实验三 实验摘要: P 区金属元素(二) (氮族 硅 硼) 本实摘通过对氯化铵、 硫酸铵和重铬酸铵三种铵盐的分解总结铵盐热分解产物与阴离子的关 系,可知铵盐热稳定性差,受热易分解为氨和相应的酸。让亚硝酸钠和稀硫酸反应可知亚硝 酸盐可转化为亚硝酸,与酸化的碘化钾溶液和高锰酸钾溶液反应会分别生成碘单质和+2 价 锰离子, 可知亚硝酸盐既有氧化性又有还原性。 观察浓稀硝酸分别和锌粒反应的现象和程度 分析硝酸氧化性和浓度的关系,同时,硫粉和浓硝酸反应同样可知浓硝酸有强氧化性;通过 加热分解硝酸钠和硝酸铜可知硝酸盐也可分解,且产物为亚硝酸盐。测定磷酸钠、磷酸一氢 钠和磷酸二氢钠的 PH 值,并且三种溶液都和硝酸银溶液和氯化钙溶液反应,观察现象和 PH 的变化;向硫酸铜溶液中逐滴加入焦磷酸钠溶液直至过量,观察现象,探究磷酸盐的酸 碱性和溶解性。通过硅酸水凝胶的生成实验掌握硅酸的性质。饱和硼酸加入甘油后 PH 值减 小;点燃硼酸晶体、乙醇浓硫酸的混合物,观察火焰为绿色。进行硼砂珠的制备反应,并分 别粘上硝酸钴和三氯化铬,观察颜色变化,以此练习硼砂珠的有关操作。 关键词: 铵盐分解 亚硝酸及其盐 硝酸及其盐 磷酸盐 硅酸及其盐 硼酸 硼砂珠 实验用品: 试管 烧杯 酒精灯 蒸发皿 PH 试纸 镍丝 实验内容: 一.铵盐的热分解 结果及讨论: 装有氯化铵的试管上试纸先变蓝后变红;试管上有 白霜,因为氨气和氯化氢反应极快。 NH4Cl=NH3↑+HCl↑,NH3+HCl= NH4Cl(s) 装硫酸铵试管上的试纸变蓝,试管壁上无现象 (NH4)2SO4=2 NH3↑+H2SO4。 装有重铬酸钾的试管上试纸变蓝, 有绿色固体喷出, (NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2↑ +4H2O 分别对氯化铵、 硫酸铵和重 铬酸铵加热,并将湿润的 pH 试纸放在试管口,观察 试纸颜色变化和试管壁上 的现象。 二.亚硝酸和亚硝酸盐 1.亚硝酸的生成和分解 将 1ml 稀硫酸注入冷的饱 溶 液 变 为 淡 绿 色 , 2NaNO2 + H2SO4 = 和 NaNO2 溶液中,观察反 2HNO3+Na2SO4。 应情况和产物的颜色。 将试 管放入热水中,观察现象。 溶 液 变 为 无 色 , 并 有 试 管 中 红 棕 色 气 体 产 生 , 3HNO2=HNO3+2NO+H2O。 2.亚硝酸的氧化性和还原 性 在试管中加入 1~2 滴 KI 溶 液, 用硫酸酸化, 然后滴加 溶液变成红褐色,2HNO2+2I-+2H+=I2+2NO+2H2O NaNO2 溶液,观察现象。 用 KMnO4 溶液代替 KI 溶 溶 液 由 紫 红 色 变 为 无 色 , 液重复上述实验, 观察现象 5NO2-+2MnO4-+6H+=5NO3-+3H2O 三.硝酸和硝酸盐 1.硝酸的氧化性 分别往两只装有少量锌粒 的试管中加入 1ml 浓硝酸 和稀硝酸, 观察两者的反应 速率和反应产物有何不同。 前者试管中有红棕色气体产生,Zn+4HNO3(浓)= Zn(NO3)2+2NO2↑+2H2O 后者无明显现象, 2Zn+10HNO3 (极稀)=2Zn(NO3)2 +NH4 NO3+3H2O 将两滴锌与稀硝酸反应的 溶液滴到一只表面皿上, 再 将湿润的红色石蕊试纸贴 于另一表面皿, 向前一个表 石蕊试纸变蓝, 面皿中加入一滴浓碱, 迅速 NH4 NO3+NaOH=NaNO3+ NH3↑+H2O 将后一个表面皿倒扣其上 并水浴加热, 观察石蕊试纸 变化。 向少许硫粉中加入 1ml 浓 产生红棕色气体,S + 6HNO3 = H2SO4 + 6 NO2↑+ 硝酸, 水浴加热, 观察有何 2H2O。向溶液中加入氯化钡溶液,产生白色沉淀沉 气体产生, 冷却, 检查反应 淀,说明产物中有硫酸 产物。 2.硝酸盐的热分解 将硝酸钠、 硝酸铜固体加热 硝酸钠的反应不是很剧烈,固体变白,生成的气体 分解, 观察反应情况和产物 可以使带火星的木条复燃。 2NaNO3=2NaNO2+O2↑ 颜色,检验生成的气体。 硝酸铜的反应非常剧烈,生成黑色固体和红棕色气 体,2Cu(NO3)2=2CuO+4 NO2↑+ O2↑ 四.磷酸盐的性质 1.酸碱性 用 pH 试纸测定 0.1M 的 分别为 12,8,6. Na3PO4 、 Na2HPO4 , NaH2PO4 溶液的 pH。 分别往三只试管中注入 0.5ml 上述三种溶液,再各 加入适量硝酸银溶液, 观察 现象,检验溶液 pH 变化。 都有黄色沉淀产生,3Ag++PO43-=Ag3PO4↓。pH 分 别变为 11,7,2。因为 Na2HPO4、NaH2PO4 无法与银 产生沉淀,根据电离平衡产生的磷酸根与银作用生 成沉淀不断反应促进平衡的移动。 2.溶解性 分别取 0.1M 的 Na3PO4、 Na2HPO4 , NaH2PO4 溶 液 0.5ml,加入等量的 CaCl2 溶液,观察现象,测定他们 的 PH。滴加氨水,有何变 化?再加盐酸,有何变化? 前两支试管产生白色沉淀,第三支试管无现象; 2Na3PO4+3CaCl2=Ca3(PO4)2+6NaCl ,Na2HPO4+CaCl2 =CaHPO4↓+3NaCl, 第三支试管无现象; 分别变 pH 为 5,6,4;加入氨水后第一支试管无变化,第二支试 管 看 外 观 无 变 化 , 但 沉 淀 由 CaHPO4 转 化 为 Ca3(PO4)2,第三支试管出现 Ca3(PO4)2 沉淀 。加入 盐酸后沉淀全部溶解。 3.配位性 向硫酸铜溶液中逐滴加入 溶液开始生成灰蓝色的沉淀,2CuSO4 + Na4P2O7 焦磷酸钠溶液,直至过量, =Cu2P2O7↓+2 Na2SO4,随着焦磷酸钠的加入,沉淀 观察现象。 又逐渐溶解,Cu2P2O7+Na4P2O7=2 Na2[CuP2O7] 五.硅酸水凝胶的生成 往 2ml20%的硅酸钠溶液中 生 成 半 透 明 状 胶 滴入 6M 的盐酸, 观察产物 Na2Si03+2HCl=H2SiO3+2NaCl 的颜色和状态。 六. 硼酸及硼酸的焰色鉴定 反应 1.硼酸的性质 测定饱和硼酸的 pH,再在 测得 pH 为 4 硼酸中滴入 3~4 滴甘油, 再 测 pH。 测得 pH 为 3 2.硼酸的鉴定反应 在蒸发皿中放入少量硼酸 火焰呈绿色, 晶体, 1ml 乙醇和几滴浓硫 H3B03+3C2H5OH=B(OC3H5)3+H2O 酸, 混合后点燃, 观察火焰 颜色。 七.硼砂珠实验 1.硼砂珠的制备 将处理过的镍丝蘸上一些 硼砂固体,灼烧并熔成圆 硼砂珠为亮白色球体。 珠, 观察硼砂珠的颜色和状 态。 2.用硼砂珠鉴定钴盐和铬 盐 用灼烧的硼砂珠分别沾上 前 者 硼 砂 珠 成 蓝 色 , 2Na2B4O7 + 2Co(NO3)2 = 少量硝酸钴和三氯化铬固 2[2NaBO2· Co(BO2)2]+4NO2↑+O2↑ 体 沉 淀 , 体, 熔融之, 冷却后观察硼 后 者 硼 砂 珠 呈 蓝 绿 砂珠的颜色。 3Na2B4O7+2CrCl3=Cr2(B4O7)3+6NaCl 色 , 结论: 固体铵盐受热易分解, 分解情况因组成铵盐对应的酸的性质不同而异,若酸是挥 发性的且无氧化性,则酸和氨一起挥发出来;若酸是不挥发的且无氧化性,则只 有氨挥发,酸或酸式盐留在试管;若是氧化性的酸,则分解出的的氨被酸氧化生 成 N2 或 N2O。 亚硝酸很不稳定,仅能存在于冰的稀溶液中,遇热易分解为 NO、N2O、H2O, 试管口有红棕色气体。HNO2 中 N 为+3 价中间价态,因此 HNO2 既可作氧化剂, 又可作还原剂。 固体硝酸盐受热分解产物因金属离子性质不同而不同。 比镁活泼的金属分解为亚 硝酸盐和氧;活泼性位于镁和铜之间的金属分解为氧、二氧化氮和金属氧化物; 活泼性比铜差的金属分解为氧气、二氧化氮和金属单质。 由于 PO43 的水解作用而使 Na3PO4 溶液呈碱性;HPO42-的解离程度比其水解程度 大, Na2HPO4 也呈碱性; H2PO4-的水解程度不及其解离程度大, NaH2PO4 故 而 故 溶液呈弱酸性。大多磷酸二氢盐易溶于水,而磷酸一氢盐和正盐(除钠、钾少数 盐外)都难溶于水。P2O72-具有配位性。 硅酸是一种几乎不溶于水的二元弱酸,已发生缩合反应,所以硅酸从水中析出一 般呈凝胶状,烘干脱水后得到硅胶。 硼酸是典型的路易斯酸,为一元弱酸,其呈酸性是因为硼原子为缺电子原子,加 合来自水分子的氢氧根而释放出氢离子, 加入多羟基化合物可使硼酸的酸性大为 增强。硼酸在醇与浓硫酸的作用下生成硼酸酯,浓硫酸为脱水剂,燃烧呈现特殊 绿色火焰,该焰色用于硼酸或硼酸根的鉴别。 参考文献: [1] 北京师范大学等校编.<<无机化学实验>>[M](第三版), 高等教育出版社, 2004,150-153 [2] 陈正萍,<<硼砂珠实验的改进>>[J],贵州师范大学学报(自然科学版),199802 期 [3] 吴淑莉. << 新型金属硼酸盐的性质合成研究>> [D]. 宁波大学 ,2010