實驗目的 

1. 掌握硼酸和硼砂的重要性質，學習硼砂珠實驗的方法。 

2. 了解可溶性硅酸鹽的水解性和難溶硅酸鹽的生成和顏色。 

3. 掌握硝酸和亞硝酸及其鹽的重要性質。 

4. 了解磷酸鹽的重要性質。 

5. 掌握CO32-，NH4+，NO2-，NO3-，PO43-的鑒定方法。 

實驗原理 

硼酸是一元弱酸，它在水溶液中的解離不同于一般的一元弱酸。硼酸是Lewis酸，能與多羥基醇發生加合反應，使溶液的酸性增強。 

硼砂的水溶液因水解而呈現堿性。硼砂溶液與酸反應可析出硼酸。硼砂受熱脫水熔化為玻璃體，與不同金屬的氧化物或鹽類熔融生成具有不同特征顏色的偏硼酸復鹽，即硼砂珠試驗。   

將碳酸鹽溶液與鹽酸反應生成的CO2通入Ba(OH)2溶液中，能使Ba(OH)2溶液變混濁，這一方法用于鑒定CO32-。 

硅酸鈉水解明顯。大多數硅酸鹽難溶于水，過渡金屬的硅酸鹽呈現不同的顏色。 

鑒定NH4+的常用方法有兩種，一是NH4+與OH-反應，生成的NH3(g)使紅色的石蕊試紙變藍；二是NH4+與Nessler試劑（[K2HgI4]的堿性溶液）反應，生成紅棕色沉淀。 

亞硝酸極不穩定。亞硝酸鹽溶液與強酸反應生成的亞硝酸分解為N2O3和H2O。N2O3又能分解為NO和NO2。 

亞硝酸鹽中氮的氧化值為+3，它在酸性溶液中作氧化劑，一般被還原為NO；與強氧化劑作用時則生成硝酸鹽。 

硝酸具有強氧化性，它與許多非金屬反應，主要還原產物是NO；濃硝酸與金屬反應主要生成NO2，稀硝酸與金屬反應通常生成NO，活潑金屬能將稀硝酸還原為NH4+。 

NO2-與FeSO4溶液在HAc介質中反應生成棕色的[Fe(NO)(H2O)5]2+ (簡寫為[Fe(NO)]2+ )： 

           Fe2++ NO2- + 2HAc → Fe3++ NO +H2O + 2Ac- 

                  Fe2++ NO → [Fe(NO)]2+ 

   NO3-與FeSO4溶液在濃H2SO4介質中反應生成棕色[Fe(NO)]2+： 

                    Fe2+ + NO3- + 4H+ → Fe3++ NO + 2H2O     

                          Fe2++ NO → [Fe(NO)]2+ 

在試液與濃H2SO4液層界面處生成的[Fe(NO)]2+呈棕色環狀。此方法用于鑒定NO3-，稱為“棕色環”法。NO2-的存在干擾NO3-的鑒定，加入尿素并微熱，可除去NO2-： 

              2 NO2- + CO(NH2)2 + 2H+ → 2N2 + CO2 + 3H2O 

堿金屬（鋰除外）和銨的磷酸鹽、磷酸一氫鹽易溶于水，其它磷酸鹽難溶于水。大多數磷酸二氫鹽易溶于水。焦磷酸鹽和三聚磷酸鹽都具有配位作用。 

PO43-與(NH4)2MoO4溶液在硝酸介質中反應，生成黃色的磷鉬酸銨沉淀。此反應可用于鑒定PO43-。 

    儀器、藥品及材料 

儀器：點滴板、水浴鍋 

藥品： 

   酸：H2SO4(1mol·L-1，6mol·L-1，濃)，HNO3(2mol·L-1，濃)，HAc(2.0mol·L-1)， 

HCl(6mol·L-1，濃)  

   堿：NaOH(2mol·L-1，6mol·L-1)，Ba(OH)2(飽和) 

   鹽：KI(0.02mol·L-1)，NaH2PO4(0.1mol·L-1)，BaCl2(1.0mol·L-1)，CaCl2(0.1mol·L-1) 

Na4P2O7(0.5mol·L-1)，NaNO2(0.1mol·L-1)，KNO3(0.1mol·L-1)，Na5P3O10(0.1mol·L-1)， NH4Cl(0.1mol·L-1)，NaHCO3(0.1mol·L-1)，Na2CO3(0.1mol·L-1)，KMnO4(0.01mol·L-1)， Na2HPO4(0.1mol·L-1)，Na3PO4(0.1mol·L-1)，Na2SiO3(0.5mol·L-1)，CuSO4(0.1mol·L-1)  

   固體：Na2B4O7·10H2O，CuSO4·5H2O，Co(NO3)2·6H2O，NaHCO3，CO(NH2)2 ， Na3PO4·12H2O，FeSO·7H2O，Fe2(SO4)3，NiSO4·7H2O，Na2CO3，ZnSO4·7H2O，NH4NO3，Cr2O3，CaCl2，H3BO3，硫粉，鋅粉，銅屑 

   其它：甘油，甲基橙指示劑，Nessler試劑，淀粉試液，鉬酸銨試劑 

材料：pH試紙，紅色石蕊試紙，鎳鉻絲（一端做成環狀） 

實驗內容 

1. 硼酸和硼砂的性質 

    （1）在試管中加入硼酸晶體0.5g和去離子水3mL，觀察溶解情況。微熱后使其全部溶解，冷卻至室溫，用pH試紙測定溶液的pH值。然后在溶液中加入1滴甲基橙指示劑，并將溶液分成兩份，在一份中加入10滴甘油，混合均勻，比較兩份溶液的顏色。寫出有關反應的離子方程式。 

   （2）在試管中加入硼砂約1g和去離子水2mL，微熱使其溶解，用pH試紙測定溶液的pH值。然后加入6mol·L-1 H2SO4溶液1mL，將試管放在冷水中冷卻，并用玻璃棒不斷攪拌，片刻后，觀察硼酸晶體的析出。寫出有關反應的離子方程式。 

   （3）硼砂珠試驗用環形鎳鉻絲蘸取濃HCl(盛在試管中)，在氧化焰中灼燒，然后迅速蘸取少量硼砂，在氧化焰中灼燒至玻璃狀。用燒紅的硼砂珠蘸取少量Co(NO3)2·6H2O晶體，在氧化焰中燒至熔融，冷卻后對著亮光觀察硼砂珠的顏色。寫出反應方程式。 

2. CO32-的鑒定 

    在試管中加入0.1mol·L-1 Na2CO3溶液1mL，再加入10滴2.0mol·L-1 HCl溶液，立即用帶導管的塞子蓋緊試管口，將產生的氣體通入Ba(OH)2飽和溶液中，觀察現象。寫出有關反應方程式。 

3. 硅酸鹽的性質 

    （1）在試管中加入0.5mol·L-1 Na2SiO3溶液1mL，用pH試紙測其pH值。然后逐滴加入6mol·L-1 HCl溶液，使溶液pH值在6~9，觀察硅酸凝膠的生成(若無凝膠生成可微熱)。 

    （2）“水中花園”實驗：在50mL燒杯中加入20% Na2SiO3溶液約30mL，然后分散加入CaCl2，CuSO4，ZnSO4，Fe2(SO4)3，Co(NO3)2和NiSO4晶體各一小粒，靜置1~2小時后，觀察“石筍”的生成和顏色。 

4. NH4+的鑒定 

    （1）在試管中加入少量0.1mol·L-1 NH4Cl溶液和2.0mol·L-1 NaOH溶液，微熱，用濕潤的紅色石蕊試紙在試管口檢驗逸出的氣體。寫出有關反應方程式。 

     （2）在濾紙條上加1滴Nessler試劑，代替紅色石蕊試紙重復上面實驗，觀察現象。寫出有關反應方程式。 

5. 硝酸的氧化性 

  （1）取少量硫粉放入試管中，加入1mL濃HNO3，煮沸片刻(在通風櫥中進行)。冷卻后取少量溶液，加入1.0mol·L-1 BaCl2 溶液，觀察現象，寫出反應方程式。 

   （2）在試管內放入1小塊銅屑，加入幾滴濃HNO3，觀察現象。然后迅速加水稀釋，倒掉溶液，回收銅屑。寫出反應方程式。 

    （3）在試管中放入少量鋅粉，加入2.0mol·L-1 HNO3 溶液1mL，觀察現象(如不反應可微熱)。取清液檢驗是否有NH4+生成。寫出有關的反應方程式。 

6. 亞硝酸及其鹽的性質 

   （1）在試管中加入1.0mol·L-1 NaNO2 溶液10滴，然后滴加6.0mol·L-1 H2SO4溶液，觀察溶液和液面上氣體的顏色(若室溫較高，應將試管放在冷水中冷卻)。寫出有關的反應方程式。 

   （2）用0.1mol·L-1 NaNO2 溶液和0.02mol·L-1 KI溶液及1.0mol·L-1 H2SO4溶液試驗NaNO2的氧化性。然后加入淀粉溶液，又有何變化？寫出離子反應方程式。 

（3）用下列溶液試驗NaNO2的還原性：0.1mol·L-1 NaNO2、0.01mol·L-1 KMnO4和1.0mol·L-1 H2SO4。寫出離子反應方程式。 

7. NO3-和NO2-鑒定 

   （1）取0.1mol·L-1 KNO3溶液2滴，用水稀釋至1mL，加入少量FeSO·7H2O固體，搖蕩試管使其溶解。然后斜持試管，沿管壁小心滴加濃H2SO4溶液1mL，靜置片刻，觀察兩種液體界面處的棕色環。寫出有關反應方程式。 

   （2）取0.1mol·L-1 NaNO2 溶液10滴，加入數滴1mol·L-1 HAc酸化，再加入少量FeSO·7H2O固體，如有棕色出現，證明有NO2-存在。 

（3）取0.1mol·L-1 NaNO2 溶液和KNO3溶液各1滴，稀釋至1mL，再加入少量尿素及2滴1mol·L-1 H2SO4，以消除NO2-對鑒定NO3-的干擾，然后按（1）步驟進行棕色環試驗。 

8. 磷酸鹽的性質 

   （1）用pH試紙分別測定0.1mol·L-1 的Na3PO4、Na2HPO4 和NaH2PO4 溶液的pH值。寫出有關反應方程式并加以說明。 

   （2）在3只試管中各加入幾滴0.1mol·L-1 CaCl2溶液，然后分別滴加0.1mol·L-1 的Na3PO4溶液、Na2HPO4溶液和NaH2PO4 溶液，觀察現象。寫出有關反應的離子方程式。 

（3）在試管中加入幾滴0.1mol·L-1 CuSO4溶液，然后逐滴加入0.1mol·L-1 Na4P2O7溶液至過量，觀察現象，寫出有關反應的離子方程式。 

   （4）在0.1mol·L-1 CaCl2溶液，加入0.1mol·L-1 Na2CO3溶液，再滴加0.1mol·L-1 Na5P3O10溶液，觀察現象。寫出有關反應的離子方程式。 

9. PO43-的鑒定 

取0.1mol·L-1 Na3PO4溶液5滴，加0.5mL濃HNO3，再加1mL鉬酸銨試劑，在水浴上微熱到40℃～45℃，觀察現象，寫出反應方程式。 

10．三種白色晶體的鑒別 

有三種白色晶體，*種可能是NaNO2或NaNO3，第二種可能是NaNO3 或NH4NO3，第三種可能是NaNO3或Na3PO4。分別取少量固體加水溶解，并設計簡單的方法加以鑒別。寫出實驗現象及有關的反應方程式。 

思考題 

1. 為什么硼砂的水溶液具有緩沖作用？怎樣計算其pH值？ 

2. 鑒定NH4+時，為什么將Nessler試劑滴在濾紙上檢驗逸出的NH3，而不是將Nessler試劑直接加到含NH4+的溶液中？ 

3. NO3-的存在是否干擾NO2-鑒定？ 

4. 用鉬酸銨鑒定PO43-時為什么要在硝酸介質中進行？