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第16章 关于磷的实验操作和改进

红磷与白磷着火点比较实验的改进

对于红磷与白磷着火点比较的演示实验,如果按中学课本上介绍的方法去做,因大量白烟散发到空气中造成环境污染,有损师生健康。为此,四川省万县师范学校覃文秋老师对该实验作了如下改进。

[主要仪器及药品名称]①玻璃灯罩;②燃烧匙;③铁片;④红磷;⑤白磷;⑥氢氧化钠溶液;⑦水流抽气管。

[实验步骤及实验原理]首先,将装置连接好,把抽气管上端套在水龙头上。然后,降低铁圈;取约少半药匙红磷置于铁片上,并稍稍压紧;另取一颗约豌豆大小的白磷,擦干水,放在燃烧匙中。再将铁圈回升到原来的位置,立即用酒精灯对铁片加热。不一会,白磷首先燃烧起来。这时,开启水龙头,让水从抽气管中快速流下。通过这样的抽气,会造成中间玻璃灯罩内的气体压强小于外界,使空气能不断地从玻璃灯罩下口边缘与铁片间的缝隙进入其内而助燃,也使得磷燃烧产生的白烟能不断地被吸入试剂瓶内,被氢氧化钠溶液吸收。待红磷燃烧时,又可流水抽气,使白烟再次被吸收处理。

[实验分析]红磷在下,白磷悬空;红磷受热于高温铁片,白磷则受热于铁片周围上升的热空气。因此,上述现象同样说明红磷着火点高于白磷。又由于磷燃烧产生的白烟被氢氧化钠溶液吸收后,余下的还可被吸入抽气管,被水吸收,这使得白烟能全部被处理掉,保护了环境,也保护了师生健康。

[注意事项]①取药品应先红磷,后白磷,以防白磷因缓慢氧化,未加热而先自燃;②将红磷稍稍压紧于铁片上,可加快传热速度,使红磷温度较快达到着火点;③玻璃灯罩下口边缘与铁片之间应稍留缝隙,以便空气顺利进入灯罩内助燃,也便于白烟被吸收。

磷化氢的简易制法

用白磷跟碱液反应制磷化氢较繁,所用药品较多,适合制多量的磷化氢。用Ca3P2制磷化氢的实验简便安全,可作学生科技活动内容,安徽省阜阳市红旗中学方子忠老师介绍的具体过程如下。

Ca3P2的制取(1)取红磷1-15克放入一支15150mm的硬质试管里,上面加层砂子,砂层高1-15cm。

(2)把红磷和砂子一起加热,以去其中所含水分,同时加热整个试管,使管内全部干燥。

(3)把经过灼热过的生石灰粉末装入上述试管里,至大半试管。

(4)斜执试管,用喷灯加强热,并使火焰集中在砂子附近一段石灰上,此时由于气体膨胀,可能会有石灰向上推移现象,可用铁丝把它压下去,将试管一面慢慢旋转,一面加热,到管壁发红时,另用酒精灯加热试管底部,使红磷升华,磷蒸气通过灼热的砂层跟石灰反应,反应物会突然红热,而后变为褐色。此时可能会有少量磷蒸气逸出在管口燃烧,切勿吸入。将喷灯火焰慢慢上移,灼热未反应物质,一方面将红磷加热,到红磷完全升华为止。

(5)反应结束后停火冷却,用铁丝把上层石灰逐层弄松,先行倒出,最后倒出黄色物质,具有烈蒜臭,这是Ca3P2和Ca2P2O7的混合物,把它保存在干燥器里备用,主要反应为:

2CaO+16P高温5Ca3P2+3Ca2P2O7磷化氢的制取

在烧杯里盛大半杯水(以浸没整个漏斗为准),向水中投入几块Ca3P2,立即用过滤漏斗罩住Ca3P2,Ca3P2立即跟水反应,生成的PH3通过水冒出来,在空气中燃烧,可观察到一圈一圈白烟从水中升起。如在暗处,可看到PH3燃烧的淡蓝色火光。上述反应可表示为:Ca3P2+6H2O3Ca(OH)2+2PH3↑2PH3+4O2P2O5+3H2O用Ca3P2制PH3时,冬天宜用温水,以加速反应,并减少PH3在水中溶解量及PH3的液化,水中滴些酸更好。

磷的氢化物自燃的实验

夏日夜晚,人们在坟地偶尔看见磷火,这是由于人和动物体内的磷的化合物经过复杂的化学变化后,所产生的磷的氢化物的一种自燃现象。白天由于阳光太强,同时P2H4在光照或受热时容易发生分解,产生PH3和黄色的固体物质P4H2:

5P2H4光照6PH3+P4H2因此,微弱的磷火在白天不易看见。那种把磷火说成是“鬼火”,实乃宗教迷信之异端邪说,毫无科学根据。

磷化氢自燃原理

磷化氢可以用白磷和碱溶液煮沸来制取:P4(白磷)+3OH-+3H2O沸3H2PO-2+PH3↑用这种方法制得的磷化氢,由于付反应而含有少量液态的PH4和P2H4(又称联磷,或二磷化四氢),PH4和P2H4比PH3更活泼,它们在常温时即能着火自燃。由于PH2和P2H4的自燃,很容易使PH3燃烧(PH3的燃点为150℃。)磷化氢燃烧后生成磷酸:

PH3+2O2燃H3PO4刚生成的磷酸在水面上形成烟圈。

实验的装置及步骤

陕西省西安师范学校高世雄、陕西师范大学化学系于跃老师设计实验的装置:

磷化氢自燃实验装置图

先于125毫升烧瓶中盛27毫升水,称取3克NaOH放于烧瓶中,溶解后即为10%的NaOH溶液。再用镊子夹取黄豆大的一粒白磷(约为01克),迅速投入烧瓶中,立即塞紧连有导气管的塞子。然后用酒精灯加热,使白磷与NaOH发生反应。这时,刚产生的磷化氢与烧瓶里空气中的氧气发生反应而燃烧,产生大量的白烟(磷酸雾)。当继续加热煮沸碱液,烧瓶中原来空气中的氧气被反应完毕后,白烟将逐渐消失。当烧瓶中的白烟全部消失时,含有液态PH2和P2H4的磷化氢气体才从玻璃导管的弯口处冒出。当气体上升到水面与空气相遇时,PH2和P2H4立即自燃,并引起同时冒出水面的磷化氢的燃烧。产生明亮的火焰,并发出劈啪的爆鸣声,燃烧后产生的磷酸雾形成烟圈(无风时),烟圈由小变大缓慢上升直到消失为止。最后让白磷反应完毕。

几点说明

白磷和磷化氢均为剧毒物质,操作时应特别小心。白磷应在水中切割,用镊子夹取,切勿接触皮肤,若不慎把皮肤灼伤,则用10%的AgNO3溶液或稀KMnO4溶液清洗,并包扎好。每次所取白磷量不宜过多。实验完毕后,多余的磷化氢气体可通入含有Cr3+的CuSO4溶液中(过渡金属离子如Cr3+等可与PH3生成稳定络合物;同时PH3还能迅速地把Cu+3、Ag+、Au+等离子还原成金属),以除去有毒气体。

磷化氢能否自燃与磷的种类有关。

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