無機化學/定性分析/陰離子測試

硫化物

硝普鈉

陰離子測試

使用硝普鈉。在硫化物離子存在下，會形成深紫色。[Fe(CN)₅NO]^4-配合陰離子在硫化物離子存在下形成，顏色變化很重要。

硝酸銀

如果硫化物溶液與硝酸銀反應，會形成黑色Ag₂S沉澱。

乙酸鉛

如果物質可溶，使用乙酸鉛溶液，如果為固體，則加入稀鹽酸，並用乙酸鉛試紙測試氣體。乙酸鉛試紙是將濾紙浸泡在乙酸鉛溶液中一段時間製成的。如果待測鹽為硫化物，則會觀察到腐爛雞蛋的刺鼻氣味，並且乙酸鉛試紙會變黑，這是由於形成了黑色固體硫化鉛粉末。(CH₃COO)₂Pb + H₂S -> PbS + 2(CH₃COOH)

H₂S

以下兩點不適合放在這裡，請將它們安排在最合適的位置

• 當H2S通入亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉溶液中時，會觀察到白色渾濁的硫沉澱。發生的是，亞硫酸鹽/亞硫酸氫鹽中的S原子（氧化態+4）和H2S中的S原子（氧化態-2）發生歧化反應生成零氧化態的分子硫。該反應可以看作是歧化反應的逆反應。

• 當H2S通入酸化的KMnO4溶液中時，溶液會褪色並觀察到白色渾濁。這是因為強氧化劑高錳酸根離子將硫化物離子（-2）氧化到零氧化態。在此過程中，高錳酸根離子本身被還原為Mn²⁺離子，因此溶液的紫色/紫紅色/粉紅色會逐漸變淡，最終消失，因為錳離子不會使溶液呈現顏色。

亞硝酸根離子

亞硝酸根離子根據其氧化還原性質呈現多種反應。

I₃-

當亞硝酸根離子與I₃-陰離子反應時，亞硝酸根離子本身被還原為一氧化氮。學生應該檢查氮在兩種情況下的氧化態。

NO₂^- + 2I₃^- + 2H⁺ --> NO(g) + 3I₂(aq) + H₂O(l)

I₃-離子的黃色會變為綠色，隨後變成紫色。這種現象是在氧化劑存在下觀察到的，氧化劑將碘從-⅓氧化到0。我們的例子中氧化劑當然就是亞硝酸根離子。

在變成紫色之前，觀察到綠色色調，因為反應過程中紫色顏色的濃度增加，黃色顏色的濃度降低，從而呈現出綠色。

鉛/銀硝酸鹽

大多數鉛和銀化合物在分析中表現出相同的特性。然而，亞硝酸鉛是可溶的，而亞硝酸銀是不溶的白色固體。

因此，為了檢測亞硝酸根離子的存在，我們可以使用硝酸銀和硝酸鉛。硝酸鉛不會出現沉澱，但加入硝酸銀後會形成白色沉澱。

2NO₂^- + Pb²⁺ -> Pb(NO₂)₂(aq)

NO₂^- + Ag⁺ -> AgNO₂(s)

氰化物離子

鐵離子

當將鐵離子加入氰化物離子溶液中時，沒有觀察到特定的顏色變化。但是，如果我們在加入硫代硫酸鹽或 S₂^2- 後再加入鐵離子，就會得到血紅色的硫氰酸鐵。

硫氰酸鐵是 Fe(SCN)₃。

實際上，這是檢測鐵離子和硫氰酸根離子存在的特徵性測試。氰化物離子與硫氰酸鐵(III)的形成沒有直接關係。如果我們回顧檢測氰化物離子的測試步驟，我們會發現，根據我們的選擇，我們會新增硫代硫酸鹽離子或 S₂^2- 離子。這些離子在氰化物離子存在的情況下發生歧化反應，形成硫氰酸根離子。正是這些硫氰酸根離子最終與加入的鐵離子反應，生成血紅色的絡合物。

CN^- + S₂O₃^2- -> SCN^- + SO₃^2-

CN^- + S₂^2- -> SCN^- + S^2-

Fe³⁺ + SCN^- -> Fe(SCN)²⁺

金屬銅

眾所周知，大多數金屬會與水或稀酸溶液反應，釋放出氫氣。這是一種氧化還原反應，其中金屬充當還原劑，將水中的質子或氫還原成氫氣，並將自身氧化成金屬陽離子。

這種氧化還原反應的典型例子是金屬鈉與水的反應。反應發生並釋放出足夠的熱量使鈉熔化，然後漂浮在氫氣墊上。例如，2Na + 2H₂O -> H₂ + 2NaOH。就反應中涉及的離子而言，Na -> Na¹⁺ + e^1-，然後 2H¹⁺ + 2e^1- -> H₂。所有鹼金屬都會以完全相同的方式發生相同的反應。

然而，有些金屬，如銅，不會以相同的方式與水或稀酸反應。定量而言，標準電極電位低於氫離子的標準電極電位，這意味著形成銅離子所需的能量比氫離子所能提供的能量多。[注意編輯 -> 這樣好些嗎？]

然而，如果我們將金屬銅新增到含有氰化物離子的溶液中，銅就會屈服於形成自身超穩定的氰化絡合物的貪婪。也就是說，平衡有利於形成四氰合銅(I)離子。這就是關鍵 - 在氰化物離子存在的情況下，銅會氧化自身，形成+1金屬絡合物。但如果發生了氧化，那麼也必須發生還原。還原反應是什麼？氫的形成（編輯 - 從哪裡形成？質子還是水分子？）是參與的還原反應。

我們得出結論，KCN 的水溶液可以透過形成四氰合銅(I)離子來溶解金屬銅，通常以銅屑的形式加入。

（注意編輯 -> 透過電化學和化學平衡的定量方面解釋銅的這種反常行為，簡短到足以保持興趣。）

關於銅的四氰絡合物

當將 H₂S 鼓入亞鐵/鐵/亞銅/銅離子氰絡合物中時，不會產生硫化物沉澱。而對於大多數其他金屬陽離子，金屬硫化物會產生沉澱。

例如，四氰合鎘酸根離子在 H₂S 作用下會生成 CdS，二氰合銀酸根離子（銀絡合物）會生成 Ag₂S。

這可以用平衡常數 - 相關硫化物和氰絡合物的溶度積和生成常數來解釋。（注意編輯 -> 請更詳細地解釋）

次氯酸根離子

將含有鉛離子的溶液（如硝酸鉛）加入到次氯酸鹽溶液中，會產生棕色的氧化鉛(IV)沉澱。

2ClO^- (aq) + Pb²⁺ (aq) → PbO₂ (s) + 2Cl^- (aq)

將過氧化氫加入到次氯酸鈉中，會產生氯化鈉、水和氧氣。

ClO^- (aq) + H₂O₂ (l) → O₂ (g) + H₂O (l) + Cl^- (aq)

疊氮離子

加入三碘化物離子後，疊氮離子被氧化成氮氣，並觀察到脫色現象。三碘化物離子被還原成碘化物離子，併產生氮氣。溶液的顏色從黃色變為無色，並觀察到劇烈的起泡現象。

2N₃^- -> 3N₂ + 2e^-

I₃^- + 3e^- -> 3I^-

乙酸根離子

酸化

將強酸（如 HCl）加入到濃縮的乙酸鹽溶液中，會產生乙酸，並散發濃烈的醋味。但是，即使存在乙酸鹽，如果乙酸鹽太稀，也可能無法聞到醋味。

酯化

加入一滴濃硫酸和乙醇後，可以觀察到酯的獨特氣味。這適用於所有羧酸，但在這種情況下尤其有用，因為兩種反應物，乙酸和乙醇，具有獨特的氣味，被酯的不同氣味完全取代；在這種情況下，乙酸乙酯，聞起來有點像膠水或指甲油去除劑。

CH₃COOH + CH₃CH₂OH -> CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O

（硫酸沒有顯示出來，因為它只是一個催化劑，特別是脫水劑。）

氯化鐵

加入到中性 FeCl₃ 中時，乙酸鹽會產生紅色。

FeCl₃ + 3CH₃COOH -> (CH₃COO)₃Fe + 3HCl

中性 FeCl₃ 的製備方法是：取約 1 毫升 FeCl₃ 放入試管中，加入幾滴稀 NaOH，得到永久的紅棕色沉澱。加入氯化鐵，直到沉澱物剛剛溶解。將所得溶液加入到含有乙酸鹽的鹽溶液中，得到紅色。透過向該混合物中加水並加熱，直到形成紅色沉澱，可以確認乙酸根離子。A-LEVEL 實驗。

硫代硫酸鹽

硫代硫酸鹽是還原劑。它們可以將 I₃^- 離子還原成無色的碘化物離子。但是，需要注意的是，這不是一個確證測試，因為任何還原劑都可以做到這一點。

2S₂O₃^2- -> S₄O₆^2- + 2e

I₃^- +2e -> 3I^-

水合氫離子

向含有硫代硫酸根離子的溶液中加入稀酸，會產生沉澱、單質硫，並釋放出具有橡膠燃燒氣味的氣體（二氧化硫）。

2H⁺ + S₂O₃^2- -> S_(s) + SO_2(g) + H₂O_(l)

鐵離子

硫代硫酸根離子與三價鐵離子反應會產生短暫的紫色現象。--->展開<--

硫酸銅

硫代硫酸根離子與硫酸銅反應會生成白色沉澱，該沉澱在過量硫代硫酸根離子存在下溶解，形成穩定的配合物，生成無色溶液。

CuSO₄ + Na₂S₂O₃ -> CuS₂O₃ + Na₂SO₄

進行此實驗時，應控制硫代硫酸根離子濃度，使其先保持較低濃度，再逐漸提高至足以形成配合物的濃度。為避免遺漏反應現象，應將硫代硫酸根離子溶液緩慢滴入硫酸銅溶液中。

硝酸銀

這是一個非常特殊的反應，因為表面上看起來像是沉澱的顏色發生了變化。

實際上，當加入硝酸銀時，會形成白色的硫代硫酸銀沉澱。硫代硫酸銀會歧化生成黑色的硫化銀和硫酸，我們知道硫化銀是黑色的。也就是說，加入硝酸銀後，會先得到白色沉澱，然後變為棕色，最終變為黑色。

S₂O₃^2- + 2AgNO₃ -> 2NO₃^- + Ag₂S₂O₃

Ag₂S₂O₃(s) + H₂O(l) -> H₂SO₄(aq) + Ag₂S

此外，在過量硫代硫酸根離子存在下，白色的硫代硫酸銀沉澱會溶解，形成無色的配合物。

硫氰酸根離子

SCN^- 離子在氰化物離子檢驗中已經討論過一次。

事實上，硫氰酸根離子的一種特徵性檢驗方法就是我們在那裡討論過的反應。

三價鐵硫氰酸鹽

硫氰酸根離子與三價鐵離子反應會生成血紅色的 Fe(SCN)₃。此反應不會發生在二價鐵離子中，因此可以用於確認三價鐵離子和硫氰酸根離子的存在。

--->檢查術語<--

沃格爾氏檢驗

如果向硫氰酸根離子中加入 Co²⁺ 離子，將會得到藍色的四硫氰酸根合鈷酸鹽溶液。在該溶液中加入汞離子會產生藍色結晶沉澱。

該沉澱不是四硫氰酸根合汞酸鹽！有趣的是，實際沉澱是預期沉澱的異構體，它是四硫氰酸根合汞酸鈷（II），即金屬陽離子交換了位置。

如果與稀鹽酸反應不產生氣泡，則將鹽與濃硫酸加熱。

以下離子屬於此列表

氟化物

HF 氣體的生成

當向氟化物離子中加入濃硫酸時，它們會被質子化，生成氫氟酸。這是因為氫氟酸是一種弱酸，其陰離子 F^- 可以被質子化，重新生成氣體。

F^- + H₂SO₄ -> HF + HSO₄^-

氫氟酸的生成程度取決於硫酸的初始濃度。根據勒夏特列原理，硫酸濃度的增加會使反應向生成更多氫氟酸的方向進行。

那麼如何判斷是否生成了 HF 呢？當我們將玻璃棒放在試管口時，會在玻璃棒上形成白色的蠟狀沉澱。這是因為 HF 與二氧化矽反應（玻璃棒幾乎全部由二氧化矽組成）。

HF(g) + SiO₂(s) -> SiF₄(g) + H₂0(l)

四氟化矽氣體很容易被釋放出的水水解，生成六氟矽酸和矽酸，混合物即為白色蠟狀沉澱。

3SiF₄(g) + 4H₂0(l) -> 2H₂(SiF₆)(s) + H₄SiO₄(s)

問題：能否使用 Ca(NO₃)₂ 檢測 HF 或 F^-？

2 F^- _(aq) + Ca(NO₃)_2(aq) -> CaF_{2 (s)} + 2 NO₃^- _(aq)

氟化物的氧化

在這個特定的實驗中，我們加入了濃硫酸。濃硫酸是一種氧化劑。當它被加入到氟化物鹽中時，它會氧化成分子氟嗎？讓我們思考一下。是的，我們承認濃硫酸是一種非常強的氧化劑，但問題是，它強到足以氧化氟化物離子嗎？氟化物離子氧化的產物是分子氟，這是一種非常罕見的物質。分子氟幾乎與任何物質反應。它所到之處都會造成混亂。所以我們的答案是否定的。濃硫酸不能氧化氟化物離子成為分子氟。

--->編輯說明：本文的目的是讓讀者瞭解各種化學事實，並意識到它們在現實生活中的重要性。雖然這部分內容並沒有直接指出氟的高反應性，但幾個分散的討論足以強調這一點！<--

可能的插入 - 電解法提取氟所涉及的問題。<--

氯化物

濃硫酸

當加入濃硫酸時，氯化物鹽會釋放出無色的氯化氫氣體。

氯化氫氣體可以透過兩種方法檢測。第一種是將盛有氫氧化銨溶液的試管靠近原溶液口。如果生成了氯化氫氣體，它會與氫氧化銨反應，生成白色的濃密的氯化銨煙霧。

另一種方法是使用二氧化錳。錳在 +4 價態時會被還原至 +2 價態，同時氧化氯化氫中的氯成為分子氯氣 - Cl2。淺綠色（由於濃度低而呈淺綠色）的氯氣確認了氯化氫氣體的生成。氯氣具有漂白作用，不要吸入。

硝酸銀檢驗

氯化銀是一種沉澱。因此，如果向被測溶液中加入硝酸銀溶液，會得到白色沉澱。這種沉澱的氯化銀在過量的氫氧化銨溶液中溶解，這是因為形成了 [Ag(NH3)2]⁺ 配合物離子。

如果我們仔細觀察，會發現這種氨絡合物與銀鏡反應（託倫斯試劑）中用於檢測醛的氨絡合物相同。如果我們回憶一下，這個反應是一個氧化還原反應，其中銀（I）被還原為金屬銀鏡，而醛被氧化為酸根離子。

鉻醯氯檢驗

需要注意的是，此測試不適用於含有溶劑化離子的溶液。鉻醯氯測試是在固態鹽上進行的。

將固態鹽與固態重鉻酸鉀和濃硫酸混合。如果鹽是氯化物，加熱後會產生深紅色的鉻醯氯（CrO₂Cl₂）蒸氣。

一些化學家仍然對此存在疑問，因為深紅色的蒸氣與NO₂和Br₂蒸氣有些相似。雖然它們可以區分。

如果將這些鉻醯氯蒸氣透過稀NaOH溶液，它會變成黃色。我們大多數人可能已經猜到顏色是由於鉻酸根離子的形成。的確，這個猜想是正確的。這就是我們消除疑慮並斷定該鹽是氯化物的方法。

這裡需要注意的是，大多數鉻酸鹽呈黃色，但Ag₂CrO₄和Hg₂CrO₄是例外。它們都是紅色的！

主要為共價氯化物的氯化物，例如HgCl₂和烷基氯化物，不會進行此測試。真正的確認方法是在黃色溶液中加入醋酸，然後加入醋酸鉛，這將生成淺黃色的鉻酸鉛沉澱。

溴化物/碘化物

濃硫酸

對於濃硫酸，氟化物/氯化物分別生成HF/HCl。然而，溴化物和碘化物被氧化成分子溴和碘！

因此，在碘化物/溴化物與濃硫酸反應的情況下，溴化物會生成深棕色的Br2蒸氣，而碘化物會生成紫色的碘蒸氣。

硝酸銀溶液

與硝酸銀溶液反應，溴化物會生成淺黃色的AgBr沉澱，它部分溶於NH4OH。碘化物會生成黃色的AgI沉澱，它不溶於氨水。

-->用溶度積和相關化合物的生成常數解釋這一點。我們不需要給出數值解釋！我們只是想強調無機化學不是純粹的死記硬背。

氯仿測試

取溶液，加入等量的氯仿/CHCl3。加入氯水並劇烈搖動。觀察非水層的顏色變化。

如果存在碘化物/溴化物離子，它們將被氧化成碘/溴。碘會使非水層呈現紫色，而如果生成溴，它會使非水層呈現紅色。

如果用二氯甲烷代替氯仿，也會發生同樣的反應。

草酸根離子

草酸根離子的反應 - 2MnO₄- + 16H+ + 5C₂O₄^-2 ---------> 2Mn⁺² +8H₂O + 10 CO₂ 草酸根離子為C₂O_4--

濃硫酸

濃硫酸將草酸根離子分解成一氧化碳和二氧化碳。讀者應該很快意識到，草酸根離子是透過歧化反應分解的。如果確認了兩種氣體的生成，我們可以說硫酸與草酸根離子發生了反應。

如果將生成的氣體混合物透過澄清石灰水，它會變渾濁，最後變澄清。混合物中的一氧化碳會燃燒產生藍色火焰，生成二氧化碳。這兩種氣體都是透過這種方式確認的，從而確認了草酸根離子的存在。

酸化高錳酸鉀溶液

酸化高錳酸鉀是一種氧化劑。它會將草酸根離子氧化成二氧化碳。在此過程中，它會由於紫色錳酸根離子被還原成無色的錳離子而褪色。

現在問題是，我們如何知道褪色是由於草酸根離子引起的？每當錳酸根離子氧化任何東西時，高錳酸鉀溶液都會褪色。

答案再次在於二氧化碳氣體的檢測。一旦確認了氣體，草酸根離子實際上就被確認了。

氯化鈣溶液

草酸根離子的水溶液會生成白色的草酸鈣沉澱，它不溶於醋酸。

硝酸鹽

熱分解或強酸分解

所有硝酸鹽都會在加熱或稀硫酸的作用下分解，生成紅棕色的二氧化氮氣體。

2Cu(NO₃)₂(aq) -> 2CuO(aq) + 4NO₂(g) + O₂(g)

銅片

在鹽的水溶液中加入濃硫酸，然後加入銅片，會形成深棕色溶液。它是由於硫酸的作用形成的。

棕色環測試

當在濃硫酸存在下，將新制備的酸化硫酸亞鐵溶液加入硝酸根離子溶液中時，會形成深棕色的環。

這個深棕色的環是由於形成了配合物[Fe(H₂O)₅NO]²⁺。在這種形式中，Fe離子處於+1和+2兩種氧化態，並在兩者之間振盪。這意味著，即使介質中輕微的擾動也會擾亂配合物。因此，要逐滴加入酸化硫酸亞鐵，並讓它沿著試管壁流下，這樣可以最大限度地減少會破壞環的任何擾動。它與介質接觸後發生反應，形成上述配合物，但只在邊緣形成，從而形成特徵的棕色環。

振盪以以下兩種方式發生

i) NO離子失去一個電子給Fe2+離子，形成Fe¹⁺和NO¹⁺ NO -> NO¹⁺ + e^1- Fe²⁺ + e^1- -> Fe¹⁺

ii) Fe¹⁺將電子還給NO¹⁺，形成NO和Fe²⁺ Fe¹⁺ -> Fe²⁺ + e^1- NO¹⁺ + e^1- -> NO

值得注意的是，鐵在(I)氧化態下很少見，(II)和(III)更常見。

還原為氨

硝酸根離子可以很容易地用德瓦達合金或鋁箔還原為氨。鋁是一種非常強的還原劑，與加熱相結合會導致硝酸根離子形成氨氣。可以透過將一塊潮溼的紅色石蕊試紙放在試管末端來測試它。氨氣會在水中形成鹼性的銨離子，並使試紙變藍。

4NO₃^-(aq) + 6H₂0(l) -> 4NH₃(g) + 9O₂(g)

鋁粉未顯示出來，因為它只是催化反應。

硫酸鹽

氯化鋇

在氯化鋇溶液中加入硫酸鹽會生成白色沉澱的硫酸鋇。這種沉澱非常不溶，不會溶解在任何常見的實驗室試劑中。

硫酸鎂 + 氯化鋇 -> 硫酸鋇 + 氯化鎂

MgSO₄(aq) + BaCl₂(aq) -> BaSO₄(s) + MgCl₂(aq)

硝酸鉛/醋酸鉛

與上面的反應類似，會形成白色沉澱的硫酸鉛。同樣，它也很難溶解在水等常用試劑中，但會溶解在氫氧化鈉中，並且在醋酸銨溶液中溶解度更高。

PbNO₃(aq) + MgSO₄(aq) -> PbSO₄(s) + MgNO₃(aq)

(CH₃COO)₂Pb(aq) + K₂SO₄(aq) -> PbSO₄(s) + 2CH₃COOK(aq)

錳酸根離子

H₂S 測試

高錳酸鉀的氧化性使其能夠快速地將硫化氫從氧化態 (II) 氧化到 0，並將其自身還原為錳離子。這些不會給溶液帶來任何顏色，但硫沉澱會形成白色雲，因為錳酸根離子的紫色消失。

2S^2- -> S₂ + 4e

MnO₄^2- + 4e^- -> Mn²⁺ + 2O₂

硼酸鹽

乙醇

加入乙醇，在暴露於火焰的情況下會得到硼酸乙酯，它會發出黃綠色的火焰。

正磷酸鹽

鉬酸銨

加入到磷酸根離子中，用硝酸加熱，會形成黃色沉澱的磷鉬酸銨。砷鹽在用硝酸處理後也會呈現相同的黃色。磷酸鹽存在的確認測試。
PO_4^3- + 12(NH₄)₂MoO₄ + 21HNO₃ + 3H⁺ -> (NH₄)₃PO₄·12MoO₃↓ + 21NH₄NO₃ + 12H₂O

碳酸鹽和碳酸氫鹽

在存在碳酸根 (CO₃^2-) 或碳酸氫根 (HCO₃^-) 離子的情況下，加入濃的強酸 (例如 HCl) 會導致 CO₂ 氣體逸出，從而產生起泡或冒泡現象。為了確定存在哪種離子，在鹽溶液中加入 MgSO₄。低溫下出現白色沉澱表明存在碳酸鹽，而加熱後出現沉澱則確認存在碳酸氫鹽。