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實 驗 九 陽 離 子 第 三 、 第 四 、 第 五 族 定 性 分 析

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong><br />

<strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

一 <strong>、</strong> 目 的<br />

應 用 。<br />

學 習 <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 的 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 與 確 <strong>定</strong> , 精 練 操 作 技 術 與 原 理<br />

圖 9-1 水 浴 加 熱 <strong>離</strong> 心 管<br />

圖 9-2 使 用 <strong>離</strong> 心 機<br />

圖 9-3 加 熱 樣 品 並 檢 <strong>驗</strong> pH 值<br />

圖 9-4 焰 色 檢 <strong>驗</strong><br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

二 <strong>、</strong> 原 理<br />

A. <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 的 <strong>分</strong> <strong>離</strong> ( separation ) 特 <strong>性</strong><br />

<strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 包 含 有 Al 3+ <strong>、</strong>Cr 3+ <strong>、</strong>Fe 3+ <strong>、</strong>Co 2+ <strong>、</strong>Ni 2+ <strong>、</strong>Mn 2+ <strong>、</strong>Zn 2+ , 一 部<br />

<strong>分</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 以 氫 氧 鹽 ( hydroxides ) 沉 澱 , 如 Al(HO) 3 <strong>、</strong>Cr(OH) 3 <strong>、</strong>Fe(OH) 3 稱 為 鋁<br />

<strong>族</strong> , 其 他 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 為 硫 化 物 沉 澱 , 如 NiS<strong>、</strong>CoS<strong>、</strong>MnS<strong>、</strong>ZnS 稱 為 鎳 鋅 <strong>族</strong> 。 鉻 <strong>、</strong><br />

錳 <strong>、</strong> 鐵 <strong>、</strong> 鈷 <strong>、</strong> 鎳 為 過 渡 元 素 , 具 有 多 種 氧 化 態 ( oxidation state ), 易 形 成 錯<br />

<strong>離</strong> <strong>子</strong> ( complex ion ), 有 顏 色 等 特 <strong>性</strong> ; 鋅 <strong>、</strong> 鉻 <strong>、</strong> 鋁 氫 氧 化 物 為 兩 <strong>性</strong> 物 質<br />

( amphoteric substances ) 亦 為 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 之 重 要 依 據 。<br />

B. <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 的 沉 澱 試 劑 ( precipitating reagents )<br />

<strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> 的 沉 澱 試 劑 有 NH 3 <strong>、</strong>NH 4 Cl 和 (NH 4 ) 2 S,NH 3 和 NH 4 Cl 形 成 緩 衝<br />

溶 液 ( buffer solution ), 提 供 穩 <strong>定</strong> 的 [OH − ], 而 且 NH 4 Cl 中 的 NH + 4 , 增 加 了<br />

+<br />

NH 4 的 濃 度 , NH 3 在 水 溶 液 中 的 平 衡 方 程 式 如 下 :<br />

NH 3(aq) + H 2 O (l)<br />

NH 4<br />

+<br />

(aq) + OH − (aq)<br />

使 得 平 衡 因 為 [NH + 4 ] 增 加 而 向 左 移 動 , 降 低 了 [OH − ]。 一 方 面 可 使<br />

Al(OH) 3 <strong>、</strong>Cr(OH) 3 沉 澱 , 而 不 至 於 形 成 Al(OH) − −<br />

4 <strong>、</strong>Cr(OH) 4 錯 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 而 溶 解 ;<br />

另 一 方 面 在 此 低 [OH − ] 濃 度 下 ,Mn(OH) 2 才 不 會 也 生 成 沉 澱 。<br />

鎳 鋅 <strong>族</strong> 仍 以 硫 化 物 沉 澱 而 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 。 本 <strong>族</strong> 硫 化 物 之 Ksp 較 <strong>第</strong> 二 <strong>族</strong> 大 , 因 此 以<br />

(NH 4 ) 2 S 為 沉 澱 劑 而 不 以 H 2 S 處 理 , 乃 是 為 了 使 溶 液 中 S 2− 濃 度 增 加 而 達 到<br />

K sp 值 。<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

C. <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 之 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 與 確 <strong>定</strong><br />

1. 本 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 樣 本<br />

本 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> 中 , 待 <strong>分</strong> <strong>析</strong> 的 <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 有 <strong>四</strong> 種 : 無 色 ( colorless ) 的 鋁 (Al 3+ )<br />

<strong>離</strong> <strong>子</strong> 溶 液 , 紅 棕 色 ( reddish−brown ) 的 鐵 (Fe 3+ ) <strong>離</strong> <strong>子</strong> 溶 液 , 綠 色 ( green ) 的 鎳<br />

(Ni 2+ ) <strong>離</strong> <strong>子</strong> 溶 液 , 和 非 常 微 弱 的 粉 紅 色 ( very faint pink ) 錳 ( Mn 2+ ) <strong>離</strong> <strong>子</strong> 溶 液 。<br />

2. <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 之 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 沉 澱 反 應<br />

加 入 NH 3 −NH 4 Cl 及 (NH 4 ) 2 S 後 , 待 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 的 <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 形 成 下 列 反 應 :<br />

Fe 3+ (aq) + 3 OH − (aq) Fe(OH) 3(s) red−brown<br />

部 <strong>分</strong> Fe(OH) 3 會 被 S 2− 還 原 成 FeS (s)<br />

2 Fe(OH) 3(s) +3 S 2− (aq) → 6 OH − (aq) +2 FeS (s) + S (s) black<br />

Ni 2+ 在 氨 水 中 , 形 成 Ni(NH 3 ) 2+ 6 , 當 加 入 (NH 4 ) 2 S 時 , 會 生 成 NiS 沉 澱<br />

Ni(NH 3 ) 6<br />

2+<br />

(aq) + S 2− (aq) → 6 NH 3(aq) + NiS (aq)<br />

black<br />

Mn 2+ (aq) + S 2− (aq) → MnS (s)<br />

Al 3+ (aq) +3 OH − (aq) →Al(OH) 3(s)<br />

salmon<br />

white<br />

3. <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> 沉 澱 樣 品 再 度 溶 解<br />

利 用 HCl (aq) 溶 解 <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> 的 沉 澱 物 , 加 入 硝 酸 幫 助 NiS 中 的 硫 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 氧 化 成<br />

硫 元 素 而 溶 解 , 同 時 , 硝 酸 也 將 亞 鐵 <strong>離</strong> <strong>子</strong> (Fe 2+ ) 氧 化 成 鐵 <strong>離</strong> <strong>子</strong> (Fe 3+ )。<br />

Fe(OH) 3(s) +3 H + (aq) → Fe 3+ (aq) +3 H 2 O (l)<br />

FeS (s) +2 H + (aq) → Fe 2+ (aq) + H 2 S (g)<br />

3 Fe 2+ −<br />

(aq) + NO 3 (aq) +4 H + (aq) → 3 Fe 3+ (aq) + NO (g) +2 H 2 O (l)<br />

Al(OH) 3(s) + 3 H + (aq) → Al 3+ (aq) + H 2 O (l)<br />

−<br />

3 NiS (s) +2 NO 3 (aq) +8 H + → 3 Ni 2+ (aq) +3 S (s) +2 NO (g) +4 H 2 O (l)<br />

MnS (s) +2 H + (aq) → Mn 2+ (aq) + H 2 S (g)<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

D. <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> Fe 3+ <strong>、</strong>Mn 2+ <strong>、</strong>Ni 2+ <strong>、</strong>Al 3+ 的 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 與 確 <strong>定</strong><br />

在 樣 品 溶 液 中 , 加 入 稍 過 量 的 NaOH (aq) , 使 得 Fe 3+ <strong>、</strong>Ni 2+ <strong>、</strong> 和 Mn 2+ 形 成<br />

Fe(OH) 3(s) <strong>、</strong>Ni(OH) 2(s) 和 Mn(OH) 2(s) 沉 澱 與 溶 於 溶 液 中 的 鋁 <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>分</strong> 開 。Al 3+<br />

在 加 入 NaOH (aq) 時 , 一 開 始 會 形 成 Al(OH) 3(s) , 但 因 為 Al(OH) 3 是 一 種 兩 <strong>性</strong><br />

−<br />

物 質 , 所 以 會 繼 續 與 過 量 的 鹼 反 應 成 Al(OH) 4 (aq) 錯 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 。<br />

Fe 3+ (aq) +3OH − (aq) → Fe(OH) 3(s)<br />

Ni 2+ (aq) +2OH − (aq) →Ni(OH) 2(s)<br />

Mn 2+ (aq) +2OH − (aq) →Mn(OH) 2(s)<br />

Al 3+ (aq) +4OH − −<br />

(aq) → Al(OH) 4 (s)<br />

red − brown<br />

green<br />

tan<br />

colorless<br />

在 沉 澱 物 中 加 入 H 2 SO 4(aq) , 使 沉 澱 物 全 部 溶 解 成 Fe 3+ ,Ni 2+ 和 Mn 2+ 溶 液 ,<br />

將 此 溶 液 <strong>分</strong> 成 <strong>三</strong> 部 份 , <strong>分</strong> 別 進 行 確 <strong>定</strong> 。<br />

1. Fe 3+ 的 確 <strong>定</strong><br />

Fe 3+ 與 硫 氰 根 <strong>離</strong> <strong>子</strong> ( thiocyanate, SCN − ) 形 成 紅 色 (red) 錯 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 。<br />

Fe 3+ (aq) +6SCN − (aq) → Fe(SCN) 6<br />

3−<br />

(aq)<br />

red<br />

2. Mn 2+ 的 確 <strong>定</strong><br />

Mn 2+ 以 硝 酸 (HNO 3(aq) ) 酸 化 後 , 在 加 入 鉍 酸 鈉 ( sodium bismuthate,<br />

NaBiO 3 ) 粉 末 少 許 , 鉍 酸 鈉 還 原 成 Bi 3+ ,Mn 2+ −<br />

則 氧 化 成 MnO 4 (aq) , 呈 現 明 顯<br />

的 紫 色 溶 液 。<br />

2Mn 2+ (aq) + 5NaBiO 3(s) + 14H + → 5Bi 3+ (aq) + 5Na + −<br />

(aq) + 7H 2 O (l) + 2MnO 4 (aq)<br />

purple<br />

3. Ni 2+ 的 確 <strong>定</strong><br />

Ni 2+ 2+<br />

溶 液 中 加 入 氨 水 以 pH 試 紙 確 <strong>定</strong> 呈 鹼 <strong>性</strong> 時 , 形 成 Ni(NH 3 ) 6 (aq) , 再 加<br />

入 二 甲 基 乙 二 醛 肟 ( dimethyl glyoxime ), 以 H 2 DMG 表 示 , 產 生 鮮 紅 色 的<br />

Ni(HDMG) 2 沉 澱 。<br />

Ni(NH 3 ) 6<br />

2+<br />

(aq) + 2H 2 DMG (aq) → 4NH 3(aq) + 2NH 4<br />

+<br />

(aq) + Ni(HDMG) 2(s)<br />

red<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

4. Al 3+ 的 確 <strong>定</strong><br />

−<br />

溶 液 中 Al(OH) 4 經 硝 酸 酸 化 後 , 釋 出 Al 3+ , 再 與 氨 水 形 成 Al(OH) 3 的 沉<br />

澱 , 但 此 沉 澱 物 為 膠 體 透 明 狀 , 不 易 清 楚 看 到 。 因 此 , 加 入 硝 酸 將 沉 澱 溶<br />

解 , 再 加 入 鋁 試 劑 ( aluminon reagent ), 逐 滴 加 入 氨 水 至 溶 液 剛 好 成 鹼 <strong>性</strong> ,<br />

得 到 紅 色 的 懸 浮 物 , 確 <strong>定</strong> Al 3+ 存 在 。<br />

−<br />

Al(OH) 4 (aq) +4 H + → Al 3+ (aq) +4 H 2 O (l)<br />

Al 3+ +<br />

(aq) +3 NH 3(aq) +3 H 2 O (l) → 3 NH 4 (aq) + Al(OH) 3(s)<br />

E. <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> Ba 2+ <strong>、</strong>Sr 2+ <strong>、</strong>Ca 2+ 的 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 特 <strong>性</strong><br />

鋇 <strong>、</strong> 鍶 <strong>、</strong> 鈣 均 屬 於 週 期 表 上 鹼 土 金 屬 元 素 , 它 們 有 相 同 的 電 <strong>子</strong> 組 態 , 因<br />

此 <strong>性</strong> 質 亦 極 接 近 。 此 <strong>族</strong> 的 <strong>分</strong> <strong>析</strong> 沉 澱 試 劑 為 (NH 4 ) 2 CO 3 溶 液 與 NH 3 −NH 4 Cl 形<br />

成 的 緩 衝 溶 液 , 使 生 成 BaCO 3(s) <strong>、</strong>SrCO 3(s) <strong>、</strong>CaCO 3(s) 沉 澱 , 與 其 他 <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong><br />

<strong>分</strong> <strong>離</strong> 。<br />

1. <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> Mg 2+ <strong>、</strong>K + <strong>、</strong>Na + +<br />

<strong>、</strong>NH 4 的 <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

鎂 <strong>、</strong> 鉀 <strong>、</strong> 鈉 <strong>、</strong> 銨 <strong>四</strong> 種 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 屬 於 易 溶 <strong>性</strong> 之 <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> , 無 法 依 照 <strong>第</strong> 一 到 <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>族</strong><br />

的 <strong>分</strong> <strong>析</strong> 法 , 利 用 各 種 沉 澱 試 劑 使 其 產 生 特 <strong>定</strong> 鹽 類 的 沉 澱 物 , 而 與 其 他 <strong>族</strong> 的<br />

<strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>分</strong> <strong>離</strong> , 再 做 個 別 確 <strong>定</strong> 。 尤 其 是 Na + <strong>、</strong>K + +<br />

<strong>、</strong>NH 4 的 一 般 化 合 物 均 是 可<br />

溶 <strong>性</strong> , 因 此 <strong>分</strong> <strong>析</strong> 時 著 重 於 確 <strong>定</strong> 各 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 的 存 在 , 而 不 做 基 本 各 自 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 。<br />

2. 本 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> Ba 2+ <strong>、</strong>Ca 2+ <strong>、</strong>NH + 4 <strong>、</strong>Na + 的 確 <strong>定</strong><br />

本 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> 將 綜 合 <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 且 採 較 簡 易 快 速 的 確 <strong>定</strong> 過 程 , 再 輔 以<br />

焰 色 反 應 ( flame test ) 以 利 <strong>定</strong> <strong>性</strong> 判 斷 。<br />

+<br />

(1) NH 4 的 確 <strong>定</strong><br />

含 銨 溶 液 加 入 NaOH (aq) 產 生 NH 3(aq) , 以 錶 玻 璃 作 為 蓋 <strong>子</strong> , 並 在 其 內 面 附<br />

著 一 張 廣 用 試 紙 , 當 加 熱 溶 液 時 , 氨 蒸 氣 逸 出 , 使 錶 玻 璃 上 的 廣 用 試 紙<br />

變 為 藍 色 。<br />

NH 4<br />

+<br />

(aq) + OH − (aq)<br />

NH 3(aq) + H 2 O (l)<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

(2) Na + 的 確 <strong>定</strong><br />

幾 乎 所 有 的 鈉 鹽 都 是 可 溶 <strong>性</strong> 的 , 因 此 鈉 的 檢 <strong>驗</strong> 採 用 火 焰 試 <strong>驗</strong> , 可 以 看 到<br />

黃 色 的 火 焰 代 表 Na + 的 存 在 。<br />

(3) Ba 2+ 的 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 與 確 <strong>定</strong><br />

鋇 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 在 微 酸 下 ( CH 3 COOH (aq) ) 與 鉻 酸 根 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 形 成 黃 色 的 鉻 酸 鋇 沉 澱 ,<br />

與 溶 在 溶 液 中 的 鈣 <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>分</strong> <strong>離</strong> , 一 部 <strong>分</strong> 溶 液 再 以 HCl (aq) 溶 解 , 加 入 H 2 SO 4(aq)<br />

形 成 白 色 BaSO 4(s) , 一 部 <strong>分</strong> 溶 液 進 行 火 焰 測 試 , 呈 現 綠 色 。<br />

Ba 2+ (aq) + CrO 4<br />

2−<br />

(aq) → BaCrO 4(s)<br />

Ba 2+ (aq) + SO 4<br />

2−<br />

(aq) → BaSO 4(s)<br />

yellow<br />

white<br />

(4) Ca 2+ 的 確 <strong>定</strong><br />

含 Ca 2+ 的 溶 液 加 入 NH 3(aq) 後 , 再 加 K 2 C 2 O 4(aq) , 形 成 白 色 的 CaC 2 O 4(s) 沉<br />

澱 。 <strong>離</strong> 心 後 , 將 沉 澱 物 以 HCl (aq) 溶 解 , 進 行 火 焰 測 試 , 呈 現 橘 色 。<br />

Ca 2+ (aq) + C 2 O 4<br />

2−<br />

(aq) → CaC 2 O 4(s)<br />

white<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

<strong>三</strong> <strong>、</strong> 藥 品 ( 藥 品 皆 已 配 製 , 直 接 取 藥 即 可 )<br />

1. 硝 酸 鋁 (Aluminum nitrate, Al(NO 3 ) 3 ‧ 9H 2 O (aq) ):0.1 M。<br />

2. 硝 酸 鐵 (Ferric nitrate, Fe(NO 3 ) 3 ‧ 9HO (aq) ):0.1 M。<br />

3. 硝 酸 亞 錳 (Manganese(II) nitrate, Mn(NO 3 ) 2 ‧ 4H 2 O (aq) ):0.1 M。<br />

4. 硝 酸 鎳 (Nickle(II) nitrate, Ni(NO 3 ) 2 ‧ 6H 2 O (aq) ):0.1 M。<br />

5. 硝 酸 鋇 (Barium nitrate, Ba(NO 3 ) 2(aq) ):0.1 M。<br />

6. 硝 酸 鈣 (Calcium nitrate, Ca(NO 3 ) 2 ‧ 4H 2 O (aq) ):0.1 M<br />

7. 氯 化 銨 (Ammonium chloride, NH 4 Cl (aq) ):0.1 M,2 M。<br />

8. 碘 化 鈉 (Sodium iodide, NaI (aq) ):0.1 M。<br />

9. 鹽 酸 (Hydrochloric acid, HCl (aq) ):6 M。<br />

10. 硝 酸 (Nitric acid, HNO 3(aq) ):3 M,6 M。<br />

11. 硫 酸 (Sulfuric acid, H 2 SO 4(aq) ):6 M。<br />

12. 醋 酸 (Acetic acid, CH 3 COOH (aq) ):6 M。<br />

13. 氨 水 (Ammonia aqua, NH 3(aq) ):6 M。<br />

14. 氫 氧 化 鈉 (Sodium hydroxide, NaOH (aq) ):6 M。<br />

15. 硫 化 銨 (Ammonium sulfide, (NH 4 ) 2 S (l) )。<br />

16. 硫 氰 化 鉀 (Potassium thiocyanate, KSCN (aq) ):0.2 M。<br />

17. 二 甲 基 乙 二 醛 肟 (Dimethyl glyoxime, CH 3 C(NOH)C(NOH)CH 3 ):1 %。<br />

18. 醋 酸 銨 (Ammonium acetate, CH 3 COONH 4(aq) ):1 M。<br />

19. 草 酸 鉀 (Potassium oxalate, K 2 C 2 O 4(aq) ):1 M。<br />

20. 鉻 酸 鉀 (Potassium chromate, K 2 CrO 4(aq) ):1 M。<br />

21. 鋁 試 劑 (Aluminum reagent):0.1 %。<br />

22. 鉍 酸 鈉 (Sodium bismuthate, NaBiO 3(s) )。<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

<strong>四</strong> <strong>、</strong> 器 材<br />

A. 抽 屜 拿 出 :<br />

1. 燒 杯 :250 mL<br />

2. 錶 玻 璃<br />

3. 試 管 架<br />

B. 助 教 發 配 , <strong>實</strong> <strong>驗</strong> 後 歸 還 :<br />

1. 蒸 發 皿<br />

2. 計 時 器<br />

C. 公 用 器 材 :<br />

1. <strong>離</strong> 心 管<br />

2. 廣 用 試 紙<br />

3. 瓦 斯<br />

4. 本 生 燈<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

<strong>五</strong> <strong>、</strong> 步 驟<br />

Group 3 之 操 作 步 驟<br />

1. 取 group 3 (Al 3+ <strong>、</strong>Fe 3+ <strong>、</strong>Mn 2+ <strong>、</strong>Ni 2+ ) 各 10 滴 , 放 入 <strong>離</strong> 心 管 □1 中 。<br />

2. 加 入 5 滴 2 M NH 4 Cl<strong>、</strong>5 滴 6 M NH 3 <strong>、</strong>20 滴 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 <strong>、</strong>10 滴 (NH 4 ) 2 S。<br />

3. 充 <strong>分</strong> 搖 晃 後 將 <strong>離</strong> 心 管 熱 水 浴 10 <strong>分</strong> 鐘 , 偶 爾 攪 拌 。<br />

* 若 產 生 過 多 泡 沫 , 將 <strong>離</strong> 心 管 移 開 。<br />

4. 充 <strong>分</strong> 搖 晃 後 , 趁 熱 <strong>離</strong> 心 。<br />

* 再 加 1 滴 (NH 4 ) 2 S , 若 上 層 澄 清 液 仍 有 沉 澱 生 成 , 則 再 搖 晃 , 再 <strong>離</strong> 心 , 重 覆 此 動 作 至 無 沉 澱 生 成 為 止 。<br />

<strong>分</strong> <strong>離</strong> 沈 澱 物 與 <strong>離</strong> 心 液<br />

□1 ( 沈 澱 3-1)<br />

1. 觀 察 並 記 錄 沉 澱 物 之 顏 色 。<br />

2. 進 行 清 洗 沈 澱 物 步 驟 :( 本 步 驟 之 <strong>離</strong> 心 液 皆 丟 棄 至 酸 液 桶 )<br />

(1) 加 入 (10 滴 熱 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 和 10 滴 1 M CH 3 COONH 4 )→ 攪 拌 → <strong>離</strong> 心 。<br />

(2) 加 入 (10 滴 熱 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 和 10 滴 1 M CH 3 COONH 4 )→ 攪 拌 → <strong>離</strong> 心 。<br />

3. 加 入 35 滴 6 M HCl 和 20 滴 6 M HNO 3 , 觀 察 並 記 錄 溶 液 的 顏 色 。<br />

4. 熱 水 浴 至 原 先 的 沈 澱 物 大 部 <strong>分</strong> 都 溶 解 → <strong>離</strong> 心 。<br />

( <strong>離</strong> 心 液 3-1)<br />

☆ 樣 品 為 已 知 物<br />

→ 丟 至 鹼 液 桶 。<br />

<strong>分</strong> <strong>離</strong> 沈 澱 物 與 <strong>離</strong> 心 液<br />

□1 ( 沈 澱 3-2)<br />

觀 察 沈 澱 物 顏 色 並 記 錄 之 。<br />

□2 ( <strong>離</strong> 心 液 3-2)<br />

1. 觀 察 <strong>離</strong> 心 液 顏 色 並 記 錄 之 。<br />

2. 加 入 6 M NaOH, 直 到 沈 澱 物 不 再 生 成 為 止 → <strong>離</strong> 心 。<br />

<strong>分</strong> <strong>離</strong> 沈 澱 物 與 <strong>離</strong> 心 液<br />

□2 ( 沈 澱 物 3-3)<br />

1. 觀 察 沈 澱 物 顏 色 並 記 錄 之 。<br />

2. 加 入 20 滴 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 和 10 滴 6 M H 2 SO 4 , 均 勻 攪 拌 。<br />

3. 熱 水 浴 使 沈 澱 物 完 全 溶 解 , 同 時 一 邊 攪 拌 。<br />

4. 加 入 12 滴 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 。<br />

5. 再 將 溶 液 均 <strong>分</strong> 成 <strong>三</strong> 份 。<br />

□5 ( <strong>離</strong> 心 液 3-3)<br />

1. 觀 察 <strong>離</strong> 心 液 之 顏 色 並 記 錄 。<br />

2. 留 下 <strong>離</strong> 心 液 約 1 mL, 其 餘 的 丟 棄 至 重 金 屬 廢 液 桶 。<br />

3. 加 入 6 M HNO 3 , 同 時 測 量 pH 值 → 直 到 溶 液 呈 酸 <strong>性</strong> 。<br />

4. 加 入 6 M NH 3 , 同 時 測 量 pH 值 → 直 到 溶 液 呈 鹼 <strong>性</strong> 。<br />

5. 搖 晃 均 勻 , 等 待 1 <strong>分</strong> 鐘 後 產 生 懸 浮 物 。<br />

6. <strong>離</strong> 心 → 去 除 大 部 <strong>分</strong> <strong>離</strong> 心 液 , 丟 至 鹼 液 桶 。<br />

7. 進 行 清 洗 沈 澱 物 步 驟 :( 本 步 驟 之 <strong>離</strong> 心 液 皆 丟 棄 至 鹼 液 桶 )<br />

(1) 加 入 20 滴 熱 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 → 攪 拌 → <strong>離</strong> 心 。<br />

(2) 加 入 20 滴 熱 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 → 攪 拌 → <strong>離</strong> 心 。<br />

8. 加 入 7 滴 3 M HNO 3 , 將 沈 澱 溶 解 , 或 使 溶 液 呈 酸 <strong>性</strong> 。<br />

9. 加 入 1 滴 鋁 試 劑 。<br />

10. 加 入 6 M NH 3 → 直 到 溶 液 呈 中 <strong>性</strong> 。<br />

11. 觀 察 溶 液 顏 色 ( 懸 浮 物 ) 並 記 錄 之 。<br />

□2 ( 測 試 3-3-1)<br />

1. 加 入 2 滴 0.2 M<br />

KSCN。<br />

2. 觀 察 溶 液 顏 色<br />

並 記 錄 之 。<br />

□3 ( 測 試 3-3-2)<br />

1. 加 入 與 測 試 液 等 量 之 去<br />

<strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 。<br />

2. 加 入 4 滴 6 M HNO 3 。<br />

3. 加 入 微 量 NaBiO 3 固 體 。<br />

4. <strong>離</strong> 心 。<br />

5. 觀 察 溶 液 顏 色 並 記 錄 之 。<br />

□4 ( 測 試 3-3-3)<br />

1. 加 入 6 M NH 3 , 直 到 溶 液<br />

呈 鹼 <strong>性</strong> 。<br />

2. <strong>離</strong> 心 。<br />

3. 加 入 4 滴 1 %DMG。<br />

4. 靜 置 3 <strong>分</strong> 鐘 。<br />

5. 觀 察 溶 液 顏 色 並 記 錄 之 。<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

Group 4<strong>、</strong>5 之 操 作 步 驟<br />

( 測 試 D-1)<br />

1. 取 4 種 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 各 10 滴 (Ba 2+ <strong>、</strong>Ca 2+ <strong>、</strong>NH 4 + <strong>、</strong>Na + ), 置 於 蒸 發 皿 中 。<br />

2. 加 入 2 mL 6 M NaOH。<br />

3. 將 廣 用 試 紙 置 於 錶 玻 璃 , 以 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 沾 溼 廣 用 試 紙 , 以 利 附 著 於 錶<br />

玻 璃 上 。<br />

4. 將 錶 玻 璃 蓋 在 蒸 發 皿 上 ( 廣 用 試 紙 濕 黏 於 錶 玻 璃 內 側 )。<br />

5. 加 熱 3 <strong>分</strong> 鐘 ( 不 可 使 溶 液 沸 騰 )。<br />

6. 如 試 紙 變 藍 色 , 表 示 含 有 NH 4 + 。<br />

□6 ( 測 試 D-2)<br />

1. 取 4 種 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 各 7 滴 (Ba 2+ <strong>、</strong>Ca 2+ <strong>、</strong>NH 4 + <strong>、</strong>Na + ), 一 起 置 於 <strong>離</strong> 心 管 □6 中 。<br />

2. 加 入 8 滴 6 M CH 3 COOH 和 1 滴 1 M K 2 CrO 4 。<br />

3. 均 勻 搖 晃 → <strong>離</strong> 心 。<br />

<strong>分</strong> <strong>離</strong> 沈 澱 物 與 <strong>離</strong> 心 液<br />

□6 ( 沈 澱 4-1)<br />

1. 觀 察 沈 澱 物 顏 色 並 記 錄 之 。<br />

2. 用 6 M HCl 溶 解 沈 澱 物 。<br />

3. 將 溶 液 <strong>分</strong> 成 二 份 。<br />

□8 ( <strong>離</strong> 心 液 4-1)<br />

1. 加 入 5 滴 6 M NH 3 。<br />

2. 加 入 7 滴 K 2 C 2 O 4 。<br />

3. 均 勻 搖 晃 → <strong>離</strong> 心 。<br />

<strong>分</strong> <strong>離</strong> 沈 澱 物 與 <strong>離</strong> 心 液<br />

□6 ( 測 試 4-2-1)<br />

1. 加 入 6 M H 2 SO 4 10 滴 。<br />

2. 觀 察 沈 澱 物 顏 色 並 記 錄 之 。<br />

□7 ( 測 試 4-2-2)<br />

火 焰 測 試 : 綠 色<br />

表 示 含 有 Ba 2+ 。<br />

□8 ( 沈 澱 4-2)<br />

1. 觀 察 沈 澱 物 顏 色 並<br />

記 錄 之 。<br />

2. 加 入 6 M HCl, 使 沈<br />

澱 物 溶 解 。<br />

( <strong>離</strong> 心 液 4-2)<br />

棄 置 於 鹼 液 桶 。<br />

□8 ( 測 試 4-2-3)<br />

火 焰 測 試 : 橘 色<br />

表 示 含 有 Ca 2+ 。<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

六 <strong>、</strong> 數 據 與 結 果<br />

1. <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong> 記 錄<br />

<br />

Al 3+ <strong>、</strong>Fe 3+ <strong>、</strong>Mn 2+ <strong>、</strong>Ni 2+<br />

NH 4 Cl<strong>、</strong>NH 3 <strong>、</strong>(NH 4 ) 2 S<br />

沈 澱 3-1<br />

色 沈 澱<br />

( <strong>離</strong> 心 液 3-1)<br />

☆ 樣 品 為 已 知 物 → 丟 至 鹼 液 桶 。<br />

HCl 與 HNO 3<br />

溶 液 熱 水 浴 色 溶 液<br />

( 沈 澱 3-2)<br />

色 沈 澱 → 丟 至 固 體 廢 棄 物 中 。 <strong>離</strong> 心 液 3-2 色 溶 液<br />

NaOH<br />

<br />

<br />

沈 澱 3-3 色 沈 澱 <strong>離</strong> 心 液 3-3 色 溶 液<br />

H 2 SO 4 <strong>、</strong> 去 <strong>離</strong> <strong>子</strong> 水 , 等 <strong>分</strong> <strong>三</strong> 份<br />

HNO 3 <strong>、</strong><br />

KSCN <br />

NaBiO 3<br />

NH 3 <strong>、</strong><br />

DMG<br />

HNO 3<br />

NH 3<br />

測 試 3-3-1<br />

色 溶 液<br />

測 試 3-3-2<br />

色 溶 液<br />

測 試 3-3-3<br />

色 溶 液<br />

有 無<br />

懸 浮 物 產 生<br />

HNO 3<br />

<br />

鋁 試 劑 <strong>、</strong>NH 3<br />

色 溶 液 ( 懸 浮 物 )<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

2. <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>分</strong> <strong>離</strong> 之 化 學 式 及 反 應 式<br />

Al 3+<br />

<br />

反 應 方 程 式<br />

( 標 明 狀 態 及 沈 澱 顏 色 )<br />

Fe 3+<br />

Ni 2+<br />

Mn 2+<br />

王 水 配 方<br />

色<br />

M HCl + M HNO 3 = 體 積 比 : → 顏 色 :<br />

Al 3+<br />

<br />

反 應 方 程 式<br />

Fe 3+<br />

Ni 2+<br />

Mn 2+<br />

沈 澱 物 化 學 式 及 顏 色 j k •<br />

<br />

反 應 方 程 式<br />

溶 液 中 之 <strong>離</strong> <strong>子</strong> jFe 2+ kNi 2+ •Al 3+ mMn 2+ → Ans.:<br />

反 應 方 程 式<br />

反 應 方 程 式<br />

反 應 方 程 式<br />

<br />

<br />

酸 化 的 目 的 ?<br />

反 應 方 程 式<br />

懸 浮 物 化 學 式<br />

反 應 方 程 式<br />

顯 色 劑 與 呈 色<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

3. <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> Group 4<strong>、</strong>5 <strong>分</strong> <strong>析</strong> 記 錄<br />

Ba 2+ <strong>、</strong>Ca 2+ <strong>、</strong>NH 4 + <strong>、</strong>Na +<br />

<br />

6 M NaOH<br />

熱 水 浴<br />

pH 試 紙<br />

色<br />

6 M CH 3 COOH +1 M K 2 CrO 4<br />

<br />

沈 澱 4-1<br />

色 沈 澱<br />

<strong>離</strong> 心 液 4-1<br />

色 溶 液<br />

6 M HCl<br />

6 M NH 3<br />

色 溶 液<br />

<br />

K 2 C 2 O 4<br />

H 2 SO 4<br />

火 焰 測 試<br />

沉 澱 4-2<br />

色 沈 澱<br />

<strong>離</strong> 心 液 4-2<br />

丟 至 鹼 液 桶 。<br />

測 試 4-2-1<br />

色 沈 澱<br />

測 試 4-2-2<br />

色<br />

6 M HCl<br />

火 焰 測 試<br />

測 試 4-2-3<br />

色<br />

4. <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> Group 4<strong>、</strong>5 <strong>分</strong> <strong>析</strong> 之 化 學 式 及 反 應 式<br />

反 應 方 程 式<br />

<br />

<br />

<br />

沈 澱 物 化 學 式 及 顏 色<br />

反 應 方 程 式<br />

沈 澱 物 化 學 式 及 顏 色<br />

反 應 方 程 式<br />

沈 澱 物 化 學 式 及 顏 色<br />

反 應 方 程 式<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

七 <strong>、</strong> 問 題 與 討 論<br />

1. 本 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> 加 入 <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>分</strong> <strong>離</strong> 沉 澱 試 劑 後 形 成 的 沉 澱 物 及 其 K sp 值 為<br />

何 ?<br />

2. 與 <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> 二 <strong>族</strong> 比 較 , <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>族</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> 為 何 使 用 NH 3 −NH 4 Cl 與<br />

(NH 4 ) 2 S 當 作 沉 澱 劑 ?<br />

3. 說 明 在 弱 酸 溶 液 中 ,Ba 2+ 與 Ca 2+ 何 以 能 加 入 K 2 CrO 4(aq) 造 成 <strong>分</strong><br />

<strong>離</strong> ?( 查 出 BaCrO 4 與 CaCrO 4 之 K sp 說 明 之 )<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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普 通 化 學 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> < 上 ><br />

4. 說 明 鋁 試 劑 的 英 文 名 稱 <strong>、</strong> 結 構 與 在 本 <strong>實</strong> <strong>驗</strong> 中 之 作 用 。<br />

八 <strong>、</strong> <strong>實</strong> <strong>驗</strong> 心 得 與 討 論 ..<br />

誤 差 討 論 ..<br />

心 得 ..<br />

<strong>實</strong> <strong>驗</strong> <strong>九</strong> <strong>陽</strong> <strong>離</strong> <strong>子</strong> <strong>第</strong> <strong>三</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>四</strong> <strong>、</strong> <strong>第</strong> <strong>五</strong> <strong>族</strong> <strong>定</strong> <strong>性</strong> <strong>分</strong> <strong>析</strong><br />

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