p区非金属元素二(氮硅硼)

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1mL 3M H2SO4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12滴0.1M KI溶液，用3M H2SO4酸化，然后滴加0.5molL-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0.1 molL-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。3、 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、1 mL 2molL-1 HNO3溶液和1 mL0.2molL-1 HNO3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。 碱金属，碱土金属的硝酸盐分解放出O2，生成亚硝酸盐。 Mg至Cu硝酸盐分解生成金属氧化物和O2、NO2。 Cu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0.1 molL-1 Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO4溶液的pH。 0.1 molL-1 Na3PO4溶液的pH呈强碱性 0.1 molL-1 Na2HPO4溶液的pH呈弱碱性 0.1 molL-1 NaH2PO4溶液的pH呈弱酸性（2）分别往三支试管中注入0.5 mL0.1molL-1 Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO4溶液，再各加入适量的0.1 molL-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0.1 molL-1的Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO4各0.5 mL,加入等量的0.5 molL-1 CaCl2溶液，观察有何现象，用pH试纸测定它们的pH。滴加2 molL-1氨水，各有何变化？再滴加2 molL-1盐酸，又有何变化？各反应方程式如下所示：Ca2+ +PO43-=Ca3(PO4)2pH7 Ca2+HPO42-=CaHPO4 pH7 Ca2+ +H2PO4- pH7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0.5 mL0.2 molL-1的硫酸铜溶液，逐滴加入0.1 molL-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6molL-1盐酸，观察反应物的颜色、状态。现象：该反应生成H2SiO3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：H2SiO3称为偏硅酸，是正硅酸（H4SiO4）脱水产物，单个H2SiO3分子溶于水，通常情况下，H2SiO3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：温度，温度高，生长快。浓度，Na2SiO3的浓度大，生长速度快，晶体上芽数目少。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。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34滴甘油，再测溶液的pH。现象：硼酸饱和溶液，其pH7，呈酸性，Ka为610-10，加入3到4洋甘油后，其pH值降低，酸性增强，Ka为7.0810-6。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6molL-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+2NaNO33 Na2B