２００４年１１月２５日（木）　ko2-34　Ｉ実験34−金属イオンの分離

　今日は，金属イオンの分離の実験です。今までに学習したことを思い出しながら，金属イオンの混合溶液から，それぞれのイオンを分離する方法を考えます。
　最初は，銀イオンＡｇ＋，鉄（ＩＩＩ）イオンＦｅ３＋，銅（ＩＩ）イオンＣｕ２＋の分離の方法を考えてみましょう。この３種類の金属イオンのうち，塩化物が難溶性であるのは銀イオンでしたね。塩化銀は白色沈殿です。したがって，塩化物イオンを含む水溶液を加え，塩化銀を沈殿させて，それをろ過で除去します。
　水溶液中に残った鉄（ＩＩＩ）イオンと銅（ＩＩ）イオンをどのようにして分離すればよいでしょうか。塩基を加えると，ともに水酸化物の沈殿ができます。しかし，水酸化物にアンモニアを加えると，水酸化銅（ＩＩ）Ｃｕ（ＯＨ）２は水に溶けましたね。アンモニアの錯イオン，テトラアンミン銅（ＩＩ）イオン［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋になるからです。したがって，過剰のアンモニア水を加えると，水酸化鉄（ＩＩＩ）Ｆｅ（ＯＨ）３が沈殿し，水溶液中にはテトラアンミン銅（ＩＩ）イオン［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋が残るはずです。
　　　

実験３４　金属イオンの分離
＜Ａｇ＋，Ｆｅ３＋，Ｃｕ２＋の分離＞
１　０．１mol/ｌ 硝酸銀ＡｇＮＯ３２ｍｌ ，０．３mol/ｌ 硝酸鉄（III)Ｆｅ（ＮＯ３）３２ｍｌ ，０．３mol/ｌ 硝酸銅（II)Ｃｕ（ＮＯ３）２２ｍｌ 混合した試料を用意する。
２　試料に３mol/ｌ 塩酸ＨＣｌ１ｍｌ を加えてよく振り混ぜ，生じた沈殿をろ過する。ろ紙上の沈殿を少量の純水で洗い，洗った水は捨てる。
３　２のろ液に６mol/ｌ アンモニアＮＨ３水を３ｍｌ 加えてよく振り混ぜ，生じた沈殿をろ過する。ろ紙上の沈殿を少量の純水で洗い，洗った水は捨てる。
　実験結果を確認しましょう。



　アの反応；Ａｇ＋　＋　Ｃｌ−　→　ＡｇＣｌ↓
　エの反応；Ｆｅ３＋　＋　３ＯＨ−　→　Ｆｅ（ＯＨ）３↓
　　　　　　　Ｆｅ３＋　＋　３ＮＨ３　＋　３Ｈ２Ｏ　→　Ｆｅ（ＯＨ）３↓　＋　３ＮＨ４＋　　　　　　　
　オの反応；Ｃｕ（ＯＨ）２　＋　４ＮＨ３　→　［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋　＋　２ＯＨ−
　　　　　　　Ｃｕ（ＯＨ）２　＋　４ＮＨ３　→　［Ｃｕ（ＮＨ３）４］（ＯＨ）２
　　　　　　　Ｃｕ２＋　＋　４ＮＨ３　→　［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋

　次に，アルミニウムイオンＡｌ３＋，亜鉛（ＩＩ）イオンＺｎ２＋，バリウムイオンＢａ２＋の分離について考えてみましょう。まず水酸化物の違いに注目しましょう。水酸化アルミニウムは両性水酸化物です。水酸化亜鉛（ＩＩ）Ｚｎ（ＯＨ）２はアンモニア水に溶けます。そして，水酸化バリウムＢａ（ＯＨ）２は水に溶けやすく，強塩基性でしたね。したがって，過剰のアンモニア水を加えると，水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３が沈殿し，亜鉛はアンモニアの錯イオン，テトラアンミン亜鉛（ＩＩ）イオン［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋となって溶け，バリウムイオンは単原子イオンのままで水溶液中に存在します。
　では，亜鉛（ＩＩ）イオンとバリウムイオンを分離するには，どうすればよいでしょうか。水溶液に硫化水素水を加えると，亜鉛（ＩＩ）イオンは硫化亜鉛ＺｎＳとなって沈殿します。ただし，中性から塩基性の条件です。ところが，バリウムの硫化物は沈殿しません。
　最後に，水溶液中にバリウムイオンが残っていることをどのようにして確かめたらよいでしょうか。硫酸を加えて硫酸バリウムの白色沈殿ができれば確認できますね。
　　　

＜Ａｌ３＋，Ｚｎ２＋，Ｂａ２＋の分離＞　　
１　０．３mol/ｌ 硝酸アルミニウムＡｌ（ＮＯ３）３２ｍｌ ，０．３mol/ｌ 硝酸亜鉛（ＩＩ）Ｚｎ（ＮＯ３）２２ｍｌ ，０．３mol/ｌ 硝酸バリウムＢａ（ＮＯ３）２２ｍｌ 混合した試料を用意する。
２　試料に６mol/ｌ アンモニアＮＨ３水を１ｍｌ を加えてよく振り混ぜ，生じた沈殿をろ過する。ろ紙上の沈殿を少量の純水で洗い，洗った水は捨てる。
３　２のろ液に硫化水素Ｈ２Ｓ水を３ｍｌ 加えてよく振り混ぜ，生じた沈殿をろ過する。ろ紙上の沈殿を少量の純水で洗い，洗った水は捨てる。
４　３のろ液に３mol/ｌ 硫酸Ｈ２ＳＯ４を加えてよく振り混ぜ，生じた沈殿をろ過する。
　実験結果を確認しましょう。



　カの反応；Ａｌ３＋　＋　３ＯＨ−　→　Ａｌ（ＯＨ）３↓
　　　　　　　Ａｌ３＋　＋　３ＮＨ３　＋　３Ｈ２Ｏ　→　Ａｌ（ＯＨ）３↓　＋　３ＮＨ４＋
　キの反応；Ｚｎ（ＯＨ）２　＋　４ＮＨ３　→　［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋　＋　２ＯＨ
　　　　　　　Ｚｎ（ＯＨ）２　＋　４ＮＨ３　→　［Ｚｎ（ＮＨ３）４］（ＯＨ）２
　　　　　　　Ｚｎ２＋　＋　４ＮＨ３　→　［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋
　クの反応；Ｂａ２＋　＋　２ＯＨ−　→　Ｂａ（ＯＨ）２　　溶解度３．９/１００ｇ水（２５℃）沈殿は生じない
　ケの反応；［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋　＋　Ｈ２Ｓ　→　ＺｎＳ↓　＋　２ＮＨ４＋　＋　２ＮＨ３
　サの反応；Ｂａ２＋　＋　ＳＯ４２−　→　ＢａＳＯ４↓　　　
　それでは，考察です。

１．沈殿アの確認は，
　ろ紙上の沈殿にアンモニア水を注ぎ，ろ紙に硝酸を加えて酸性にすると，再び塩化銀の白色沈殿が生じる。
２．沈殿エの確認は，
　ろ紙上の沈殿に希塩酸を注ぎ，ろ紙を二等分し，一方にＫ４［Ｆｅ（ＣＮ）６］水溶液を加えると，濃青色沈殿が見られる。また，他方にＫＳＣＮ水溶液を加えると，血赤色溶液が見られる。いずれもＦｅ３＋の検出である。
　このようにして，金属イオンを分離することができます。そのためには，各金属イオンの性質を理解し，それをうまく活用する必要があります。