主族元素（一）

實驗目的 

1. 掌握硼酸和硼砂的重要性質，學習(xi) 硼砂珠實驗的方法。 

2. 了解可溶性矽酸鹽的水解性和難溶矽酸鹽的生成和顏色。 

3. 掌握硝酸和亞(ya) 硝酸及其鹽的重要性質。 

4. 了解磷酸鹽的重要性質。 

5. 掌握CO32-，NH4+，NO2-，NO3-，PO43-的鑒定方法。 

實驗原理 

硼酸是一元弱酸，它在水溶液中的解離不同於(yu) 一般的一元弱酸。硼酸是Lewis酸，能與(yu) 多羥基醇發生加合反應，使溶液的酸性增強。 

硼砂的水溶液因水解而呈現堿性。硼砂溶液與(yu) 酸反應可析出硼酸。硼砂受熱脫水熔化為(wei) 玻璃體(ti) ，與(yu) 不同金屬的氧化物或鹽類熔融生成具有不同特征顏色的偏硼酸複鹽，即硼砂珠試驗。   

將碳酸鹽溶液與(yu) 鹽酸反應生成的CO2通入Ba(OH)2溶液中，能使Ba(OH)2溶液變混濁，這一方法用於(yu) 鑒定CO32-。 

矽酸鈉水解明顯。大多數矽酸鹽難溶於(yu) 水，過渡金屬的矽酸鹽呈現不同的顏色。 

鑒定NH4+的常用方法有兩(liang) 種，一是NH4+與(yu) OH-反應，生成的NH3(g)使紅色的石蕊試紙變藍；二是NH4+與(yu) Nessler試劑（[K2HgI4]的堿性溶液）反應，生成紅棕色沉澱。 

亞(ya) 硝酸極不穩定。亞(ya) 硝酸鹽溶液與(yu) 強酸反應生成的亞(ya) 硝酸分解為(wei) N2O3和H2O。N2O3又能分解為(wei) NO和NO2。 

亞(ya) 硝酸鹽中氮的氧化值為(wei) +3，它在酸性溶液中作氧化劑，一般被還原為(wei) NO；與(yu) 強氧化劑作用時則生成硝酸鹽。 

硝酸具有強氧化性，它與(yu) 許多非金屬反應，主要還原產(chan) 物是NO；濃硝酸與(yu) 金屬反應主要生成NO2，稀硝酸與(yu) 金屬反應通常生成NO，活潑金屬能將稀硝酸還原為(wei) NH4+。 

NO2-與(yu) FeSO4溶液在HAc介質中反應生成棕色的[Fe(NO)(H2O)5]2+ (簡寫(xie) 為(wei) [Fe(NO)]2+ )： 

           Fe2++ NO2- + 2HAc → Fe3++ NO +H2O + 2Ac- 

                  Fe2++ NO → [Fe(NO)]2+ 

   NO3-與(yu) FeSO4溶液在濃H2SO4介質中反應生成棕色[Fe(NO)]2+： 

                    Fe2+ + NO3- + 4H+ → Fe3++ NO + 2H2O     

                          Fe2++ NO → [Fe(NO)]2+ 

在試液與(yu) 濃H2SO4液層界麵處生成的[Fe(NO)]2+呈棕色環狀。此方法用於(yu) 鑒定NO3-，稱為(wei) “棕色環”法。NO2-的存在幹擾NO3-的鑒定，加入尿素並微熱，可除去NO2-： 

              2 NO2- + CO(NH2)2 + 2H+ → 2N2 + CO2 + 3H2O 

堿金屬（鋰除外）和銨的磷酸鹽、磷酸一氫鹽易溶於(yu) 水，其它磷酸鹽難溶於(yu) 水。大多數磷酸二氫鹽易溶於(yu) 水。焦磷酸鹽和三聚磷酸鹽都具有配位作用。 

PO43-與(yu) (NH4)2MoO4溶液在硝酸介質中反應，生成黃色的磷鉬酸銨沉澱。此反應可用於(yu) 鑒定PO43-。 

    儀(yi) 器、藥品及材料 

儀(yi) 器：點滴板、水浴鍋 

藥品： 

   酸：H2SO4(1mol·L-1，6mol·L-1，濃)，HNO3(2mol·L-1，濃)，HAc(2.0mol·L-1)， 

HCl(6mol·L-1，濃)  

   堿：NaOH(2mol·L-1，6mol·L-1)，Ba(OH)2(飽和) 

   鹽：KI(0.02mol·L-1)，NaH2PO4(0.1mol·L-1)，BaCl2(1.0mol·L-1)，CaCl2(0.1mol·L-1) 

Na4P2O7(0.5mol·L-1)，NaNO2(0.1mol·L-1)，KNO3(0.1mol·L-1)，Na5P3O10(0.1mol·L-1)， NH4Cl(0.1mol·L-1)，NaHCO3(0.1mol·L-1)，Na2CO3(0.1mol·L-1)，KMnO4(0.01mol·L-1)， Na2HPO4(0.1mol·L-1)，Na3PO4(0.1mol·L-1)，Na2SiO3(0.5mol·L-1)，CuSO4(0.1mol·L-1)  

   固體(ti) ：Na2B4O7·10H2O，CuSO4·5H2O，Co(NO3)2·6H2O，NaHCO3，CO(NH2)2 ， Na3PO4·12H2O，FeSO·7H2O，Fe2(SO4)3，NiSO4·7H2O，Na2CO3，ZnSO4·7H2O，NH4NO3，Cr2O3，CaCl2，H3BO3，硫粉，鋅粉，銅屑 

   其它：甘油，甲基橙指示劑，Nessler試劑，澱粉試液，鉬酸銨試劑 

材料：pH試紙，紅色石蕊試紙，鎳鉻絲(si) （一端做成環狀） 

實驗內(nei) 容 

1. 硼酸和硼砂的性質 

    （1）在試管中加入硼酸晶體(ti) 0.5g和去離子水3mL，觀察溶解情況。微熱後使其全部溶解，冷卻至室溫，用pH試紙測定溶液的pH值。然後在溶液中加入1滴甲基橙指示劑，並將溶液分成兩(liang) 份，在一份中加入10滴甘油，混合均勻，比較兩(liang) 份溶液的顏色。寫(xie) 出有關(guan) 反應的離子方程式。 

   （2）在試管中加入硼砂約1g和去離子水2mL，微熱使其溶解，用pH試紙測定溶液的pH值。然後加入6mol·L-1 H2SO4溶液1mL，將試管放在冷水中冷卻，並用玻璃棒不斷攪拌，片刻後，觀察硼酸晶體(ti) 的析出。寫(xie) 出有關(guan) 反應的離子方程式。 

   （3）硼砂珠試驗用環形鎳鉻絲(si) 蘸取濃HCl(盛在試管中)，在氧化焰中灼燒，然後迅速蘸取少量硼砂，在氧化焰中灼燒至玻璃狀。用燒紅的硼砂珠蘸取少量Co(NO3)2·6H2O晶體(ti) ，在氧化焰中燒至熔融，冷卻後對著亮光觀察硼砂珠的顏色。寫(xie) 出反應方程式。 

2. CO32-的鑒定 

    在試管中加入0.1mol·L-1 Na2CO3溶液1mL，再加入10滴2.0mol·L-1 HCl溶液，立即用帶導管的塞子蓋緊試管口，將產(chan) 生的氣體(ti) 通入Ba(OH)2飽和溶液中，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 反應方程式。 

3. 矽酸鹽的性質 

    （1）在試管中加入0.5mol·L-1 Na2SiO3溶液1mL，用pH試紙測其pH值。然後逐滴加入6mol·L-1 HCl溶液，使溶液pH值在6~9，觀察矽酸凝膠的生成(若無凝膠生成可微熱)。 

    （2）“水中花園”實驗：在50mL燒杯中加入20% Na2SiO3溶液約30mL，然後分散加入CaCl2，CuSO4，ZnSO4，Fe2(SO4)3，Co(NO3)2和NiSO4晶體(ti) 各一小粒，靜置1~2小時後，觀察“石筍”的生成和顏色。 

4. NH4+的鑒定 

    （1）在試管中加入少量0.1mol·L-1 NH4Cl溶液和2.0mol·L-1 NaOH溶液，微熱，用濕潤的紅色石蕊試紙在試管口檢驗逸出的氣體(ti) 。寫(xie) 出有關(guan) 反應方程式。 

     （2）在濾紙條上加1滴Nessler試劑，代替紅色石蕊試紙重複上麵實驗，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 反應方程式。 

5. 硝酸的氧化性 

  （1）取少量硫粉放入試管中，加入1mL濃HNO3，煮沸片刻(在通風櫥中進行)。冷卻後取少量溶液，加入1.0mol·L-1 BaCl2 溶液，觀察現象，寫(xie) 出反應方程式。 

   （2）在試管內(nei) 放入1小塊銅屑，加入幾滴濃HNO3，觀察現象。然後迅速加水稀釋，倒掉溶液，回收銅屑。寫(xie) 出反應方程式。 

    （3）在試管中放入少量鋅粉，加入2.0mol·L-1 HNO3 溶液1mL，觀察現象(如不反應可微熱)。取清液檢驗是否有NH4+生成。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

6. 亞(ya) 硝酸及其鹽的性質 

   （1）在試管中加入1.0mol·L-1 NaNO2 溶液10滴，然後滴加6.0mol·L-1 H2SO4溶液，觀察溶液和液麵上氣體(ti) 的顏色(若室溫較高，應將試管放在冷水中冷卻)。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

   （2）用0.1mol·L-1 NaNO2 溶液和0.02mol·L-1 KI溶液及1.0mol·L-1 H2SO4溶液試驗NaNO2的氧化性。然後加入澱粉溶液，又有何變化？寫(xie) 出離子反應方程式。 

（3）用下列溶液試驗NaNO2的還原性：0.1mol·L-1 NaNO2、0.01mol·L-1 KMnO4和1.0mol·L-1 H2SO4。寫(xie) 出離子反應方程式。 

7. NO3-和NO2-鑒定 

   （1）取0.1mol·L-1 KNO3溶液2滴，用水稀釋至1mL，加入少量FeSO·7H2O固體(ti) ，搖蕩試管使其溶解。然後斜持試管，沿管壁小心滴加濃H2SO4溶液1mL，靜置片刻，觀察兩(liang) 種液體(ti) 界麵處的棕色環。寫(xie) 出有關(guan) 反應方程式。 

   （2）取0.1mol·L-1 NaNO2 溶液10滴，加入數滴1mol·L-1 HAc酸化，再加入少量FeSO·7H2O固體(ti) ，如有棕色出現，證明有NO2-存在。 

（3）取0.1mol·L-1 NaNO2 溶液和KNO3溶液各1滴，稀釋至1mL，再加入少量尿素及2滴1mol·L-1 H2SO4，以消除NO2-對鑒定NO3-的幹擾，然後按（1）步驟進行棕色環試驗。 

8. 磷酸鹽的性質 

   （1）用pH試紙分別測定0.1mol·L-1 的Na3PO4、Na2HPO4 和NaH2PO4 溶液的pH值。寫(xie) 出有關(guan) 反應方程式並加以說明。 

   （2）在3隻試管中各加入幾滴0.1mol·L-1 CaCl2溶液，然後分別滴加0.1mol·L-1 的Na3PO4溶液、Na2HPO4溶液和NaH2PO4 溶液，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 反應的離子方程式。 

（3）在試管中加入幾滴0.1mol·L-1 CuSO4溶液，然後逐滴加入0.1mol·L-1 Na4P2O7溶液至過量，觀察現象，寫(xie) 出有關(guan) 反應的離子方程式。 

   （4）在0.1mol·L-1 CaCl2溶液，加入0.1mol·L-1 Na2CO3溶液，再滴加0.1mol·L-1 Na5P3O10溶液，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 反應的離子方程式。 

9. PO43-的鑒定 

取0.1mol·L-1 Na3PO4溶液5滴，加0.5mL濃HNO3，再加1mL鉬酸銨試劑，在水浴上微熱到40℃～45℃，觀察現象，寫(xie) 出反應方程式。 

10．三種白色晶體(ti) 的鑒別 

有三種白色晶體(ti) ，*種可能是NaNO2或NaNO3，第二種可能是NaNO3 或NH4NO3，第三種可能是NaNO3或Na3PO4。分別取少量固體(ti) 加水溶解，並設計簡單的方法加以鑒別。寫(xie) 出實驗現象及有關(guan) 的反應方程式。 

思考題 

1. 為(wei) 什麽(me) 硼砂的水溶液具有緩衝(chong) 作用？怎樣計算其pH值？ 

2. 鑒定NH4+時，為(wei) 什麽(me) 將Nessler試劑滴在濾紙上檢驗逸出的NH3，而不是將Nessler試劑直接加到含NH4+的溶液中？ 

3. NO3-的存在是否幹擾NO2-鑒定？ 

4. 用鉬酸銨鑒定PO43-時為(wei) 什麽(me) 要在硝酸介質中進行？