去除過多的綠，防止氯化銀沉澱。若有白色沉澱生成則加入更多的AgNO3。
Soln. 4-2：SbCl4-、SnCl62-、(HgCl42-)、HCl、H2S、TA
蒸發至原來體積的一半或4滴後，用1 mL的水稀釋，分成兩分
Sn test
Sb test
加入約5 mm長的Al條 + 10滴6 M HCl
加熱直到Al被消耗至剩一小段後離心
加0.25~0.5匙的H2C2O4(s)和1~2滴TA, 加熱
深橙色沉澱 Sb2S3 => Sb存在
Soln. 4-4：Sn2+、Al3+、HCl
PPT. 4-4：黑色微粒 Sb0
加入等體積的水 + 1~2滴HgCl2(aq)
白色沉澱：Hg2Cl2 + Hg0 => Sn存在
Note：
1. 若蒸發的太久，SnCl4會損失。
2. 鋁可以還原Sn(IV)和Sn(II)至Sn0。再Al條消耗後，Sn會溶解於HCl中而Sb1不會。
3. 假如Sb測試不明確。用水清洗且溶於1滴6M HNO3。用水稀釋，加入TA和加熱使其
沉澱。
4. 因為Sn2+會被空氣氧化，不能太慢加入HgCl2(aq)