實驗十六  陰離子的定性分析

一、目的

檢驗陰離子之共同特性反應，並以鑑定反應加以確定。

二、原理

利用溶解度不同及特性反應來分析五種常見陰離子：碳酸根離子（CO₃²⁻）、硫酸根離子（SO₄²⁻）、硫離子（S²⁻）、溴離子（Br⁻）、氯離子（Cl⁻）。

首先於陰離子混合液中加入鋇離子，可使碳酸根離子和硫酸根離子形成白色鋇鹽沉澱，而與硫、溴、氯離子分離。之後可藉硫酸鋇不溶而碳酸鋇可溶於酸性水溶液的特性，來辨別碳酸根離子和硫酸根離子。

SO₄²⁻(aq) + Ba²⁺(aq)  →  BaSO₄(s) （白色）

CO₃²⁻(aq) + Ba²⁺(aq)  →  BaCO₃(s) （白色）

BaCO₃(s) + 2 H⁺(aq)  →  Ba²⁺(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

在含硫、溴、氯離子的上澄液中加入硝酸鋅 Zn(NO₃)₂ 溶液，則產生硫化鋅（ZnS）白色沉澱，使其與溴和氯離子分離。

S²⁻(aq) + Zn²⁺(aq)  →  ZnS(s) （白色） 

在含溴和氯離子的上澄液中，加入銀離子則生成淡黃色溴化銀（AgBr）及白色氯化銀（AgCl）沉澱。在沈澱中加入氨水可使氯化銀溶解而與溴化銀固體分離，取上澄液加入硝酸，若產生白色沉澱表示含有氯離子，而在溴化銀沉澱中加入硫化銨（(NH₄)₂S），若產生黑色沉澱表示溶液含有溴離子。

Cl⁻(aq) + Ag⁺(aq)  →  AgCl(s) （白色）

AgCl(s) + 2 NH₃(aq)  →  [Ag(NH₃)₂]⁺(aq) + Cl⁻(aq)

[Ag(NH₃)₂]⁺(aq) + Cl⁻(aq) + 2 H⁺(aq)  →  AgCl(s) + 2 NH₄⁺(aq)

Br⁻(aq) + Ag⁺(aq)  →  AgBr(s) （淡黃色）

2 AgBr(s) + (NH₄)₂S(aq)  →  NH₄Br(aq) + Ag₂S(s) （黑色）

三、器材及藥品

器材：

試管、試管架、滴管、100 mL 燒杯、電磁加熱攪拌器、漆包線、鋁箔一小片、石蕊試紙、（離心管、離心機視需要選擇使用）

藥品：

含 Na₂CO₃、Na₂SO₄、(NH₄)₂S、KCl、KBr 各 0.02 M之混合液、飽和 Ba(OH)₂、0.5 M Ba(NO₃)₂、1 M Zn(NO₃)₂、0.1 M AgNO₃、6 M HCl、1 M H₂SO₄、6 M HNO₃、0.5 M NH₃、5% (NH₄)₂S、石蕊試紙、酚酞指示劑

實驗安全注意事項：

酸、鹼溶液需小心操作，如不慎接觸需以大量清水沖洗。

四、實驗步驟

添加沉澱用藥品時宜緩慢，可得顆粒較大、容易分離的沉澱物

1. 取混合液 5 mL 置於乾淨試管中，以石蕊試紙先試其酸鹼性，若是酸性，逐滴加入飽和 Ba(OH)₂ 溶液；若是鹼性則逐滴加入 0.2 M Ba(NO₃)₂ 溶液 1.5  mL，至沉澱完全為止。靜置後，將上澄液用滴管吸取至另一潔淨試管，待步驟 5. 使用。

2. 將步驟 1. 之 BaCO₃ 及 BaSO₄ 沉澱物分成二部分，準備進行不同檢驗。

碳酸根和硫酸根離子的檢驗

3. 將步驟 2 的部份沉澱物放在試管中並加入 1 mL 之 1 M H₂SO₄。裁切約 2.5 cm×2.5 cm 的濾紙一片，滴上 1 滴紅色酚酞指示劑，包住試管口。將試管放在沸水中加熱，觀察紅色是否消失。

4. 取步驟 2. 另一部分沉澱物放在試管中，加 1 mL 之 6 M HC l溶液，將該試管置於溫水浴中加熱並劇烈攪拌，觀察沉澱是否溶解。

硫離子的檢驗

5. 於步驟 1. 之上澄液中逐滴加入 4-8 滴 1 M 之 Zn(NO₃)₂ 溶液，觀察沉澱顏色，靜置待沉澱完全，上澄液用滴管吸取至另一潔淨試管中。

溴和氯離子的檢驗

6. 步驟 5. 之上澄液中，逐滴加入 0.1 M 之 AgNO₃ 溶液 2.5 mL 產生沉澱，靜置待沉澱完全，將上澄液用滴管吸取丟棄。

7. 於有沉澱物之試管中加入 0.5 M 之 NH₃ 溶液 2 mL，加以攪拌。若有沉澱未溶解，靜置待沉澱完全，將上澄液用滴管吸取至另一潔淨試管中，待步驟 9. 使用。

8. 加入 5-10 滴 5% 之 (NH₄)₂S 溶液至步驟 7. 的沈澱物，觀察沉澱變化。

9. 於步驟 7. 之上澄液中加入 6 M 之 HNO₃ 溶液約 0.7 mL 使溶液呈酸性，觀察有無沉澱產生。

10. 廢棄物分類回收：

    • 碳酸根、硫酸根檢驗 → 無機–酸性水溶液；

    • 硫、溴、氯離子檢驗 →無機 – 重金屬水溶液

五、實驗結果、問題與討論

步驟 1.

      溶液酸鹼性：__________，添加鋇溶液種類：__________

      溶液狀態與顏色變化：__________

      沉澱顏色：__________，反應式：

步驟 2.

      發生現象：__________，反應式：

步驟 3.

      發生現象：__________，反應式：

步驟 4.

      發生現象：__________，反應式：

步驟 5.

      步驟 1. 上澄液加入Zn(NO₃)₂，溶液狀態與顏色變化：_________

      沉澱顏色：__________，反應式：

步驟 6.

      步驟 5. 上澄液加入AgNO₃，溶液狀態與顏色變化：__________

      沉澱顏色：__________，反應式：

步驟 7.

      發生現象：__________，反應式：

步驟 8.

      步驟 7. 沉澱物加入 (NH₄)₂S，發生現象：__________

      反應式：

步驟 9.

      步驟 7. 上澄液加入HNO₃，發生現象：__________

      反應式：

1. 請判斷樣品溶液中是否含有碳酸根離子、硫酸根離子？為什麼？

2. 步驟 3. 若改用 HCl 是否可行？為什麼？

3. 步驟 7. 中加入 0.5 M NH₃ 目的為何？

4. 步驟 8. 是否可改用不具有刺激氣味的 Na₂S，為什麼？