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有关“P区元素性质实验”思考题的解答

2015-05-28 11:41阅读:
有关“P区元素性质实验”思考题的解答
p区元素多是一些常见元素,有关其单质及化合物的性质,在无机化学实验教学中占有比较重要的位置。相关实验教材中多有一些思考题,以其作为无机化学实验教学的一个组成部分。为促进教学研究,就自已的理解,对这些思考题给出一个参考解答如下。
一、有关“硼、碳、硅、氮、磷”实验的思考题
1. 为什么硼砂的水溶液具有缓冲作用?怎样计算其pH
硼砂的组成虽写为Na2B4O7·10H2O,实际是以
Na2[B4O5(OH)4]·8H2O的形式存在的。其中四硼酸根离子[B4O5(OH)4]2-的结构为:
有关“P区元素性质实验”思考题的解答
从结构式可看出,四硼酸根离子是两个B(OH)3分子(以左右两个硼为中心原子),与两个B(OH)4-离子(以上下两个硼为中心原子)彼此间脱水,及两个B(OH)4-离子间脱水。共脱去5个水分子,而得到的产物。
当四硼酸根离子溶于水时当然会有反应
Na2B4O7 + 7H2O = 2NaB(OH)4 +2 B(OH)3
产物中的B(OH)3(也可写为H3BO3)实际是一个一元弱酸。它在水中的电离形式为:
B(OH)3 + H2O = H+ + B(OH)4-
也就是说硼砂溶液中的B(OH)4-B(OH)3彼此间恰好就是个共轭酸碱对,且组成为NaB(OH)4 B(OH)3 = 11。这样的溶液当然有缓冲作用。所以硼砂溶液就是一个缓冲溶液。
查得的B(OH)3Ka = 5.8×10-10pKa =9.2
缓冲溶液的计算公式为 有关“P区元素性质实验”思考题的解答。当c=c时,[H+]=Ka,即pH = pKa
这样,该溶液的pH = 9.2
2. 为什么在Na2SiO3溶液中加入HAc溶液、NH4Cl溶液或通入CO2,都能生成硅酸凝胶?
查得:酸性由强到弱依次为HAcKa = 1.8×10-5),H2CO3Ka1 = 4.2×10-7),NH4+Ka = 4.2×10-10),H2SiO3Ka1 = 2×10-10)。
可见HAcH2CO3NH4+的酸性都强于H2SiO3H2SiO3最难解离。
所以,前三种酸都能提供H+,而与碱SiO32-间发生反应 2H+ + SiO32- = H2SiO3。而产生有硅酸凝胶出现的现象。
3. 如何用简单的方法区别硼砂、Na2CO3Na2SiO3这三种盐的溶液?
由于其对应酸的溶解性与稳定性间有差异。所以应该用加酸的方法来区别它们。
即在三种盐溶液中分别滴加稀硫酸(2 molL-1):
有凝胶状物质生成的为Na2SiO3H2SiO3难溶);
有气泡生成的为Na2CO3H2CO3分解出CO2);
无现象(当溶液浓度低时),或有很特殊的片状晶体生成(溶液浓度高时)的为硼砂。硼酸在25时的溶解度为5.7g/100gH2O,且随温度增大会显著变大。
4. 鉴定NH4+时,为什么将奈斯勒试剂滴在滤纸上检验逸出的NH3,而不是将奈斯勒试剂直接加到含NH4+的溶液中?
奈斯勒试剂是一个含有K2[HgI4]KOH的溶液。
该试剂与溶液中微量的NH4+离子反应,会生成特殊的棕红色碘化氨基氧合二汞()沉淀。反应方程式为:
有关“P区元素性质实验”思考题的解答


由于奈斯勒试剂中大量的KOH,能与酸性溶液中的Fe3+Cu2+等氢氧化物反应,生成有色沉淀,而干扰或掩蔽NH4+离子的检出。
所以,要排除这些干扰的最好方法就是,“在小试管中加入少量待检溶液和2 molL-1 NaOH溶液。微热,用滴有一滴奈斯勒试剂的滤纸块,在试管口检验逸出的气体中是否有氨气”。即,检验逸出的氨。
当然,如果用气室法的话,除让氨不断的与奈斯勒试剂接触并反应外,还可使NH3得到富集,检验的灵敏度会更高。
5.

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