p区重要非金属元素及化合物的性质与应用(二)

实验十二 p区重要非金属元素及化合物的性质与应用（二）一、 实验目的1、 掌握H2O2，H2S及硫化物的主要性质及其应用。2、 掌握S，N，P主要含氧酸和盐的性质及其应用。3、 掌握，离子的鉴定。4、 巩固元素性质试验及定性分析的基本操作。二、 二、 实验原理氧和硫，氮和磷分别是周期系A，A族元素，为电负性比较大的元素。氧的常见氧化值是-2。H2O2分子中O的氧化值为-1，介于2与-2之间，因此既有氧化性又有还原性。在酸性介质中：H2O2+2+2e=2H2O E=1.77V O2+2+2e= H2O2 E=0.68V碱性介质中： HO2-+ H2O +2e=3OH- E=0.88V O2+ H2O +2e= HO2-+ OH- E=0.076V可见，H2O2在酸性介质中是一种强氧化剂，它可以与，等多种还原剂反应： PbS+4 H2O2=PbSO4+4 H2O H2O2+2+2=I2+2 H2O H2O2+2+2=2+2 H2O只有遇KMnO4等强氧化剂时，H2O2才被氧化释放O2： 5H2O2+2MnO4-+6=2+5 O2+8 H2O在碱性介质中，H2O2可以使转化为MnO2，转化为。 H2O2不稳定，见光受热易分解，尤其当I2，Mn O2以及重金属离子，和等杂质存在时都会加快H2O2的分解。 在酸性介质中H2O2与反应生成，溶于乙醚呈现特征蓝色。 Cr2O72-+4H2O2+2=2CrO5+5 H2O不稳定易分解放出O2，据此可鉴定Cr（）离子。S的常见氧化值是2，0，+4，+6。H2S和硫化物中的的氧化值是2，它是较强的还原剂，可被氧化剂KMnO4，I2及三价铁盐等氧化生成S或。碱金属和氨的硫化物是易溶的，而其余大多硫化物难溶于水，并且有特征颜色。难溶于水的硫化物根据在酸中溶解情况可以分成4类。易溶于稀HCl的；难溶于稀HCl，易溶于浓HCl的；难溶于稀HCl，浓HCl，易溶于的；仅溶于王水的。鉴定常见的方法有3种。与稀酸反应生成气体，可以根据特有的腐蛋臭味，或能使试纸变黑生成PbS的现象检出；在碱性条件下，它能与亚硝酸铁氰化钠作用生成红紫色配合物： S2-+Fe(CN)5NO2-=Fe(CN)5NOS4-利用此特征反应检出。 是具有刺激性臭味的气体，易溶于水生成亚硫酸。亚硫酸很不稳定，在水溶液中存在下列平衡： SO2+ H2O +HSO3-2+SO32-一旦遇酸，平衡就向左移动，使分解。在和中，S的氧化值为+4，是硫的中间氧化值，既有氧化性又有还原性。SO32-与I2，反应显示还原性。3SO32-+Cr2O72-+8=2Cr3+3SO42-+4 H2OSO32-+I2+ H2O = SO42-+2+2和的氧化性较弱，与等强还原剂反应才能显示氧化性。与反应，生成红色化合物，用调节溶液呈中性，加入饱和的ZnSO4溶液，使红色化合物的颜色显著加深（组分不详），鉴别必须先除去。与硫粉共煮生成，遇酸形成极不稳定的酸。在室温下立即分解生成SO2和S。H2S2O3=H2O+SO2+SS2O32-中两个S原子的平均氧化值为+2，是中等强度的还原剂。与I2反应被氧化生成S4O62-: S2O32-+I2= S4O62-+2I-这个反应在滴定分析中用来定量测碘。S2O32-与过量Cl2,Br2等较强氧化剂反应，就被氧化为SO42-:S2O32-+4Br2=2SO42-+8Br-S2O32-有很强配合性，不溶性的AgBr不能溶于AgNO3-NH3溶液，可以溶于过量的Na2S2O3溶液中： 2 S2O32-+AgBr=Ag(S2O3)23-+Br-当S2O32-与过量Ag+反应，生成Ag2S2O3白色沉淀，并水解，沉淀颜色逐步变成黄色、棕色以至黑色的Ag2S沉淀。即： 2Ag+ S2O32-= Ag2S2O3Ag2S2O3+H2O=Ag2S(黑)+H2SO4当溶液中不存在S2-时，上述反应是检验S2O32-的一个有效方法 。除S2-方法：在试液中加入过量的PbCO3固体，使S2-全部转化为黑色的PbS沉淀。N的常见氧化值为-3，0，+3，+4，+5。HNO2的水溶液是弱酸，Ka=5.010-4,比醋酸的酸性略强，它可以由NaNO2与强酸反应制得。HNO2是极不稳定的酸，仅在低温时存在于水溶液。当温度高于4时，HNO2就按下式分解： 热 热2HNO2=H2O+N2O3=H2O+NO+NO2 冷 冷中间产物N2O3在水溶液中呈浅蓝色，N2O3不稳定进一步分解为棕色NO2和无色的NO气体。利用该性质可以鉴定NO2-或HNO2. 亚硝酸和亚硝酸盐在酸性溶液中，它们的标准电极电势如下： HNO2+H+e=NO+H2O E=0.99V NO3-+3H+2e=HNO2+H2O E=0.94V可见，HNO2及其盐在酸性介质中既有氧化性又有还原性。当与KmnO4,Ce(SO4)2,H2O2等强氧化剂作用时，可以被氧化为NO3-: 5NO2-+2MnO4-+6H+=5NO3-+2Mn2+3H2O当与KI,H2S,FeSO4中等强度还原剂反应时，还原产物主要为NO. 2HNO2+2I-+2H+=2NO+I2+2H2O大多数亚硝酸盐是易溶的，其中浅黄色的AgNO2不溶于H2O,可以溶于酸。 NO3-在浓H2SO4介质中与FeSO4发生下列反应： 3Fe2+NO3-+4H+=3Fe3+2H2O+NO NO+Fe2+=Fe(NO)2+Fe(NO)SO4为棕色，如果上述反应在浓H2SO4与含NO3-溶液的街面上进行,就会出现美丽的棕色环,故称棕色环法鉴定NO3-.NO2-也有类似反应.在鉴定NO3-离子时,若试液中含有NO2-,必须先除去.方法之一是在试液中加饱和NH4Cl煮沸,NO2-转化为N2而挥发. NO2-+NH4+=N2+2H2O鉴定NO2的方法是在HAc介质中与FeSO4反应,生成棕色的Fe(NO)SO4溶液.磷酸是非挥发性的中等强度的三元酸,逐级离解酸常数分别是Ka1=7.610-3,Ka2=6.310-8,Ka3=4.410-13.它可以有三种形式盐:M3PO4,M2HPO4和MH2PO4(M为一价金属离子.)其中磷酸二氢盐是易溶于水的,其余二种磷酸盐除了钠,钾,氨以外一般都难溶于水.但可以溶于盐酸.碱金属的磷酸盐如NaPO4,Na2HPO4,NaH2PO4溶于水后,由于水解程度不同,使溶液呈现不同的pH值.Na3PO4溶液和Na2HPO4溶液均显碱性,前者碱度大一些.由于H2PO-的酸常数Ka2大于它的水解常熟(K水解=10-11,即碱常数),所以NH2PO4水溶液呈酸性.磷酸一氢钾与磷酸二氢钾受热脱水生成焦磷酸盐和偏磷酸盐.PO43-在HNO3介质中与饱和钼酸氨发生反应:PO43-+3NH4+12MoO42-+24H+=(NH4)3PO412MoO36H2O+6H2O出现难溶的黄色晶体,可以鉴定PO43-.在加热条件下,焦磷酸根P2O44-,偏磷酸根PO3-也会发生类似反应.PO43-,PO3-,P2O74-与Ag+生成的盐难溶于水,但可溶于HNO3,NH3H2O,其中Ag4P2O7不溶于HAc.三、 三、 试剂与器材试剂: MnO2,Na2SO3,S,AgBr,FeSO47H2O,FeS,PbCO3;H2SO4(1,2,3,9及浓H2SO4),HAc(2),HNO3(6浓),NaOH(2),NH3H2O(3,6);H2O2(3%),Na2SO3(10%),KmnO4(0.01),I2水,Cl2水;H2S(饱和),K4Fe(CN)6,乙醚,蛋清,S2-,S2O32-,SO32-混合液.0.1溶液: FeCl2,KI,Pb(Ac)2, Na2S, KI3, BaCl2, AgNO3 ,KNO3, K2Cr2O7, FeCl3, NaSO4, ZnSO4, CdSO4,CuSO4, Hg(NO3)2, Na2S2O3, Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4, CaCl2, NaPO3, Na4P2O7.器材: pH试纸,蓝色石蕊试纸,50mL分液漏斗,3只试管橡皮赛.四、 四、 实验方法1、 1、 H2O2的氧化性,不稳定性(1)、往试管中加入1mL3%H2O2, 用水浴微热,观察现象,然后加少量MnO2粉末,用余烬火柴检验O2. 写出反应方程式,说明MnO2对H2O2分解速率的影响.(2)、利用下列试剂: 3%H2O2 , 2H2SO4溶液,0.01KmnO4溶液和浓度均为0.1 FeCl2, KI, Pb(Ac)2, Na2S溶液 ,设计一系列实验. 验证H2O2氧化性与还原性的相对强弱. 提示: 由于试剂浓度, 介质对氧化还原反应的程度有影响, 所以, 若实验现象不明显可以微热或控制介质的酸碱性; 为使S2-被H2O2氧化的反应现象明显, 可以采取由PbS和H2O2反应,PbS自制. (3)、往试管中加0.5mL 0.1 K2Cr2O7, 1mL 1 H2SO4酸化,加0.5 mL乙醚和2 mL3%H2O2, 观察乙醚层和溶液颜色有何变化 ,此 特征反应可用鉴定哪些离子?2、 2、 H2S的还原性(1) (1) 准备A,B,C3只试管,A管中加入 0.01 KmnO4和3 H2SO4各0.5mL;B管中加0.5mL 0.1FeCl3 ,按图2-57所示将带塞的导管一端先通入A管,然后在C管中加2mL6HCl 和1g FeS固体,导管另一端迅速与C管相接.观察A管状态变化.写出离子反应式. 当A管内KMnO4溶液褪色,又出现乳白色沉淀时,取下A管,.装上B管,观察现象.写出离子反应式.3、 硫化物的溶解性(1) (1) 取4只离心试管,分别加入35滴0.1ZnSO4 ,CdSO4,CuSO4,和Hg(NO3)2溶液,然后分别加入0.1Na2S 0.51mL, 搅拌, 观察硫化物颜色,离心分离并去清液, 用少量去离子水洗涤硫化物2次.(2) (2) 用1HCl ,6HCl, 6HNO3(热)和王水(浓HNO3:浓HCl = 1:3 体积比)分别试验ZnS, CdS, CuS , HgS 的可溶性. 4、 亚硫酸盐、硫代硫酸盐的性质 (1) 硫代硫酸钠的制备 在250mL烧杯中加4gNa2SO3固体, 加水30mL微热使之溶解,然后加1.5g研细的硫磺,不断搅拌, 煮沸10min, 趁热过滤 ,浓缩滤液至表面有晶体析出. 冷却,Na2S2O35H2O晶体析出完全,抽滤, 保留晶体. (2) 纯度鉴定及SO32- , S2O32-性质验证a. 检测自制Na2S2O3晶体中是否存在S2-, SO2- , S2O32- , 和SO42-离子.(a) SO42-离子鉴定 在试液中先加入6 HCl ,产生白色浑浊, 离心分离, 取清液 , 再滴加0.1BaCl2, 若有白色沉淀示有SO42-离子. (b) S2-离子鉴定 再点滴板上滴入12滴试液, 再滴加1%如显紫色 , 示有S2-离子. (c) 除S2- 未知液中加PbCO3固体, 使转化为黑色的PbS沉淀 , 直至S2-除尽,离心分离保留清液.(d) S2O32-离子鉴定 取除S2-清液, 滴加0.1. AgNO3溶液至白色沉淀. 沉淀颜色由白蓝棕黑色, 示有S2O32-离子. (e) SO32-离子鉴定 在点滴板上,加2滴饱和ZnSO4溶液, 1滴K4Fe(CN)6和1滴 1% 的溶液, 用6NH3H2O中和, 然后加1滴除S2-后的清液, 出现红色沉淀示有SO32-离子. b、分别用自制和实验室提供的Na2S2O3试剂定性实验S2O32-的不稳定性, 氧化还原性及其 银盐和钡盐的溶解性.用实验室提供的SO32-试剂定性实验SO32-的不稳定性,氧化还原性和钡盐的溶解性.5、 亚硝酸及其盐的性质(1) 用1 Na2NO2和9 H2SO4制备少量的HNO2,放在冷水或冰水中冷却,观察溶液和溶液上方气体颜色. 写出反应方程式, 显示了HNO2的何种性质?(2) 0.1Na2NO2在酸性介质中(取何种酸酸化?为什么?)分别与下列时机反应0.01KMnO4溶液; 0.1KI溶液; 0.1Na2S2O3溶液. 由实验现象写出离子反应式, 并且说明NaNO2 ,在上述各反应中显示了何种性质.(3) NO2- ,NO3-的鉴定a. a. 取少量0.1NaNO2, 滴加2HAc酸化, 加入数粒FeSO47H2O晶体,振荡溶解,.溶液呈棕色,示有NO2-b. b. 往试管中加入23滴0.1KNO3, 数粒FeSO47H2O晶体,振荡溶解,. 然后斜持试管, 沿管壁慢慢滴加浓H2SO4, 在两液面接触界面上出现棕色环,示有NO3-6、 磷酸盐性质用pH试纸检验0.1的Na3PO4,Na2HPO4,NaH2PO4溶液的酸碱性, 取每种试液23滴,再加2滴0.1AgNO3, 观察有无沉淀生成, pH值有无变化?比较磷酸3种形式其溶液的pH值, 结论填入表中.(1) 在3支试管中各加入10滴0.1CaCl2溶液, 然后分别加入等量的0.1Na3PO4, 0.1Na2HPO4和0.1NaH2PO4, 观察试管中是否有沉淀生成?当加入3NH3H2O时有无变化?加入2HCl溶液后,又有何变化?比较磷酸的3种钙盐的溶解性, 并说明它们之间相互转化条件, 结论填入表内. 实验内容Na3PO4Na2HPO4NaH2PO4PH值加AgNO3后产物的状态,颜色及pH值变化加CaCl2后产物的状态,颜色加NH3H2O产物加HCl产物(2) PO3-, PO4-,P2O74-离子鉴定a. 分别取PO3-, PO4-,P2O74-试液2滴,加入0.5mL 6HNO3和58滴饱和钼酸氨试剂 ,用搅棒摩擦试管, 若有黄色沉淀产生示有PO43-. 未出现沉淀的试管用水浴加热. 观察现象.b. 按a取毕试液, 滴加12滴0.1AgNO3,滴加2HAc,沉淀不消失为P2O74- .c. 按a取毕试液, 各加入2HAc调节pH=46,加入鸡蛋白水溶液,发生凝聚的示有PO3- 按实验结果总结区别与鉴定PO3-, PO4-,P2O74-的实验方法.五、 延伸实验1、 1、 有一个未知试液,试鉴定是否为PO43-盐溶液已知该未知液中含有S2-, S2O32-,SO32-与Cl-等杂质离子,它们将干扰PO43-的鉴定. 试按试液性质设计鉴定未知PO43-的方案.2、 2、 从含有碘, 溴, 氯单质的CCl4溶液中回收CCl4溶剂.参照分液漏斗使用,做好分液漏斗的检漏,旋塞的涂油工作. 将卤素性质实验中收集的CCl4废液转移至分液漏斗中, 加等量的10%Na2SO3(总体积应小于分液漏斗总量的3/4), 参照分液漏斗使用进行萃取操作. 多次振摇分液漏斗. 当CCl4层颜色不再褪色时,将分液漏斗置于支架上, 静止分层. 将上端玻璃塞的侧槽对准颈部小孔, 开启旋塞, 将下层液体放入烧杯(是CCl4 ? ) . 上层液体由上端瓶口放入另一烧杯中. 若下层液体中仍有色, 则需重复 , 步骤至CCl4层无色, 再用去离子水洗涤CCl4, 操作同上,共3次. 六、 思考题1、 预习思考(1) O, S, N, P元素的氢化物与含氧酸及其盐在酸碱性, 氧化还原性, 稳定性及溶解性方面有哪些特性? 又有哪些共性?(2) 如何鉴别下列各组物质:a. a. NH4Cl 与NH4NO3b. b. NH4NO3与NH4NO2c. c. Na2S2O3 , Na2S , Na2SO3与Na2SO4d. d. Na3PO4 , Na2S, NaCle. e. Na3PO4 与Na4P2O7f. f. H3PO3 与 H3PO4(3) 如何回收含 I2 , Br2 的CCl4溶剂?试列出实验方案.(4) 什么叫液-液萃取? 液-液 萃取需要哪些实验装置? 其规范操作包括哪几部?(5) 鉴定NO3-离子时, 为使棕色环明显, 在操作上要注意什么问题?2、 进一步思考(1) 通过实验列举23个实验说明介质对氧化还原反应的影响, 试从中找出一些规律.(2) 在酸性介质中H2S与KMnO4反应, 有的出现乳白色浑浊, 有的为无色透明溶液, 在同样条件下,H2S与FeCl3反应只出现乳白色浑浊. 解释实验现象; 讨论氧化剂种类, 用量,. 浓度, 及溶液酸度对氧化程度影响.(3) 有4种试剂: Na2SO4 , Na2SO3 , Na2S2O3 ,Na2S4O6 ,其标签已脱落. 设计一简便方法鉴别它们