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moea_joint_essay 109年 [化學] 分析化學、儀器分析

第 一 題

📖 題組:
溶液中含有常見之陰離子 S2−, Cl−, Br−, I−, NO3−, Fe(CN)63−, MnO4−, Fe(CN)64−, C2H3O2−, CO32−, PO43−, SO32−, SO42−,依照沉澱劑的不同,可分為能與鋇、鋅、銀等離子產生沉澱,以及無法與前 3 者產生沉澱等四族。請寫出分離及辨認此四族陰離子中各別離子之程序:(4 題,每題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

第一族陰離子( CO32−, PO43−, SO32−, SO42−)分離及辨認程序

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第一族為鋇族陰離子。利用在弱鹼或中性環境下加入鋇離子(Ba2+)使其沉澱,再利用強酸(如HCl)的溶解度差異及產生的氣體特性進行辨別。

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  1. 分離:將溶液調至微鹼性或中性,加入 $BaCl_2$ 溶液。此四種離子皆會形成鋇鹽沉澱 ($BaCO_3$, $Ba_3(PO_4)_2$, $BaSO_3$, $BaSO_4$),藉此與其他離子分離。
  2. 辨認: (1) 將沉澱物加入稀鹽酸(HCl)中。不溶的白色沉澱為 $BaSO_4$,藉此辨認出 $SO_4^{2-}$。

小題 (二)

第二族陰離子(S2−, Fe(CN)63−, Fe(CN)64−)分離及辨認程序

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第二族為鋅族/鎘族。通常在分離完第一族後,利用鋅或鎘離子生成沉澱,再利用沉澱物顏色或與鐵離子反應的顯色來辨別。

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  1. 分離:在濾液中加入醋酸鋅($Zn(C_2H_3O_2)_2$)或鎘離子,使其產生硫化鋅(或硫化鎘)、鐵氰化鋅與亞鐵氰化鋅沉澱以分離之。
  2. 辨認: (1) $S^{2-}$:若加入鎘離子產生黃色沉澱($CdS$),或將沉澱加酸產生具臭雞蛋味的 $H_2S$ 氣體(可使醋酸鉛試紙變黑),即可確認。

小題 (三)

第三族陰離子(Cl−, Br−, I−)分離及辨認程序

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第三族為銀族陰離子。利用在硝酸酸性環境下加入硝酸銀生成鹵化銀沉澱,再利用對氨水的溶解度差異及氯水/有機溶劑萃取法辨別。

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  1. 分離:將溶液用稀硝酸酸化,加入硝酸銀($AgNO_3$)溶液,會生成 $AgCl$ (白色)、$AgBr$ (淡黃色)、$AgI$ (黃色)沉澱,藉此分離。
  2. 辨認: (1) 利用氨水($NH_3$)溶解度:$AgCl$ 易溶於稀氨水;$AgBr$ 僅微溶(需濃氨水);$AgI$ 不溶於氨水。

小題 (四)

第四族陰離子(NO3−, MnO4−, C2H3O2−)分離及辨認程序

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第四族為可溶族,不與上述試劑沉澱。利用各自特殊的化學性質(如顏色、棕色環反應、酯化氣味)個別檢驗。

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此族無共同沉澱劑,需針對原溶液進行個別辨認:

  1. $MnO_4^-$ (過錳酸根):觀察溶液顏色,若呈紫紅色,且加入還原劑(如 $H_2O_2$ 或亞硫酸)後紫紅色褪去,即可辨認。
  2. $NO_3^-$ (硝酸根):使用棕色環試驗 (Brown ring test)。在溶液中加入新鮮的硫酸亞鐵($FeSO_4$)溶液,沿管壁緩慢滴入濃硫酸,若在兩層液體交界面出現棕色環($[Fe(NO)^{2+}]$ 錯合物),則確認含有 $NO_3^-$。