單質(zhì)
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-10-29
一、單質(zhì)實驗?zāi)康?/span>
1.了解鹼金屬土金屬的焰色反應(yīng);
2.了解某些屬的還原性
3.了解某些非金屬單質(zhì)的氧化還原性;
4.練習(xí)焰色反應(yīng)檢驗法、坩堝的灼燒等基本操作。
二、單質(zhì)提要
1.焰色反應(yīng)
除鈹、鎂外、堿金屬(第I主族)、堿土金屬(第Ⅱ主族)及其氯化物等鹽類在火焰中灼燒能發(fā)生特征的顏色。例如：
鈉 鉀 鈣 鍶 鋇
黃色 淺紫色 橙紅色 大紅色 淺黃綠色
因而在分析化學(xué)中仰借以檢驗這些元素,并稱之為焰色反應(yīng)。
2.金屬單質(zhì)的重還原性
金屬單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)常表現(xiàn)為還原性,其變化規(guī)律一般來說是與周期系元素金屬性的遞變規(guī)律相符合的。在液中金屬還原能力的強弱通?？捎脴藴孰姌O電位的次序來衡量。例如,第3周期的鈉、鎂、鋁與水的作用依次減弱,而第主族的鈉、鉀與水的作用則依次增強。
很多金屬能與鹽酸或稀硫酸作用而放出H2。兩性金屬如鋁還能與鹼作用而放出H2，并生成含氧酸鹽。
2A1+2NaOH+2H2O=2 NaAIO2+3H2↑
不活潑金屬如銅不能與鹽酸或稀硫酸作用,但能與硝酸反應(yīng)。與金屬作用時,硝酸的被還原產(chǎn)物很復(fù)雜；濃硝酸多被還原為NO2,稀硝酸則多被還原為NO或N2O。例如:
3Cu+8 HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(主要產(chǎn)物)
4Zn+10HNO3(稀)=4Zn(NO3)2+N2O↑+5H2O
(主要產(chǎn)物)
某些單質(zhì)如鋁，就其與氧結(jié)合的能力來說,是較易與氧作用的,但實際上在空氣中卻很穩(wěn)定。這是由于在它們的表面上生成了一層氧化物保護膜。若使鋁汞齊化(鋁汞合金化),破壞這層氧化物膜，則就能引起鋁的迅速被氧化(腐蝕),在鋁的表面生成一種毛狀的氧化鋁,并伴隨產(chǎn)生大量的熱。
活潑金屬如鎂不僅易與氧氣直接作用,且能從其他金屬的氧化物或非金屬的氧化物(如二氧化硅)中奪取氯,而得剤其他金屬或某些非金屬單質(zhì)。
3.非金屬單質(zhì)的氧化還原性
大多數(shù)非金屬單質(zhì)既具有氯化性又具有還原性。以素單質(zhì)為例,眾所周知,它們都具有氧化性,而鹵素離子則具有還原性。但氯水不僅能氧化I離子成為I2,而且還能進一步氧化I2使成為IO-3離子,在后一個反應(yīng)中I2作為還原劑。
C12+2I-=I2+2CI
5Cl2+I2+6H2O=10C1-+2IO-3+12H+
在鹵素(以X2表示)的水溶液中存在下列反應(yīng)(除F2外):
X2+HOH↔HX+HXO
x2中的一部分X原子的化合價從0降低到-1,同時另一部分X原子的則從0升高到+1.這表明在上述反應(yīng)中,X2既是氧化劑又是還原劑。這類反應(yīng)叫做自偶氧化還原反應(yīng),又稱歧化反應(yīng)。
三、儀器和藥品
1.儀器
試管、硬質(zhì)試管、試管架、試管夾、鎳鉻絲、噴燈(或煤氣燈)、藍色玻璃片、點滴板、滴管、洗瓶、酒精燈、砂紙、坩堝、泥三角、坩堝夾、玻璃棒、鑷子、塑料匙(或牛角匙)、鐵架、鐵夾、燒杯、棉花、細木條、濾紙碎片
2.藥品
酸：鹽酸HCI(2N,6N,濃,濃純) 硫酸H2SO4(6N,濃純)
硝酸HNO3(6N,濃)
堿:氫氧化鈉NaOH(2N)
鹽:硝酸銀AgNO3(0.1M) 氯化鋇BaCI2(濃)
氯化鈣CaCL2(濃) 氯化汞HgCl2(0.1M,有毒)
氯化鉀KCI(0.1M,濃) 碘化甲KI（0.1M)
溴化鉀KBr(0.1M) 高錳酸鉀KMnO4(0.01M)
氯化鈉NaCI)(濃) 氯化鍶SrCI2(濃)
其他:溴水(飽和溶液) 氯水(飽和溶液)
碘水(飽和溶液) 鋁片
鎂條 鉀(固)
鈉(固) 鋅
苯C6H6(液) 銅屑
鎂粉和石英粉的均勻混和物(重量比斜7:10)
酚酞(1%) pH試紙
四、單質(zhì)實驗內(nèi)容
(本實驗內(nèi)容均不打*號，可酌情選做)
1.堿金屬和鹼土全屬的焰色反應(yīng)
取一根鎳路絲,用砂紙擦凈其表面,將末端彎成小圈(直徑約3毫米)。再按下法清洗之；在試管或點滴板空穴中,加入少許濃HCI(純),將鎳鉻絲浸入濃HCI中,取出后,在噴燈(或煤氣燈）[注1]的氧化焰中約燒。如此灼燒數(shù)次,直至火焰不帶有雜質(zhì)所顯呈的顏色為止,然后再將清洗過的鎳鉻絲蘸以濃NaCI溶液(溶液預(yù)先可在點滴板空穴中),灼燒之,觀察火焰的顏色。
同上操作[注2]分別觀察KCI、 Cacl2、SrCl2、BaCl2溶液[注3]的焰色反應(yīng).實驗鉀鹽時，即使有微量的鈉鹽存在，鉀所顯示的紫色也將被鈉的黃色所遮蔽，所以最好通過藍色玻璃片觀察鉀的火焰顏色。因為藍色玻璃能吸收鈉的黃色光。
[注1]若無煤氣燈或噴燈,可改用酒精燈。依上述方法試驗。
[注2]每次改用另一種鹽溶液作試驗前，必須將鎳鉻絲用濃HCI（純）處理，灼燒干凈。也可用5根鎳鉻絲（公用）作好記號，因為藍色琉璃能吸收鈉的黃色光。
[注3]]鉀、鋇的顏色基淺。如用固體代替溶液，則焰色比較明顯，但固體在灼燒時易跳失。
2.金屬與水的作用
在小燒杯中加水至半杯左右,并滴入1~2滴酚酞試液。然后用鑷子取金屬鈉一小粒(如綠豆大小。注意：不可用手拿?。注]放入燒杯中,觀察與水反應(yīng)的情況及燒杯中水的顏色變化。
同上操作，觀察鉀與水的作用
取2支試管，各加入3~4ml水和1滴酚酞試液,然后再分別投入少量已用砂紙擦凈的鎂條或鋁片。靜置一些時候,觀察鎂條、鋁片表面的現(xiàn)象有何不同。然后將2支試管中的溶液分別加熱至沸，再觀察現(xiàn)象。
從鈉、鉀、鎂、鋁與水的反應(yīng)情況,比較它們的還原性強弱。
[注]最好能用濾紙片將沾附在金屬表面的嫘油吸干并用小刀去其表面物質(zhì)。
3.金屬與氧的作用
(1)鋁與氧的作用，取一片鋁片,用砂紙擦在鋁表面上滴1~2滴0.1M HgC12溶液。當(dāng)金屬表面由于鋁與HgC12作用生成鋁汞齊而變成灰色時,用棉花(或紙碎片)將濕澗處拭干。然后將此鋁片放在空氣中,觀察白色賀狀物(AO.)的生成,并注意假的發(fā)熱。簡單解釋觀察到的現(xiàn)象。
(2)鎂與二氧化硅的作用。往一支干燥的硬質(zhì)試管中放入一大匙鎂粉和石英粉的混和物（混和物由實驗預(yù)備室配制,它們的重量比例為7:10),把試管垂直地夾在鉄架上,強熱試管底部[注1]觀察現(xiàn)象。（注意:反應(yīng)劇烈!)
待試管冷卻后（仍將試管垂直夾在鐵架上),用滴管加入1~2ml 6N HCI溶解過量的鎂和生成的氧化鎂[注2]，而非晶體硅則以棕色粉末留于試管中(可倒在蒸發(fā)皿或點滴板上觀察）。
[注1]若用酒精燈加熱，火焰要大,由于酒精燈火焰溫度不夠高。鎂與二氧化硅的反應(yīng)不完全,但不妨礙本實驗中各種現(xiàn)象的觀察。
[注2]硅能與過量的鎂生成準化鎂(Mg2Si),硅化鎂與鹽酸作用生成硅氫化合物(如硅烷SiH),后者在空氣中能自燃,發(fā)出閃閃火光及拍拍的爆鳴聲,并生成二氧化硅(SiO2)白煙。若將鎂粉和石英粉的重量比例改為8:5,則上述現(xiàn)象更加明顯。礁氫化合物劇毒,實驗在通風(fēng)櫥中進低。
（3)鈉與氧作用，用鑷子取一小塊金屬鈉,迅速用紙吸干共裝面的禁油并去其表面物質(zhì),立即放入干燥的坩堝中加熟(坩堝的加熱方法參看10頁),當(dāng)鈉剛開始燃燒時,停止加熱,觀察反應(yīng)情況和產(chǎn)物的顏色、狀態(tài)。
待坩堝冷卻后,將反應(yīng)物轉(zhuǎn)入干燥的試管中,加入少許水(注意:反應(yīng)放熱量較大,應(yīng)先將試管浸入冷水中),觀察反應(yīng)現(xiàn)象,檢驗試管口有何種氣體逸出?(應(yīng)怎樣檢驗?)溶液是否呈堿性?溶液中是否有H2O2生成[注]。
[注]H2O2的檢驗法:將溶液用稀H2SO4(6N)酸化,然后加入1滴0.01M KMNO4溶液,觀察KMnO4紫色是否退去。
4.金屬與酸、堿的作用
(1)鋁與酸、堿的作用
(a)鋁與酸的作用往點滴板空穴中滴入數(shù)演濃HC1放入一小片鋁片(去除鋁片表畫的鈍化保護膜)。少傾,用玻璃棒將此鋁片按出,并用水洗滌。然后將此鋁片與一未經(jīng)濃HC1處理的鋁片,分別投入約1ml 6N HCI溶液中,比較現(xiàn)象有何不同。
(b)鋁與破的作用取幾小片鋁片,意入約2mL 2N NaOH溶液中,觀察現(xiàn)象并設(shè)法檢=驗所發(fā)生的氣體(此氣體應(yīng)如何收集?)[注]。
[注]如氣體生成速度較慢,可微熱加速之。但收集氣體時,不能加熱,否則大量水蒸氣產(chǎn)生,將影響氣體的檢驗。
(2)鋅、銅與硝酸的作用取2支試管,各加入約2mL 6N HNO3,然后再分別投入1~2粒銅屑或鋅粒,觀察現(xiàn)象。(注意:生或的氣體有毒!觀察現(xiàn)象后,應(yīng)立即將酸液倒入廢液缽中,并回收尚未作用的銅屑和鋅粒。)
5.鹵素的性質(zhì)
(1)鹵素在水和苯中的溶解性[注]取2支試管,分別加入2滴飽和溴水或2滴飽和碘水,再各加入約1ml水及5滴苯。另取1支試管,加入1mL飽和氯水及5滴苯。搖蕩各試管,觀察氯、溴、碘在苯層中的顏色。
[注]由于鹵素單質(zhì)是非性分子,在有機溶劑(如苯)中的溶解度大于在水中的溶解度。故可用少量有機溶劑(如苯)將氯、溴、碘從大量水中率取(抽提)出來。
(2)氯水與溴、碘離子的作用住1支試管中加入1滴0.1M KI溶液及5滴苯,然后逐滴加入飽和氯水至充分過量,同時搖蕩試管,仔細觀察苯層先后出現(xiàn)不同顏色的變化,并簡單解釋之。
用的量用0.1M KBr溶液代替0.1M KI溶液,如上操作[注],觀察苯層顏色的變化。
Br2+Cl2=2 BrcI
(黃色)
(3)鹵素與水的反應(yīng)
(a)取2支試管,分別加入約1ml飽和溴水或飽和碘水,然后各加入數(shù)滴2N NAOH溶液，觀察現(xiàn)象。再各加入數(shù)滴2N HCI溶液,觀察現(xiàn)象并簡單解釋之。
(b)往3支試管中,分別加入約1m1飽和氯水或飽和溴水或飽和碘水,再各加入數(shù)滴0.1M AgNO3溶液，觀察現(xiàn)象并簡單解釋之（九料化工http://yuehuifs.cn/）。
五、單質(zhì)實驗前準備的思考題
(1)焰色反應(yīng)為什么能應(yīng)用在分析化學(xué)上?在操作中有哪些應(yīng)注意之處?
(2)在鋁的腐蝕實驗中,加入的HgCl2溶液起了哪些作用?試一一說明。
(3)哪些金屬能溶于NaOH溶液?為什么?
(4)為什么說金屬單質(zhì)的化學(xué)性常表現(xiàn)為還原性,面非金屬單質(zhì)則大都既具有氧化性又具有還原性？如何用實驗證明之。
(5)在使用坩堝灼燒的操作中,有哪些應(yīng)注意之處?
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