实验十一　主族金属（碱金属和碱土金属）

【实验目的】

1.学习钠、钾、镁、钙单质的主要性质。

2.比较镁、钙、钡的碳酸盐、铬酸盐和硫酸盐的溶解性。

3.比较锂和镁的某些盐类的难溶性。

4.观察焰色反应并掌握其实验方法。

【实验原理】

参见《无机化学》碱金属和碱土金属。

碱土金属（M）在空气中燃烧时，生成正常氧化物MO，同时生成相应的氮化物M3N2，这些氮化物遇水时能生成氢氧化物，并放出氨气。钠、钾在空气中燃烧分别生成过氧化钠和超氧化钾。碱金属和碱土金属密度较小，由于它们易与空气或水反应，保存时需浸在煤油、液体石蜡中以隔绝空气和水。

碱金属和碱土金属（除铍以外）都能与水反应生成氢氧化物同时放出氢气。反应的激烈程度随金属性增强而加剧，实验时必须十分注意安全，应防止钠、钾与皮肤接触，因为钠、钾与皮肤上的湿气作用所放出的热可能引燃金属烧伤皮肤。

碱金属的绝大多数盐类均易溶于水。碱土金属的碳酸盐均难溶于水。锂、镁的氟化物和磷酸盐也难溶于水。

碱金属和碱土金属盐类的焰色反应特征颜色见表3-9。

【仪器与试剂】

1.仪器　镊子、小刀、瓷坩埚、烧杯（100mL）2个、表面皿、蓝色钴玻璃片、小试管、试管夹、酒精灯、坩埚、坩埚钳、铂丝（或镍铬丝）、小块砂纸。

2.试剂　HAc（2.0mol·L-1）、HCl（2.0mol·L-1，浓）、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（饱和）、LiCl（2.0mol·L-1）、KMnO4（0.01mol·L-1）、金属钠、金属钾、镁粉、镁条、金属钙、煤油、酚酞试液、红色石蕊试纸。

【实验步骤】

1.钠、钾、镁、钙在空气中的燃烧反应

（1）用镊子取黄豆粒大小金属钠，用小块滤纸吸干表面上的煤油，立即放入干燥的坩埚加热，当钠开始燃烧时移开酒精灯停止加热。观察反应过程的现象和产物的颜色、状态。冷却后，加入2mL去离子水使产物溶解，再加1滴酚酞试液，观察溶液的颜色；加几滴0.2mol·L-1H2SO4溶液酸化后（溶液红色消失），加1滴0.01mol·L-1KMnO4溶液，观察紫红色是否退去。说明水溶液是否有H2O2，从而推知钠在空气中燃烧是否有Na2O2生成。写出有关反应方程式。

*（2）用镊子取绿豆粒大小金属钾，用滤纸吸干表面上的煤油，立即放入坩埚中，加热到钾开始燃烧时停止加热，观察焰色；冷却到接近室温，观察产物颜色；加2mL去离子水溶解产物，再加1滴酚酞试液，观察溶液颜色。写出有关反应方程式。

（3）取0.3g左右镁粉，放入坩埚中用酒精灯加热使镁粉燃烧，反应完全后，冷却到接近室温，观察产物的颜色；将产物转移到小试管中，加2mL去离子水，立即用湿润的红色石蕊试纸检查试管口逸出的气体，然后加1滴酚酞试液检查溶液的碱性。写出有关反应方程式。

2.钠、钾、镁、钙与水的反应

（1）在烧杯中加入约20mL去离子水，取黄豆粒大小金属钠，用滤纸吸干煤油，放入水中观察反应情况，然后加1滴酚酞检验溶液的碱性。

（2）取绿豆粒大小金属钾，用滤纸吸干煤油，放入水中，立即把事先准备好的表面皿盖在烧杯上。反应过后，加1滴酚酞检验溶液的碱性。比较上述两个反应的激烈程度。

（3）取两支试管，各加2mL水，分别加入两小块擦去氧化膜的镁条，一支试管不加热，另一支加热至水沸腾；观察有何现象发生。分别向试管中加1滴酚酞检验产物的碱性。

（4）取一小块金属钙，用滤纸吸干表面的煤油或擦去石蜡后，将其放入2mL水的试管中与冷水反应。比较镁、钙与冷水反应的激烈程度。

3.盐类的溶解性

（1）在三支试管中分别加入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滴饱和Na2CO3溶液，静置沉降，弃去清液，试验各沉淀物是否溶于2.0mol·L-1HAc溶液。写出实验结论和反应式。

（2）在三支试管中分别加入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，观察有无沉淀产生。若有沉淀产生，则分别试验沉淀是否溶于2.0mol·L-1HAc溶液和2.0mol·L-1HCl溶液。

（3）在两支试管中分别加入0.5mL 2.0mol·L-1 LiCl溶液和0.1mol·L-1MgCl2溶液，再分别加入0.5mL 1.0mol·L-1NaF溶液，观察有无沉淀产生。用饱和Na2CO3溶液代替NaF溶液，重复这一实验内容，观察有无沉淀产生，若无沉淀，可加热观察是否产生沉淀。若以1.0mol·L-1Na3PO4溶液代替NaF溶液重复上述实验，现象如何？写出反应式和实验结论。

4.焰色反应

将铂丝（或镍铬丝）一端弯成直径1cm的小圆环，蘸上浓HCl溶液（事先取少量浓HCl放在小试管中），在氧化焰中灼烧，再浸于浓HCl中，再灼烧，如此重复两至三次，直至火焰不再呈现任何离子的特征颜色才算清洗干净。

用洁净的铂丝蘸2.0mol·L-1 LiCl溶液，在氧化焰中灼烧，观察火焰的颜色。以同样的方法试验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。观察并记录火焰的颜色。试验钾盐的焰色反应时，用蓝色钴玻璃片滤掉杂质钠的黄色后进行观察。

【注意事项】

金属钠、钾平时是保存在煤油中。取用时，应在放有少量煤油的表面皿或培养皿中小心用刀子切割，用镊子夹取，实验时需用碎块滤纸吸干表面的煤油。切勿与皮肤接触，未用完的金属碎屑绝不能随意乱丢，必须放回原瓶中。

【思考题】

1.为什么碱金属和碱土金属单质一般都放在煤油中保存？它们的化学活泼性如何递变？

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

3.为什么说焰色是由金属离子而不是非金属离子引起的？