高中化學：重要化學實驗，步驟及結論詳解一(2)

　　⑦在一定條件下，鐵分別與O2、H2O(氣)反應時，生成物中鐵元素是什么價態？

　　⑧取少量的酸性KMnO4溶液、稀HNO3、Na2O2分裝三支試管中，分別滴加FeSO4溶液，并振蕩試管，觀察到的實驗現象分別是什么？寫出有關反應的離子方程式。

　　七．碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質

　　實驗原理：碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與強酸或強堿的反應；碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液的弱堿性；碳酸氫鈉的不穩定性。

　　實驗(1)：碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與鹽酸反應

　　實驗操作：各取少量碳酸鈉、碳酸氫鈉固體于兩試管中，分別滴入鹽酸，觀察實驗現象。各取飽和碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液5mL放入兩根試管中，分別向其中逐滴慢慢地加入0.05mol/L的稀鹽酸溶液，觀察反應現象。

　　實驗現象及結論：碳酸鈉、碳酸氫鈉固體加入鹽酸均產生無色氣體，碳酸氫鈉遇到鹽酸放出氣體比碳酸鈉劇烈得多。飽和碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液逐滴滴入鹽酸，碳酸氫鈉溶液就有氣體生成，飽和碳酸鈉溶液先無現象后生成氣體。說明碳酸鈉、碳酸氫鈉都能與鹽酸等酸反應產生CO2氣體。碳酸氫鈉與鹽酸反應放出CO2比碳酸鈉與鹽酸反應放出快，是因為加入鹽酸后，HCO3－直接與H+結合生成不穩定的H2CO3分解生成CO2。而碳酸鈉溶液中存在大量CO32－，加入鹽酸后，CO32－先與H+結合生成HCO3－，再與H+結合才能生成H2CO3，所以放出CO2速度慢。

　　Na2CO3+2HCl==2NaCl+CO2↑+H2O；

　　NaHCO3+HCl==NaCl+CO2↑+H2O；

　　Na2CO3+HCl==NaHCO3+NaCl；

　　NaHCO3+HCl==NaCl+CO2↑+H2O

　　實驗(2)：碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液分別與澄清石灰水反應

　　實驗操作：在兩支試管中分別加入2-3mL澄清石灰水，分別向其中加入少量的碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液，觀察實驗現象。

　　實驗現象及結論：兩支試管中均有白色沉淀生成。說明碳酸鈉、碳酸氫鈉都能與氫氧化鈣等堿反應。

　　Na2CO3+Ca(OH)2==2NaOH+CaCO3↓；

　　NaHCO3+Ca(OH)2==NaOH+CaCO3↓+H2O

　　實驗(3)：碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液分別測pH

　　實驗操作：分別測量0.1mol/L的碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液的pH，比較其大小。

　　實驗現象及結論：碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液的pH均大于7，且碳酸鈉溶液的pH大于碳酸氫鈉溶液的pH。說明碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液均可水解呈堿性，且碳酸鈉的水解程度大于碳酸氫鈉的水解程度。

　　CO32－+H2OOH－+HCO3－；HCO3－+H2OOH－+H2CO3

　　實驗(4)：碳酸氫鈉不穩定性質實驗

　　實驗操作：在一干燥的試管里放入碳酸氫鈉粉末，約占試管體積的1/6。試管口用帶有導管的單孔膠塞塞緊，并把試管用鐵夾固定在鐵架臺上，使管口略向下傾斜。導管的一端浸在盛有澄清石灰水的燒杯里。加熱試管，觀察實驗現象。

　　實驗現象及結論：燒杯中澄清石灰水變渾濁，試管口有水珠產生。說明碳酸氫鈉不穩定，受熱分解生成水和二氧化碳等。

　　2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O

　　問題：①如何鑒別Na2CO3和NaHCO3？有幾種方法？如果是Na2CO3溶液和NaHCO3溶液又如何鑒別？如果是Na2CO3溶液和稀鹽酸，不用試劑如何鑒別？

　　②泡沫滅火器中使用小蘇打而不使用蘇打，為什么？做面條時，為了防止面粉較長時間儲存變酸，加入適量面堿選用蘇打而不選用小蘇打，為什么？洗滌餐具及實驗室里的玻璃儀器時，選用蘇打而不選用小蘇打，為什么？治療胃酸過多時，選用小蘇打而不選用蘇打，為什么？

　　③向蘇打飽和溶液中通入足量的二氧化碳氣體會觀察到有晶體析出，為什么？

　　④如何實現Na2CO3和NaHCO3的相互轉化？

　　⑤如何除去碳酸鈉固體中少量的碳酸氫鈉？如何除去碳酸氫鈉溶液中少量的碳酸鈉？

　　⑥候氏制堿法的原理是將二氧化碳通入氨水的氯化鈉飽和溶液中，反應生成小蘇打，過濾后將小蘇打加熱分解得到純堿，請用化學方程式表示其反應原理。

　　八．氨及銨鹽的性質

　　實驗原理：氨極易溶于水，NH3與水反應，氨與酸反應。銨鹽受熱易分解，銨鹽與堿反應放出氨氣。

　　實驗(1)：氨的噴泉實驗

　　實驗操作：如圖所示，用干燥的圓底燒瓶收集的一瓶NH3，用帶有玻璃管和滴管(滴管中預先吸入水)的塞子塞緊瓶口，將燒瓶倒置在鐵架臺上。玻璃管插入到盛有水的燒杯中(水中預先滴入少量酚酞試液)，輕輕地擠壓滴管的膠頭，使少量的水進入到燒瓶，觀察現象。

　　實驗現象及結論：燒瓶內形成紅色噴泉。說明氨極易溶于水。燒杯中的水能夠進入燒瓶形成噴泉，主要是因為燒瓶內部的壓強遠遠小于外部壓強，這樣外界壓強就能夠將燒杯中的水擠壓進燒瓶，而內部壓強減小主要原因就是NH3極易溶于水。溶液顯紅色，說明氨溶于水后呈堿性。堿性又說明了氨溶于水時能與水反應產生一水合氨，它能夠部分電離出銨根離子和氫氧根離子。

　　NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH－

　　或NH3+H2ONH4++OH－

　　問題：①噴泉實驗成敗的關鍵是什么？如果噴泉的水不能夠充滿燒瓶，可能的原因有哪些？(裝置氣密性不好或瓶塞未塞緊或氨氣收集不滿或收集氨氣時燒瓶內空氣未排盡或氨氣吸潮)

　　②HCl、SO2、NO2等易溶于水的氣體能否形成噴泉？是否只有溶解度很大的氣體才能形成噴泉？SO2、CO2、Cl2等酸性氣體易溶于NaOH溶液，能否形成噴泉？CH4、C2H6、C2H4等有機物的氣體易溶于汽油等有機溶劑，能否形成噴泉？C2H4、C2H2等不飽和的有機物的氣體與溴水能否形成噴泉？

　　③如果將NO2和O2以體積比4∶1混合、NO和O2以體積比4∶3混合、HCl和NH3以體積比1∶1混合、H2S和SO2以體積比2∶1混合等，能否形成噴泉？

　　④噴泉實驗中裝滿水的膠頭滴管作用是什么？如果沒有裝滿水的膠頭滴管，請你說明引發噴泉的可能方法？

　　⑤除了以上實驗裝置外，能否采用其他裝置形成噴泉？噴泉實驗的基本原理是什么？

　　實驗(2)：氨與酸反應

　　實驗操作：分別在兩個集氣瓶中滴入幾滴濃氨水和濃鹽酸，蓋上玻璃片，然后抽去中間的玻璃片，觀察現象。

　　實驗現象及結論：瓶內產生大量白煙。說明氨能與鹽酸反應，生成固體氯化銨小顆粒分散在空氣中形成白煙。

　　NH3+HCl==NH4Cl

　　實驗(3)：銨鹽受熱易分解

　　實驗操作：取少量氯化銨固體放在試管中加熱，觀察現象。取少量碳酸氫銨固體放在試管中加熱，并將生成的氣體通入新制的澄清石灰水中，觀察現象。

　　實驗現象及結論：試管底部氯化銨固體減少，接近試管口出現白霧，又凝結成晶體附于試管壁。說明氯化銨加熱易分解，生成的兩種氣體在試管口又會重新化合生成氯化銨。試管底部碳酸氫銨固體減少甚至消失，澄清石灰水變渾濁。說明碳酸氫銨加熱易分解生成CO2、NH3、H2O。

　　NH4ClNH3↑+HCl↑；NH3+HCl==NH4Cl

　　NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O

　　實驗(4)：銨鹽與堿反應放出氨氣

　　實驗操作：如圖所示，在實驗室里常用氯化銨和氫氧化鈣加熱的方法來制取少量NH3。用向下排氣法收集并用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗NH3是否收集滿。

　　實驗現象及結論：濕潤的紅色石蕊試紙變藍。說明銨鹽與堿反應放出氨氣。

　　2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O

　　問題：①生產Cl2的化工廠常用濃氨水來檢查生產設備和管道是否漏氣，如果有白煙生成，則說明已發生漏氣，這是為什么？

　　②用試管收集氨氣時，為什么要塞一團棉花？如何干燥NH3？能否濃硫酸干燥NH3？能否用無水氯化鈣固體干燥NH3？

　　③能否使用NH4HCO3、NH4NO3代替NH4Cl？為什么？能否使用NaOH、KOH代替Ca(OH)2？為什么？使用堿石灰代替消石灰有什么優點？

　　④實驗室為了快速制得氨氣，能否用濃氨水加固體NaOH(或加堿石灰、或加生石灰)來制取？為什么？

　　九．二氧化硫和濃硫酸的性質

　　實驗原理：二氧化硫還原性和氧化性，二氧化硫的漂白性。濃硫酸的強氧化性。

　　實驗(1)：二氧化硫的還原性

　　實驗操作：用亞硫酸鈉與較濃的硫酸反應制備的二氧化硫分別通入酸性KMnO4溶液、溴水中，觀察現象。

　　實驗現象及結論：酸性KMnO4溶液和Br2水都褪色。說明SO2會被強氧化劑KMnO4和Br2氧化，體現了SO2的還原性。

　　2KMnO4+5SO2+2H2O==K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

　　SO2+Br2+2H2O==2HBr+H2SO4

　　問題：將過量SO2通入澄清石灰水中，有何現象？為什么？將SO2通入BaCl2溶液有何現象？為什么？再向其中滴加H2O2溶液或稀硝酸或氯水，有何現象？為什么？寫出有關反應的離子方程式。

　　實驗(2)：二氧化硫的氧化性

　　實驗操作：分別收集一瓶二氧化硫和硫化氫氣體，將兩瓶氣體混合，觀察現象。

　　實驗現象及結論：集氣瓶內壁有淡黃色固體和水生成。淡黃色固體是硫單質，說明SO2氧化了H2S生成S和H2O，體現了SO2的氧化性。

　　SO2+2H2S==3S↓+2H2O

　　問題：將過量SO2通入Na2S溶液中，有何現象？為什么？寫出有關反應的化學方程式。某溶液中混有Na+、S2－、SO32－、SO42－、H+等離子，能否大量共存？為什么？用離子方程式表示。

　　實驗(3)：二氧化硫的漂白性

　　實驗操作：收集一試管二氧化硫氣體，驗證其水溶性后在試管的溶液中加入品紅溶液，振蕩，觀察現象；再加熱試管，再觀察現象。

　　實驗現象及結論：品紅溶液紅色褪去，加熱后紅色又恢復。說明SO2易溶于水且具有漂白性。

　　問題：SO2的漂白原理和HClO的漂白原理是否一致呢？為什么？將SO2和Cl2分別通入紫色石蕊試液，有何現象？為什么？如果將SO2和Cl2以體積比通入品紅溶液中，有何現象？為什么？請盡可能列舉可用來鑒別SO2和CO2氣體的方法。

　　實驗(4)：濃硫酸的強氧化性

　　實驗操作：將一小片銅片放入盛有濃硫酸的試管中，加熱，觀察現象。

　　實驗現象及結論：銅片不斷溶解，溶液呈藍色，有刺激性氣味氣體生成。說明不活潑的金屬銅會被濃硫酸氧化生成硫酸銅，硫酸被還原成SO2，體現了濃硫酸的強氧化性。

　　Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O

　　問題：在濃硫酸和蔗糖發生反應的實驗中，哪些現象是表明濃硫酸的脫水性？哪些現象是表明濃硫酸的強氧化性？寫出有關反應的化學方程式。(變黑是脫水性，因為蔗糖在按照H2O的比例脫水后剩下C，故是黑色的。有刺激性氣體生成是SO2，說明濃硫酸被還原了，體現濃硫酸有強氧化性)

　　十．探究鈉、鎂、鋁單質的金屬性強弱

　　實驗原理：鈉、鎂、鋁的金屬性強弱順序是鈉﹥鎂﹥鋁。判斷金屬性強弱的依據：①單質跟水(或酸)反應置換出氫的難易程度；②最高價氧化物對應水化物的堿性強弱；③單質與鹽溶液的置換反應。

　　實驗操作：⑴Na與冷水(水中滴加酚酞試液)的反應。注意：①固體鈉的取用；②滴管的使用。

　　⑵Mg分別與冷水、熱水(水中滴加酚酞試液)的反應。注意：①用砂紙擦除鎂帶表面的氧化膜；②滴管的使用；③液體的加熱。

　　⑶Mg、Al分別與鹽酸的反應。注意：①用砂紙擦除鎂條和鋁片表面的氧化膜；②液體藥品的取用。

　　⑷MgCl2溶液、AlCl3溶液中滴加過量的NaOH溶液。注意：①液體藥品的取用；②滴管的使用。

　　實驗現象及結論：⑴Na與冷水劇烈反應，放出無色氣體，溶液變紅。2Na+2H2O==2NaOH+H2↑，Na的金屬性很強，與冷水劇烈反應，生成的NaOH是強堿，能使酚酞試液變紅。

　　⑵Mg與冷水緩慢、與沸水迅速反應，鎂帶表面有少許氣泡，鎂帶表面變微

　　紅。Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑，Mg的金屬性不如Na強，要與沸水反應，生成的Mg(OH)2是中強堿，能使酚酞試液變淺紅。

　　⑶Mg、Al與鹽酸劇烈反應，放出無色氣體，但Mg比Al更劇烈。

　　Mg+2HCl==MgCl2+H2↑，2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑，Mg為活潑金屬，與鹽酸反應劇烈；Al的金屬性不如Mg強，與鹽酸反應不如Mg劇烈。

　　⑷MgCl2溶液、AlCl3溶液中均生成白色沉淀，加過量NaOH溶液時，AlCl3溶液中生成的白色沉淀又溶解消失。

　　MgCl2+2NaOH==Mg(OH)2↓+2NaCl，AlCl3+3NaOH==A1(OH)3↓+3NaCl，

　　A1(OH)3+NaOH==Na[Al(OH)4]，根據強制弱的反應規律知堿性強順序為：NaOH(強堿)>Mg(OH)2(中強堿)>A1(OH)3(兩性氫氧化物)。

　　金屬性強弱順序為：Na>Mg>Al

　　問題：①以上實驗是如何說明鈉、鎂、鋁金屬性的強弱？為什么會有這樣的遞變規律？

　　②如何設計實驗判斷金屬的活動性順序呢？以判斷鎂、鋁、鐵、銅的金屬活動性順序為例說明。

　　③以鎂和鋁為電極，在酸性或中性介質中構成原電池，鎂為負極，鋁為正極，若在強堿性介質中構成原電池，則鋁為負極，鎂為正極。不同的結果對于判斷鎂、鋁金屬性強弱是否矛盾呢？為什么？

　　④請小結可根據哪些實驗事實來判斷金屬性強弱？