陽イオンの定性分析〜原理・目的・反応式まとめ〜

まず、陽イオンが多く含まれる溶液にHClを加える。

塩化物イオンCl^ーはAg^＋・Pb^2＋・Hg₂^2＋などと塩化物の沈殿を形成する。

参考：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）

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Pb^2＋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。

次に、酸性下でH₂S（S^2ー）を通じる。

硫化物イオンS^2ーは酸性下においてCd^2＋・Cu^2＋・Pb^2＋などと硫化物の沈殿を形成する。

参考：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）

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Cd^2＋・Cu^2＋がCdS・CuSとして沈殿する。
ちなみに、Pb^2＋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。

次に、煮沸後硝酸を加え、NH₃（少量のOH^ー）を通じる。

水酸化物イオンOH^ーはAl^3＋・Fe^3＋・Cr^3＋などと水酸化物の沈殿を形成する。

参考：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）

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Al^3＋とFe^3＋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。

煮沸する理由

煮沸するのはH₂Sを追い出すためである。操作２で加えたH₂Sを始めに除去しないと、塩基性にした段階でZnS等が沈殿してしまう。（詳しくは操作４へ）

硝酸を加える理由

硝酸を加えるのはH₂Sにより還元されたFe^2＋を酸化して再度Fe^3＋にするためである。
Fe^2＋のままだと、OH^ーを加えたときに（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。

Zn(OH)₂が生じない理由

Zn^2＋はOH^ーと沈殿Zn(OH)₂を形成しやすい。
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。

参考：イオン分析を行う上で必要な知識まとめ

次に、塩基性下でH₂S（S^2ー）を通じる。

塩基性下において硫化物イオンS^2ーはZn^2＋・Co^2＋・Ni^2＋・Mn^2＋などと硫化物の沈殿を形成する。

参考：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）

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Mn^2＋・Zn^2＋がMnS・ZnSとして沈殿する。

次に、(NH₄)₂CO₃溶液（CO₃^2ー）を加える。

炭酸イオンCO₃^2ーはCa^2＋・Ba^2＋などと炭酸塩の沈殿を形成する。

参考：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）

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Ca^2＋とBa^2＋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。

炎色反応について詳しくは次のページを参照のこと。

参考：【炎色反応】色一覧や仕組み、具体例、操作など