新实验十一铁、钴、镍的性质.pdf

1 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+白色粉红绿色棕红棕色黑色Co(OH)2Co(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3还原性增强氧化性增强Ni（OH）2Ni（OH）33、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(NH 3)6]2+不稳定，易氧化成2 [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+K2SO4Fe(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]2 K4[Fe(CN)6]+C12＝2 K3[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-+H 2O＝2[Co(CN)6]3-+2OH-+H 2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① Fe3+的鉴定K+ + Fe3+ + [Fe(CN) 6]4- = KFe[Fe(CN) 6] (蓝色沉淀 )(普鲁士蓝 ) Fe3+ + n SCN- = [Fe(NCS)n]3-n(血红色) ② Co2+的鉴定Co2+＋ SCN－＝ Co(NCS)42-(戊醇中显蓝色 ) ③ Ni2+的鉴定3 CH3CNOHCNOHCH3+NiSO4NH3H2O+CH3CNCNCH3OHOCH3CNCNCH3HOONi(NH4)2SO4H2O++鲜红色（4）CoCl26H2O 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 CoCl24、Fe的防腐－铁钉发蓝3Fe ＋ NaNO2＋5NaOH＝3Na2FeO2 + NH3 + H2O 6 Na2FeO2 + NaNO2＋ 5H2O= 3Na2Fe2O4 + NH3 + 7 NaOH Na2FeO2 + Na2Fe2O4＋ 2H2O= Fe2O3 + 4NaOH 三、仪器与试剂四、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①酸性介质Cl2 + 2Fe2+（浅绿）＝ 2Fe3+（浅黄） +2Cl-②碱性介质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①Co2+＋ 2OH-＝ Co(OH)2 (粉红色沉淀 ) Co(OH)2＋ 2H+＝ Co2+＋ 2H 2O 2Co(OH)2＋ H2O2＝ 2CoO(OH)(棕色沉淀 ) ＋2H2O Co(OH)3在 HNO3中溶解不显著，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 + O24Co(OH)2＋ O2＝4CoO(OH) + 2H2O（棕褐色沉淀）缓慢需加热4 ②Ni2＋＋ 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）Fe3+＋ 3OH-＝ Fe(OH)3 (棕色沉淀 ) Fe(OH)3＋3HCl ＝ FeCl3＋ 3H2O （2）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白色粉红绿色棕红棕色黑色Co(OH)2Co(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3还原性增强氧化性增强Ni（OH）2Ni（OH）33、配合物的生成与性质及离子鉴定（1）Fe3+、Co2+、Ni2+与氨水反应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(NH 3)6]2+不过 [Co(NH 3)6]2+不稳定、易被空中的氧气氧化成[Co(NH3)6]3+4[Co(NH3)6]2+＋ O2＋2H2O ＝ 4[Co(NH3)6]3＋＋ 4OH－[Ni(NH3)6]2+稳定性较高加氯化铵的目的是使BrO3和 BrO3沉淀在浓氨水中完全溶解2）Fe2+、Fe3+、Co2+与 K 4[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 ) 5 Co2+ + [Fe(CN)6]4- = Co2[Fe(CN)6] (绿色沉淀 ) Co2+ + [Fe(CN)6]3- = Co 3[Fe(CN)6]2 (淡棕色沉淀 ) （3）Fe3+、Co2+、Ni2+的鉴定反应①K+ + Fe3+ + [Fe(CN) 6]4- = KFe[Fe(CN) 6] (蓝色沉淀 )(普鲁士蓝 ) Fe3+ + n SCN- = [Fe(NCS)n]3-n有血红色[Fe(NCS)n]3-n＋ 6F－＝ [FeF6]3- + nSCN- (血红色变无色 ) ②Co2+＋ SCN-＝ Co(NCS)42-(有机相显蓝色 ) ③Co2+ ＋ 3K+＋ 7NO2-＋2H+＝ K3[Co(NO2)6] （黄色晶体）＋NO ＋H2O 微热， HAc 介质④CH3CNOHCNOHCH3+NiSO4NH3H2O+CH3CNCNCH3OHOCH3CNCNCH3HOONi(NH4)2SO4H2O++红色4、氧化还原反应与配合物形成的关系2Fe3+＋2 I-＝ 2Fe2+＋ I2I2 + [Fe(CN)6]4- = I- + [Fe(CN) 6]3-E0(Fe3+/Fe2+) > E0(I 2/I-) > E0([Fe(CN) 6]3-/[Fe(CN) 6]4-) 5、CoCl2水合物的颜色CoC12·6H2O 325K CoC12·2H2O 363K CoC12·H2O 393K CoC12 (粉红) （紫红）（紫蓝）（蓝色）6、铁、钴、镍的硫化物2FeCl3＋ H2S ＝ 2FeCl2＋ S ＋ 2HCl 如果加过量的 Na2S，则Fe2+＋ S2- ＝ FeS （黑色沉淀）Ni2+＋ S2- ＝ NiS （黑色沉淀）Co2+＋S2- ＝ CoS （黑色沉淀）6 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（1） 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 . （2）铁的防腐3Fe ＋ NaNO2＋5NaOH＝3Na2FeO2 + NH3 + H2O 6 Na2FeO2 + NaNO2＋ 5H2O= 3Na2Fe2O4 + NH3 + 7 NaOH 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NH4Cl3、 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7 Cr3+ 、Mn2+ 、Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+6mol/LNaOH,3%H2O2煮沸MnO2,Fe(OH)3,Co(OH)3,Ni(OH)2CrO42-15mol/LHNO3,H2O2Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+HNO3,H2O2,乙醚CrO5乙醚层中显蓝色KClO3加热MnO2Mn2+MnO4-紫色6mol/LHNO3 0.1mol/LNaNO2NaBiO3 6mol/LHNO3加热Fe3+、Co2+、Ni2+6mol/LNH3Fe(OH)36mol/LHClFe3+KSCNFe(SCN)2+Ni(NH3)62+Co(NH3)62+分两份HAc DMGNi(DMG)2HCl NaFSCN- 戊醇Co(SCN)42-戊醇中显蓝色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 Cl 2，两者是否矛盾，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 M2+，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。