主族元素

7.4主族金属(碱金属、碱土金属、铝、锡、铅、锑、铋)

一、实验目的

1.比较碱金属、碱土金属的活泼性；

2.试验并比较碱土金属、铝、锡、铅、锑、铋的氢氧化物和盐类的溶解性；

3.练习焰色反应并熟悉使用金属钠、钾的安全措施。

二、实验原理

主族金属包括ⅠA、ⅡA、p区位于硼到砹梯形连线的左下方元素。金属元素的金属性表现在：其单质在能量不高时，易参加化学反应，易呈现低的正氧化态，并形成离子键化合物；标准电极电势是有较负的数值，氧化物的水合物显碱性，或两性偏碱性。

碱金属和碱土金属位于ⅠA和ⅡA族，在同一族中金属活泼性由上而下逐渐增强；在同一周期中从左至右逐渐减弱。例如碱金属和碱土金属都易和氧化合。碱金属在室温下能迅速地与空气中的氧反应。钠、钾在空气中稍微加热即可燃烧生成过氧化物和超氧化物。碱土金属活泼性略差，室温下这些金属表面会缓慢生成氧化膜。加热燃烧时除可生成正常氧化物外，还可生成氮化物。

碱金属盐类最大的特点是易溶于水。也有少数盐难溶于水，它们经常被用来鉴定碱金属离子。Li+的难溶盐有LiF、Li2CO3、Li3PO4等；Na+的难溶盐有醋酸铀酰锌钠（NaAc·ZnAc2·3UO2Ac2·9H2O，淡黄色）、Na[Sb(OH)6]等；K+的难溶盐有六亚硝酸根合钴(Ⅲ)酸钠钾（K2Na[Co(NO2)6]，亮黄色）、四苯基硼酸钠（K[B(C6H5)4]，白色）、酒石酸氢钾（KHC4H4O6，白色）。

碱土金属盐类的重要特征是它们的难溶性，除氯化物、硝酸盐、硫酸镁、铬酸镁、铬酸钙易溶于水外，其余碳酸盐、硫酸盐、草酸盐、铬酸盐皆难溶。

氢氧化铝是两性氢氧化物，它可溶于过量的碱生成Al(OH)4-。Al3+还能与一些配体形成稳定的配合物，如AlF63-，Al(C2O4)33-和Al(edta) -等。

无论是+2还是+4氧化态，锡、铅的氢氧化物都是两性的。PbCl2和PbI2都是微溶化合物，但是都可以溶于沸水，还能分别形成PbCl42-和PbI42-配离子。另外一个重要化合物是PbAc2，它是一种可溶性的电解质，被用于制备试纸以检验H2S 气体。

+3氧化态砷、锑、铋的氢氧化物有H3AsO3，Sb(OH)3和Bi(OH)3，它们的酸

性依次减弱，碱性依次增强。H3AsO3和Sb(OH)3是两性氢氧化物，而Bi(OH)3的碱性大大强于酸性，Bi(OH)3只能微溶于浓的强碱溶液中。H3AsO3仅存在于溶液中，Sb(OH)3和Bi(OH)3而都是难溶于水的白色沉淀。

锡(II/IV)、砷(III/V)、锑(III/V)、铅(II)和铋(III/V)，都能形成难溶硫化物，除了PbS、Bi2S3为黑色以外，其它都呈黄到褐色。根据性质的不同，这些硫化物可以溶于HCl、NaOH、Na2S、多硫化钠等溶液中的一种或者数种，全部能溶于浓HNO3.

由于惰性电子对效应，铅(IV)和铋(V)在酸性溶液中都具有强氧化性，可以把Mn2+氧化成MnO4-。

三、实验用品

仪器：小刀、镊子、离心机

固体药品：钠、钾、镁条、铝片、醋酸钠、铋酸钠、二氧化铅、醋酸铅

液体药品（单位为mol·L-1)：NaCl（1）、KCl（1）、MgCl2（0.5）、LiCl（1）、SrCl2（0.5）、CaCl2（0.5）、新配制的NaOH（2）、NaOH（6）、氨水（6）、A1C13（0.5）、SnCl2（0.5）、Pb(NO3)2（0.5）、SbCl3（0.5）、Bi(NO3)3（0.5）、NH4C1（饱和）、SnCl4（0.5）、HCl（2）、HNO3（2、6、浓）、(NH4)2S x、(NH4)2S （新配0.1）、K2CrO4（0.5）、KI（1）、Na2SO4（0.1）、KMnO4（0.01）、MnSO4（0.002）、次氯酸钠溶液

四、实验内容

1．钠、钾、镁、铝的性质

⑴钠与空气中氧气的作用

用镊子取一小块（绿豆大小）金属钠，用滤纸吸干其表面的煤油，立即放在坩埚中加热。当开始燃烧时，停止加热。观察反应情况和产物的颜色、状态。冷却后，往坩埚中加入2mL蒸馏水使产物溶解，然后把溶液转移到一支试管中，用pH试纸测定溶液的酸碱性。再用2mol·L-1H2SO4酸化，滴加1～2滴0.002 mol·L-1KMnO4溶液。观察紫色是否褪去。由此说明水溶液是否有H2O2，从而推知钠在空气中燃烧是否有Na2O2生成。写出以上有关反应式。

⑵金属钠、钾、镁、铝与水的作用

分别取一小块（绿豆大小）金属钠和钾，用滤纸吸干其表面煤油，把它们分

别投入盛有半杯水的烧杯中，观察反应情况。为了安全起见，当金属块投入水中时，立即用倒置漏斗覆盖在烧杯口上。反应完后，滴入1～2滴酚酞试剂，检验溶液的酸碱性。根据反应进行的剧烈程度，说明钠、钾的金属活泼性。写出反应式。

分别取一小段镁条和一小块铝片，用砂纸擦去表面的氧化物，分别放入试管中，加入少量冷水，观察反应现象。然后加热煮沸，观察又有何现象发生，用酚酞指示剂检验产物酸碱性。写出反应式。

另取一小片铝片，用砂纸擦去其表面氧化物，然后在其上滴加2滴0.2mol·L-1 HgCl2溶液，观察产物的颜色和状态。用棉花或纸将液体擦干后，将此金属置于空气中，观察铝片上长出的白色铝毛。再将铝片置于盛水的试管中，观察氢气的放出，如反应缓慢可将试管加热观察反应现象。写出有关反应式。

2．镁、钙、钡、铝、锡、铅、锑、铋的氢氧化物

(1)在8支试管中，分别加入浓度均为0.5mol·L-1的MgCl2，CaCl2，BaCl2，A1C13，SnCl2，Pb(NO3)2，SbCl3，Bi(NO3)3溶液各0.5mL，均加入等体积新配制的2mol·L-1 NaOH溶液，观察沉淀的生成。写出反应方程式。

把以上沉淀分成两份，分别加入6mol·L-1NaOH溶液和6mol·L-1HCl溶液，观察沉淀是否溶解。总结这些氢氧化物的酸碱性质，写出反应方程式。

(2)在2支试管中，分别盛有0.5mL0.5mol·L-1MgCl2、A1C13，加入等体积0.5 mol·L-1NH3·H2O，观察反应生成物的颜色和状态。往有沉淀的试管中加入饱和NH4Cl溶液，又有何现象？为什么？写出有关反应方程式。

3．I A、ⅡA元素的焰色反应

取镶有镍铬丝的玻棒一根，浸于纯6mol·L-1HCl溶液中（放在小试管内），然后取出在氧化焰中灼烧片刻，再浸入酸中，再灼烧，如此重复二至三次，至火焰不再呈现任何离子的特征颜色才算此铂丝洁净。

用洁净的铂丝分别蘸取1mol·L-1LiCl，NaCl，KCl，CaCl2，SrCl2，BaCl2溶液在氧化焰中灼烧。观察火焰的颜色。在观察钾盐的焰色时要用一块钴玻璃片滤光后观察。本书末插图描述了火焰的颜色。

4．锡、铅、锑和铋的难溶盐

(1)硫化物（参见附注）

(2)铅的难溶盐