Ⅳ族分析

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資料紹介

第Ⅳ族イオンの化合物の溶解度の差を利用して試料溶液中の第Ⅳ族イオンを分離し、個々のイオンの溶液に確認試験を行い、その結果から第Ⅳ族イオンの存在の有無を判定することを目的とする。

資料の原本内容

目的
第Ⅳ族イオンの化合物の溶解度の差を利用して試料溶液中の第Ⅳ族イオンを分離し、個々のイオンの溶液に確認試験を行い、その結果から第Ⅳ族イオンの存在の有無を判定することを目的とする。
理論
各イオンの化合物の特性、反応の違いを利用し、一つを固相に、ほかを液相にして、分離する作業を繰り返し、目的の物質を検出する。
手順
１. 分属
試料に6mol/L NH4Cl 15mL 、6mol/L NH4OH 15mlL を加えて液性を調節、その後分族試薬1mol/L Na2S 2mL を加え、ろ過した。
２. 沈殿物CoS、ZnS、NiS、MnSの分離
　　　１.の沈殿物をビーカーに移し、5分ほど放置し、1mol/l HCl 15 mL を加え、沈殿を繰り返しろ液で洗いながらろ過した。
　　沈殿物はA（CoS、NiSの分析）へ、ろ液はB（Mn2+、Zn2+の分析）へと続く。
A. CoS、NiSの分析
　　　沈殿物を蒸発皿に移し、王水1～2 mL を加え、沈殿が解けるまでドラフト内で過熱、ろ過を行った後、ろ液を蒸発皿に移し、ドラフト内で蒸発乾固した。
　　放冷後、イオン交換水15 mLを加え、溶液を5分し、それぞれ以下の操作を行った。
　
Co2+の検出
溶液3～5滴にアミルアルコール1~2 mL、NH4SCN小さじ1～2杯を加え、溶液の変化を観察した。
b.　Co2+の検出
溶液1～2 mLに、重炭酸ナトリウム飽和以上、3% 過酸化水素水を加え、溶液の変化を観察した。
Co2+の検出
濃HCl 2～3 mL、アセトン3、4 mLを加え、溶液の変化を観察した。
Ni2+の検出
　　　　　6mol/L NH4OH、1% ジメチルグリオキシムを加え、溶液の変化を観察した。
B. Mn2+、Zn2+ の分析
　　　ろ液を2～3分煮沸した。ろ過し、ろ液にフェノールフタレイン1滴を滴下、6mol/L NaOH を用いて溶液を塩基性にした。その後、6mol/L NaOH 2～3 mL、3% H2O2水 1~2 mL を加えた。溶液をろ過し、沈殿はMn2+の確認、ろ液はZn2+の確認に用いた。
　　a.　沈殿（H2MnO3）：Mn2+の検出
　　　　　ろ紙上から6mol/L HNO3 5 mL、3% H2O2 1～2 mLを加え、沈殿を溶解させ、煮沸、水冷した。NaBiO3を少量加えて1～2分放置し、溶液の変化を観察した。
　
ろ液（ZnO22-を含む）：Zn2+の検出
　　　　　煮沸し、6mol/L CH3COOHを用いて中性～微アルカリ性にした。
　　　　　1mol/L K4[Fe(CN)6]を滴下し、溶液の変化を観察した。
結果
本実験で得られた結果を以下に示す。
CoS、NiSの分析においては、以下の結果となった。
表1. CoS、NiSの分析の結果
a 溶液が濃い紫色に変化した b 溶液が緑色に変化した c アセトン層が透明な水色に変化した d 溶液が赤色に変化した
Mn2+、Zn2+ の分析においては、以下の結果となった。
表2. Mn2+、Zn2+ の分析の結果
a 溶液が赤紫色に変化した b 白色沈殿が生じた
考察
A. CoS、NiSの分析
以下の理由より、Co2+が検出されたと考えられる。
　　この実験では、溶液が濃い紫色に変化した。これは、溶液中のCo2+がSCN‐と結合して錯イオンを作り、この錯イオンがアミルアルコール層に移動し、青色を呈する反応が起こったためだと考えられる。※
反応式：CoCl2 + 4NH4SCN → (NH4)2[Co(SCN)4] + 2NH4Cl
以下の理由より、Co2+が検出されたと考えられる。
　　この実験では、溶液が緑色に変化した。これは、H2O2が、NaHCO3性において、Co2+を緑色化合物Na3Co(HCO3)6に酸化する反応が起こったためだと考えられる。※
反応式：2CoCl2 + 14NaHCO3 + H2O2 → 2Na3Co(HCO3)6 +4NaCl + 2Na2CO3 + 2H2O
以下の理由より、Co2+が検出されたと考えられる。
この実験では、アセトン層が透明な水色に変化した。これは、溶液中のCo2+が過剰の塩素イオンと反応して、塩化物錯イオン[CoCl4]3-（青色）となったためだと考えられる。※
反応式：Co2+ + 4Cl‐ → [CoCl4]2‐
以下の理由より、Ni2+が検出されたと考えられる。
この実験では、溶液が赤色に変化した。これは、ジメチルグリオキシムがNi2+と反応して、赤色沈殿を生じたためだと考えられる。※　
以下に、この反応の機構を示す。
図1.ジメチルグリオキシムとNi2+の反応機構
B. Mn2+、Zn2+ の分析
以下の理由より、Mn2+が検出されたと考えられる。
この実験では、溶液が赤紫色に変化した。これは下記の反応式の途中で、NaBiO3によってMn2+が酸化され、赤紫色のMnO4‐を生じたためだと考えられる。※
反応式
4Mn(NO3)2 + 16HNO3 + 5NaBiO3 → 2HMnO4 + 5NaNO3 + 5Bi(NO3)2 + 7H2O
以下の理由より、Zn2+が検出されたと考えられる。
　　　　この実験では、白色沈殿が生じた。これは、Zn2+がK4[Fe(CN)6]によって白色のZn2[Fe(CN)6]を生じたためだと考えられる。※
反応式：Fe(CN6)4‐ + 2Zn2+ → Zn2[Fe(CN)6]
参考文献
※　石橋雅義 / 実験分析化学 / 共立出版 /1952 / P64-77
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