p区非金属元素二氮硅硼.doc
《p区非金属元素二氮硅硼.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《p区非金属元素二氮硅硼.doc（6页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
p区非金属元素
（二）（氮族、硅、硼）
l[实验目的]
1、试验并掌握不同氧化态氮的化合物的主要性质。
2、试验磷酸盐的酸碱性和溶解性。
3、掌握硅酸盐，硼酸及硼砂的主要性质。
4、练习硼砂珠的有关实验操作。
l[实验用品]见教材。
l[实验内容]
一、铵盐的热分解
在一支干燥的硬质试管中放入约1g氯化铵，将试管垂直固定、加热，并用润湿的pH试纸横放在管口，观察试纸颜色的变化。
在试管壁上部有何现象发生？
解释现象，写出反应方程式。
反应方程式如下所示：
NH4Cl=NH3+HCI
现象：
由于NH3气体的密度小于空气也小于HCI，生成的NH3气体首先挥发到试管管口，用湿润的pH试纸检验呈碱性，随着分解反应的进行，有大量的HCI气体逸出至试管管口，使pH试纸呈酸性；同时又由于NH3和HCI气体具有加合性，且反应速度极快，在试管壁生成一层白色附着物。
分别用硫酸铵和重铬酸铵代替氯化铵重复以上实验，观察并比较它们的热分解产物，写出反应方程式。
反应方程式如下:
（NH4）2SO4=NH3↑+NH4HSO4
（NH4）2Cr2O7=Cr2O3+N2↑+4H2O
根据实验结果总结铵盐热分解产物与阴离子的关系。
结论：
固态的铵盐加热极易分解，一般分解为NH3和相应的酸。
如果酸是不挥发的，则生成NH3和酸式盐或酸残留在容器中。
如果生成的酸有氧化性，则NH3被氧化为N2O。
二、亚硝酸的生成和分解
1.亚硝酸的生成和分解
将1mL3MH2SO4溶液注入在冰水中冷却的1mL饱和NaNO2溶液中，观察反应情况和产物的颜色。
将试管从冰水中取出，放置片刻，观察有何现象发生
相应的反应方程式如下：
NaNO2+H2SO4=HNO2+NaHSO4
现象：
由于生成的HNO2很不稳定，仅能存在于冰的稀溶液中。
微热，甚至在冷的情况下，也易分解为NO、NO2和水。
NO2为稳定气体。
试管口有棕色气体。
反应式：
4HNO2=4NO+2H2O+O2
2NO+O2=2NO2
结论：
HNO2易分解，稳定性差。
2.亚硝酸的氧化性和还原性
在试管中加入1～2滴0.1MKI溶液，用3MH2SO4酸化，然后滴加0.5mol·L-1的NaNO2溶液，观察现象，写出反应方程式。
反应方程式如下：
2NO2-+2I-+4H+=I2+2NO+2H2O（氧化性）
现象：
溶液变成棕色，有NO气体生成。
用0.1mol·L-1KMnO4溶液代替KI溶液重复上述实验,观察溶液的颜色有何变化,写出反应方程式。
反应方程式如下:
2MnO4+5NO2-+6H+=2Mn2++5NO3-+3H2O（还原性）
现象：
溶液的紫红色褪去。
结论：
HNO2中的N元素为+3价，具中间态，因此HNO2既可以作氧化剂又可以作还原剂。
作氧化剂时，由于还原剂不同，其产物分别有NO、N2O、NH2OH，N2和NH3。
总结：
HNO2易分解，既可作氧化剂又可作还原剂，具有弱酸性，其酸性比HAc强。
三、硝酸和硝酸盐
1、硝酸的性质
（1）浓硝酸与非金属作用
在试管中加入少量硫磺粉，再加入一些浓硝酸，水浴中加热，观察有无气体生成，冷却，检验反应产物。
现象：
有红棕色气体生成
反应方程式：
S+6HNO3（浓）=H2SO4+6NO2↑+2H20
（2）硝酸与金属作用
分别往3支各盛少量锌片的试管中加入1mL浓HNO3、1mL2mol·L-1HNO3溶液和1mL0.2mol·L-1HNO3溶液，观察两者反应速率和反应产物有何不同。
检查第三支试管有无铵离子存在。
气室法检验铵离子：
将两滴锌与稀硝酸反应的溶液滴到一只表面皿上，再将润湿的红色石芯试纸贴于另一只表面皿凹处。
向装有溶液的表面皿中加一滴40%浓碱，迅速将贴有试纸的表面皿倒扣其上并且放在热水上加热。
观察红色石芯试纸是否变为蓝色。
（或用酚酞试纸，看是否变红色）
反应方程式如下:
Zn+4HNO3（浓）=Zn（NO3）2+2NO2↑+2H2O
Zn+HNO3（0.5M）=Zn（NO3）2+NH4NO3+H2O
现象:
与浓硝酸反应时,有棕色气体生成。
与0.5M硝酸反应时，用气室法检验，红色石蕊试纸变兰色。
2.硝酸盐的热分解
分别试验固体硝酸银、硝酸铅、硝酸钾的热分解，观察反应的情况和产物的颜色，检验反应生成的气体，写出反应的方程式。
反应方程式如下：
2Ag（NO3）2=2Ag+2NO2↑+O2↑（a）
2Pb（NO3）2=2PbO+4NO2↑+O2↑（b）
2KNO3=2NKNO2+O2↑（c）
现象：
a:
白色固体变成黑色或银白色，有气体O2、NO2放出。
b:
白色固体变成黑色，并有O2、NO2气体放出。
c:
有无色气体O2生成。
总结：
硝酸易受热分解，其产物取决于盐中的阳离子。
①碱金属，碱土金属的硝酸盐分解放出O2，生成亚硝酸盐。
②Mg至Cu硝酸盐分解生成金属氧化物和O2、NO2。
③Cu以后的金属硝酸盐分解生成金属单质和O2、NO2。
l[思考题]为什么一般情况下不用硝酸作为酸性反应介质？
硝酸与金属反应和稀硫酸或稀盐酸与金属反应有何不同？
四、磷酸盐的性质
1.酸碱性
（1）用pH试纸测定0.1mol·L-1Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO4溶液的pH。
0.1mol·L-1Na3PO4溶液的pH呈强碱性
0.1mol·L-1Na2HPO4溶液的pH呈弱碱性
0.1mol·L-1NaH2PO4溶液的pH呈弱酸性
（2）分别往三支试管中注入0.5mL0.1mol·L-1Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO4溶液，再各加入适量的0.1mol·L-1AgNO3溶液，是否有沉淀产生？
试验溶液的酸碱性有无变化？
解释之。
写出有关的反应方程式。
反应方程式如下：
3Ag++PO43-=Ag3PO4↓
3Ag++HPO42-=Ag3PO4↓+H+
3Ag++H2PO4-=Ag3PO4↓+2H+
现象：
加入Ag+后，三者溶液的pH值都减小，酸性增强。
总结：
三种盐都水解，前二者水解呈碱性，后者由于电离程度大于水解，因此呈弱配性。
l[思考题]NaH2PO4显酸性，是否酸式盐溶液都呈酸性？
为什么？
举例说明。
2.溶解性
分别取0.1mol·L-1的Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO4各0.5mL,加入等量的0.5mol·L-1CaCl2溶液，观察有何现象，用pH试纸测定它们的pH。
滴加2mol·L-1氨水，各有何变化？
再滴加2mol·L-1盐酸，又有何变化？
各反应方程式如下所示：
Ca2++PO43-=Ca3（PO4）2↓pH﹥7
Ca2++HPO42-=CaHPO4↓pH﹥7
Ca2++H2PO4-≠pH﹤7
加氨水后，促进HPO42-和H2PO4-的电离，三支试管中均生成Ca3（PO4）2白色沉淀。
加盐酸后，促进水解，三支试管中白色沉淀全部溶解。
总结：
磷酸盐中，磷酸二氢盐均溶于水，正盐和一氢盐中除钾盐，钠盐，氨盐之外，均不溶于水。
3.配位性
取0.5mL0.2mol·L-1的硫酸铜溶液，逐滴加入0.1mol·L-1焦磷酸钠溶液，观察沉淀的生成。
继续滴加焦磷酸钠溶液，沉淀是否溶解？
写出相应的反应方程式。
反应方程式如下：
Cu2++P2O74-=Cu2P2O7↓白色
加入过量的确Na4P2O7溶液，白色沉淀消失。
Na4P2O7+P2O74-=[Cu（P2O7）]2-
总结：
P2O74-具有配位性。
五、硅酸与硅酸盐
1、硅酸水凝胶的生成
往2mL20%硅酸钠溶液中滴加6mol·L-1盐酸，观察反应物的颜色、状态。
现象：
该反应生成H 2SiO3为胶体，为半凝固状态，是软而透明且具有弹性的硅酸凝胶。
总结：
H 2SiO3称为偏硅酸，是正硅酸（H4SiO 4）脱水产物，单个H 2SiO3分子溶于水，通常情况下，H 2SiO3经缩合形成溶胶，将硅酸凝胶洗涤，干燥胶水后，即成为多孔性固体，称为硅胶。
2、微溶性硅酸盐的生成
在100mL的小烧杯中加入约50mL20%的硅酸钠溶液，然后把氯化钙、硝酸钴、硫酸铜、硫酸镍、硫酸锌、硫酸锰、硫酸亚铁、三氯化铁固体各一小粒投入杯内（注意各固体之间保持一定间隔），放置一段时间后观察有何现象发生。
反应方程式如下所示：
CaCl2+Na2SiO3=CaSiO3+2NaCl（白色微溶物）
Co（NO3）2+Na2SiO3=CoSiO3+2NaNO3（紫色微溶物）
NiSO4+Na2SiO3=NiSiO3+NaSO4（翠绿）
ZnSO4+Na2SiO3=ZnSiO3+NaSO4（白色）
MnSO4+Na2SiO3=MnSiO3+NaSO4（肉红）
FeSO4+Na2SiO3=FeSiO3+NaSO4（淡绿）
Fe2（SO4）3+Na2SiO3=Fe2（SiO3）3+NaSO4（棕褐色）
现象：
在Na2SiO3溶液中生成五颜六色的向上生长的化学树，俗称水中花园。
总结：
硅酸盐除碱金属以外，其它金属的硅酸盐都不溶于水。
形成水中花园的原因是（以CoCl2为例）：
将CoCl2固体投入Na2SiO3溶液时，CoCl2晶体表面稍微有些溶解，整个CoCl2晶体被盐溶液包围，此时，Co2+与SiO32-根反应，在晶体周围形成硅酸钴的薄膜，这些金属的硅酸盐薄膜是难溶于水的，而且具有半透性。
在半透膜内是溶解度大的金属盐，外面是Na2SiO3溶液，因此，膜内易形成盐的浓溶液，由于存在渗透现象，薄膜外的水不断地透过膜而进入到膜内，内部产生极大的压力，此种压力，在半透膜的任何点都是一样的，但由于外液的水压在膜的上部就比较小，所以水压小的上部半透膜破裂，在破裂的地方金属盐溶液逸出，与薄膜外的Na2SiO3溶液作用，在上部又形成新的难溶硅酸钴半透膜，如此反复破裂，反复形成，则不断向上生长，直至Na2SiO3液面，最后各晶体形成水中花园。
影响水中花园的因素：
①温度，温度高，生长快。
②浓度，Na2SiO3的浓度大，生长速度快，晶体上芽数目少。
③阴离子，同种盐，其阴离子不同，生长速度，芽的形状和数目不同。
④溶解度，溶解度过小的盐不长芽，过大的不产生的美丽的芽。
六、硼酸及硼酸的焰色鉴定反应
1、硼酸的性质
取1mL饱和硼酸溶液，用pH试纸测其pH。
在硼酸溶液中滴入3～4滴甘油，再测溶液的pH。
现象：
硼酸饱和溶液，其pH﹤7，呈酸性，Ka为6×10-10，加入3到4洋甘油后，其pH值降低，酸性增强，Ka为7.08×10-6。
该实验说明硼酸具有什么性质？
总结：
硼酸为一元弱酸，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出氢离子，加入多羟基化合物，可使硼酸的酸性大为增强。
[思考题]为什么说硼酸是一元酸？
在硼酸溶液中加入多羟基化合物后，溶液的酸度会怎样变化？
为什么？
2、硼酸的鉴定反应
在蒸发皿中放入少量硼酸晶体，1mL乙醇和几滴和几滴浓硫酸。
混合后点燃，观察火焰的颜色有何特征。
反应如下：
H3BO3+CH3CH2OH=BOCH2CH3+H2O
现象：
点燃，BOC2H5酯放出特殊绿色火焰。
总结：
B（OH）3与醇在浓硫酸作用下，生成硼酸酯。
燃烧放出特殊绿色火焰，该焰色用于硼酸或硼酸根的鉴别。
七、硼砂珠试验
1、硼砂珠的制备
用6mol·L-1盐酸清洗铂丝，然后将其置于氧化焰中灼烧片刻，取出再浸入酸中，如此重复数次直至铂丝在氧化焰中灼烧不产生离子特征的颜色，表示铂丝已经洗干净了。
将这样处理过的铂丝蘸上一些硼砂珠固体，在氧化焰中灼烧并熔融成圆珠，观察硼砂的颜色、状态。
硼砂为亮白色球体。
2、用硼酸珠鉴定钴盐和铬盐
用烧热的硼砂珠分别沾上少量硝酸钴和三氯化铬固体，熔融之。
冷却后观察硼砂珠的颜色，写出相应的反应方程式。
反应方程式如下：
Na2B4O7+Co（NO3）2=CoB4O7+2NaNO3
3Na2B4O7+2CrCl3=Cr2（B4O7）3+6NaCl
[实验习题]
1、设计三种区别硝酸钠和亚硝酸钠的方案。
2、用酸溶解磷酸银沉淀，在盐酸、硫酸、硝酸中选用哪一种最适宜？
为什么？
3、通过实验可以用几种方法将无标签的试剂磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠一一鉴别出来？
4、为什么装有水玻璃的试剂瓶长期敞开瓶口后水玻璃会变混浊？
反应Na2CO3+SiO2＝Na2SiO3+CO2↑能否正向进行？
说明理由。
5、现有一瓶白色粉末状固体，它可能是碳酸钠、硝酸钠、硫酸钠、氯化钠、溴化钠、磷酸钠中的任意一种。
试设计鉴别方案。
升级会员 