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H2O2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(O2)2O，可以与溶液中的过量的过氧化氢反应而被分解。

2Cr(η2-O2)2O + 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-+ H2O3Cl2 + 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 + H2O = 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(OCH2CH(O)CH2OH)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1．卤素、氮的含氧酸及含氧酸盐的性质(1) 次氯酸钠的氧化性往一支试管中加入2mL氯水，逐滴加入2mol·L-1NaOH至溶液呈碱性为止 (用pH试纸检验)。

将所得溶液分成三份，分别与浓盐酸、碘化钾溶液、品红溶液作用，并设法证明气体产物，记录实验现象，写出有关反应式。

(2) 氯酸钾的氧化性两支试管中分别加入少量KClO3晶体进行下列实验：在一支试管中加入约1mL浓盐酸，观察产生气体的颜色（如反应不明显，可微热）；在另外一支试管中加入约1mL水使KClO3溶解，然后加入l mL0.1mol·L-1KI 溶液和0.5mL CCl4，振摇试管，观察水层和CCl4层颜色有何变化，再在试管中加入2 mL3mol·L-1H2SO4，振摇试管，观察有何变化。

根据以上实验比较次氯酸盐与氯酸盐的性质，可得出什么结论？试用标准电极电势解释之。

(3) 亚硝酸盐的氧化还原性分别试验0.1mol·L-1NaNO2溶液在酸性介质中与0.01mol·L-1KMnO4，0.1 mol·L-1KI溶液的反应。

观察实验现象，写出反应式。

(4) 硝酸的氧化性在少许硫粉中加入l mL浓硝酸，水浴加热，反应一段时间后取几滴清液，检查有无SO42-。

写出反应式。

2.H2O2的性质(1)H2O2的分解和氧化还原性用3%H2O2、0.2 mol·L-1 Pb(NO3) 2、 0.2 mol·L-1 KMnO4、0.1 mol/L 硫代乙酰胺、3 mol·L-1H2SO4、0.2 mol·L-1 KI、MnO2(s）设计一组实验，验证H2O2的分解和氧化还原性。

(2)H2O2的鉴定反应在试管中加入2mL 3%H2O2溶液、0.5mL乙醚、1mL1 mol·L-1 H2SO4和3-4滴0.5 mol·L-1的K2Cr2O7溶液，振荡试管，观察溶液和乙醚层的颜色有何变化。

3．硫的含氧酸盐的性质(1) 硫代硫酸钠的性质用氯水、碘水、0.1 mol·L-1Na2S2O3、3mol·L-1H2SO4、0.1 mol·L-1AgNO3设计实验说明：Na2S2O3在酸中的不稳定性；Na2S2O3的还原性，以及氧化剂强弱对Na2S2O3氧化产物的影响；Na2S2O3的配位性。

由以上实验总结硫代硫酸盐的性质，写出反应式。

(2) 过二硫酸盐的氧化性往试管中加入5mL l mol·L-1H2SO45mL蒸馏水和4滴0.002mo1·L-1MnSO4溶液，加一滴0.1mo1·L-1AgNO3溶液和少量K2S2O8固体，微热之，观察溶液颜色有何变化？写出反应式。

根据以上实验试总结P区非金属元素含氧酸及其盐的氧化还原性有何规律。

4．硝酸盐的不稳定性。

在干燥的小试管中加入少量固体KNO3，加热熔化，使其分解，设法检验气体产物。

写出反应式。

5．磷酸盐的性质(1) 正磷酸各种钠盐的酸碱性分别检验0.1mo1·L-1Na3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4溶液的酸碱性。

(2)PO43-、P2O74-、PO3-的性质分别往0.1mo1·L-1H3PO4（用0.5mo1·L-1Na2CO3溶液调至微酸性），0.1 mo1·L-1K4P2O7和0.2mo1·L-1NaPO3溶液中加入0.1mo1·L-1AgNO3溶液，有何现象发生? 试验沉淀与2mo1·L-1HNO3溶液的作用。

在H3PO4、K4P2O7、NaPO3溶液中各加入2 mo1·L-1HAc和1%鸡蛋白水溶液，有何现象发生?(3) 磷酸的配位性取0.5 mL 0.1mo1·L-1CuS O4溶液，滴加0.1mo1·L-1K4P2O7溶液，观察沉淀的生成和溶解，写出反应式。

7. 硅酸和硅酸盐(1) 硅酸水凝胶的形成取2 mL 20%Na2Si O3溶液，微沸后，滴加6 mo1·L-1HCl溶液，观察实验现象，写出反应式。

(2) 硅酸盐的水解取1 mL 20%Na2Si O3溶液，加入2 mL饱和NH4Cl溶液，有何现象？用湿润的pH试纸检验气体（必要时可加热），写出反应式。

8. 硼酸的性质与鉴定反应(1) 硼酸的性质取少量硼酸晶体，加入一些水加热溶解，应用pH试纸测定pH，然后向溶液中加入几地甘油，振摇，再测定pH，解释酸度变化的原因。

(2) 硼酸的鉴定反应在干燥的蒸发皿中，放入少量硼酸晶体，加入95%的乙醇和几滴浓硫酸，搅拌后用明火点燃，火焰呈何颜色。