實驗十一　主族金屬（堿金屬和堿土金屬）

【實驗目的】

1.學習鈉、鉀、鎂、鈣單質的主要性質。

2.比較鎂、鈣、鋇的碳酸鹽、鉻酸鹽和硫酸鹽的溶解性。

3.比較鋰和鎂的某些鹽類的難溶性。

4.觀察焰色反應并掌握其實驗方法。

【實驗原理】

參見《無機化學》堿金屬和堿土金屬。

堿土金屬（M）在空氣中燃燒時，生成正常氧化物MO，同時生成相應的氮化物M3N2，這些氮化物遇水時能生成氫氧化物，并放出氨氣。鈉、鉀在空氣中燃燒分別生成過氧化鈉和超氧化鉀。堿金屬和堿土金屬密度較小，由于它們易與空氣或水反應，保存時需浸在煤油、液體石蠟中以隔絕空氣和水。

堿金屬和堿土金屬（除鈹以外）都能與水反應生成氫氧化物同時放出氫氣。反應的激烈程度隨金屬性增強而加劇，實驗時必須十分注意安全，應防止鈉、鉀與皮膚接觸，因為鈉、鉀與皮膚上的濕氣作用所放出的熱可能引燃金屬燒傷皮膚。

堿金屬的絕大多數鹽類均易溶于水。堿土金屬的碳酸鹽均難溶于水。鋰、鎂的氟化物和磷酸鹽也難溶于水。

堿金屬和堿土金屬鹽類的焰色反應特征顏色見表3-9。

【儀器與試劑】

1.儀器　鑷子、小刀、瓷坩堝、燒杯（100mL）2個、表面皿、藍色鈷玻璃片、小試管、試管夾、酒精燈、坩堝、坩堝鉗、鉑絲（或鎳鉻絲）、小塊砂紙。

2.試劑　HAc（2.0mol·L-1）、HCl（2.0mol·L-1，濃）、H2SO4（0.2mol·L-1）、MgCl2（1.0mol·L-1）、CaCl2（0.1mol·L-1）、BaCl2（0.1mol·L-1）、K2CrO4（0.5mol·L-1）、Na2SO4（0.5mol·L-1）、LiCl（2.0mol·L-1）、CaCl2（0.5mol·L-1）、SrCl2（0.5mol·L-1）、BaCl2（0.5mol·L-1）、NaF（1.0mol·L-1）、Na3PO4（1.0mol·L-1）、NaCl（1.0mol·L-1）、KCl（1.0mol·L-1）、Na2CO3（飽和）、LiCl（2.0mol·L-1）、KMnO4（0.01mol·L-1）、金屬鈉、金屬鉀、鎂粉、鎂條、金屬鈣、煤油、酚酞試液、紅色石蕊試紙。

【實驗步驟】

1.鈉、鉀、鎂、鈣在空氣中的燃燒反應

（1）用鑷子取黃豆粒大小金屬鈉，用小塊濾紙吸干表面上的煤油，立即放入干燥的坩堝加熱，當鈉開始燃燒時移開酒精燈停止加熱。觀察反應過程的現象和產物的顏色、狀態。冷卻后，加入2mL去離子水使產物溶解，再加1滴酚酞試液，觀察溶液的顏色；加幾滴0.2mol·L-1H2SO4溶液酸化后（溶液紅色消失），加1滴0.01mol·L-1KMnO4溶液，觀察紫紅色是否退去。說明水溶液是否有H2O2，從而推知鈉在空氣中燃燒是否有Na2O2生成。寫出有關反應方程式。

*（2）用鑷子取綠豆粒大小金屬鉀，用濾紙吸干表面上的煤油，立即放入坩堝中，加熱到鉀開始燃燒時停止加熱，觀察焰色；冷卻到接近室溫，觀察產物顏色；加2mL去離子水溶解產物，再加1滴酚酞試液，觀察溶液顏色。寫出有關反應方程式。

（3）取0.3g左右鎂粉，放入坩堝中用酒精燈加熱使鎂粉燃燒，反應完全后，冷卻到接近室溫，觀察產物的顏色；將產物轉移到小試管中，加2mL去離子水，立即用濕潤的紅色石蕊試紙檢查試管口逸出的氣體，然后加1滴酚酞試液檢查溶液的堿性。寫出有關反應方程式。

2.鈉、鉀、鎂、鈣與水的反應

（1）在燒杯中加入約20mL去離子水，取黃豆粒大小金屬鈉，用濾紙吸干煤油，放入水中觀察反應情況，然后加1滴酚酞檢驗溶液的堿性。

（2）取綠豆粒大小金屬鉀，用濾紙吸干煤油，放入水中，立即把事先準備好的表面皿蓋在燒杯上。反應過后，加1滴酚酞檢驗溶液的堿性。比較上述兩個反應的激烈程度。

（3）取兩支試管，各加2mL水，分別加入兩小塊擦去氧化膜的鎂條，一支試管不加熱，另一支加熱至水沸騰；觀察有何現象發生。分別向試管中加1滴酚酞檢驗產物的堿性。

（4）取一小塊金屬鈣，用濾紙吸干表面的煤油或擦去石蠟后，將其放入2mL水的試管中與冷水反應。比較鎂、鈣與冷水反應的激烈程度。

3.鹽類的溶解性

（1）在三支試管中分別加入1mL 0.1mol·L-1MgCl2溶液、1mL 0.1mol·L-1CaCl2溶液和1mL 0.1mol·L-1BaCl2溶液，各加入5滴飽和Na2CO3溶液，靜置沉降，棄去清液，試驗各沉淀物是否溶于2.0mol·L-1HAc溶液。寫出實驗結論和反應式。

（2）在三支試管中分別加入1mL 0.1mol·L-1MgCl2溶液、1mL 0.1mol·L-1CaCl2溶液和1mL 0.1mol·L-1BaCl2溶液，各加5滴0.5mol·L-1K2CrO4溶液，觀察有無沉淀產生。若有沉淀產生，則分別試驗沉淀是否溶于2.0mol·L-1HAc溶液和2.0mol·L-1HCl溶液。

（3）在兩支試管中分別加入0.5mL 2.0mol·L-1 LiCl溶液和0.1mol·L-1MgCl2溶液，再分別加入0.5mL 1.0mol·L-1NaF溶液，觀察有無沉淀產生。用飽和Na2CO3溶液代替NaF溶液，重復這一實驗內容，觀察有無沉淀產生，若無沉淀，可加熱觀察是否產生沉淀。若以1.0mol·L-1Na3PO4溶液代替NaF溶液重復上述實驗，現象如何？寫出反應式和實驗結論。

4.焰色反應

將鉑絲（或鎳鉻絲）一端彎成直徑1cm的小圓環，蘸上濃HCl溶液（事先取少量濃HCl放在小試管中），在氧化焰中灼燒，再浸于濃HCl中，再灼燒，如此重復兩至三次，直至火焰不再呈現任何離子的特征顏色才算清洗干凈。

用潔凈的鉑絲蘸2.0mol·L-1 LiCl溶液，在氧化焰中灼燒，觀察火焰的顏色。以同樣的方法試驗1.0mol·L-1 NaCl溶液、1.0mol·L-1 KCl溶液、0.5mol·L-1 CaCl2溶液、0.5mol·L-1 SrCl2溶液和0.5mol·L-1BaCl2溶液。觀察并記錄火焰的顏色。試驗鉀鹽的焰色反應時，用藍色鈷玻璃片濾掉雜質鈉的黃色后進行觀察。

【注意事項】

金屬鈉、鉀平時是保存在煤油中。取用時，應在放有少量煤油的表面皿或培養皿中小心用刀子切割，用鑷子夾取，實驗時需用碎塊濾紙吸干表面的煤油。切勿與皮膚接觸，未用完的金屬碎屑絕不能隨意亂丟，必須放回原瓶中。

【思考題】

1.為什么堿金屬和堿土金屬單質一般都放在煤油中保存？它們的化學活潑性如何遞變？

2.為什么BaCO3、BaCrO4和BaSO4在HAc或HCl溶液中有不同的溶解情況？

3.為什么說焰色是由金屬離子而不是非金屬離子引起的？