无机化学/定性分析/阴离子测试

硫化物

硝普钠

阴离子测试

使用硝普钠。在硫化物离子存在下，会形成深紫色。[Fe(CN)₅NO]^4-配合阴离子在硫化物离子存在下形成，颜色变化很重要。

硝酸银

如果硫化物溶液与硝酸银反应，会形成黑色Ag₂S沉淀。

乙酸铅

如果物质可溶，使用乙酸铅溶液，如果为固体，则加入稀盐酸，并用乙酸铅试纸测试气体。乙酸铅试纸是将滤纸浸泡在乙酸铅溶液中一段时间制成的。如果待测盐为硫化物，则会观察到腐烂鸡蛋的刺鼻气味，并且乙酸铅试纸会变黑，这是由于形成了黑色固体硫化铅粉末。(CH₃COO)₂Pb + H₂S -> PbS + 2(CH₃COOH)

H₂S

以下两点不适合放在这里，请将它们安排在最合适的位置

• 当H2S通入亚硫酸钠或亚硫酸氢钠溶液中时，会观察到白色浑浊的硫沉淀。发生的是，亚硫酸盐/亚硫酸氢盐中的S原子（氧化态+4）和H2S中的S原子（氧化态-2）发生歧化反应生成零氧化态的分子硫。该反应可以看作是歧化反应的逆反应。

• 当H2S通入酸化的KMnO4溶液中时，溶液会褪色并观察到白色浑浊。这是因为强氧化剂高锰酸根离子将硫化物离子（-2）氧化到零氧化态。在此过程中，高锰酸根离子本身被还原为Mn²⁺离子，因此溶液的紫色/紫红色/粉红色会逐渐变淡，最终消失，因为锰离子不会使溶液呈现颜色。

亚硝酸根离子

亚硝酸根离子根据其氧化还原性质呈现多种反应。

I₃-

当亚硝酸根离子与I₃-阴离子反应时，亚硝酸根离子本身被还原为一氧化氮。学生应该检查氮在两种情况下的氧化态。

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

I₃-离子的黄色会变为绿色，随后变成紫色。这种现象是在氧化剂存在下观察到的，氧化剂将碘从-⅓氧化到0。我们的例子中氧化剂当然就是亚硝酸根离子。

在变成紫色之前，观察到绿色色调，因为反应过程中紫色颜色的浓度增加，黄色颜色的浓度降低，从而呈现出绿色。

铅/银硝酸盐

大多数铅和银化合物在分析中表现出相同的特性。然而，亚硝酸铅是可溶的，而亚硝酸银是不溶的白色固体。

因此，为了检测亚硝酸根离子的存在，我们可以使用硝酸银和硝酸铅。硝酸铅不会出现沉淀，但加入硝酸银后会形成白色沉淀。

2NO₂^- + Pb²⁺ -> Pb(NO₂)₂(aq)

NO₂^- + Ag⁺ -> AgNO₂(s)

氰化物离子

铁离子

当将铁离子加入氰化物离子溶液中时，没有观察到特定的颜色变化。但是，如果我们在加入硫代硫酸盐或 S₂^2- 后再加入铁离子，就会得到血红色的硫氰酸铁。

硫氰酸铁是 Fe(SCN)₃。

实际上，这是检测铁离子和硫氰酸根离子存在的特征性测试。氰化物离子与硫氰酸铁(III)的形成没有直接关系。如果我们回顾检测氰化物离子的测试步骤，我们会发现，根据我们的选择，我们会添加硫代硫酸盐离子或 S₂^2- 离子。这些离子在氰化物离子存在的情况下发生歧化反应，形成硫氰酸根离子。正是这些硫氰酸根离子最终与加入的铁离子反应，生成血红色的络合物。

CN^- + S₂O₃^2- -> SCN^- + SO₃^2-

CN^- + S₂^2- -> SCN^- + S^2-

Fe³⁺ + SCN^- -> Fe(SCN)²⁺

金属铜

众所周知，大多数金属会与水或稀酸溶液反应，释放出氢气。这是一种氧化还原反应，其中金属充当还原剂，将水中的质子或氢还原成氢气，并将自身氧化成金属阳离子。

这种氧化还原反应的典型例子是金属钠与水的反应。反应发生并释放出足够的热量使钠熔化，然后漂浮在氢气垫上。例如，2Na + 2H₂O -> H₂ + 2NaOH。就反应中涉及的离子而言，Na -> Na¹⁺ + e^1-，然后 2H¹⁺ + 2e^1- -> H₂。所有碱金属都会以完全相同的方式发生相同的反应。

然而，有些金属，如铜，不会以相同的方式与水或稀酸反应。定量而言，标准电极电位低于氢离子的标准电极电位，这意味着形成铜离子所需的能量比氢离子所能提供的能量多。[注意编辑 -> 这样好些吗？]

然而，如果我们将金属铜添加到含有氰化物离子的溶液中，铜就会屈服于形成自身超稳定的氰化络合物的贪婪。也就是说，平衡有利于形成四氰合铜(I)离子。这就是关键 - 在氰化物离子存在的情况下，铜会氧化自身，形成+1金属络合物。但如果发生了氧化，那么也必须发生还原。还原反应是什么？氢的形成（编辑 - 从哪里形成？质子还是水分子？）是参与的还原反应。

我们得出结论，KCN 的水溶液可以通过形成四氰合铜(I)离子来溶解金属铜，通常以铜屑的形式加入。

（注意编辑 -> 通过电化学和化学平衡的定量方面解释铜的这种反常行为，简短到足以保持兴趣。）

关于铜的四氰络合物

当将 H₂S 鼓入亚铁/铁/亚铜/铜离子氰络合物中时，不会产生硫化物沉淀。而对于大多数其他金属阳离子，金属硫化物会产生沉淀。

例如，四氰合镉酸根离子在 H₂S 作用下会生成 CdS，二氰合银酸根离子（银络合物）会生成 Ag₂S。

这可以用平衡常数 - 相关硫化物和氰络合物的溶度积和生成常数来解释。（注意编辑 -> 请更详细地解释）

次氯酸根离子

将含有铅离子的溶液（如硝酸铅）加入到次氯酸盐溶液中，会产生棕色的氧化铅(IV)沉淀。

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

将过氧化氢加入到次氯酸钠中，会产生氯化钠、水和氧气。

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

叠氮离子

加入三碘化物离子后，叠氮离子被氧化成氮气，并观察到脱色现象。三碘化物离子被还原成碘化物离子，并产生氮气。溶液的颜色从黄色变为无色，并观察到剧烈的起泡现象。

2N₃^- -> 3N₂ + 2e^-

I₃^- + 3e^- -> 3I^-

乙酸根离子

酸化

将强酸（如 HCl）加入到浓缩的乙酸盐溶液中，会产生乙酸，并散发浓烈的醋味。但是，即使存在乙酸盐，如果乙酸盐太稀，也可能无法闻到醋味。

酯化

加入一滴浓硫酸和乙醇后，可以观察到酯的独特气味。这适用于所有羧酸，但在这种情况下尤其有用，因为两种反应物，乙酸和乙醇，具有独特的气味，被酯的不同气味完全取代；在这种情况下，乙酸乙酯，闻起来有点像胶水或指甲油去除剂。

CH₃COOH + CH₃CH₂OH -> CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O

（硫酸没有显示出来，因为它只是一个催化剂，特别是脱水剂。）

氯化铁

加入到中性 FeCl₃ 中时，乙酸盐会产生红色。

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

中性 FeCl₃ 的制备方法是：取约 1 毫升 FeCl₃ 放入试管中，加入几滴稀 NaOH，得到永久的红棕色沉淀。加入氯化铁，直到沉淀物刚刚溶解。将所得溶液加入到含有乙酸盐的盐溶液中，得到红色。通过向该混合物中加水并加热，直到形成红色沉淀，可以确认乙酸根离子。A-LEVEL 实验。

硫代硫酸盐

硫代硫酸盐是还原剂。它们可以将 I₃^- 离子还原成无色的碘化物离子。但是，需要注意的是，这不是一个确证测试，因为任何还原剂都可以做到这一点。

2S₂O₃^2- -> S₄O₆^2- + 2e

I₃^- +2e -> 3I^-

水合氢离子

向含有硫代硫酸根离子的溶液中加入稀酸，会产生沉淀、单质硫，并释放出具有橡胶燃烧气味的气体（二氧化硫）。

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

铁离子

硫代硫酸根离子与三价铁离子反应会产生短暂的紫色现象。--->展开<--

硫酸铜

硫代硫酸根离子与硫酸铜反应会生成白色沉淀，该沉淀在过量硫代硫酸根离子存在下溶解，形成稳定的配合物，生成无色溶液。

CuSO₄ + Na₂S₂O₃ -> CuS₂O₃ + Na₂SO₄

进行此实验时，应控制硫代硫酸根离子浓度，使其先保持较低浓度，再逐渐提高至足以形成配合物的浓度。为避免遗漏反应现象，应将硫代硫酸根离子溶液缓慢滴入硫酸铜溶液中。

硝酸银

这是一个非常特殊的反应，因为表面上看起来像是沉淀的颜色发生了变化。

实际上，当加入硝酸银时，会形成白色的硫代硫酸银沉淀。硫代硫酸银会歧化生成黑色的硫化银和硫酸，我们知道硫化银是黑色的。也就是说，加入硝酸银后，会先得到白色沉淀，然后变为棕色，最终变为黑色。

S₂O₃^2- + 2AgNO₃ -> 2NO₃^- + Ag₂S₂O₃

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

此外，在过量硫代硫酸根离子存在下，白色的硫代硫酸银沉淀会溶解，形成无色的配合物。

硫氰酸根离子

SCN^- 离子在氰化物离子检验中已经讨论过一次。

事实上，硫氰酸根离子的一种特征性检验方法就是我们在那里讨论过的反应。

三价铁硫氰酸盐

硫氰酸根离子与三价铁离子反应会生成血红色的 Fe(SCN)₃。此反应不会发生在二价铁离子中，因此可以用于确认三价铁离子和硫氰酸根离子的存在。

--->检查术语<--

沃格尔氏检验

如果向硫氰酸根离子中加入 Co²⁺ 离子，将会得到蓝色的四硫氰酸根合钴酸盐溶液。在该溶液中加入汞离子会产生蓝色结晶沉淀。

该沉淀不是四硫氰酸根合汞酸盐！有趣的是，实际沉淀是预期沉淀的异构体，它是四硫氰酸根合汞酸钴（II），即金属阳离子交换了位置。

如果与稀盐酸反应不产生气泡，则将盐与浓硫酸加热。

以下离子属于此列表

氟化物

HF 气体的生成

当向氟化物离子中加入浓硫酸时，它们会被质子化，生成氢氟酸。这是因为氢氟酸是一种弱酸，其阴离子 F^- 可以被质子化，重新生成气体。

F^- + H₂SO₄ -> HF + HSO₄^-

氢氟酸的生成程度取决于硫酸的初始浓度。根据勒夏特列原理，硫酸浓度的增加会使反应向生成更多氢氟酸的方向进行。

那么如何判断是否生成了 HF 呢？当我们将玻璃棒放在试管口时，会在玻璃棒上形成白色的蜡状沉淀。这是因为 HF 与二氧化硅反应（玻璃棒几乎全部由二氧化硅组成）。

HF(g) + SiO₂(s) -> SiF₄(g) + H₂0(l)

四氟化硅气体很容易被释放出的水水解，生成六氟硅酸和硅酸，混合物即为白色蜡状沉淀。

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

问题：能否使用 Ca(NO₃)₂ 检测 HF 或 F^-？

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

氟化物的氧化

在这个特定的实验中，我们加入了浓硫酸。浓硫酸是一种氧化剂。当它被加入到氟化物盐中时，它会氧化成分子氟吗？让我们思考一下。是的，我们承认浓硫酸是一种非常强的氧化剂，但问题是，它强到足以氧化氟化物离子吗？氟化物离子氧化的产物是分子氟，这是一种非常罕见的物质。分子氟几乎与任何物质反应。它所到之处都会造成混乱。所以我们的答案是否定的。浓硫酸不能氧化氟化物离子成为分子氟。

--->编辑说明：本文的目的是让读者了解各种化学事实，并意识到它们在现实生活中的重要性。虽然这部分内容并没有直接指出氟的高反应性，但几个分散的讨论足以强调这一点！<--

可能的插入 - 电解法提取氟所涉及的问题。<--

氯化物

浓硫酸

当加入浓硫酸时，氯化物盐会释放出无色的氯化氢气体。

氯化氢气体可以通过两种方法检测。第一种是将盛有氢氧化铵溶液的试管靠近原溶液口。如果生成了氯化氢气体，它会与氢氧化铵反应，生成白色的浓密的氯化铵烟雾。

另一种方法是使用二氧化锰。锰在 +4 价态时会被还原至 +2 价态，同时氧化氯化氢中的氯成为分子氯气 - Cl2。浅绿色（由于浓度低而呈浅绿色）的氯气确认了氯化氢气体的生成。氯气具有漂白作用，不要吸入。

硝酸银检验

氯化银是一种沉淀。因此，如果向被测溶液中加入硝酸银溶液，会得到白色沉淀。这种沉淀的氯化银在过量的氢氧化铵溶液中溶解，这是因为形成了 [Ag(NH3)2]⁺ 配合物离子。

如果我们仔细观察，会发现这种氨络合物与银镜反应（托伦斯试剂）中用于检测醛的氨络合物相同。如果我们回忆一下，这个反应是一个氧化还原反应，其中银（I）被还原为金属银镜，而醛被氧化为酸根离子。

铬酰氯检验

需要注意的是，此测试不适用于含有溶剂化离子的溶液。铬酰氯测试是在固态盐上进行的。

将固态盐与固态重铬酸钾和浓硫酸混合。如果盐是氯化物，加热后会产生深红色的铬酰氯（CrO₂Cl₂）蒸气。

一些化学家仍然对此存在疑问，因为深红色的蒸气与NO₂和Br₂蒸气有些相似。虽然它们可以区分。

如果将这些铬酰氯蒸气通过稀NaOH溶液，它会变成黄色。我们大多数人可能已经猜到颜色是由于铬酸根离子的形成。的确，这个猜想是正确的。这就是我们消除疑虑并断定该盐是氯化物的方法。

这里需要注意的是，大多数铬酸盐呈黄色，但Ag₂CrO₄和Hg₂CrO₄是例外。它们都是红色的！

主要为共价氯化物的氯化物，例如HgCl₂和烷基氯化物，不会进行此测试。真正的确认方法是在黄色溶液中加入醋酸，然后加入醋酸铅，这将生成浅黄色的铬酸铅沉淀。

溴化物/碘化物

浓硫酸

对于浓硫酸，氟化物/氯化物分别生成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/溴化物与浓硫酸反应的情况下，溴化物会生成深棕色的Br2蒸气，而碘化物会生成紫色的碘蒸气。

硝酸银溶液

与硝酸银溶液反应，溴化物会生成浅黄色的AgBr沉淀，它部分溶于NH4OH。碘化物会生成黄色的AgI沉淀，它不溶于氨水。

-->用溶度积和相关化合物的生成常数解释这一点。我们不需要给出数值解释！我们只是想强调无机化学不是纯粹的死记硬背。

氯仿测试

取溶液，加入等量的氯仿/CHCl3。加入氯水并剧烈摇动。观察非水层的颜色变化。

如果存在碘化物/溴化物离子，它们将被氧化成碘/溴。碘会使非水层呈现紫色，而如果生成溴，它会使非水层呈现红色。

如果用二氯甲烷代替氯仿，也会发生同样的反应。

草酸根离子

草酸根离子的反应 - 2MnO₄- + 16H+ + 5C₂O₄^-2 ---------> 2Mn⁺² +8H₂O + 10 CO₂ 草酸根离子为C₂O_4--

浓硫酸

浓硫酸将草酸根离子分解成一氧化碳和二氧化碳。读者应该很快意识到，草酸根离子是通过歧化反应分解的。如果确认了两种气体的生成，我们可以说硫酸与草酸根离子发生了反应。

如果将生成的气体混合物通过澄清石灰水，它会变浑浊，最后变澄清。混合物中的一氧化碳会燃烧产生蓝色火焰，生成二氧化碳。这两种气体都是通过这种方式确认的，从而确认了草酸根离子的存在。

酸化高锰酸钾溶液

酸化高锰酸钾是一种氧化剂。它会将草酸根离子氧化成二氧化碳。在此过程中，它会由于紫色锰酸根离子被还原成无色的锰离子而褪色。

现在问题是，我们如何知道褪色是由于草酸根离子引起的？每当锰酸根离子氧化任何东西时，高锰酸钾溶液都会褪色。

答案再次在于二氧化碳气体的检测。一旦确认了气体，草酸根离子实际上就被确认了。

氯化钙溶液

草酸根离子的水溶液会生成白色的草酸钙沉淀，它不溶于醋酸。

硝酸盐

热分解或强酸分解

所有硝酸盐都会在加热或稀硫酸的作用下分解，生成红棕色的二氧化氮气体。

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

铜片

在盐的水溶液中加入浓硫酸，然后加入铜片，会形成深棕色溶液。它是由于硫酸的作用形成的。

棕色环测试

当在浓硫酸存在下，将新制备的酸化硫酸亚铁溶液加入硝酸根离子溶液中时，会形成深棕色的环。

这个深棕色的环是由于形成了配合物[Fe(H₂O)₅NO]²⁺。在这种形式中，Fe离子处于+1和+2两种氧化态，并在两者之间振荡。这意味着，即使介质中轻微的扰动也会扰乱配合物。因此，要逐滴加入酸化硫酸亚铁，并让它沿着试管壁流下，这样可以最大限度地减少会破坏环的任何扰动。它与介质接触后发生反应，形成上述配合物，但只在边缘形成，从而形成特征的棕色环。

振荡以以下两种方式发生

i) NO离子失去一个电子给Fe2+离子，形成Fe¹⁺和NO¹⁺ NO -> NO¹⁺ + e^1- Fe²⁺ + e^1- -> Fe¹⁺

ii) Fe¹⁺将电子还给NO¹⁺，形成NO和Fe²⁺ Fe¹⁺ -> Fe²⁺ + e^1- NO¹⁺ + e^1- -> NO

值得注意的是，铁在(I)氧化态下很少见，(II)和(III)更常见。

还原为氨

硝酸根离子可以很容易地用德瓦达合金或铝箔还原为氨。铝是一种非常强的还原剂，与加热相结合会导致硝酸根离子形成氨气。可以通过将一块潮湿的红色石蕊试纸放在试管末端来测试它。氨气会在水中形成碱性的铵离子，并使试纸变蓝。

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

铝粉未显示出来，因为它只是催化反应。

硫酸盐

氯化钡

在氯化钡溶液中加入硫酸盐会生成白色沉淀的硫酸钡。这种沉淀非常不溶，不会溶解在任何常见的实验室试剂中。

硫酸镁 + 氯化钡 -> 硫酸钡 + 氯化镁

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

硝酸铅/醋酸铅

与上面的反应类似，会形成白色沉淀的硫酸铅。同样，它也很难溶解在水等常用试剂中，但会溶解在氢氧化钠中，并且在醋酸铵溶液中溶解度更高。

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

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

锰酸根离子

H₂S 测试

高锰酸钾的氧化性使其能够快速地将硫化氢从氧化态 (II) 氧化到 0，并将其自身还原为锰离子。这些不会给溶液带来任何颜色，但硫沉淀会形成白色云，因为锰酸根离子的紫色消失。

2S^2- -> S₂ + 4e

MnO₄^2- + 4e^- -> Mn²⁺ + 2O₂

硼酸盐

乙醇

加入乙醇，在暴露于火焰的情况下会得到硼酸乙酯，它会发出黄绿色的火焰。

正磷酸盐

钼酸铵

加入到磷酸根离子中，用硝酸加热，会形成黄色沉淀的磷钼酸铵。砷盐在用硝酸处理后也会呈现相同的黄色。磷酸盐存在的确认测试。
PO_4^3- + 12(NH₄)₂MoO₄ + 21HNO₃ + 3H⁺ -> (NH₄)₃PO₄·12MoO₃↓ + 21NH₄NO₃ + 12H₂O

碳酸盐和碳酸氢盐

在存在碳酸根 (CO₃^2-) 或碳酸氢根 (HCO₃^-) 离子的情况下，加入浓的强酸 (例如 HCl) 会导致 CO₂ 气体逸出，从而产生起泡或冒泡现象。为了确定存在哪种离子，在盐溶液中加入 MgSO₄。低温下出现白色沉淀表明存在碳酸盐，而加热后出现沉淀则确认存在碳酸氢盐。