1、 86 实验十七 铜、锌、汞重要化合物的性质 自然界存在的铜矿有三种形式:自然铜、硫化矿和氧化矿。 体内金属离子的种类及浓度失调,将影响正常的生命活动,如体内缺乏铁、铜、钴会引起贫血;镉离子过量与心血管病的发病有关;硒过量对肌体有毒,但过低能引起病毒诱发癌;先天性铜代谢障碍能引起威尔逊氏病。 蓝铜蛋白是含铜的重要金属蛋白,其中铜仅与蛋白链上的氨基酸残基相结合,形成扭曲的四面体构型,呈显著的蓝色,如血浆蓝铜蛋白和质体蓝素,前者参与调节组织中铜的含量,后者是一系列生物过程中的重要电子传递体。 锌主要以闪锌矿ZnS、红锌矿ZnO、菱锌矿ZnCO3、硅锌矿ZnSiO3、锌铁尖晶石(Zn,Fe,Mn)O
2、(Fe,Mn)2O3等形式存在,还常与方铅矿共生,称为铅锌矿。大多数食物中都含有锌,蛋白质中含锌最高,肉类含锌平均30ppm, 鲜牡蛎含锌大于1000ppm,人体中平均含锌量约2克。已知锌有15种同位素,其中质量数为64、66、67、68和70的是稳定同位素。锌是许多化学反应的催化剂和还原剂。放射性锌65在医学上用来了解锌的代谢过程。 汞在地壳中的含量约为 5 10-5,自然界存在的汞矿是辰砂(硫化汞矿石)。在火山或温泉附近,有成滴汞,有时成较大的流体与辰砂伴生。汞齐是汞与其他金属形成的合金,钠汞齐是很好的还原剂。汞有七种稳定同位素:汞 196、汞198、汞199、汞200、汞201、汞202
3、、汞204。 汞广泛存在于自然界,各种自然现象可使汞从地表经大气、雨雪等环节不断循环,并可为动植物所吸收。人类的生产活动可明显加重汞对环境的污染。此种人为污染比重虽不很大,但排放集中,故危害远较自然污染严重。含汞污水对江河湖海的污染即可引起公害病,如水俣病。经食物摄入人体的汞量如今已达到2030 g/日,严重污染地区甚至高达200300 g/日,这给人类健康构成严重威胁,故汞中毒防治已成为世界各国共同面临的重要课题。 汞和汞盐都有毒。氯化汞HgCl2的致死量为0.3克;空气中的汞含量不得超过10-5ppm;成年人每周的汞摄取量不得高于0.3毫克,甲基汞的量不得超过0.2毫克。 预防汞中毒,要革
4、新技术,以杜绝汞接触或降低作业环境中的汞浓度;汞作业场所建筑宜用不吸附汞,并便于水冲清洗的光滑材料;含汞的废水、废气、废渣应予回收处Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.87 理,以防污染环境;加强个人防护如局部通、排风,戴防毒口罩等,汞作业场所应定期用碘熏蒸以清除汞污染;汞作业工人应作就业前体查及定期体查;妊娠及哺乳期妇女应暂脱离汞作业。车间空气中最高容许浓度,中国规定为金属汞0.01mg/m3,氯化汞0.1mg/m3。 一、实验目的 1了解铜、锌、汞的氢氧
5、化物或氧化物的酸碱性,硫化物的溶解性。 2掌握Cu()、Cu()重要化合物的性质及相互转化条件。 3熟悉铜、锌、汞的配位能力和常见配合物的性质以及常见离子的鉴定方法。 4熟悉Cu2+、Zn2+、Hg2+、Hg22+的鉴定反应及Hg22+、Hg2+的相互转化。 二、实验原理 Cu、Zn、Hg属于ds区元素,Cu为 B 族元素,Zn、Hg属于 B 族元素。价电子构型为(n-1)d10ns12,它们的许多性质与d区元素相似。与相应的主族 A 和 A 族元素比较,除了形式上均可形成氧化数为1和2的化合物外,更多地呈现较大的差异性。其最大特点是它们的离子具有18电子构型和较强的极化力和变形性,易于形成配
6、合物。IB、 B 族元素亦能形成其它一些重要化合物。 Cu(OH)2以碱性为主,溶于酸,但它又有微弱的酸性,溶于过量的浓碱溶液(如6 molL-1NaOH)。 Cu(OH)22OH Cu(OH)42(淡蓝色) Cu(OH)2 8090 CuOH2O Cu2+具有一定的氧化性与还原性较强的I反应生成白色的CuI和I2。 2 Cu2+4 I 2CuII2 Cu2+不能将Cl氧化,但在较浓的盐酸中,Cu2+与金属铜反应生成黄色的CuC12。在此反应中,Cu是还原剂, Cu2+Cu4CI (H+)2CuC12 在碱性溶液中,Cu2+能氧化醛或糖类,生成暗红色的氧化亚铜Cu2O 2Cu(OH)42C6H
7、12O6 Cu2OC6H11O73OH3H2O (葡萄糖) (葡萄糖酸根) Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.88 氢氧化锌呈两性,汞()的氢氧化物极易脱水而转变为黄色HgO,HgO不溶于过量碱中。 Cu+在水溶液中不稳定,可自发歧化,生成Cu2+和Cu: 2Cu+ Cu2+Cu K1.4 106 Cu( )只能存在于稳定的配合物和固体化合物之中,例如CuC12-、Cu (NH3)2+和CuI,Cu2O。 铜、锌、汞的硫化物是具有特征颜色的难溶物。例如:C
8、uS黑色,ZnS白色,HgS黑色。 Hg22+离子能够稳定于水溶液中,可以十分容易地得到Hg22+水溶液。例如: Hg(l)Hg2+= Hg22+ K87.7 上述平衡的趋势并不很大,若加入某种试剂降低Hg2+浓度,Hg22+就将发生歧化。当加入Hg( )的沉淀剂(碱、硫化物等)或强配合剂(氰离子等)时,都会促使Hg22+歧化,最终产物为Hg(s)和相应的Hg( )的稳定难溶盐或配合物,例如HgS、HgO、HgNH2Cl和Hg(CN)42-等。 Cu2的鉴定:在中性或酸性溶液中,黄血盐溶液与Cu2反应生成红棕色的Cu2Fe(CN)6沉淀。 2Cu2Fe(CN)64 Cu2Fe(CN)6 Cu2
9、Fe(CN)6在碱性溶液中也被能分解。 Ag的鉴定: Zn2的鉴定:在强碱条件下,Zn2与二苯硫腙形成粉红色的螯合物。鉴定时,所使用的是二苯硫腙的四氯化碳溶液,当Zn2有存在时,水层显粉红色,CCl4层由绿色变为棕色。 Hg2的鉴定:Hg2与SnCl2反应先生成白色的Hg2Cl2沉淀,SnCl2过量时在生成黑色的Hg。 Hg2SnCl4 24Cl Hg2Cl2SnCl6 2 Hg2Cl2(s)SnCl4 2 2HgSnCl6 2 Hg22的鉴定:Hg22与HCl生成白色的沉淀Hg2Cl2,加入氨水后转变成黑色。 Hg222NH3 Hg(NH2)Cl(白)Hg(黑)NH4Cl 其它阳离子无干扰。
10、 三、仪器与试剂 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.89 试管(10mL) 烧杯 离心机 离心试管 滤纸 pH试纸 玻璃棒 0.2 molL-1 CuSO4 NaOH(2 molL-1、6 molL-1、40%) H2SO4(1 molL-1、2 molL-1)HCl(2 molL-1、浓) 氨水(2 molL-1、6 molL-1、浓) 0.2 molL-1ZnSO4 0.2 molL-1 Hg(NO3)2 2 molL-1 HNO3 1 molL-1
11、Na2S KI(0.2 molL-1、固体) 0.1 molL-1 KSCN 10%葡萄糖 0.5 molL-1 CuCl2 铜屑 0.5 molL-1Na2S2O3 SnCl2(0.2 molL-1、0.5 molL-1) 金属汞 0.2 molL-1NaCl 0.1 molL-1 K4Fe(CN)6 Cu2+试液 2 molL-1 HAc Zn2+、Hg2+、Hg22+三种试液(浓度均为0.1 molL-1,不贴标签) 二苯硫腙 四氯化碳 四、实验步骤 (一) 铜、锌、汞氢氧化物或氧化物的生成和性质 1氢氧化铜和氧化铜的生成和性质 取1ml 0.2 molL-1 CuSO4溶液,滴入新配制
12、的2 molL-1NaOH溶液,观察Cu(OH)2的颜色和状态。沉淀分三份,其中两份分别加入1molL-1 H2SO4和过量的6 molL-1 NaOH溶液。另一份加热至固体变黑,冷却后再加2 molL-1HCl,观察现象,写出反应方程式。 2氧化亚铜的生成和性质 取0.5ml 0.2 molL-1 CuSO4溶液,逐滴加入过量的6 molL-1NaOH溶液,使生成的沉淀全部溶解,再加入1ml 10%葡萄糖溶液,混匀,微热,观察现象,写出反应方程式。 离心分离并且用蒸馏水洗涤沉淀,取其少量与1 molL-1 H2SO4反应,观察现象;另取少量沉淀加入3ml浓氨水,静置10分钟,观察清液颜色。
13、3锌氢氧化物的生成和性质 向盛有0.5mL0.2 molL-1ZnSO4溶液的试管中滴加新配制的2 molL-1 NaOH溶液直到生成大量沉淀为止(NaOH不要过量),将沉淀分为两份:一份加2 molL-1 H2SO4,另一份继续滴加2 molL-1 NaOH溶液,观察现象,写出反应方程式。 4氧化汞的生成和性质 向盛有0.5mL0.2 molL-1 Hg(NO3)2溶液的试管中滴加新配制的2molL-1 NaOH溶液,观察反应产物的颜色和状态。将沉淀分为两份:一份加2 molL-1 HNO3,另一份加40% NaOH溶液,观察现象,写出有关反应方程式。 (二) 锌、汞氢硫化物的生成和性质 在
14、分别盛有 0.5mL0.2MZnSO4 和 0.5mL0.2 molL-1 Hg(NO3)2 溶液的试管中滴加 1 molL-1 Na2S溶液。观察沉淀的生成和颜色。 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.90 将沉淀离心分离、洗涤,然后将沉淀分为三份,一份加入2 molL-1盐酸、另一份加入浓盐酸,再一份加入王水(自配),分别用水浴加热,观察沉淀是否溶解。 根据实验,对锌、汞硫化物的溶解情况做出结论。写出反应方程式。 (三) 铜、锌、汞的配合物 1氨合物的生
15、成 往三支分别盛有 0.5mL 0.2 molL-1 CuSO4、ZnSO4、Hg(NO3)2溶液的试管中滴加 2 molL-1 氨水。观察沉淀的生成,继续加入过量的2 molL-1 氨水,又有何现象发生?写出有关应方程式。 比较Cu2+、Zn2+、Hg2+离子与氨水反应有何不同。 2汞配合物的生成和应用 (1) 往盛有0.5mL0.2 molL-1 Hg(NO3)2溶液的试管中滴加0.2 molL-1 KI溶液,观察沉淀的生成和颜色。再向沉淀中加入少量KI固体(直到沉淀刚好溶解为止,不要过量),溶液呈何颜色?写出反应方程式。 在所得的溶液中,加几滴40% NaOH溶液,再与氨水反应,观察沉淀
16、的颜色。 (2) 往5滴0.2 molL-1Hg(NO3)2溶液中,逐滴加入0.1 molL-1KSCN溶液,最初生成白色Hg(SCN)2沉淀,继续滴加 KSCN溶液,沉淀溶解生成无色Hg(SCN)42-配离子。再在该溶液中加几滴 0.2 molL-1 ZnSO4溶液,观察白色的ZnHg(SCN)4沉淀生成(该反应可定性检验Zn2+),必要时用玻棒摩擦试管壁。 (四) 铜和汞的氧化还原性 1氧化亚铜的生成和性质 取0.5mL0.2 molL-1 CuSO4溶液,逐滴加入过量的6 molL-1 NaOH溶液,使起初生成的蓝色沉淀完全溶解成深蓝色的溶液,再加入1mL10%葡萄糖溶液,混匀后微热,观
17、察现象,写出反应方程式。 将沉淀离心分离、洗涤后分成两份。一份与1mL2 molL-1 H2SO4反应,静置一会,注意沉淀的变化。然后加热至沸,观察有何现象。另一份沉淀中加入 1mL 浓氨水,振荡后静置一段时间,观察溶液的颜色。放置一段时间后,溶液变成深蓝色。 2氯化亚铜的生成和性质 取10mL0.5 molL-1 CuCl2溶液,加3ml 浓盐酸和少量铜屑,小火加热至沸腾,待溶液变成棕色(绿色完全消失),取出几滴溶液注入10mL蒸馏水中,如有白色沉淀产生,则迅速把全部溶液倒入100mL蒸馏水中,将白色沉淀洗涤至无蓝色为止。 Created with novaPDF Printer (www.
18、novaPDF.com). Please register to remove this message.91 取少量CuCl2沉淀分成两份,一份与3ml浓氨水反应,另一份与3ml浓盐酸反应,观察现象并写出反应方程式。 3碘化亚铜的生成和性质 取0.5mL 0.2 molL-1CuSO4溶液于试管中,然后滴入 0.2 molL-1 KI溶液,边滴加边振荡,直至溶液变为棕黄色(CuI为白色沉淀,I2溶于KI溶液呈黄色)。再滴入适量0.5 molL-1 Na2S2O3溶液(以除去反应中生成的碘,切勿多加,防止碘化亚铜溶解),观察产物的颜色和状态,写出反应方程式。 4汞( ) 的氧化性和汞( ) 与
19、汞( )的相互转化 (1)Hg2+的氧化性 取5滴0.2MHg(NO3)2于试管中,逐滴加入0.2 molL-1SnCl2溶液(由适量到过量)。观察现象,写出反应方程式。 (2)Hg2+转化为Hg22+和Hg22+的歧化分解 取0.5mL0.2MHg(NO3)2于试管中,滴入1滴金属汞,充分振荡。用滴管把清液转入两支试管中(余下的汞要回收!),在一支试管中加入0.2 molL-1NaCl,另一只试管中滴入2 molL-1氨水,观察现象,写出方程式。 (五) Cu2+、Zn2+、Hg2+、Hg22+的鉴定 1Cu2+离子的鉴定 取1滴被鉴定的Cu2+试液,加入1滴2 molL-1 HAc溶液,再
20、加入2滴0.1 molL-1 K4Fe(CN)6溶液,有红棕色沉淀生成,在沉淀中注入6 molL-1 NH3H2O,沉淀溶解呈蓝色溶液,示有Cu2+存在。 2Zn2+、Hg2+、Hg22+的鉴定 鉴别三瓶无标签的Zn2+、Hg2+、Hg22+试液,并一一指明。 思考题 1Cu()、Cu()各自稳定存在和相互转化的条件是什么? 2在白色氯化亚铜沉淀中加入浓氨水或浓盐酸后形成什么颜色溶液?放置一段时间后会变成蓝色溶液,为什么?实验中深棕色溶液是什么物质?加入蒸馏水发生了什么反应? 3使用汞时应注意什么?为什么汞要用水封存? 4用平衡原理预测在硝酸亚汞溶液中通入硫化氢气体后,生成的沉淀物为何物,并加
21、以解释。 Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.92 附注 1王水:浓硝酸和浓盐酸以1:3体积比配制成的混合物。它是比硝酸更强的氧化剂,能溶解金和铂。因为王水产生强氧化性的氯化亚硝基和活泼的原子氯,所以易将贵金属氧化溶解。王水的性质不稳定,故须在使用前配制。王水具有强烈的腐蚀性,在使用时应尽量戴上橡皮手套和防护眼镜,防止试剂洒在皮肤或衣服上。 2汞和汞盐都为剧毒药品,使用时要严格按照操作规程。若不慎将液体汞洒落在实验台或地面上,应迅速用硫磺粉处理。汞盐、重金属离子的废液应经处理后再排放。 (孙勤枢 编) Created with novaPDF Printer (www.novaPDF.com). Please register to remove this message.