P区非金属元素：卤素 氧 硫 氮 磷 硅 硼

7.3 P区非金属元素：卤素 氧 硫 氮 磷 硅 硼

一、实验目的

1.掌握卤素离子及S2-的还原性；

2.掌握氯和氮的含氧酸、含氧酸盐的氧化性、热稳定性；

3.掌握H

2O

2

的氧化还原性和不同价态硫的化合物的性质；

4.掌握磷酸盐的重要性质；

5.掌握硅酸、硼酸的重要性质。

二、实验原理

卤素(氟、氯、溴、碘)、氧、硫、氮、磷、硅、硼均为P区非金属元素。

卤素单质都是强氧化剂，其氧化性顺序为F2 > Cl2 > Br2 > I2；而卤素离子的还原性顺序恰好相反，为F-< Cl-< Br-< I-。相关标准电极电位如下： 电对F2／F-Cl2／Cl-Br2／Br-I2／I-

E°／V 2.87 1.36 1.065 0.535

卤素单质的氧化性和X-1的还原性请同时参考“氧化还原反应和电化学”实验。

氧的性质活波，形成为数众多的化合物，它们是元素化学的重点。过氧化氢是经常使用的氧化剂，其水溶液比较稳定，但光、热、金属离子的存在或者增加溶液的碱性都可以加速其分解。除具有氧化性外，过氧化氢又有还原性。把过氧化氢加入重铬酸钾的酸性溶液中得到一种美丽的蓝色化合物。该化合物可以被乙

醚萃取而得到稳定。蓝色化合物为过氧化铬Cr(O

2)

2

O，可以与溶液中的过量的过

氧化氢反应而被分解。

2Cr(η2-O

2)

2

O + 7H2O2+ 6H+= 2Cr3+ + 7O2 + 10H2O

硫单质表现为既有氧化性又有还原性、磷单质则基本表现为还原性。由于S2-具有较大的变形性，所以和多种金属离子生成颜色不同，溶解度不同的金属硫化物。例如，Na2S可溶于水；ZnS（白色）难溶于水，易溶于稀盐酸；CdS（黄色）不溶于稀盐酸，易溶于较浓盐酸；CuS（黑色）不溶于盐酸，可溶于硝酸；HgS （黑色）不溶于硝酸，可溶于王水。依据金属硫化物溶解度和颜色的不同，可分离和鉴定金属离子．

在含氧酸和含氧酸盐中，卤素（氟除外）和氮的含氧酸及其盐都具有相当强的氧化性和热不稳定性，因而许多氯酸盐、次氯酸盐、亚硝酸盐都是常用的氧化

剂．

卤素单质的歧化反应较硫、氮、磷更易于进行，这是卤素的一个重要性质。将氯气通入冷的碱溶液中生成次氯酸盐；通入热的碱溶液中则生成氯酸盐：

Cl2 + OH-= Cl-+ ClO-+ H2O

3Cl2 + 6OH-= 5Cl-+ ClO3-+ 3H2O

卤素和氮的含氧酸盐中一个明显的特征是较低氧化态比较高氧化态的氧化性较强。例如，亚硝酸盐的氧化性比硝酸盐的氧化性强，次氯酸盐的氧化性比氯酸盐的氧化性强。次氯酸盐在碱性溶液中就是强氧化剂，而氯酸盐在酸性溶液中才能表现出明显的氧化性。

8KClO3 + 24HCl(浓) ＝ 9Cl2 + 8KCl + 6ClO2(黄) + 12H2O 这些含氧酸及其盐的氧化性与它们对热不稳定性是相辅相成的。例如亚硝酸只有在较低温度下才能存在

硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐的热稳定性都较差，加热易分解放出氧。

和卤素、氮的含氧酸及其盐不同，硫的含氧酸中只有浓硫酸才具有强氧化性。过硫酸及其盐有强的氧化性，但其原因是分子中的过氧健所至。在Ag+离子的催化作用下，过二硫酸盐可将Mn2+氧化成MnO4-离子。

2Mn2+ + 5S2O82-+ 8H2O = 2MnO4-+ 10SO42-+ 16H+硫的其它含氧酸及其盐中，亚硫酸盐、硫代硫酸盐都是常用的还原剂。例如Na2S2O3能将I2还原为I-，而本身被氧化为连四硫酸钠。

2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI

中间氧化态的含氧酸及其盐，既可作氧化剂，又可作还原剂，这要看与之相反应的还原剂或氧化剂的相对强弱。例如，NaNO2既可作氧化剂将I-氧化成I2，又可作还原剂被MnO4-所氧化；Na2S2O3虽为常用的还原剂，但又可将更强的还原剂H2S氧化而生成S。

磷的含氧酸及其盐不具有明显的氧化性。正磷酸中等强度的酸性。磷的氧酸盐种类较多，较常用到的有磷酸盐、偏磷酸盐和焦磷酸盐，不同磷酸盐表现不同的性质（参见表7-3-1）。

表7-3-1 磷酸盐的性质

磷酸盐 PO43-P2O74-PO3-

AgNO3Ag3PO4↓淡黄色 Ag4P2O7↓白色 AgPO3↓白色胶状

蛋白溶液 不变化 不变化 凝固

硅酸是一种几乎不溶于水的二元弱酸，容易发生缩合作用。所以，硅酸从水溶液中析出时一般呈凝胶状，经过烘干脱水得到干燥剂硅胶。实验室中经常使用的硅(IV)物质是硅酸钠，其水溶液呈碱性，俗称水玻璃。大多数硅酸盐均不溶于水。

硼酸是一元弱酸，在水溶液中其离解反应如下：

B(OH)

3 + H

2

O = H+ + B(OH)

4

-

硼酸与其他Lewis碱也可以发生类似反应。例如多羟基化合物（如甘油）与

硼酸反应可以生成稳定的配离子[B(OCH

2CH(O)CH

2

OH)

2

]-，使其水溶液呈现强酸的

性质。

在浓硫酸的作用下，硼酸和醇可以生成挥发性的硼酸酯。硼酸酯的蒸汽在燃烧时具有特征的绿色火焰，以此可以鉴定硼酸根。

三、仪嚣与药品

仪器：试管、离心试管、烧杯、酒精灯、点滴板、离心机。

液体试剂：以下括号中的数字是浓度值，除特别注明外，单位为mol·L-1。

HCl(6)、HNO3(2、浓)、H2SO4(1、3)、硫代乙酰胺 (0.1)、H3PO4(0.1)、HAc (2)、NaOH(2)、Na2CO3(0.5)、KI(0.1, 0.2)、KMnO4(0.01、0.2)、K2Cr2O7(0.5)、Na2SO3(0.1)、Na2S2O3(0.1)、NaNO2(0.1、1)、20%Na2Si O3、Pb(NO3)2(0.2)、Na3PO4(0.1)；NaH2PO4(0.1)、Na2HPO4(0.1)、NaPO3(0.2)、K4P2O7(0.1)、AgNO3 (0.1)、MnSO4(0.002)、BaCl2(0.1)、3%H2O2(1％)、CCl4、氯水、碘水、乙醚、95%乙醇、品红溶液、鸡蛋白溶液

固体试剂：KNO3、K2S2O8、KClO3、MnO2、硼酸，硫黄粉。

其它：pH试纸、醋酸铅试纸、淀粉碘化钾试纸．

四、实验内容