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第5章 关于碱金属实验的操作和改进(5)

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O点燃镁条,迅速伸入集气瓶之中,如图2。镁条在二氧化氮中燃烧,发出耀眼的白光,光焰比镁在空气中燃烧更为明亮,瓶内气体由棕红色退为无色。打开瓶口气体不变色,用余烬木条试之,余烬熄灭,说明生成的气体为N2而不是NO。

(3)镁在二氧化硫中燃烧

如图3装置,在500毫升烧瓶中放入20克亚硫酸钠,在分液漏斗中加入16N硫酸,逐滴滴入烧瓶,产生的二氧化硫气体经浓硫酸干燥后,用排气法收集在250毫升集气瓶中。化学方程式如下:Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O点燃镁带,迅速伸入集气瓶内,镁条在二氧化硫中仍能剧烈燃烧,瓶口有黄色硫生成,瓶内则有白色的氧化镁生成。

(4)镁在氯化氢中的燃烧

将图3装置和图4装置连接起来。在500毫升烧瓶中放入20克氯化钠固体,浓硫酸从分液漏斗中滴入,烧瓶用酒精灯加热,以制取氯化氢气体。化学方程式如下:

2NaCl+H2SO4△Na2SO4+2HCl↑生成的氯化氢气体经浓硫酸干燥后,通过置有2克镁粉的硬质玻璃管(如能将镁粉装在石墨舟或瓷舟内再置于玻璃管更好)。硬质玻璃管用酒精喷灯(酒精灯亦可)加强热使镁粉燃烧,发出白光。生成的气体经空瓶及装有水的瓶(水用于吸收氯化氢)后用排水法收集之。可用爆鸣试验证明它为氢气。从硬质玻璃管中取出所生成的白色粉末,用少量蒸馏水加以溶解,取部分此溶液加01N硝酸银溶液,见有白色沉淀,再加数滴2NHNO3,沉淀并不溶解;再取部分此溶液加入1N氢氧化钠溶液可生成白色氢氧化镁沉淀。由此可证明在硬质玻璃管内白色粉末为氯化镁。

(5)镁在氨气中的燃烧

将装置1与装置4连接,即在25×200毫米试管中装入5克硫酸铵和5克氢氧化钙固体混和物,用酒精灯加热,以制取氨气。化学方程式如下:(NH4)2SO4+Ca(OH)2△CaSO4+2NH3↑+2H2O。所得气体用碱石灰干燥后通入装有2克镁粉的硬质玻璃管中。加热硬质玻璃管,镁粉也能燃烧,发出暗红色的光。最后边用排水法收集到的气体可用爆鸣试验证明它为氢气,取出硬质玻璃管中的白色粉末,它较难溶于水。将其水溶液加热有刺激性气体逸出,此气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,溶液呈碱性,内有氢氧化镁沉淀。

证明原白色粉末为氮化镁。化学方程式如下:

Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3(6)镁在硫化氢中的燃烧

将装置3和装置4连接。在烧瓶中放入20克硫化亚铁,分液漏斗中缓缓滴下浓盐酸。所得的硫化氢气体以固体氯化钙加以干燥,气流速度每分钟约8毫升左右。化学方程式如下:

FeS+2HCl=FeCl2+H2S↑将镁粉3克装在一个瓷盘或石墨盘内,再放入硬质玻璃管内加热,控制温度在600℃左右,开始反应后可加大硫化氢的流速至每分钟16毫升左右。见盘内有白色固体生成。反应生成的气体经装有氢氧化钠溶液的洗瓶后,用排水集气法收集之,用爆鸣试验证明它为氢气。取盘内少量纯白色固体溶解于水,只见与水猛烈反应,放出能使湿润醋酸铅试纸变黑的有刺激臭味的气体。

(7)镁在水蒸气中的燃烧

取一个200毫米长的具支试管,加入大约10毫升的水,然后将试管倾斜约30°固定在铁架上。再将镁条绕成螺旋状放到支管下面,在支管上连一尖嘴导管,用橡皮塞塞紧试管。用酒精灯加热水使水沸腾。同时用酒精喷灯强热放镁条部位(如图5)。镁在水蒸气中发生燃烧,生成白色氧化镁,在尖嘴导管口有白雾状气体逸出,倒放小试管收集此气体,作爆鸣试验,证明为氢气。

实验结果

镁在常见气体中的燃烧情况列表如下气体名称反应现象化学方程式氮气镁燃烧,发暗红光3Mg+N2=Mg3N2二氧化氮镁燃烧,发出耀眼白光4Mg+2NO2=4MgO+N2二氧化硫镁燃烧,发白光2Mg+SO2=2MgO+S氯化氢镁燃烧,发出白色光Mg+2HCl(气)=MgCl2+H2氨镁燃烧,发暗红色光3Mg+2NH3=Mg3N2+3H2硫化氢镁燃烧,发出白光Mg+H2S(气)=MgS+H2水蒸气镁燃烧,发出白色光Mg+H2O=MgO+H2讨论

(1)镁在氮气、二氧化氮、二氧化硫、氯化氢、氨硫化氢和水蒸汽等气体中燃烧,原则上都可将上述气体收到集气瓶中,然后,将点燃的镁带伸进瓶中,证明其可否燃烧。但是这样做往往无法证明其它气体如氢气等的生成,所以,有其它气体生成的实验,我们改在燃烧管中燃烧,便于收集燃烧后生成的气体。

(2)在燃烧管中试验,不能用镁条,只能用镁粉,因为镁华粉接触面积大,易和通过的气体发生反应。

(3)从反应的现象来看,氮气、氨和镁反应不如二氧化氮、氯化氢、二氧化硫猛烈,这是和反应物的键极性有关的,上述的所有反应都是氧化-还原反应,其中分子结构电荷不对称是有利镁的还原的。

碘和镁反应实验的改进

现行化学教材在论述卤素单质的化学性质时,新增了碘粉和镁粉在水作催化剂下反应的实验。按上述去做,反应在坩埚内进行,实验现象不明显,可见度较差,达不到演示实验的要求。

宁波十三中学马诸裕老师将上述实验改为在带侧支的烧瓶(如:蒸馏烧瓶)内进行,侧支的目的是用于排气,瓶口用大小合适的橡皮塞,塞子上带有滴管。如右图。

实验步骤如下:在蒸馏烧瓶内放入镁粉01克,碘粉05克。(书上各05克,镁粉过量太多,不利于观察实验结果。)混和,胶头滴管吸少量蒸馏水,连同橡皮塞塞好。由胶头滴管挤出1-2滴水,立刻可见容器内腾起紫红色烟雾,这是反应放出的热量使部分碘升华。然后取少量生成物,加蒸馏水溶解。取部分此溶液加入01N的硝酸银溶液,只有黄色沉淀,再加数滴2N的硝酸,沉淀不溶解。另取上述溶液少量,加入1N氢氧化钠溶液,可见有白色的氢氧化镁沉淀产生。由此证明,碘和镁反应生成碘化镁。所花时间少,现象明显。

镁和碘反应实验的改进

装置如图所示:

操作:

首先在装置背面衬一张白纸,以便观察现象明显。取05克镁粉(镁粉表面要有金属光泽)和05克碘,放在研钵里研磨,混和均匀,将混和物置于试管里,从胶头滴管中滴入1~2滴水,试管中立即出现紫色的碘蒸气,弯曲玻管中的一段蓝墨水向上升起。

改进的优点是:观察碘蒸气现象比较明显,形成的碘蒸气不会污染环境,并能说明镁与碘的反应是放热的。

关于镁和碘反应实验

在高一化学课本有一个镁粉和碘粉反应的演示实验,课本对实验的现象及水的催化原理未加说明。

碘是典型的非金属元素,它可以和除贵金属(银、铂、金)外的所有其它金属化合,但是碘粉和镁粉混和后没有任何现象,加入1~2滴水后,即猛烈反应。放出的紫色气体,是碘升华时的碘蒸气。如将实验改在大试管中进行,用火柴点燃试管口的蒸气,发现有爆鸣声,并可短暂地看到氢气燃烧的火焰。

反应式如下:

Mg(固)+I2(固)H2OMgI2(固)+1603千卡由于放出大量的热,使碘升华放出紫色的碘蒸气。

水在反应中起催化剂作用,首先与碘反应:

I2+H2OHI+HIO(1)由于生成了酸,镁是活泼金属,与强酸氢碘酸迅速反应放出氢气:

Mg+2HIMgI2+H2↑(2)HIO是很弱的酸,而且很不稳定,可能发生如下的反应:

2HIO2HI+O2↑(3)4HI+O22I2+2H2O(4)将第(1)个反应式乘2以后,四个反应式合并成:

Mg+2HIMgI2+H2↑这是个付反应。水不但起催化剂的作用,而且与碘反应生成碘化氢,不但催化了镁和碘的反应,同时直接参加了反应,放出了氢气,所以点火有爆鸣声。第(4)个反应式说明有碘生成,这部分碘直接以蒸气的形式参加升华。

镁使溴水褪色的实验

可能没有人怀疑和否认Mg能使溴水褪色,一些人会用以下化学方程式来表示Mg与溴水的反应:

Mg+Br2MgBr2四川省重庆市41中刘怀乐老师多次做了Mg跟溴水反应的实验,发现Mg跟溴水反应的过程和实质,提出了自己的看法。

实验事实实验一把一片光亮的镁条插入装有溴水的试管中,立即产生大量细腻的氢气泡。几分钟后溴水褪成无色,表示Br2消耗殆尽。

实验二把实验一所得的无色溶液分注三个试管。第一个试管加1~2滴红色墨水,第二个试管加1~2滴蓝色墨水,第三个试管放一片黄色鲜花瓣,一分钟之内,红色、蓝色、黄色都全被漂白。

实验三用铝粉、锌粉代替镁条(镁粉)只是Br2水褪色缓慢(1小时左右)、氢气泡少,最后同样得到无色溶液,该溶液具有同等效力的漂白作用。

实验四如果用氯水代替溴水去做实验一和实验二,实验现象相同,反应速度更快。

实验分析Br2水中的溴跟水中的氯相似,跟水反应存在以下化学平衡:

Cl2+H2OHClO+Cl-+H+Br2+H2OHBrO+Br-+H+在溴水中,尽管〔H+〕很小,当投入Mg、Al等活泼金属之后,H+与Mg反应,不断地释放出氢气,表明H+离子不断地在消耗,次溴酸分子就不断地增多,致使溴水跟镁反应后呈无色具有很强的漂白作用。氯水中加入Mg、Al、Zn之后反应的情况,显然要比溴水中加入Mg、Al、Zn等金属的反应来得更迅速,所以溶液就具有更强的氧化漂白能力。

可见,Mg在无水条件下跟Br2反应生成的MgBr2与Mg跟溴水反应生成MgBr2的过程和本质是不同的。前者是Mg跟Br2直接反应生成盐MgBr2,后者是Br2先通过跟水反应生成氢溴酸与Mg反应生成MgBr2。HBr(H+)的消耗,降低了上述平衡的生成物浓度,使平衡向右移动,致使另一部分Br2转变成HBrO留在溶液中。Mg、Al等金属使溴水褪色后的无色溶液。具有漂白作用的事实,有力地证明了上述解释的正确性。

镁带燃烧实验改进

现行初中课本中镁带燃烧的实验,对镁带燃烧时生成的新物质突出不够,学生往往被燃烧时耀眼的强光所迷惑,新生成的氧化镁体积小、分散、常常不能引起学生的注意。河南平顶山师专赵元芳、乐山师专舒元梯老师对这一实验进行了改进,效果较好。

镁在空气中燃烧取一根约15cm长的镁带,用砂纸擦去表面的氧化膜,用坩埚钳夹往一端在酒精灯火焰上引燃,再移至石棉网上方,让镁带下端在一个固定的位置燃烧。这样火焰集中,燃烧完全,燃烧后生成一堆白色固体物质--氧化镁。在白色固体物质上滴几滴无色酚酞试液,变红;在火焰上方产生的大量白烟中,放一条湿润的红色石蕊试纸,变蓝。强调指出,白色固体物质和白烟都是银白色的金属镁带燃烧的生成物。指示剂变色情况不要求学生理解和记忆,留下悬念。镁带在空气中燃烧的变化,可表示如下:

镁+氧气点燃氧化镁MgO2MgO表达式中物质的中文名字和分子式足以说明镁带燃烧生成了新物质。使学生从感性认识上升为理性认识。有关分子式的知识不多加介绍,只说该种物质用这种符号表示。

镁带在水中燃烧取一个盛有2ml水的表面皿,放在石棉网上,先将一根燃着的火柴接触水面,火马上熄灭。

镁带在水中燃烧

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