实验十　氮和磷

【实验目的】

（1）掌握硝酸、亚硝酸及其盐的性质。

（2）了解氨和铵盐的主要性质。

（3）了解磷酸盐的主要性质。

【实验原理】

硝酸是强酸，又是强氧化剂。硝酸与非金属反应时，常还原为NO；与金属反应时，还原产物主要取决于硝酸的浓度和金属的活动性。浓硝酸通常被还原为NO2，稀硝酸通常被还原为NO。当活泼金属如Fe、Zn、Mg与稀的硝酸反应时，主要还原产物为NO，与很稀的硝酸作用时产物为N2O甚至为NH3。

硝酸盐在常温下较稳定，受热时稳定性较差，容易分解，一般放出氧气，所以他们都是强氧化剂。

亚硝酸很不稳定，仅存在于冷的稀溶液中。其溶液浓缩或加热时按下式分解：

NaNO2+H2SO42HNO2+Na2SO4　　（1）

2HNO2N2O3（蓝色）+H2O　　（2）

N2O3NO+NO2（棕色）　　（3）

亚硝酸盐遇酸生成不稳定的HNO2，HNO2即分解为N2O3，使水溶液呈浅蓝色，N2O3又分解为NO2和NO，使气相出现NO2的红棕色。

亚硝酸中氮的氧化值为+3，故其既有氧化性，又有还原性，溶液的酸碱性影响氮的氧化还原能力。

氨能与各种酸发生反应生成铵盐。铵盐遇碱有氨气放出，可用于鉴定的存在，鉴别方法有两种：

①用NaOH溶液与反应，在加热的情况下放出氨气，使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

②用奈斯勒试剂（K2［HgI4］）的碱性溶液和反应，可以生成红棕色沉淀。

磷酸是中强三元酸，可以生成三种类型的盐，分别为正盐（含）、酸式盐磷酸一氢盐（含）和磷酸二氢盐（含）。

【实验仪器和试剂】

仪器：温度计，试管，蒸发皿，烧杯，酒精灯，坩埚，烧杯。

试剂：NH4NO3（s），NH4Cl（s），Ca（OH）2（s），KNO3（s），Cu（NO3）2（s），AgNO3，FeSO4·7H2O（s），Na2HPO4（s），（NH4）2SO4（s），PCl5（s），NaNO2（饱和、0.01mol·L-1、0.5mol·L-1），Na4P2O7（0.1mol·L-1），NaPO3（0.1mol·L-1），Na2HPO4（0.1mol·L-1），NaH2PO4（0.1mol·L-1），NaNO3（0.5mol·L-1），NH3·H2O（浓、2mol·L-1），H2S（饱和水溶液），奈斯勒试剂（K2［HgI4］+KOH），对氨基苯磺酸，α-萘胺，四氯化碳，蛋白溶液，硫黄粉，铜片，锌片，铝屑，石蕊试纸，pH试纸，AgNO3（0.1mol·L-1），CaCl2（0.1mol·L-1），KI（0.1mol·L-1），KMnO4（0.1mol·L-1），Na3PO4（0.1mol·L-1），NH4NO3（0.1mol·L-1），HCl（浓、2mol·L-1），NaOH（40％、2mol·L-1、6mol·L-1），H2SO4（浓、1mol·L-1、3mol·L-1），HAc（2mol·L-1、6mol·L-1），HNO3（浓、稀、2mol·L-1）。

【实验步骤】

一、氨和铵盐的性质

1.氨的实验室制备及其性质

（1）制备　称取3gNH4Cl（s）及3gCa（OH）2（s）混合均匀后装入一支干燥的大试管中，制备和收集氨气（制备过程应注意什么问题？）。用塞子塞紧氨气收集管管口，留作下列实验使用。

（2）性质

①在水中的溶解　把盛有氨气的试管倒置在盛有水的大烧杯或水槽中，在水下打开塞子，轻轻摇动试管，观察有何现象发生？当水柱停止上升后，用手指堵住管口并将试管自水中取出。

②氨水的酸碱性　试验上述试管内溶液的酸碱性。

③氨的加合作用　在一小坩埚内滴入几滴浓氨水，再把一个内壁用浓盐酸湿润过的烧杯罩在坩埚上，观察现象，写出反应式列于表2-8。

注：以下实验内容参考表2-8，自行设计表格，书写反应方程式和实验现象。

2.铵盐的性质及检出

（1）铵盐在水中溶解的热效应　试管中加入2mL水，测量水温后再加入2gNH4NO3（s），用小玻璃棒轻轻搅动溶液，再次测量溶液温度，记录温度变化，并作理论解释。（NH4）2SO4（s）、NH4Cl（s）等铵盐溶于水时将是吸热还是放热？为什么？

（2）铵盐的热分解　分别在三支已干燥的小试管中加入约0.5gNH4Cl（s）、NH4NO3（s）、（NH4）2SO4（s）；用试管夹夹好，管口贴上一条已湿润的石蕊试纸，均匀加热试管底部。观察这三种铵盐的热分解的异同，分别写出反应式。在NH4Cl试管中较冷的试管壁上附着的白色霜状物质是什么？如何证实？

（3）铵盐的检出反应

①气室法检出　取几滴硝酸铵溶液0.1mol·L-1置于一表面皿中心，另一表面皿中心贴附有一小条湿润的pH试纸，然后在硝酸铵溶液中滴加6mol·L-1NaOH溶液至呈碱性，将贴有pH试纸的表面皿盖在硝酸铵溶液的表面皿上形成“气室”，将气室置于水浴上微热，观察pH试纸颜色的变化。

②取几滴硝酸铵溶液，加入2滴2mol·L-1NaOH溶液，然后再加入2滴奈斯勒试剂（K2［HgI4］+KOH），观察红棕色沉淀的生成。

二、亚硝酸及其盐的性质

1.亚硝酸的生成与分解

把已用冰水冷冻过的约1mL饱和NaNO2溶液与约1mL3mol·L-1H2SO4混合均匀。观察现象，溶液放置一段时间后又有什么变化？为什么？写出反应式。

2.亚硝酸的氧化性

取少量0.1mol·L-1KI溶液用1mol·L-1的H2SO4酸化，再加入几滴NaNO2溶液，观察反应及产物的色态，微热试管，又有什么变化？写出反应式。

3.亚硝酸的还原性

几滴0.1mol·L-1的KMnO4溶液用1mol·L-1的硫酸酸化后滴加0.5mol·L-1NaNO2溶液，观察现象，写出反应式。

4.亚硝酸根的检出

①取1～2滴0.01mol·L-1NaNO2溶液，加入几滴6mol·L-1HAc酸化后再加入一滴对氨基苯磺酸和一滴萘胺溶液，溶液应显红色，表明溶液中含有。（注：的浓度不宜太大，否则红紫色将很快褪去，生成褐色沉淀与黄色溶液。）

②在少量NaNO2溶液中加0.1mol·L-1KI溶液1～2滴，用H2SO4酸化后加入几滴四氯化碳，振荡试管，观察现象。四氯化碳层显紫色，表明的存在。写出有关反应方程式。

三、硝酸及其盐的性质

1.硝酸的氧化性

分别试验浓硝酸与硫［见硫族实验1.（2）②］、浓硝酸与硫化氢、浓硝酸与金属铜、稀硝酸与金属铜、稀硝酸与活泼金属（锌）的反应，产物各是什么？写出它们的反应式。总结稀硝酸与浓硝酸被还原的规律，并验证稀硝酸与Zn反应产物中NH3或的存在。

2.硝酸盐的热分解

分别试验KNO3（s），Cu（NO3）2（s），AgNO3（s）的热分解，用火柴余烬检验反应生成的气体，说明它们热分解反应的异同。写出反应式并作理论解释。

3.硝酸盐的检验

①氨水试液加入40％（质量分数）NaOH溶液至呈强碱性，再加入少量铝屑，用pH试纸检验反应产生的气体，证实的存在。写出反应式。

②少量固体FeSO4·7H2O于试管中，滴加一滴0.5mol·L-1NaNO3溶液及一滴浓硫酸。观察现象。反应式为：

四、磷酸盐的性质

1.磷酸盐的酸碱性

①分别检验正磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐水溶液的pH值。

②分别检验Na3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4水溶液的pH值。

以等量的AgNO3溶液分别加入到这些溶液中产生沉淀后溶液的pH值又有什么变化？请解释原因。

2.磷酸钙盐的生成与性质

分别向0.1mol·L-1Na3PO4、0.1mol·L-1Na2HPO4和0.1mol·L-1NaH2PO4溶液中加0.1mol·L-1的CaCl2溶液，观察有无沉淀生成？再加入2mol·L-1NH3·H2O后又有何变化？继续加入2mol·L-1HCl后又有什么变化？试给予解释并写出反应式。

3.磷酸根、焦磷酸根、偏磷酸根的鉴别

①分别向0.1mol·L-1Na2HPO4、0.1mol·L-1Na4P2O7、0.1mol·L-1NaPO3水溶液中滴加0.1mol·L-1AgNO3溶液，各有什么现象发生？生成的沉淀溶于2mol·L-1HNO3吗？

②以2mol·L-1HAc溶液酸化磷酸盐溶液、焦磷酸盐溶液后分别加入蛋白溶液，各有什么现象发生？

把以上实验结果填在表2-9中，并说明磷酸根、焦磷酸根、偏磷酸根的鉴定方法。

4.磷酸盐的转化

在坩埚中放入少许研细了的Na2HPO4粉末，小火加热，待水分完全逃逸后大火灼烧15min，冷却、检验产物中磷酸根的存在形式，写出反应式。（注：用AgNO3鉴定产物时，加HAc溶液可以消除少量对其它离子的干扰。）

五、小设计

取少量PCl5（s）溶于水中，令其水解彻底。请自行设计方案检验PCl5的水解产物。

【思考题】

（1）用奈斯勒试剂鉴定时，为何要加入氢氧化钠使NH3逸出，可否将奈斯勒试剂直接加入含的溶液中？

（2）浓硝酸和稀硝酸与金属、非金属及一些还原性化合物反应时，还原产物主要有什么？

（3）HNO3一般情况下不作为酸性反应介质的原因。

【注意事项】

亚硝酸及其盐有毒，切勿入口！