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无机化学实验报告:碱金属、碱土金属、铝、锡、铅、锑、铋

实验八 碱金属、碱土金属、铝、锡、铅、锑、铋

【学习目标】 认知目标:比较碱金属和碱土金属的活泼性; 碱金属、碱土金属、铝、锡、铅、锑、铋氢氧化物和盐类的溶解性。 技能目标:掌握焰色反应的正确操作技术,熟悉并使用钾、钠的安全措施。
思想目标:培养学生观察现象、思考问题的能力。
【教学安排】
一 课时安排:3 课时 二 实验要点:1、钾、钠、镁、铝的性质;
2、镁、钙、钡、铝、锡、铅、锑、铋的氢氧化物的溶解性; 3、ⅠA、ⅡA 元素的焰色反应; 4、锡、铅、锑和铋的难溶盐。 【重点、难点】
碱金属、碱土金属、铝、锡、铅、锑、铋氢氧化物和盐类的溶解性;钾、钠的安全操作。
【教学方法】 实验指导、演示、启发
【实验指导】 一、钾、钠、镁、铝的性质

内容 操作

实验现象

解释及原理

钠与空 气中O2 的作用
Na、K Mg、Al 与水的 作用

小粒 Na→吸干煤油→ △ →刚燃烧,停止△, 冷却→2 mL H2O→ →测 pH→2 mol·L-1 H2SO4→0.01 mol·L-1KMnO4
小粒 Na、K→吸干煤油→
半杯水→ 倒置覆盖 → 2d 酚酞。
Mg 条 Al 片擦除氧化物→ →冷水→△→2d 酚酞 Al 片擦除氧化物
→2 d 0.2 mol·L-1 HgCl2 →擦干→置于空气中
→置于 水

剧烈,大量白烟,发出 黄火焰,淡黄粉末 pH=13
紫色褪去
Na:剧烈,放热使 Na 熔化呈小银球浮在水面 K:剧烈,K 能燃烧, 表面产生红色火焰; 加酚酞→红。 Mg 和 Al 与冷水微弱反 应,△→↑,加酚酞→ 红。 Al 表面有少量↑, 长出 Al 毛(可溶于酸或 碱) ↑

2Na+O2=Na2O2(淡黄\ K2O2白色) Na2O2+2H2O=2NaOH +H2O2
2MnO4-+ 5H2O2 + 6H+=2Mn2++5O2+ 8H2O
说明水溶液有H2O2→Na燃烧→Na2O2 Na 受热后能在空气中燃烧。
2Na + 2H2O=2NaOH +H2↑ 2K + 2H2O=2KOH +H2↑ Na、K 密度小于水,因而可浮在水面 生成的H2能自燃。
Mg + 2H2O=Mg(OH)2↓+H2↑(△) 2Al+6H2O=2Al(OH)3 ↓+3H2↑(△)
2Al + 3HgCl2=2AlCl3 + 3 Hg↓ Al + Hg =Al-Hg (铝汞齐) (汞合金)
2Al-Hg +6H2O=2Al(OH)3 ↓+3H2↑+2Hg

小结

同族中,原子序数递增,活泼(还原性)递增。同周期碱金属比同周期碱土金属更活泼。 1、如 Na、K 在空气中稍加热即可燃烧,Rb、Cs 在室温小即可自燃。与水反应时:碱金属除 锂外,反应剧烈,同时放出大量的热,K、Rb、Cs 遇水反应猛烈,甚至爆炸;碱土金属与水 反应虽不及碱金属剧烈,但 Ca\Sr\Ba 仍能与冷水作用,Mg 和 Al 与冷水几乎无作用。 1、 碱金属比碱土金属单质有很强的还原性,能还原HgCl2,并形成汞齐(汞合金)

[课堂提问] Na+H2O的反应:

说明钠与水反应产生大量的热,钠的熔点较低(97.8 ℃),钠与水的反应在实验室可用于干燥有机溶剂,

但不能用于干燥醇。



[安全问题]

二、镁、钙、钡、铝、锡、铅、锑、铋的氢氧化物的溶解性

:0.5mL2 mol·L-1
NaOH→0.5mL 0.5mol·L-1金属盐

MgCl2
白色 絮状↓

CaCl2
白色 乳状↓

BaCl2
白色 乳状↓

Al Cl3
白色 胶状↓

SnCl2
白色 胶状↓

Pb(NO3)2
白色 絮状↓

SbCl3
白色 絮状↓

Bi(NO3)3
白色 絮状↓

6 mol·L-1 NaOH ↓不溶 ↓不溶 ↓不溶

↓溶解 ↓溶解 ↓溶解 ↓溶解 ↓不溶

6 mol·L-1 HCl

↓溶解 ↓溶解 ↓溶解

↓溶解 ↓溶解 ↓溶解 ↓溶解 ↓溶解

解释及原理

M+OH-反应式: M2+ + OH-=M (OH)2↓,

M3++ 3OH-=M (OH)3↓

M (OH)2+OH-反应式: Al (OH)3 + OH-=AlO2-+2H2O

Pb (OH)2+ 2OH-=PbO22-+2H2O

Sn (OH)2+ 2OH-=SnO22-+2H2O

M (OH)n + nH+=M2++nH2O

小结

Mg、Ca、Ba、Al、Sn、Pb、Sb、Bi 氢氧化物在水中的溶解度很小,但都溶解于酸。 镁、钙、钡、铋的氢氧化物不能溶解于过量的碱; 铝、锡、铅、锑的氢氧化物呈两性,能溶解于过量的碱和酸;

内容 Mg(OH)2 Al (OH)3 的形成 条件

操作
:0.5 mL 0.5 mol·L-1 MgCl2和Al Cl3→ 0.5mL0.5mol·L-1 NH3·H2O→NH4Cl饱和

实验现象

解释及原理

☆ 都出现白色↓;

Mg2++ 2NH3·H2O=Mg (OH)2↓+ 2NH4 + Al3++ 3NH3·H2O=Al (OH)3↓+ 3NH4 +

加 NH4Cl 后 ☆ 加饱和NH4Cl后,OH-减少

Mg 的↓溶解, NH4 ++ OH-=NH3 + H2O

Al 的↓不溶解

Mg(OH)2 难于形成,而 Al (OH)3 依然能产生。
Ksp[Al (OH)3]=1.3×10-33 Ksp[Mg (OH)2]=1.8×10-11

三、ⅠA、ⅡA 元素的焰色反应; ☆基本原理:
通常原子处于稳定的基态,当受热气化时,高速运动的气态离子、电子相互碰撞获得了能量,使外层 电子从基态跃迁到更高的能级(激发态)上,电子从激发态重新返回到基态,会将多余的能量以光的形式 放出,显示不同的颜色。所以将碱金属及其挥发性盐置于无色火焰中,呈现特征的火焰颜色。 ☆方法: 1、铂丝(可用镍铬丝代替)的洁净
操作:浸铂丝于纯 6 mol·L-1HCl中( )→取出在氧化焰灼烧→浸入酸→再灼烧→重复二、三次→至火焰
不再呈现任何离子的特征颜色。 2、用洁净的铂丝蘸取 1 mol·L-1 LiCl、NaCl、KCl、CaCl2、SrCl2、BaCl2 在氧化焰灼烧。
现象:

注意:由于K盐中往往会含有少量的钠盐,实验表明,当K盐中含有 1/105的钠盐时,就会在焰色中只看 到钠的黄色,为了消除钠焰色的干扰,要用一块蓝色钴玻璃片滤去钠黄色光进行观察。
五光十色的焰火多是用碱金属、碱土金属的盐类和一些易燃物混合而成。

四、锡、铅、锑和铋的难溶盐。

1、 硫化物 内容 操作

实验现象

解释及原理

(1) SnS

0.5 mL 0.5 mol·L-1 SnCl2、SnCl4→H2S(水)
↓+1mol·L-1 HCl

SnCl2→棕褐色↓ SnCl4→黄色↓ SnS 可溶于稀 HCl SnS2 不溶于稀 HCl,可溶

Sn2+ +H2S=SnS↓+2H+ Sn4+ +2H2S=SnS2↓+4H+

SnS2 生成 ↓+1mol·L-1 (NH4)2S 性质
↓+1mol·L-1 (NH4)2Sx

于浓盐酸。 SnS不溶于(NH4)2S SnS2 可溶于(NH4)2S 都可溶于(NH4)2Sx (NH4)2Sx 可 使 Sn2+ 氧 化 为 Sn4+,从而溶解于(NH4)2S。

结论 SnS可溶于稀HCl,显碱性,SnS2 可溶于(NH4)2S,显酸性。(NH4)2Sx可使Sn2+氧化为Sn4+。

内容
(2) 铅、 锑和铋 的硫化 物

操作 Pb(NO3)2 、 SbCl3 Bi(NO3)3 → H2S(水) PbS 黑↓
Bi2S3 深褐色↓
Sb2S3 橙红色↓

浓 HCl 溶 溶 溶

2 mol·L-1NaOH 溶 不溶 溶

沉淀的溶解性 0.5mol·L-1(NH4)2S 不溶 不溶 溶

(NH4)2Sx 不溶 不溶 溶

浓 HNO3 溶 溶 溶

结论

PbS 、Bi2S3 不溶于弱碱Na2S、(NH4)2S、(NH4)2Sx;Sb2S3 可形成络离子,又具有酸性,即可溶 解于弱碱又可溶解于浓酸;三者都可溶于浓酸。

2、铅的难溶盐

内容

操作

现象

解释及原理

PbCl2 PbI2 PbCrO4

:0.5 mL H2O 5d 0.5 mol·L-1 Pb(NO3)2 → 稀 HCl PbCl2 与溶液 → △ PbCl2 → 少量浓 HCl

PbCl2↓白
↓溶解 ↓溶解

Pb2+ +2Cl-=PbCl2↓白

PbCl2 的溶解度 20℃ (g / 100g 水) 0.99

40℃ 1.45

500℃ 100℃ 1.70 3.34

PbCl2+2Cl-=PbCl42-(生成络离子,溶解度增大)

:5d 0.5 mol·L-1 Pb(NO3)2→ H2O稀至 1mL→1mol·L-1KI

PbI2↓黄

热水中可溶 冷水不可溶

Pb2+ +2I-=PbI2↓黄

:5d 0.5 mol·L-1 Pb(NO3)2→0.5

可溶 HNO3

Pb2+ + CrO42-=PbCrO4↓黄

mol·L-1K2CrO4→ 6 mol·L-1 HNO3
↓→ 6 mol·L-1NaOH

↓黄

PbCrO4+3OH-=Pb(OH)3-+ CrO42-

可溶于 NaOH 2PbCrO4+2H+=Pb2+ +Cr2O72-+H2O

实验 结果

PbSO4 难溶物

: 1 mL H2O 5d 0.5 mol·L-1 PbSO4↓白

Pb(NO3)2→0.1 mol·L-1Na2SO4

→ NaAc 固体 → △

↓白溶解

颜色

溶解性(水或其它溶剂)

PbCl2

白色

热水、浓 HCl、

Pb2+ + SO42-=PbSO4↓白
溶度积(Ksp 18~25℃) 1.6×10-5

PbI2

橙黄

热水 (浓 NaAc \ KI \ Na2S2O3 )

7.1×10-9

PbCrO4 黄色

HNO3、NaOH、

2.8×10-13

PbSO4 白色

NaOH、浓 NaAc 液

1.6×10-8

PbS

黑色

稀、浓 HCl

8×10-28

SnS

棕色

浓HCl、(NH4)2Sx

1×10-25

SnS2

黄色

浓HCl、(NH4)2Sx (NH4)2S、Na2S

2×10-27

实验指导

◆ 在做沉淀溶解性实验时,可用离心试管代替试管;

◆ 由于 TAA 的水解特性,在酸性溶液中可以代替 H2S,在碱性溶液中可代替 Na2S [(NH4)2S]。


[问题讨论] 1、如何配制 SnCl2 溶液。

2、 PbO2 与浓 HCl 如何反应的? PbO2 具有强氧化性,能氧化 HCl 生成 Cl2,同时 PbCl2 PbO2 + 4HCl = PbCl2↓ + Cl2↑+2H2O (与 MnO2+ 4HCl =MnCl2 + Cl2↑+2H2O△)
3、 利用 SnCl2 有还原性而 SnCl4 无还原性,可鉴别它们。
或 SnCl2 、SnCl4 → HgCl2→出现白色↓的是 SnCl2 4、实验室发生 Mg 燃烧的事故,如何处理? 不能用水或 CO2 灭火器。因:Mg+2H2O=Mg(OH)2↓+H2↑
Mg + CO2=2MgO + C↑ 可用沙子或干粉灭火器来扑灭。 干粉灭火器筒内充装的是磷酸铵盐(A、B、C)干粉,以及作为驱动力的氮气。可扑灭固体易燃物(A 类)、 易燃液体及可融化固体(B 类)、易燃气体(C 类)、和带电器具的初起火灾。 多媒体展示灭火器的使用方法。


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