一、碱金属及其化合物的性质实验

1、实验目的

通过亲自做钠及其化合物性质的实验，加强对碱金属及其化合物的性质的认识。

2、实验器材

试管、试管夹、烧杯、胶头滴管、铁架台、酒精灯、钥匙、滤纸、粗玻璃管、带导管的橡皮塞、铂丝、蓝色钴玻璃、水槽、镊子、蒸发皿、火柴、小刀

3、实验药品

钠、Na₂O₂、Na₂CO₃、NaHCO₃、CuSO₄溶液、KCl溶液、稀盐酸、酚酞试液、澄清的石灰水

4、实验步骤

(1)钠的性质

I. 钠与水反应

①实验操作：

用镊子从煤油中取出一小块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，用小刀切出黄豆粒般大小，然后把它放入盛有蒸馏水的烧杯中，往烧杯中滴加一滴酚酞溶液，观察现象。

②实验现象

金属钠的切面呈银白色金属光泽，放入烧杯中，钠浮在水上面，熔成球状，发出“滋滋响声”，并在水中游动，水溶液逐渐变红。

③结论

2Na+2H₂O=2NaOH+H₂

II. 钠在空气中燃烧

①实验操作

用镊子从煤油中取出一小块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，用小刀切出黄豆粒般大小，然后把他放在石棉网上，用酒精灯加热，观察现象。

②实验现象

金属钠在空气中剧烈燃烧，火焰呈黄色，钠在燃烧过程中熔成球状，反应后生成淡黄色物质。

③结论

2Na+O₂=Na₂O₂

(2)过氧化钠的性质

I. 过氧化钠与水的反应

①实验操作

取少量Na₂O₂于试管中，往试管中滴加少量水，用带火星的木头放在试管口，观察现象。

②实验现象

水滴到Na₂O₂中，反应激烈，产生能使带火星的木头复燃的气体。

③结论

2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂

(3)Na₂CO₃与NaHCO₃的性质

II. NaHCO₃的不稳定性

①实验操作

取适量的NaHCO₃固体于大号试管中，用带导管的橡皮塞塞紧试管口，用酒精灯加入，将导气管与盛有澄清石灰水的试管中，观察现象。

②实验现象

加热一段时候后，试管内壁出现水珠，澄清石灰水变浑浊。

③结论

2NaHCO₃=Na₂CO₃+2CO₂+H₂O

III. Na₂CO₃、NaHCO₃与酸反应

①实验操作

分别取适量Na₂CO₃、NaHCO₃固体，配成溶液，然后取等量的溶液与试管中，分别往两支试管中滴加一滴盐酸溶液观察现象。

②实验现象

盐酸滴加到Na₂CO₃溶液中，产生气泡的速度没有盐酸滴加到NaHCO₃溶液中产生气泡的速度快

③结论

对于Na₂CO₃，发生反应为CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-;HCO₃^-+H⁺=H₂O+CO₂。而对于NaHCO₃发生的反应为HCO₃^-+H⁺=H₂O+CO₂。

(4)用颜色反应检验Na⁺、K⁺、Cu²⁺

①实验操作

将铂丝蘸浓盐酸在无色火焰上灼烧至无色;蘸取试样在无色火焰上灼烧，观察火焰颜色(若检验钾要透过钴玻璃观察)将铂丝再蘸浓盐酸灼烧至无色;

②实验现象

观察到Na⁺的火焰呈黄色，K+的火焰透过蓝色股玻璃呈紫色，Cu²⁺的火焰呈绿色。

③结论

焰色反应不是化学反应，是物理过程。

5、实验讨论

(1)在NaHCO₃加热分解的实验时，先将导管移出烧杯，然后再熄灭酒精灯的原因：防止倒流。

(2)做好焰色反应的关键：关键是将铂丝灼烧至无色。

6、注意事项

(1)不要用手直接接触金属钠

(2)实验中所取钠块不得超过黄豆粒大小。

例1、某课外学习小组在学习了Na₂O₂与CO₂的反应后，认为Na₂O₂与SO₂应该也可以反应。

他们设计了下图装置(夹持装置已略去，装置的气密性良好)进行实验，探究SO₂与Na₂O₂反应的产物，请按要求回答下列问题。

写出装置A中发生反应的化学方程式： Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂+H₂O 。

装置D的作用：除了可以防止空气中的CO₂、水蒸气等进入C中与Na₂O₂反应，还可以 吸收尾气 在通入足量的SO₂与Na₂O₂充分反应后，他们对C中固体产物提出如下假设：

假设1：只有Na₂SO₃;假设2： 只有Na₂SO₄ ;假设3：既有Na₂SO₃，又有Na₂SO₄。

(1)若假设1成立，写出SO₂与Na₂O₂反应的化学方程式： 2Na₂O₂+2SO₂=2Na₂SO₃+O₂ 。

(2)为进一步确定C中反应后固体产物的成分(Na₂O₂已反应完全)，甲同学设计了如下实验：

甲同学由此得出结论：产物是Na₂SO₄，该方案是否合理 否 (填“是”或“否”)，理由是 硝酸有强氧化性，硝酸可以将BaSO₃沉淀氧化为BaSO₄ 。

(3)乙同学设计了如下实验验证假设3成立，请帮助他完成下表。

步骤②中将产生的气体通入少量酸性KMnO₄溶液中，发生反应的离子方程式为： 2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺ 。

二、铝及其化合物性质实验

一、铝的燃烧实验探究

实验原理：4Al+3O₂2Al₂O₃

实验步骤：将铝片剪成长5~8cm、宽0.2~0.3cm铝条，绕成螺旋状，一段绕紧一根火柴。实验时，用坩埚钳夹紧铝条的另一端，点燃铝条上的火柴，待火柴快要燃烧完时，将铝条伸入盛有氧气的集气瓶(瓶底盛有少量水)中，观察到的现象是发出耀眼的白光，有少量白烟。

二、铝热反应实验探究

1、实验原理：

铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。可简单认为是铝与某些金属氧化物(如Fe₂O₃、Fe₃O₄、Cr₂O₃、V₂O₅等)在高热条件下发生的反应。铝热反应常用于冶炼高熔点的金属，并且它是一个放热反应其中镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂。镁条在空气中可以燃烧，氧气是氧化剂。但插入混合物中的部分镁条燃烧时，氯酸钾则是氧化剂，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发金属氧化物和铝粉的反应。

2、实验步骤：

①把少量氧化铁和少量铝粉充分混合。

②少许的铝热剂与少量完全粉碎的氯酸钾充分混合。将它撒在铝热剂上面。

③在铝热剂上插上一根镁条，以使镁带燃烧时产生足够的热量点燃铝热剂。点燃镁条后，戴好墨镜，以防闪光伤眼。

④在铝热剂下放一些废铁，可以被铝热剂燃烧时产生大量的热量熔化，变成炙热，亮黄色的铁水，非常壮观。注意安全。

⑤实验现象：铝条剧烈燃烧，放出大量热能，使氧化铁粉末和铝粉在高温下发生剧烈的氧化还原反应。最终生成液态的铁和氧化铝。

三、氢氧化铝的制备和性质探究

例2、为了研究铝的某些化学性质及测定某镁铝合金中铝的质量，同学们进行了如下实验：

【实验一】用一张已除去表面氧化膜的铝箔紧紧包裹在试管外壁(如图1)，将试管浸入硝酸汞溶液中，片刻取出，然后置于空气中，不久铝箔表面生出“白毛”，根据实验现象回答下列问题：

(1)写出上述过程发生的化学反应中置于置换反应的化学方程式： Al+3Hg(NO₃)₂=2Al(NO₃)₃+3Hg 。该反应放出大量的热，红墨水柱左端 下降 (填“上升”或“下降”)。

(2)铝片上生成的白毛是 Al₂O₃ (用化学式表示)

【实验二】测定某铝镁合金(不含其它元素)中镁的质量分数，可以设计多种实验方案进行探究。现在有同学使用如图2装置来测定。请填写下列空白。

(3)装置中导管a的作用是：① 使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，稀硫酸能顺利滴下 ;②消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差。

(4)实验结束时，在读取碱式滴定管中液面的体积读数时，你认为合理的是 bc 。

a. 不需等待实验装置冷却后立即开始读数

b. 上下移动右边的滴定管，使其中液面与左边液面相平

c. 应该读取滴定管粗细交界点处对应的刻度

实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V₁ mL、V₂ mL。则产生氢气的体积为 V₁-V₂ mL。

三、镁及其化合物的性质实验

探究镁与水、盐酸的反应

1、实验目的

探究镁与水、盐酸及铝与盐酸反应的化学性质

2、实验原理

元素周期律

3、实验仪器

试管、砂纸、酒精灯

4、实验药品

镁条、蒸馏水、酚酞、铝片、盐酸

5、实验步骤

(1)取一小段镁条，用砂纸擦去表面上的氧化膜，放入试管中。向试管中加入2mL水，并滴入2滴酚酞，观察现象;过一会再加热试管使水沸腾，再观察现象。镁与冷水反应缓慢，与废水迅速反应产生大量的气泡，并且溶液变成浅红色。

(2)取大小、厚度和表面积相同的镁、铝各一片，用砂纸擦去表面上的氧化膜，分别放入两支试管中。向两支试管中都加入2mL 1mol/L的盐酸，观察现象。镁与盐酸剧烈反应并产生大量气泡，铝与盐酸反应也产生大量气泡，但不如镁与盐酸反应剧烈。

6、实验结论

(1)钠与镁都能与水反应，但镁与水反应较难。

(2)镁与铝都能与盐酸反应，但镁与盐酸反应更剧烈。

例3、镁是一种很活泼的金属，常用作脱硫剂、脱氧极及。现在，某化学兴趣小组对金属镁的性质进行实验探究。他们首先在网络上查找到了一些关于金属镁的性质的方程式如下：

①2Mg+O₂2MgO;②3Mg+N₂Mg₃N₂;

③2Mg+CO₂2MgO+C

④Mg+H₂OMgO+H₂;

⑤Mg₃N₂+6H₂O=3Mg(OH)₂+2NH₃;

完成下列填空：

现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg₃N₂)。实验装置如下(部分夹持仪器省略)。

(1)装置F的作用是 除去空气中的O₂ 。通气后，如果同时点燃A、F装置的酒精灯，对实验结果的影响是 制得的氮化镁将不纯 ，产生这一现象的原因是 因为A装置没有排完空气前就加热会让空气中的氧气、CO₂、水蒸气等与镁反应 。

(2)请设计一个实验，验证产物是氮化镁： 将产物取少量置于试管中，加入适量水，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，如果能够看到润湿的红色石蕊试纸变蓝，则说明产物是氮化镁 。

镁在电子工业中利用镁制取硅的反应为：2Mg+SiO₂2MgO+Si;同时有副反应发生：2Mg+SiMg₂Si;Mg₂Si遇盐酸迅速反应升恒SiH₄(硅烷)。SiH₄在常温下是一种不稳定、易分解的气体。

(3)图(甲)是进行Mg与SiO₂反应的实验装置。由于O₂的存在对该实验有较大影响，实验中应通入X气体作为保护气。X气体应选用①CO₂、②N₂、③H₂中的 ③ (选填编号)。实验开始时，必须先通入X的气体，再接通电源加热反应物，其理由是 防止加热条件下H₂与空气混合爆炸 ;当反应引发后，切断电源，反应能继续进行，其原因是 Mg与SiO₂的反应式放热反应 。

(4)图(乙)所示装置进行的实验如下：先关闭K，使A中暗影进行;加热玻璃管C，可观察到C管中发出耀眼白光，产生白烟，管壁上附着有淡黄色物质。实验完成后，将C管中固体全部加入盐酸中，有臭鸡蛋气味的气体生成。C中的Mg应放在不锈钢垫片上而不能直接接触管壁，这是因为 同在加热条件下，Mg能与玻璃中的SiO₂反应 。停止实验时，先打开K，再停止滴加浓硫酸并熄灭酒精灯。橡胶气胆B在实验中的作用 防止C管降温时气体压强减小，而引起D中溶液倒流 。C中全部反应产物有 MgO、S、MgS (填化学式)。

四、铁及其化合物的性质实验

一、Fe²⁺、Fe³⁺与NaOH溶液反应

1、实验操作

取两支试管，分别盛适量FeSO₄、FeCl₃溶液，加入适量NaOH溶液，观察现象。

2、实验现象

对于FeSO₄溶液，先生成的是白色沉淀，然后沉淀变成绿色，最后沉淀变成红褐色。对于FeCl₃溶液则直接生成红褐色沉淀。

3、结论

FeSO₄+2NaOH=Fe(OH)₂+Na₂SO₄;4Fe(OH)₂+2H₂O+O2₂=4Fe(OH)₃;FeCl₃+3NaOH=Fe(OH)₃+3NaCl

二、Fe²⁺、Fe³⁺与KSCN溶液反应

1、实验操作

取两支试管，分别盛适量FeSO₄、FeCl₃溶液，加入适量KSCN溶液，观察现象。

2、实验现象

对于FeSO₄溶液，滴加KSCN溶液，无明显变化;对于FeCl₃溶液，滴加KSCN溶液，迅速变成血红色。

3、结论

FeCl₃+3KSCN=3KCl+Fe(SCN)₃[血红色]

三、探究铁及其化合物的氧化性和还原性

1、实验试剂及仪器：

试剂：氯化亚铁溶液、氯化铁溶液、氯水、KSCN溶液、铁粉、锌片、铜片、稀硫酸

仪器：试管、胶头滴管

2、实验记录

例4、某同学在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化实验。

实验I：Fe³⁺转化为Fe²⁺

(1)Fe³⁺与Cu粉发生反应的离子方程式为 2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺ 。

(2)某学生用对比实验法探究白色沉淀产生的原因，请填写实验方案：

查阅资料：

已知①的化学性质与相似;②2Cu²⁺+4I^-=2CuI+I₂;

Cu²⁺与反应的离子方程式为③ 2Cu²⁺+4SCN^-=2CuSCN+(SCN)₂ 。

实验II：将Fe²⁺转化为Fe³⁺

探究上述现象出现的原因：

查阅资料：Fe²⁺+NO=Fe(NO)²⁺(棕色)

(3)用离子方程式解释NO产生的原因 3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO+2H₂O 。

(4)从化学反应速率与限度的角度对体系中存在的反应进行分析：

反应I：Fe²⁺与HNO₃反应;反应II：Fe²⁺与NO反应

①反应I是一个不可逆反应，设计实验方案加以证明 取反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K₃[Fe(CN)₆]溶液，溶液无明显变化，说明反应I是不可逆反应 。

②请用化学平衡移动原理解释溶液由棕色变为黄色的原因： Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺，导致溶液中Fe²⁺浓度降低，导致平衡Fe²⁺+NO=Fe(NO)²⁺逆向移动，最终Fe(NO)²⁺完全转化为Fe³⁺，溶液由棕色变为黄色 。