有机化合物元素定性分析-有机化学实验技术

【实验目的】

（1）理解有机化合物元素定性分析的原理和意义。

（2）掌握有机化合物中常见元素定性分析的基本操作技能。

（3）学会有机化合物中常见元素定性分析的方法。

【仪器及药品】

1.仪器

干燥硬质小试管、小烧杯、镊子、小刀、玻璃漏斗、漏斗架、酒精灯、小铜丝圈等。

2.药品

金属钠、10%醋酸、10%盐酸、10%硝酸、3 mol/L硫酸、浓硫酸、10%氢氧化钠溶液、2%醋酸铅溶液、5%硝酸银溶液、5%硫酸亚铁溶液、0.5%亚硝酰铁氰化钠溶液、5%三氯化铁溶液、新配制氯水、四氯化碳等。

【实验内容】

1.钠熔法——样品溶液的制备

取干燥的硬质小试管一支，加入一粒绿豆大小的金属钠［1］，用小火加热至钠熔化而且有白色蒸气上升至0.5 cm高度时，迅速加入3滴液体样品或10～20 mg固体样品，加入时应使它直落管底，勿使样品沾在试管壁上，此时样品与金属钠发生激烈的化学作用，冒出大量的烟，甚至放出火花（并无危险）。等反应稍缓后，继续用小火加热，至试管内物质炭化，再用强火加热至试管底部发红，趁热将试管底部浸入盛有约10 mL蒸馏水的小烧杯内，试管底当即破裂。如不破裂，可稍稍用力将试管底部压碎，用玻璃棒捣碎大块残渣，加热至沸，过滤，滤渣用蒸馏水洗涤2次，共得无色或淡黄色的清亮滤液［2］约20 mL，留作以下元素定性分析用。

2.元素的鉴定

1）硫的鉴定

可用两种方法鉴定硫的存在。

（1）硫化铅实验。取1 mL滤液，加10%醋酸使其呈酸性，然后加3滴2%醋酸铅溶液。如有黑褐色沉淀，表明有硫存在；若有白色或灰色沉淀生成，是碱式醋酸铅，表明酸化不够，须再加入醋酸后观察。反应方程式如下：

Na2S+Pb（Ac）2→PbS↓+2NaAc

（2）亚硝酰铁氰化钠实验。取1 mL滤液，加入2～3滴新配制的0.5%亚硝酰铁氰化钠溶液（或使用前临时取一小粒亚硝酰铁氰化钠溶于数滴水中），如呈紫红色或深红色表明有硫存在。

反应方程式如下：

Na2S+Na2［Fe（CN）5NO］→Na4［Fe（CN）5NOS］

2）氮的鉴定

样品中若有氮，则样品溶液中含有NaCN，它可以通过一系列反应生成蓝色普鲁士蓝沉淀。

取2 mL滤液，加入4～5滴10%氢氧化钠溶液（调节溶液的pH值等于13），加入5滴新鲜配制的5%硫酸亚铁溶液，摇匀并加热至沸1～2 min。溶液中如含有硫，则有黑色硫化亚铁沉淀析出（不必过滤）。冷却后加入3 mol/L硫酸1滴，使产生的硫化亚铁、氢氧化亚铁的沉淀刚好溶解（勿加入过量的硫酸），如有蓝色沉淀或溶液呈蓝色，都表明有氮存在。若样品分解不完全，CN-太少，则溶液仅显浅蓝色或绿色，本实验反应方程式如下：

3）硫和氮同时鉴定

取1 mL滤液用稀盐酸酸化，再加1滴5%三氯化铁溶液，若有血红色显现，即表明有硫氰离子（SCN-）存在。反应方程式如下：

3NaSCN+FeCl3→Fe（SCN）3+3NaCl(www.xing528.com)

有时检验硫和氮都得到阳性结果，而本实验却为阴性，这是因为NaSCN被过量的金属钠分解为Na2S和NaCN。反之，在金属钠较少时，容易产生NaSCN，因此在分别鉴定硫和氮时，若得到阴性结果，则必须做本实验。

4）卤素的鉴定

（1）卤化银实验。取0.5 mL滤液，加稀硝酸使其呈酸性，加热微沸几分钟以除去可能存在的HCN和H2S（若氮、硫不存在，可不必加热）。放冷，加5%硝酸银溶液5滴，如有大量白色或黄色沉淀析出，表明有卤素存在，若仅仅出现混浊，可能是试剂含有杂质的缘故。

NaX+AgNO3→AgX↓+NaNO3

滤液中硫化物与氰化物若不先除去，后来加硝酸银析出沉淀时，难以判断是否是卤化银，因为Ag2S沉淀呈灰黑色，AgCN沉淀为白色。

（2）焰色反应（Beilstein法）。把铜丝一端弯成圆圈形，先在火焰上灼烧，直至火焰不显绿色为止，冷却后，在铜丝圈上沾少量样品，放在火焰边缘上灼烧，若有绿色火焰出现，证明可能有卤素存在。

此法的原理是铜与卤素加热生成铜盐，铜盐在高温时易挥发，其蒸气可使火焰呈美丽的绿色，但此法太灵敏，极少量的不洁物就可能造成错误的判断。

以上两种方法仅表明样品含有卤素，究竟是哪种卤素，还需要进一步鉴定。

5）氯、溴、碘的分别鉴定

（1）溴和碘的鉴定。取2 mL滤液，加稀硝酸使其呈酸性，加热煮沸数分钟（在通风橱中进行，如不含硫、氮，则可免去此步）。冷却后加入0.5 mL四氯化碳溶液，逐渐加入新配制的氯水。每次加入氯水后要摇动，若有碘存在，则四氯化碳层呈现紫色。继续滴加氯水［3］，如含有溴，则紫色渐褪而转变为黄色或橙黄色。反应方程式如下：

（2）氯的鉴定。在上述滤液中，加入2 mL浓硫酸及0.5 g过硫酸钠煮沸数分钟，把NaBr或NaI氧化成溴或碘，再用CCl4萃取，将溴和碘全部除去，然后取清液用硝酸银检验氯离子。

【主要技术与注意事项】

［1］用钳子夹出浸在煤油中的金属钠，用滤纸拭去表面的煤油，切去黄色外皮使呈金属光泽后使用。要注意钠屑不能丢在桌面或随意丢入水槽或废物缸中，应放到回收瓶中。

［2］滤液若混浊，表示样品分解不彻底，其原因为钠的用量不够，或样品太多，或因样品黏附在试管上而未完全作用。

［3］当溴、碘同时存在，且碘含量较多时，常使溴不易检出。此时可用滴管吸去含碘的四氯化碳溶液，再加入纯净的四氯化碳振荡，如仍有碘的紫色，再吸去，直至碘完全被萃取尽，然后加纯净的四氯化碳数滴，并逐渐滴加氯水，如四氯化碳层变成黄色或红棕色，表明有溴。

【参考学时】

4学时。

【预习要求】

元素定性分析的目的在于鉴定某一有机化合物由哪些元素组成，在此基础上进行元素定量分析或官能团鉴别实验。一般有机化合物中常见的元素有碳、氢、氧、氮、硫、卤素等，有的也含有少量其他元素，如砷、硅、磷、镁等。

由于组成有机化合物的原子以共价键相结合，不能用无机定性的方法对元素进行直接测定，为此需要将样品分解，使其转变成无机离子型化合物，再利用无机定性分析进行鉴定。分解样品的方法很多，最常用的方法是钠熔法，即将有机物与金属钠混合共熔，结果有机物中的氮、硫、卤素等元素转变为氰化钠、硫化钠、硫氰化钠、卤化钠等可溶于水的无机化合物。

一般有机化合物都含有碳和氢，因此已知分析的样品是有机化合物后，就不必鉴定其中是否含碳和氢。对于化合物中氧的鉴定，还没有很好的方法，通常只通过官能团鉴定反应或根据定量分析结果来判断其是否存在。

【实验思考题】

（1）钠熔法的作用何在？使用和保存金属钠时应注意什么？

（2）无机定性分析与有机定性分析有什么不同？

（3）怎样检验某有机物中是否含有氯、溴和碘？