【プロ講師解説】このページでは『陽イオンの定性分析(原理・目的・反応式など)』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。
陽イオンの定性分析とは
陽イオンの定性分析とは、複数の陽イオンが含まれる水溶液に対して様々な操作を行うことで沈殿生成反応や炎色反応を引き起こし、その水溶液に含まれる陽イオンを特定する分析法である。
上の図のように、①から⑤(+炎色反応)の操作を順番に行うことで、陽イオンをキレイに分離することができる。
※沈殿生成反応や炎色反応について詳しくは下記ページを参照
陽イオンの定性分析の一連の流れ
陽イオンの定性分析は、先ほど上でも示したように、次のような流れで行われる。
まずは操作①から見ていこう。
操作①
まずは、陽イオンが多く含まれる溶液にHClを加える。
水に難溶なイオン結晶(水酸化物・硫化物・塩化物・硫酸・クロム酸・炭酸イオン)にまとめたように塩化物イオンCl–はAg+・Pb2+・Hg22+などと塩化物の沈殿を形成する。
したがって、今回水溶液中に含まれている陽イオンの中ではAg+とPb2+がそれぞれAgCl・PbCl2として沈殿する。
また、沈殿ができた後にろ過操作を行う(=ろ別する)ことで沈殿を取り除く。
操作②
次に、酸性下でH2S(S2-)を通じる。
水に難溶なイオン結晶(水酸化物・硫化物・塩化物・硫酸・クロム酸・炭酸イオン)にまとめたように硫化物イオンS2-は酸性下においてCd2+・Cu2+・Pb2+などと硫化物の沈殿を形成する。
したがって、今回水溶液中に含まれている陽イオンの中ではCd2+・Cu2+がCdS・CuSとして沈殿する。
ちなみに、Pb2+は操作①で既に沈殿として取り除いてしまっているのでここでは沈殿しないこと、この操作は酸性下で行う必要があるが、操作①でHClを加えた結果水溶液は既に酸性になっているため、H2Sを通じるだけでOKということは把握しておこう。
操作③
次に、煮沸後硝酸を加え、NH3(少量のOH–)を通じる。
水に難溶なイオン結晶(水酸化物・硫化物・塩化物・硫酸・クロム酸・炭酸イオン)にまとめたように水酸化物イオンOH–はAl3+・Fe3+・Cr3+などと水酸化物の沈殿を形成する。
したがって、今回水溶液中に含まれている陽イオンの中ではAl3+とFe3+がそれぞれAl(OH)3・Fe(OH)3として沈殿する。
この操作では、注目すべき重要なポイントが3つある。順番に確認していこう。
Fe2+のままだと、OH–を加えたときに(Fe(OH)3ではなく)Fe(OH)2が生じてしまう。
こうなるとFe(OH)2は溶解度が極めて大きいので完全には沈殿せず、鉄イオンを上手く取り出すことができなくなる。
しかし、アンモニアを加えることで、錯イオン[Zn(NH3)4]2+を作って沈殿が溶解する。
その結果、この段階では沈殿として出てくることはない。(イオン分析を行う上で必要な知識まとめを参照)
操作④
次に、塩基性下でH2S(S2-)を通じる。
水に難溶なイオン結晶(水酸化物・硫化物・塩化物・硫酸・クロム酸・炭酸イオン)にまとめたように塩基性下において硫化物イオンS2-はZn2+・Co2+・Ni2+・Mn2+などと硫化物の沈殿を形成する。
したがって、今回水溶液中に含まれている陽イオンの中ではMn2+・Zn2+がMnS・ZnSとして沈殿する。
操作⑤
次に、(NH4)2CO3溶液(CO32-)を加える。
水に難溶なイオン結晶(水酸化物・硫化物・塩化物・硫酸・クロム酸・炭酸イオン)にまとめたように炭酸イオンCO32-はCa2+・Ba2+などと炭酸塩の沈殿を形成する。
したがって、今回水溶液中に含まれている陽イオンの中ではCa2+とBa2+がそれぞれCaCO3・BaCO3として沈殿する。
また、(NH4)2CO3溶液を加える代わりにCO2を吹き込んでも同じ反応が起こる。
最後は炎色反応
最後に炎色反応を使ってアルカリ金属・アルカリ土類金属を判別する。
炎色反応について詳しくは【炎色反応】色一覧や仕組み、具体例、操作などを確認しよう。
一問一答
複数の陽イオンが含まれる水溶液に対して様々な操作を行うことで沈殿生成反応や炎色反応を引き起こし、その水溶液に含まれる陽イオンを特定する分析法を陽イオンの【1】という。
塩化物イオンCl–は【1】・【2】・【3】などの陽イオンと塩化物の沈殿を作りやすい。
硫化物イオンS2-は酸性下において【1】・【2】・【3】などの陽イオンと硫化物の沈殿を作りやすい。
水酸化物イオンOH–は【1】・【2】・【3】などの陽イオンと水酸化物の沈殿を作りやすい。
硫化物イオンS2-は塩基性下において【1】・【2】・【3】・【4】などの陽イオンと硫化物の沈殿を作りやすい。
炭酸イオンCO32-は【1】・【2】などの陽イオンと炭酸塩の沈殿を作りやすい。
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・化学のグルメ運営代表
・高校化学講師
・薬剤師
・デザイナー/イラストレーター
数百名の個別指導経験あり(過去生徒合格実績:東京大・京都大・東工大・東北大・筑波大・千葉大・早稲田大・慶應義塾大・東京理科大・上智大・明治大など)
2014年よりwebメディア『化学のグルメ』を運営
公式オンラインストアで販売中の理論化学ドリルシリーズ・有機化学ドリル等を執筆
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