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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
【学习目标】

碱金属、碱土金属、铝、锡、铅、锑、铋

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 二 课时安排:3 课时 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。 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】 一、钾、钠、镁、铝的性质 内容 操作 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。 Na、K Mg、Al 与水的 作用 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 → 实验现象 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) ↑ Mg + 2H2O=Mg(OH)2↓+H2↑(△) 2Al+6H2O=2Al(OH)3 ↓+3H2↑ (△) 解释及原理 2Na+O2=Na2O2(淡黄\ K2O2白色) Na2O2+2H2O=2NaOH +H2O2
2MnO4-+ 5H2O2 + 6H+=2Mn2++5O2+ 8H2O

【重点、难点】

实验指导、演示、启发

钠与空 气中O2 的作用

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。

2Al + 3HgCl2=2AlCl3 + 3 Hg↓ Al + Hg =Al-Hg (铝汞齐) (汞合金)
2Al-Hg +6H2O=2Al(OH)3 ↓+3H2↑+2Hg

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 小结 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
MgCl2 CaCl2 BaCl2 Al Cl3 SnCl2 Pb(NO3)2 SbCl3 Bi(NO3)3

:0.5mL2 mol·L-1 NaOH→0.5mL 0.5mol·L-1金属盐 6 mol·L-1 NaOH 6 mol·L-1 HCl

白色 絮状↓ ↓不溶 ↓溶解


白色 乳状↓ ↓不溶 ↓溶解

白色 乳状↓ ↓不溶 ↓溶解
2+


白色 胶状↓ ↓溶解 ↓溶解

白色 胶状↓ ↓溶解 ↓溶解

白色 絮状↓ ↓溶解 ↓溶解
3+


白色 絮状↓ ↓溶解 ↓溶解

白色 絮状↓ ↓不溶 ↓溶解

M+OH 反应式: M + OH =M (OH)2↓, 解释及原理 M (OH)2+OH 反应式:
- - - -

M + 3OH =M (OH)3↓

Al (OH)3 + OH =AlO2 +2H2O
2-

Pb (OH)2+ 2OH =PbO2 +2H2O M (OH)n + nH+=M2++nH2O

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





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。 小结 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 MgCl2和Al Cl3→ 0.5mL0.5mol·L-1 NH3·H2O→NH4Cl饱和
-1

实验现象 都出现白色↓; 加 NH4Cl 后 Mg 的↓溶解, Al 的↓不溶解 ☆

解释及原理 Mg2++ 2NH3·H2O=Mg (OH)2↓+ 2NH4 + Al3++ 3NH3·H2O=Al (OH)3↓+ 3NH4 + - ☆ 加饱和NH4Cl后,OH 减少 - NH4 ++ OH =NH3 + H2O 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 0.5 mL 0.5 mol·L-1 SnCl2、SnCl4→H2S(水) (1) SnS SnS2 生成 性质 ↓+1mol·L-1 (NH4)2Sx ↓+1mol·L NH4)2S
-1 (

实验现象 SnCl2→棕褐色↓ SnCl4→黄色↓ SnS 可溶于稀 HCl

解释及原理 Sn2+ +H2S=SnS↓+2H+ Sn4+ +2H2S=SnS2↓+4H+

↓+1mol·L-1 HCl

SnS2 不溶于稀 HCl,可溶 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

从而溶解于(NH4)2S。 Sn4+, 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+。 操作 Pb(NO3)2 、 SbCl3 Bi(NO3)3 → H2S(水)

沉淀的溶解性 浓 HCl 溶 溶 溶
2 mol·L-1NaOH

内容

0.5mol·L-1(NH4)2S 不溶 不溶 溶

(

NH4)2Sx

浓 HNO3

(2) 铅、 PbS 黑↓ 锑和铋 Bi2S3 深褐色↓ 的硫化 Sb2S3 橙红色↓ 物 结论

溶 不溶 溶

不溶 不溶 溶

溶 溶 溶

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

现象
PbCl2↓白


解释及原理 Pb2+ +2Cl =PbCl2↓白
PbCl2 的溶解度 (g / 100g 水)


实 验 结果
40℃ 1.45 500℃ 1.70 100℃ 3.34

PbCl2 PbCl2 与溶液 → △ PbCl2 → 少量浓 HCl PbI2 :5d 0.5 mol·L-1 Pb(NO3)2→ H2O稀至 1mL→1mol·L-1KI :5d 0.5 mol·L-1 Pb(NO3)2→0.5 PbCrO4
mol·L-1K2CrO4→ 6 mol·L-1 HNO3

↓溶解 ↓溶解 PbI2↓黄

20℃ 0.99
2-

PbCl2+2Cl =PbCl4 (生成络离子,溶解度增大)
热水中可溶

冷水不可溶

Pb2+ +2I =PbI2↓黄



可溶 HNO3 ↓黄 可溶于 NaOH

Pb2+ + CrO42-=PbCrO4↓黄 PbCrO4+3OH-=Pb(OH)3-+ CrO42- 2PbCrO4+2H+=Pb2+ +Cr2O72-+H2O

↓→ 6 mol·L-1NaOH : 1 mL H2O 5d 0.5 mol·L-1 PbSO4 Pb(NO3)2→0.1 mol·L-1Na2SO4 → 难溶物 PbCl2 PbI2 PbCrO4 PbSO4 PbS SnS SnS2 ◆ ◆ NaAc 固体 → △
↓白溶解

PbSO4↓白

Pb2+ + SO42 =PbSO4↓白



颜色 白色 橙黄 黄色 白色 黑色 棕色 黄色

溶解性(水或其它溶剂) 热水、浓 HCl、 热水 (浓 NaAc \ KI \ Na2S2O3 ) HNO3、NaOH、 NaOH、浓 NaAc 液 稀、浓 HCl 浓HCl、(NH4)2Sx 浓HCl、(NH4)2Sx
(

溶度积(Ksp 18~25℃) 1.6×10 7.1×10 2.8×10
-5

-9

-13

1.6×10 8×10 1×10 2×10

-8

-28

-25

NH4)2S、Na2S

-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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