无机化学实验指导书

无机化学实验II指导书 Element Chmistry Experiment Instruction Book 编 者：刘玉文 陈闽子 李建军 教 务 处 2010 年 3月

引言

至今为止，已经发现90种化学元素，20种人工合成元素。丰富多彩的物质世界主要是由这些元素构成的。真正的化学是元素化学，只有理论而没有性质那就不是化学！因此，我们的学习就是要掌握重要元素及其化合物的重要性质。实验是掌握元素及其化合物性质的有效方法，在理解的基础上进行记忆，为后续课程打下一个扎实的元素化学基础。

实验1 P区元素重要化合物的性质

实验目的

1 掌握次氯酸盐及氯酸盐的氧化性；过氧化氢的性质，硫化氢的还原性和硫化物的溶解性；

亚硫酸、硫代硫酸、亚硝酸及其盐的性质。

2 掌握锑、铋、锡、铅氢氧化物的酸碱性；铅盐的难溶性；Sn(Ⅱ)的还原性和Pb(Ⅳ)、Bi(Ⅴ)

的氧化性。

3 掌握锑、铋、锡、铅硫化物及锑、锡的硫代硫酸盐的性质； 4 掌握Sb3+、Bi3+、Sn2+、Pb2+的鉴定反应

5 了解氯、氯酸盐、硫化氢、氮的氧化物的毒性及安全知识。

实验原理

P区元素重要化合物性质:

表1-1 过氧化氢、硫化氢、硫化物的性质 物 质 1） 弱酸性，遇碱发生中和反应：主要性质 Ba(OH)2 H+2O2 +22OBaO2 H H2O2 2） 不稳定性，易分解成H2O和O2： 2H2O2MnO22H2O O+2 3） 既有氧化性，又有还原性，以氧化性为主： +42O2 P+42OPbS HbSO4 H2+2MnO4- H+6+ M+52 H2n +82O O+52O2 H H2S 有毒，又强还原性: 2++3++ H+2e 2e S+2H2S F F +42O H+4l2 H+8ClH2S C2SO4 H

除了碱金属（包括NH4+）的硫化物外，大多数硫化物难溶于水，并具有特征颜色。根据在酸中的溶解情况，可将硫化物分为四类： 硫化物 1） 可溶于稀HCl的硫化物；ZnS(白色)、MnS(肉色) 、FeS(黑色) 2） 难溶于稀HCl，能溶于浓HCl的硫化物；CdS(黄色)、PbS(黑色) 3） 难溶于浓HCl，能溶于HNO3的硫化物；CuS(黑色)、Ag2S(黑色) 4) 难溶于HNO3，只溶于王水的硫化物HgS(黑色) 表1-2氧、硫、氮的部分含氧酸及其盐的性质 氧族 物质 化值 次氯酸盐 VIIA 氯酸盐 +5 在酸性介质中有强氧化性 +1 有强氧化性 主要性质 反应举例 ++ ClO HCl(thick) HCl2 H+2O+6 ClO3 I+6 H-+32 HCl I+32O--+-+ 亚硫酸及其盐 +4 1） 热稳定性差，易分解 2） 既有氧化性又有还原性，但以还原性为主 +2OH2SO3 SO2 H-2MnO4- SO+532+6+ H2+2-+54 2Mn SO H+32O2-+2+ +22S HSO3 H3 S H+32O 1） 极不稳定，易分解 2） 有还原性，与Cl2、Br2强氧化硫代VIA 硫酸及其盐 +2 剂作用被氧化成硫酸盐；与I2弱氧化剂作用被氧化成连四硫酸盐 3） 硫代硫酸根有很强的配位能力，与许多金属离子形成配位化合物 过二硫酸及其盐 +6 1) 热稳定性差，易分解； 2) 强氧化性 2 S SOS2O32 + H+2O+2 HS2O3 + Cl42 H+52O --+2 SO42 + Cl H8+102--+ S2O32 I + I22+2 S4O62------3AgBr S [Ag(S2O3)2] Br+22O32+ +2 OK2S2O8 K2SO4 SO+2 Ag2+2-+258+ Mn S2O8 H2O --2+16+ MnO H+10424 SO+

亚硝VA 酸及其盐 +3 1） 亚硝酸极不稳定，易分解 2） 既有氧化性又有还原性，但以氧化性为主。亚硝酸盐只有在酸性介质中才显示氧化性 2HNO2 N2O3 H+2O (blue)+2 NO NO (brown) -+2- H+4+2NO2 I+22O NO I2+2 H+52 H MnO4 NO2+6-2+5+32O+ Mn NO3 H2--+ P区重要金属化合物性质：

表1-3锑、铋、锡、铅氢氧化物的酸碱性 锑、铋氢氧化物 Sb(OH)3(白色) H3SbO4(白色) 两性 两性偏酸 Bi(OH)3, Bi2O5(红色) 不稳定，易分解为Bi2O3+O2 弱碱性 弱酸性

表1-4 Sb(III)、Bi(III)、Sn(II)的还原性和Pb(Ⅳ)、Bi(Ⅴ)的氧化性 物质 Sb(III)Bi(III)和Bi(V) 氧化还原性 Sb(III) 既有氧化性，又有 ??(Sb3+/Sb) =0.212V ??(SbO43-/SbO2-) =-0.59V Sb(V) 在酸性介质中有氧化性，但不强 Bi(III) 既有氧化性，又有还可被强氧化剂氧化 ??(Bi3+/Bi) =0.320V ??(NaBiO3/Bi3+) =1.8V Bi(V) 在酸性介质中有强氧化性 反应举例 1） Sb(III)氧化还原性 2Sb3++3Sn→2Sb↓(黑色)+3Sn2+； [Sb(OH)4]-+2[Ag(NH3)2]++2OH-→ [Sb(OH)6]-+2Ag↓(黑色)+4NH3 ——鉴定Sb3+的反应； 2） Bi(III)的还原性和Bi(V)的氧化性 Bi(OH)3+Cl2+3OH-+Na+→ NaBiO3(棕黄色)+2Cl-+3H2O； NaBiO3+6HCl(浓)→BiCl3+NaCl+ Cl2↑+3H2O； 5NaBiO3+2Mn2++14H+→ 2MnO4-(紫红色)+5Bi3++5Na++7H2O ——鉴定Mn2+的反应； Sn(II)和Sn(II) 强还原性，在碱性强 ??(Sn4+/Sn2+) Pb(II) ??(PbO2/Pb2+) =1.46V 锡、铅氢氧化物 Sn(OH)2(白色) Sn(OH)4(白色) 两性 两性，以酸性为主 Pb(OH)2(白色) Pb(OH)4(棕色) 两性偏碱 两性偏酸 还原性，但均较弱 原性，在碱性介质中1） Sn(II)的还原性 2HgCl2+Sn2++4Cl-→Hg2Cl2↓(白色)+[SnCl6]2-; Hg2Cl2+Sn2+(过量)+4Cl-→2Hg↓(黑色)+[SnCl6]2- Pb(IV) 介质中还原性更 =0.15V ??[Sn(OH)6]2-/ [Sn(OH)4]2- =-0.93V

铅盐的难溶性：

化性 Pb(IV) 在酸性介质中有强氧——鉴定Sn2+和Hg2+的反应; 2Bi3++3[Sn(OH)4]2-+6OH-→2Bi↓(黑色)+3[Sn(OH)6]2- ——鉴定Bi3+的反应 2） Pb(IV)的氧化性 PbO2+4HCl(浓) →PbCl2+Cl2↑+2H2O 铅盐中只有Pb(NO3)2和Pb(OAc)2易溶于水，其他均难溶，据此作为Pb2+鉴定和分离的依据。

Pb2+ + 2Cl- →PbCl2 (白色沉淀，易溶于热水、NH4OAC、浓HCl)

+ 2I- →PbI2 (黄色沉淀，易溶于浓KI溶液)

+ CrO42- →PbCrO4 (黄色沉淀，易溶于稀HNO3、浓HCl、浓NaOH) + SO42- →PbSO4 (白色沉淀，易溶于NH4OAc和热、浓H2SO4) + CO32- →PbCO3 (白色沉淀，易溶于稀酸)

其中，在Pb2+ 溶液中加入CrO42-生成黄色沉淀是Pb2+的鉴定反应。

表1-5 Sb(III)、Sb(Ⅴ)、 Bi(III)、Sn(II) 、Sn(Ⅳ)、Pb(Ⅱ)硫化物的性质 硫化物 颜色 试剂 Na2S Na2S2 HCl NaOH

Sb2S3 橙红 Na3SbS3 Na3SbS4 SbCl3+ H2S Na3SbS3 Sb2S5 橙红 Na3SbS4 SbCl3+ H2S+S +Na3SbS4 Bi2S3 黑色 _ BiCl3+ H2S _ SnS 棕色 _ Na2SnS3 SnCl2+ H2S _ SnS2 黄色 Na2SnS3 H2[SnCl6] +H2S Na2SnO3 +Na2SnS3 PbS 黑色 _ H2[PbCl4] +H2S _ Na3SbS4+S _ Na2SnS3+S _ Na3SbO3+ Na3SbO3S 仪器和药品

仪器：试管、离心试管、试管夹、酒精灯、水浴加热烧杯、离心机等。

药品：KMnO4（0.01mol/L）、H2O2（3%）、KI（0.1mol/L、0.01mol/L）、ZnSO4（0.2mol/L）、

CdSO4（0.1mol/L）、 CuSO4（0.1mol/L）、 （NH4）2S（0.1mol/L）、 FeSO4（0.2mol/L）、 Hg(NO3)2（0.1mol/L）、 KNO3（0.1mol/L）、 SbCl3（0.1mol/L）、 Bi(NO3)（0.1mol/L）、 SnCl2（0.5mol/L）、 SnCl4（0.5mol/L）、 Pb(NO3)2（0.1mol/L）、 AgNO3（0.1mol/L）、 MnSO4（0.1mol/L）、 HgCl2（0.1mol/L）、 K2CrO4（0.1mol/L）、 NH4OAc（2mol/L）、

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