铁钴镍的性质.docx

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铁钴镍的性质

实验六铁、钴、镍的性质

一、实验目的

1、试验并掌握铁、钴、镍氢氧化物的生成和氧化还原性质；

2、试验并掌握铁、钴、镍配合物的生成及在离子鉴定中的作用。

二、实验原理

铁、钴、镍常见氧化值：

＋2和＋3另外Fe还有+6

1、Fe2+、Co2+、Ni2+的还原性

（1）酸性介质

Cl2+2Fe2+（浅绿）＝2Fe3+（浅黄）+2Cl-

（2）碱性介质

铁（II）、钴（II）、镍（II）的盐溶液中加入碱，均能得到相应的氢氧化物。

Fe（OH）2易被空气中的氧气氧化，往往得不到白色的氢氧化亚铁，而是变成灰绿色，最后成为红棕色的氢氧化铁。

Co（OH）2也能被空气中的氧气慢慢氧化。

2、Fe3+、Co3+、Ni3+的氧化性

由于Co3+和Ni3+都具有强氧化性，Co（OH）3，NiO（OH）与浓盐酸反应分别生成Co（II）和Ni（II），并放出氯气。

CoO（OH）和NiO（OH）通常由Co（II）和Ni（II）的盐在碱性条件下用强氧化剂（Cl2、Br2）氧化得到。

Fe3+易发生水解反应。

Fe3+具有一定的氧化性，能与强还原剂反应生成Fe2+。

3、配合物的生成和Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+的鉴定方法

（1）氨配合物

Fe2+和Fe3+难以形成稳定的氨配合物。

在水溶液中加入氨时形成Fe（OH）2和Fe（OH）3沉淀。

将过量的氨水加入Co2+或Ni2+离子的水溶液中，即生成可溶性的氨合配离子[Co（NH3）6]2+或[Ni（NH3）6]2+。

不过[Co（NH3）6]2+不稳定，易氧化成[Co（NH3）6]3+。

（2）氰配合物

Fe3+，Co3+，Fe2+，Co2+，Ni2+都能与CN-形成配合物。

使亚铁盐与KCN溶液作用得Fe（CN）2沉淀，KCN过量时沉淀溶解。

FeSO4+2KCN＝Fe（CN）2+K2SO4

Fe（CN）2+4KCN＝K4[Fe（CN）6]

从溶液中析出来的黄色晶体是K4[Fe（CN）6]·3H2O，叫六氰合铁（II）酸钾或亚铁氰化钾，俗称黄血盐。

在黄血盐溶液中通入氯气（或用其它氧化剂），把Fe（II）氧化成Fe（III），就得到六氰合铁（III）酸钾（或铁氰化钾）K3[Fe（CN）6]。

2K4[Fe（CN）6]+C12＝2K3[Fe（CN）6]+2KCl

它的晶体为深红色，俗称赤血盐。

赤血盐在碱性溶液中有氧化作用。

Fe3+与[Fe（CN）6]4-离子反应可以得到普鲁士蓝沉淀，而[Fe（CN）6]3-离子与Fe2+离子反应得到滕氏蓝沉淀。

实验证明两者是相同的物质，都是六氰合亚铁酸铁（III）。

钴和镍也可以形成氰配合物，用氰化钾处理钴（II）盐溶液，有红色的氰化钴析出，将它溶于过量的KCN溶液后，可析出紫色的六氰合钴（II）酸钾晶体。

该配合物很不稳定，将溶液稍加热，就会发生下列反应：

2[Co（CN）6]4-+H2O＝2[Co（CN）6]3-+2OH-+H2

所以[Co（CN）6]4-是一个相当强的还原剂。

而[Co（CN）6]3-稳定的多。

（3）离子鉴定

①Fe3+的鉴定

K++Fe3++[Fe（CN）6]4-=KFe[Fe（CN）6]（蓝色沉淀）（普鲁士蓝）

Fe3++nSCN-=[Fe（NCS）n]3-n（血红色）

②Co2+的鉴定

Co2+＋SCN－＝Co（NCS）42-（戊醇中显蓝色）

③Ni2+的鉴定

鲜红色

（4）CoCl2?

6H2O粉红色,无水CoCl2蓝色，硅胶干燥剂中作指示剂。

粉红CoCl26H2O—325K—〉紫红CoCl22H2O—3l3K—〉蓝紫CoCl2H2O—393K—〉蓝CoCl2

4、Fe的防腐－铁钉发蓝

3Fe＋NaNO2＋5NaOH＝3Na2FeO2+NH3+H2O

6Na2FeO2+NaNO2＋5H2O=3Na2Fe2O4+NH3+7NaOH

Na2FeO2+Na2Fe2O4＋2H2O=Fe2O3+4NaOH

三、仪器与试剂

试管量筒烧杯试管夹电炉酒精灯石棉网离心机点滴板表面皿坩埚镊子滴管

HCl（2mol/L6mol/L浓）,HNO3（6mol/L），H2SO4（3mol/L6mol/L），HAc（6mol/L），NaOH（2mol/L6mol/L），NH3?

H2O（2mol/L6mol/L），NH4Cl（1mol/L），NH4Fe（SO4）2（0,1mol/L），Na2S（0,1mol/L），KSCN（0,1mol/L），K3[Fe（CN）6]（0,1mol/L），K4[Fe（CN）6]（0,1mol/L），KNO2（饱和），FeCl3（0,1mol/L），CoCl2（0,1mol/L1mol/Ls），NiSO4（0,1mol/L），H2O2，二乙酰二肟混合液（1L溶液中含有600gNaOH+60gNaNO2），氯水，溴水，NH4F（s），Zn粒，乙醚，戊醇，酚酞，淀粉-KI试纸，砂纸，铁钉，回形针，毛笔，细铁丝。

四、实验步骤

1、二价铁、钴、镍氢氧化物的生成和还原性

（1）Fe2＋的还原性

酸性介质在盛有1ml氯水的试管中加3滴6mol/LH2SO4溶液后滴加NH4Fe（SO4）2溶液，观察现象（若现象不明显，设法检验Fe3+），写出反应方程式。

Cl2+2Fe2+（浅绿）＝2Fe3+（浅黄）+2Cl-

②碱性介质取4支试管，在一试管中加6.0ml蒸馏水和1ml3mol/LH2SO4煮沸后加入少量的NH4Fe（SO4）2晶体是之溶解，然后将溶解液均分为3等份（A、B、C.）。

在另一支试管中加4.0ml6mol/LNaOH溶液，煮沸。

冷却后立即长滴管吸取NaOH溶液并伸入A试管溶液底部，慢慢放出溶液（注意避免摇动带入空气），观察开始生产近乎白色的Fe（OH）2沉淀，防止一段时间后观察溶液颜色的变化，反应液留作下面实验用。

按上述同样方法产生Fe（OH）2沉淀后迅速在B、C试管中加入2mol/LHCl和2mol/LNaOH溶液，立即观察现象，写出反应方程式。

Fe2+＋2OH-＝Fe（OH）2（白色沉淀）

Fe（OH）2＋O2＋2H2O＝4Fe（OH）3（棕红色）反应迅速

（2）Co2＋、Ni2＋的还原性

①向盛有少量0,1mol/LCoCl2溶液中滴2mol/LNaOH溶液至生成粉红色沉淀。

将沉淀分成3份：

一份加6mol/LHCl，另一份加H2O2溶液，剩余一份放至实验结束，观察沉淀有何变化？

解释现象并写出反应方程式。

Co2+＋2OH-＝Co（OH）2（粉红色沉淀）

Co（OH）2＋2H+＝Co2+＋2H2O

2Co（OH）2＋H2O2＝2CoO（OH）（棕色沉淀）＋2H2O

Co（OH）3在HNO3中溶解不显着，在酸性溶液中用H2O2还原可提高溶解性，反应如下：

2Co（OH）3+H2O2+4H+→2Co2++6H2O+O2

4Co（OH）2＋O2＝4CoO（OH）+2H2O（棕褐色沉淀）缓慢需加热

②向盛有少量0.1mol/LNiSO4溶液中滴加2mol/LNaOH溶液至沉淀，将沉淀分3份：

一份加6mol/LHCl，另一份加H2O2溶液，剩余一份放至实验结束，观察沉淀有何变化？

此时再向放置的溶液中滴加溴水，有有何现象？

写出反应方程式。

Ni2＋＋2OH－＝Ni（OH）2（绿色沉淀）

Ni（OH）2＋2H+＝Ni2+＋2H2O

2Ni（OH）2＋H2O2＝2NiO（OH）（黑色沉淀）＋2H2O

2Ni2+＋6OH-＋Br2＝2Ni（OH）3（黑色沉淀）＋2Br-

2、三价铁、钴、镍氢氧化物的生成和氧化性

（1）在一试管中混合少量0.1mol/LFeCl3和2mol/LNaOH至生成沉淀，观察产物的颜色和状态。

离心分离，向沉淀中加入少量浓HCl，搅拌并观察沉淀是否溶解？

设法检验产物。

Fe3+＋3OH-＝Fe（OH）3（棕色沉淀）

Fe（OH）3＋3HCl＝FeCl3＋3H2O

（2）在两支试管中分别加入少量CoCl2和NiSO4溶液，然后分别加数滴溴水，有无变化？

之后滴入6mol/LNaOH溶液，观察沉淀的生成及颜色，分别离心后加入少量浓HCl，检验反应产物（如何检验？

）写出对应的反应方程式。

2Co2+＋6OH-＋Br2＝2Co（OH）3＋2Br－

2Co（OH）3＋6HCl＝2CoCl2＋6H2O＋Cl2（遇淀粉KI试纸变蓝色）

2Ni2+＋6OH-＋Br2＝2Ni（OH）3＋2Br-

2Ni（OH）3＋6HCl＝2NiCl2＋6H2O＋Cl2

根据上述实验结果，列表比较二价和三价Fe、Co、Ni氢氧化物的颜色、氧化还原稳定性及生成条件。

3、配合物的生成与性质及离子鉴定

（1）Fe3+、Co2+、Ni2+与氨水反应

①向少量0,1mol/LFeCl3溶液中加入适量6mol/LNH3?

H2O，有何现象？

之后再加入过量氨水，有无变化？

Fe3＋难以形成稳定的氨配合物。

在水溶液中加入氨时形成Fe（OH）3沉淀。

将过量的氨水加入Co2+或Ni2＋离子的水溶液中，即生成可溶性的氨合配离子[Co（NH3）6]2+或[Ni（NH3）6]2+。

不过[Co（NH3）6]2+不稳定、易被空中的氧气氧化成[Co（NH3）6]3+。

2取少量浓NH3?

H2O于试管中，加入1ml0,1mol/LCoCl2溶液，迅速摇匀后观察溶液颜色的变化，为什么液面颜色变化较快？

Co2++6NH3·H2O=[Co（NH3）6]2++6H2O

4[Co（NH3）6]2+＋O2＋2H2O＝4[Co（NH3）6]3＋＋4OH－

3在1ml0,1mol/LCoCl2溶液中，加入几滴1mol/LNH4Cl和过量的6mol/LNH3?

H2O，观察溶液颜色的变化，静置片刻，再观察溶液的颜色。

Co2++2NH3·H2O=Co（OH）2↓+2NH4++2H2O

加氯化铵的目的是使Co（OH）2沉淀在浓氨水中完全溶解。

4取2.0ml0,1mol/LNiSO4滴加浓NH3?

H2O，观察溶液的颜色，再加入过量的浓NH3?

H2O，观察产物的颜色。

然后将溶液分成4份，分别加1ml3mol/LH2SO4、2mol/LNaOH、H2O稀释、加热煮沸，观察它们有何变化，综合实验结果，说明镍氨配合物的稳定性。

写出上述反应的反应方程式。

Ni2++6NH3·H2O=[Ni（NH3）6]2++6H2O

[Ni（NH3）6]2+稳定性较高。

（2）Fe2+、Fe3+、Co2+与K4[Fe（CN）6]、K3[Fe（CN）6]的反应

在6支试管中分别加NH4Fe（SO4）2、FeCl3、CoCl2溶液，再分别加0.1mol/LK4[Fe（CN）6]、K3[Fe（CN）6]溶液，观察现象并将结果填入表4.8-1中

表4.8-1Fe2＋、Fe3+、Co2＋与K4[Fe（CN）6]、K3[Fe（CN）6]的反应

试剂

NH4Fe（SO4）2

FeCl3

CoCl2

K4[Fe（CN）6]

KFe[Fe（CN）6]（蓝色沉淀）（普鲁士蓝）

Co2[Fe（CN）6]（绿色沉淀）

K3[Fe（CN）6]

KFe[Fe（CN）6]（蓝色沉淀）（滕氏蓝）

Co3[Fe（CN）6]2（淡棕色沉淀）

Fe2+、Fe3+、Co2+与K4[Fe（CN）6]、K3[Fe（CN）6]的反应

K++Fe3＋+[Fe（CN）6]4-=KFe[Fe（CN）6]（蓝色沉淀）（普鲁士蓝）

K++Fe2++[Fe（CN）6]3-=KFe[Fe（CN）6]（蓝色沉淀）（滕氏蓝）

Co2++[Fe（CN）6]4-=Co2[Fe（CN）6]（绿色沉淀）

Co2++[Fe（CN）6]3-=Co3[Fe（CN）6]2（淡棕色沉淀）

（3）Fe3+、Co2+、Ni2+的鉴定反应

①分别实验0.1mol/LFeCl3溶液与0,1mol/LK4[Fe（CN）6]溶液和0.1mol/LKSCN溶液的作用，观察溶液颜色的变化，在后一溶液中加入少量NH4F固体，有何现象？

解释所观察到得现象。

这是鉴定Fe3+的灵敏反应。

K++Fe3++[Fe（CN）6]4-=KFe[Fe（CN）6]（蓝色沉淀）（普鲁士蓝）

Fe3++nSCN-=[Fe（NCS）n]3-n有血红色

[Fe（NCS）n]3-n＋6F－＝[FeF6]3-+nSCN-（血红色变无色）

②在2.0ml0.1mol/LCoCl2溶液中加入少量KSCN固体，仔细观察固体周围的颜色，再滴入1ml戊醇和1ml乙醚，摇荡后观察水相和有机相的颜色。

该反应可用于鉴定Co2+。

Co2+＋SCN-＝Co（NCS）42-（有机相显蓝色）

③向一试管中加入1滴0.1mol/LCoCl2溶液,用1mL6mol/LHAc酸化后加入6滴饱和NaNO2溶液，微热

并观察现象。

Co2+＋3K+＋7NO2-＋2H+＝K3[Co（NO2）6]（黄色晶体）＋NO＋H2O微热，HAc介质

④在点滴板凹隙中加1滴0.1mol/LNiSO4溶液，1滴2mol/LNH3·H2O,再加1滴1%镍试剂，观察现象。

红色

4、CoCl2水合物的颜色

（1）取一粒红色的CoCl2于坩埚中加热，有何现象？

然后在空气中放置1~2h，观察其颜色有何变化？

加热变蓝放置后又变为红色

（2）加数滴1mol/LCoCl2溶液于表面皿中，用毛笔蘸取溶液在纸上写字，之后用镊子夹住纸，隔着石棉网用小火烘烤，观察字迹有何变化？

再向字迹上滴水，字迹的颜色又有何变化？

解释上述实验现象。

CoC12·6H2O325KCoC12·2H2O363KCoC12·H2O393KCoC12

（粉红）（紫红）（紫蓝）（蓝色）

5、铁、钴、镍的硫化物

（1）分别在含有Fe2+、Fe3+、Co3+、Ni3+试液的4支试管中，各加入数滴0.1mol·L-1Na2S水溶液，微热之。

分别试验各硫化物沉淀在稀HCl和稀HNO3中的溶解情况，必要时可加热。

将结果填入表4.8-2中。

表4.8-2Fe2+、Fe3+、Co3+、Ni3+和0.1mol·L-1Na2S反应

试液

0.1mol·L-1Na2S

稀HCl

稀HNO3

Fe2+

FeS（黑色沉淀）

溶解（臭鸡蛋气味气体）

溶解（臭鸡蛋气味气体）

Fe3+

FeS（黑色沉淀）

溶解（有乳白色S及臭鸡蛋气味气体）

溶解（有乳白色S臭鸡蛋气味和红棕色气体）

Co3+

CoS（黑色沉淀）

不溶

溶解（臭鸡蛋气味气体）

Ni3+

NiS（黑色沉淀）

不溶

溶解（臭鸡蛋气味气体）

2FeCl3＋H2S＝2FeCl2＋S＋2HCl

如果加过量的Na2S，则

现象和解释：

Fe2+＋S2-＝FeS（黑色沉淀）

Ni2+＋S2-＝NiS（黑色沉淀）

Co2+＋S2-＝CoS（黑色沉淀）

MS＋2HCl＝MCl2＋H2S（M＝Fe，Co，Ni）（事实上，因为晶形问题，CoS、NiS都不溶解）

FeS不溶于氨水而NiS和CoS溶于氨水形成配合物

MS＋HNO3发生氧化还原反应

7、铁的腐蚀和防腐（不做）

铁的腐蚀

镀锌铁（俗称白铁）和镀锡铁（俗称马口铁）,当它们的表面镀层有破损时,铁被腐蚀速度为白铁低于马口铁.三种金属的活动性为Zn>Fe>Sn.一旦镀层破损形成Zn—Fe原电池,Zn为负极被腐蚀,铁为正极得到保护,因此白铁更耐用.而Fe—Sn原电池,Fe为负极,加速了铁的腐蚀.

（1）铁的防腐

3Fe＋NaNO2＋5NaOH＝3Na2FeO2+NH3+H2O

6Na2FeO2+NaNO2＋5H2O=3Na2Fe2O4+NH3+7NaOH

Na2FeO2+Na2Fe2O4＋2H2O=Fe2O3+4NaOH

五、注意事项

1、制备Fe（OH）2时，要细心操作，注意不能引入空气。

2、欲使Co（OH）2Ni（OH）2沉淀在浓氨水中完全溶解，最好加入少量的固体NH4Cl。

3、Zn粒和Sn粒均需用砂纸擦净表面的氧化物，使用完后必须回收。

六、思考题

1、已知溶液中含有Cr3+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+，用流程图将它们分离并鉴别出来。

2、在碱性介质中氯水能将Ni（OH）2氧化为NiO（OH），而在酸性介质中NiO（OH）又能将Cl-氧化为Cl2，两者是否矛盾，为什么？

要求查不同介质中的标准电极电势值回答。

3、有时氯水或溴水能将Co2+、Ni2+氧化为M3+，有时Co3+、Ni3+却可将HCl或HBr氧化为X2，这是否矛盾，为什么？

要求查不同介质中的标准电极电势值回答。

4、衣服上沾有铁锈时，常用草酸洗，试说明原因。

答：

草酸可与铁锈发生氧化还原反应生成铁的可溶性盐而溶解。

草酸为弱酸，不会对衣服造成伤害。

5、在CoCl2中滴加溶液时，为何刚开始有蓝色沉淀出现？

6、答：

CoCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液先生成蓝色Co（OH）Cl沉淀，继续加入NaOH溶液才生成粉红色沉淀，放置一段时间，Co（OH）2被空气氧化而成棕色。

7、试解释：

Fe3+能将I-氧化成I2，而[Fe（CN）6]3-则不能；[Fe（CN）6]4-能将I2还原成I-。

而Fe2+不能。

要求查标准电极电势值回答。

答:

Eθ（Fe3+/Fe2+）=0.771v大于Eθ（I2/I-）=0.5355v,因此Fe3+能将I-氧化成I2。

Eθ（[Fe（CN）6]3-/[[Fe（CN）6]4-）=0.36v小于Eθ（I2/I-）=0.5355v,所以[Fe（CN）6]3-不能将I-氧化成I2，反而[Fe（CN）6]4-能将I2还原成I-。

而Eθ（Fe3+/Fe2+）大于Eθ（I2/I-）所以Fe2+不能还原I2。

8、总结并比较二价Fe、Co、Ni的氢氧化物的稳定性及Fe3+、Co3+、Ni3+氧化能力的大小。

答:

二价氢氧化物的稳定性依次增强，其离子的氧化能力依次减弱

9、实验室的硅胶干燥剂常用来指示其吸湿程度，这是基于的什么性质？

答：

在硅胶中加入少量无水二氯化钴，制得的硅胶为蓝色硅胶，当硅胶在空气中吸收水以后，蓝色无水CoCl2转化为红色水合[Co（H2O）6]Cl2,使蓝色硅胶变成红色硅胶，表示硅胶已失去吸水作用，因此可以作为硅胶干燥剂的指示剂。