馬亞魯 馬媛媛 賈佩楠 李小層 劉娜 張慧婷

(天津大學理學院化學系 天津 300072)

混合離子的分離與鑒定是無機化學實驗的重要內(nèi)容之一，可訓練學生化學實驗的基本操作和基本技能，有利于培養(yǎng)學生分析問題與解決問題的能力[1]。

在具體的實驗教學中，對混合離子的分離與鑒定則是以鑒定為目的，提出了分別分析和系統(tǒng)分析的設計原則。在已知組成的混合溶液中，若某一離子有特效反應，或其他離子的存在并不干擾此離子的鑒定，就可取混合液直接鑒定該離子的存在，這稱為分別分析。然而，特效反應或離子間完全無干擾的情況并不多。通常需要根據(jù)共存離子的特點，設計合理的分離方案，按一定的順序進行分離后，再依次檢出各個離子，這種分析方法稱為系統(tǒng)分析[2]。

在審閱學生自行設計的實驗方案時，經(jīng)?？吹揭苑蛛x為目的，先對各個離子進行分離，再進行分別鑒定的設計思路。從本質(zhì)上講，以鑒定為目的的思想是基于混合離子的定性分析，可以直接判斷混合液中有哪幾種離子共存；而以分離為目的的思想則是先將待測混合離子逐一進行分離，再定性或定量判定離子的種類和數(shù)量。由于以上兩種設計思想根本不同，本文將前者稱為鑒定分離，將后者稱為分離鑒定。以下以Fe3+、Co2+、Ni2+混合離子的鑒定分離和分離鑒定為例，設計并比較兩種方案的特點。

1 Fe3+、Co2+、Ni2+混合離子的鑒定分離方案設計

Fe3+、Co2+、Ni2+混合離子鑒定分離的具體設計方案見圖1。

圖1 Fe3+、Co2+、Ni2+混合離子鑒定分離的設計方案

在圖1所示的設計方案中，所涉及到的鑒定反應包括：

(1)

(2)

(3)

其中dmgH2為丁二酮肟的簡寫形式，化學式為CH3C(NOH)C(NOH)CH3。Ni2+與兩個以氫鍵結(jié)合的大環(huán)狀配體形成Ni(dmgH)2配合物(圖2)，為鮮紅色沉淀。

圖2 Ni(dmgH)2的結(jié)構式

本設計方案中應用了沉淀分離、離子掩蔽等方法，以排除離子在鑒定過程中的干擾；同時，還應注意Fe3+、Co2+、Ni2+的特征鑒定反應的反應條件(pH、試劑濃度等)。該方案簡單可行，是學生在鑒定分離實驗中經(jīng)常用到的。

2 Fe3+、Co2+、Ni2+混合離子的分離鑒定方案設計

許多金屬離子(主要是過渡元素)由于能形成配陰離子，可被吸附在陰離子交換樹脂上，從而與陽離子分離；同時被吸附的配陰離子按其與樹脂的親合力大小，在離子交換樹脂柱上形成色帶(如離子有顏色，從柱上可以觀察到明顯的色層)，然后利用這些配陰離子的穩(wěn)定性不同，選用適當?shù)南疵搫?，可使它們彼此分離，這種分離分析方法在分析化學上稱為離子交換分離法[3-4]。

應用離子交換法分離Fe3+、Co2+、Ni2+的基本原理是在12mol·L-1HCl中，F(xiàn)e3+、Co2+、Ni2+均能形成相應的氯配陰離子(如[FeCl4]-、[CoCl4]2-、[NiCl4]2-等[5])，并可吸附在強堿性陰離子交換樹脂上。實驗時可以根據(jù)所吸附配陰離子穩(wěn)定常數(shù)的差異，采用分步淋洗的方式(即選用不同濃度的HCl溶液(12mol·L-1、4.5mol·L-1、0.1mol·L-1))洗脫分離之。洗脫過程為交換過程的逆過程。采用不同濃度的HCl洗脫柱層時，由于配陰離子與樹脂的親和力存在明顯差別，可使吸附在離子交換樹脂上的配陰離子轉(zhuǎn)化為相應的陽離子而被洗脫下來，從而達到分離的目的。當用12mol·L-1HCl溶液洗脫時，與共存的[CoCl4]2-、[FeCl4]-比較，[NiCl4]2-的穩(wěn)定性較差，最先以Ni2+的形式被洗脫出來；然后可用4.5mol·L-1HCl溶液洗脫Co2+,用0.1mol·L-1HCl溶液洗脫Fe3+，從而實現(xiàn)對Fe3+、Co2+、Ni2+的分離[6-7]。

實驗選用的強堿性陰離子交換樹脂為氯型，可能吸附其他雜質(zhì)，故應在使用前進行預處理，即用12mol·L-1鹽酸淋洗交換樹脂柱，目的是把柱層樹脂完全轉(zhuǎn)化為氯型，同時使溶液中的鹽酸處于高濃度狀態(tài)。依次選取12mol·L-1、4.5mol·L-1和0.1mol·L-1鹽酸溶液適量淋洗，注意控制淋洗液的流出速率在每秒1～2滴左右。

在實驗過程中，交換柱上有明顯的顏色變化，其中Co2+和Ni2+的交換層分段很整齊，F(xiàn)e3+和Co2+的交換層分段有交叉現(xiàn)象。Ni2+、Co2+、Fe3+將依次解吸，可分段收集淋洗液，根據(jù)Fe3+、Co2+、Ni2+各離子的特征反應進行鑒定。

對比第一種方案，此設計方案費時、繁瑣，而且對環(huán)境不夠友好。故不提倡在無機化學混合離子鑒定實驗中使用先分離再鑒定的方案。我們將這一設計方案制作成演示實驗的錄像，既介紹了離子交換法的原理和實驗技能，又提供給學生新的解題思路，讓學生與第一方案進行比對，以加深學生對混合離子鑒定反應的理解。

2 小結(jié)

通過比較兩種方案，可讓學生深刻體會混合離子鑒定反應的原則和方法。借助Fe3+、Co2+、Ni2+混合離子的分離實驗，從鑒定和分離的不同視角對混合離子的鑒定反應進行了介紹。將Fe3+、Co2+、Ni2+的離子交換樹脂法分離制作成錄像，在混合離子鑒定實驗課上進行演示， 教學效果良好。

[1] 張桂香.大學化學實驗-無機及分析化學實驗分冊.天津：天津大學出版社,2011

[2] 古鳳才.基礎化學實驗教程.第3版.北京：科學出版社，2009

[3] 方禹之.分析科學與分析技術.上海：華東師范大學出版社，2001

[4] 朱盈權，李俊義.實用分析化學.成都：四川人民出版社，1981

[5] 謝高陽，俞練民，劉本耀，等.無機化學叢書·第9卷：錳分族 鐵系 鉑系.北京：科學出版社，1996

[6] 姚思童，徐炳輝，靳惠明.沈陽工業(yè)大學學報，1999，21(2)：229

[7] 胡廣林，張雪梅，徐寶榮.分析化學實驗.北京：化學工業(yè)出版社，2010