整理鐵、鈷、鎳的性質(zhì)

1、實(shí)驗(yàn)六鐵、鈷、鎳的性質(zhì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、試驗(yàn)并掌握鐵、鈷、鎳氫氧化物的生成和氧化還原性質(zhì)；2、試驗(yàn)并掌握鐵、鈷、鎳配合物的生成及在離子鑒定中的作用。二、實(shí)驗(yàn)原理鐵、鈷、鎳常見氧化值：2 和 3另外 Fe 還有 +61、 Fe2+、 Co2+ 、Ni 2+的還原性（1）酸性介質(zhì)Cl 2 + 2Fe 2+（淺綠） 2Fe3+ （淺黃） +2Cl -（2）堿性介質(zhì)鐵（ II ）、鈷（ II ）、鎳（ II ）的鹽溶液中加入堿，均能得到相應(yīng)的氫氧化物。Fe(OH)2 易被空氣中的氧氣氧化，往往得不到白色的氫氧化亞鐵，而是變成灰綠色，最后成為紅棕色的氫氧化鐵。 Co（OH）2 也能被空氣中的氧氣慢慢氧化。

2、2、 Fe3+、 Co3+ 、Ni 3+的氧化性由于Co3+和Ni 3+ 都具有強(qiáng)氧化性，Co(OH)3，NiO(OH)與濃鹽酸反應(yīng)分別生成Co(II)和Ni(II)，并放出氯氣。 CoO(OH)和 NiO(OH）通常由Co（ II）和Ni(II)的鹽在堿性條件下用強(qiáng)氧化劑（Cl 2 、Br2 ）氧化得到。Fe3+ 易發(fā)生水解反應(yīng)。Fe3+具有一定的氧化性，能與強(qiáng)還原劑反應(yīng)生成Fe2+。還原性增強(qiáng)Fe(OH)2Co(OH)2Ni （ OH） 2白色粉紅綠色Fe(OH)3Co(OH) 3Ni （ OH） 3棕紅棕色黑色氧化性增強(qiáng)3、配合物的生成和Fe2+、Fe3+ 、Co2+、Ni 2+ 的鑒定

3、方法（1）氨配合物Fe2+和 Fe3+難以形成穩(wěn)定的氨配合物。在水溶液中加入氨時(shí)形成Fe(OH)2 和 Fe(OH)3 沉淀。將過量的氨水加入Co2+或 Ni 2+ 離子的水溶液中，即生成可溶性的氨合配離子Co(NH3 ) 6 2+或Ni(NH 3 ) 6 2+。不過 Co(NH3) 6 2+ 不穩(wěn)定，易氧化成 Co(NH3) 6 3+。（2）氰配合物3+3+2+2+2+-KCN溶液作用得 Fe(CN)2 沉淀， KCN過量時(shí)沉Fe，Co，F(xiàn)e，Co，Ni都能與 CN形成配合物。使亞鐵鹽與淀溶解。FeSO+2KCNFe(CN) +K SO4224Fe(CN)2+4KCN K4 Fe(CN) 6

4、 從溶液中析出來的黃色晶體是K4 Fe(CN) 6 · 3H2 O，叫六氰合鐵 (II)酸鉀或亞鐵氰化鉀，俗稱黃血鹽。在黃血鹽溶液中通入氯氣( 或用其它氧化劑 ) ，把 Fe（ II）氧化成 Fe（ III），就得到六氰合鐵 (III) 酸鉀 ( 或鐵氰化鉀 ) K 3Fe(CN) 6 。2 K4Fe(CN) 6 +C12 2 K 3 Fe(CN) 6+2KCl它的晶體為深紅色，俗稱赤血鹽。赤血鹽在堿性溶液中有氧化作用。Fe3+ 與Fe(CN) 64- 離子反應(yīng)可以得到普魯士藍(lán)沉淀，而Fe(CN) 6 3- 離子與 Fe2+離子反應(yīng)得到滕氏藍(lán)沉淀。實(shí)驗(yàn)證明兩者是相同的物質(zhì)，都是六氰合

5、亞鐵酸鐵（III）。鈷和鎳也可以形成氰配合物，用氰化鉀處理鈷（II）鹽溶液，有紅色的氰化鈷析出，將它溶于過量的KCN 溶液后，可析出紫色的六氰合鈷(II)酸鉀晶體。該配合物很不穩(wěn)定，將溶液稍加熱，就會發(fā)生下列反應(yīng)：2Co(CN)64-+H2 O 2Co(CN)63-+2OH+H2所以 Co(CN) 6 4- 是一個相當(dāng)強(qiáng)的還原劑。而Co(CN) 6 3- 穩(wěn)定的多。（3）離子鑒定 Fe 3+的鑒定K+ + Fe 3+ + Fe(CN)6 4-= KFeFe(CN) 6 (藍(lán)色沉淀 )( 普魯士藍(lán) )3+-3-nFe+ n SCN= Fe(NCS)n( 血紅色 ) Co 2+的鑒定2+2-( 戊

6、醇中顯藍(lán)色 )Co SCN Co(NCS) 4 Ni 2+的鑒定HOOCH3CNOHCH3CNNCCH3CH3C+NiSO4 + NH 3H2OCNNiNCCH3+(NH 4)2SO4NOHCH3OOH+H2O鮮紅色（4）CoCl26H2O粉紅色 , 無水 CoCl2 藍(lán)色，硅膠干燥劑中作指示劑。粉紅 CoCl2 6H2O325K紫紅CoCl22H2O 3l3K 藍(lán)紫CoCl2H2 O 393K藍(lán) CoCl24、 Fe 的防腐鐵釘發(fā)藍(lán)3Fe NaNO2 5NaOH3Na2 FeO2 + NH 3 + H 2 O6 Na FeO + NaNO 5H2O= 3Na Fe O + NH3+ 7 Na

7、OH222224Na2FeO2 + Na 2Fe2O4 2H 2O= Fe2O3 + 4NaOH三、儀器與試劑試管 量筒 燒杯 試管夾 電爐 酒精燈 石棉網(wǎng) 離心機(jī) 點(diǎn)滴板HCl（ 2mol/L 6mol/L 濃）,HNO3（6mol/L ），H2 SO（4 3mol/L 6mol/L表面皿坩堝鑷子滴管），HAc（ 6mol/L ），NaOH（ 2mol/L 6mol/L），NH3 H2O（2mol/L 6mol/L ），NH4Cl（ 1mol/L ），NH4Fe(SO4 ) （2 0,1mol/L ），Na2 S（ 0,1mol/L ），KSCN（ 0,1mol/L K3 Fe(CN) 6

8、（0,1mol/L ），K4 Fe(CN) 6（0,1mol/L ），KNO（2飽和），F(xiàn)eCl（3 0,1mol/L ），CoCl（2 0,1mol/L 1mol/L），s），NiSO4（0,1mol/L），H2 O2 ，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 試紙，砂紙，鐵釘，回形針，毛筆，細(xì)鐵絲。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、二價(jià)鐵、鈷、鎳氫氧化物的生成和還原性（1）Fe2 的還原性酸性介質(zhì)在盛有 1ml 氯水的試管中加3 滴 6mol/L H2 SO4 溶液后滴加 NH4Fe(SO4) 2 溶液，觀

9、察現(xiàn)象（若現(xiàn)象不明顯，設(shè)法檢驗(yàn) Fe3+ ），寫出反應(yīng)方程式。Cl 2 + 2Fe 2+ （淺綠） 2Fe3+（淺黃） +2Cl -堿性介質(zhì) 取 4 支試管，在一試管中加6.0ml 蒸餾水和 1ml 3mol/L H2 SO煮沸后加入少量的NHFe(SO )2444晶體是之溶解，然后將溶解液均分為3等份（ A、 B、C. ）。在另一支試管中加4.0ml 6mol/L NaOH 溶液，煮沸。冷卻后立即長滴管吸取 NaOH溶液并伸入 A 試管溶液底部， 慢慢放出溶液（注意避免搖動帶入空氣），觀察開始生產(chǎn)近乎白色的Fe(OH)2 沉淀，防止一段時(shí)間后觀察溶液顏色的變化，反應(yīng)液留作下面實(shí)驗(yàn)用。按上述同

10、樣方法產(chǎn)生Fe(OH)2 沉淀后迅速在B、C 試管中加入2mol/L HCl和 2mol/LNaOH溶液，立即觀察現(xiàn)象，寫出反應(yīng)方程式。Fe2+ 2OH- Fe(OH) 2（白色沉淀）Fe(OH)2 O2 2HO 4Fe(OH) 3( 棕紅色 )反應(yīng)迅速（2）Co2 、Ni 2 的還原性 向盛有少量0,1mol/LCoCl2 溶液中滴2mol/LNaOH 溶液至生成粉紅色沉淀。將沉淀分成3 份：一份加6mol/LHCl，另一份加H2 O2 溶液，剩余一份放至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，觀察沉淀有何變化？解釋現(xiàn)象并寫出反應(yīng)方程式。Co2+ 2OH- Co(OH) 2 ( 粉紅色沉淀 )Co(OH)2 2H+ Co

11、2+ 2H 2O2Co(OH)2 H 2 O2 2CoO(OH)( 棕色沉淀 )2H2OCo(OH) 3 在 HNO3中溶解不顯著，在酸性溶液中用H 2 O2 還原可提高溶解性，反應(yīng)如下：2Co(OH) 3 + H 2 O2 +4H+ 2Co2 + + 6H 2O + O 24Co(OH)2 O2 4CoO(OH) + 2H2 O（棕褐色沉淀）緩慢需加熱 向盛有少量 0.1mol/L NiSO4 溶液中滴加 2mol/LNaOH溶液至沉淀，將沉淀分 3 份：一份加 6mol/LHCl，另一份加22HO 溶液，剩余一份放至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，觀察沉淀有何變化？此時(shí)再向放置的溶液中滴加溴水，有有何現(xiàn)象？寫出

12、反應(yīng)方程式。Ni 2 2OH Ni(OH) 2 ( 綠色沉淀 )Ni(OH) 2 2H+ Ni 2+ 2H2 O2Ni(OH) 2 H2O2 2NiO(OH) ( 黑色沉淀 ) 2H2O2Ni 2+ 6OH- Br 2 2Ni （ OH） 3( 黑色沉淀 ) 2Br -2、三價(jià)鐵、鈷、鎳氫氧化物的生成和氧化性（ 1） 在一試管中混合少量 0.1mol/L FeCl 3 和 2mol/LNaOH至生成沉淀， 觀察產(chǎn)物的顏色和狀態(tài)。 離心分離，向沉淀中加入少量濃 HCl ，攪拌并觀察沉淀是否溶解？設(shè)法檢驗(yàn)產(chǎn)物。Fe3+ 3OH- Fe(OH) 3 ( 棕色沉淀 )Fe(OH)3 3HCl FeCl

13、 3 3H 2O（2）在兩支試管中分別加入少量CoCl2 和NiSO4 溶液，然后分別加數(shù)滴溴水，有無變化？之后滴入6mol/LNaOH 溶液，觀察沉淀的生成及顏色，分別離心后加入少量濃HCl，檢驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)物（如何檢驗(yàn)？）寫出對應(yīng)的反應(yīng)方程式。2Co2+ 6OH- Br 2 2Co （OH）3 2Br 2Co（OH）3 6HCl 2CoCl 2 6H 2O Cl 2 （遇淀粉 KI 試紙變藍(lán)色）2Ni 2+ 6OH- Br 2 2Ni(OH) 3 2Br -2Ni(OH) 3 6HCl 2NiCl 2 6H 2 O Cl 2根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，列表比較二價(jià)和三價(jià)Fe、Co、Ni 氫氧化物的顏色、氧

14、化還原穩(wěn)定性及生成條件。還原性增強(qiáng)Fe(OH)2Co(OH)2Ni （ OH） 2白色粉紅綠色Fe(OH)3Co(OH) 3Ni （ OH） 3棕紅棕色黑色氧化性增強(qiáng)3、配合物的生成與性質(zhì)及離子鑒定（1）Fe3+、Co2+ 、Ni 2+與氨水反應(yīng)向少量 0,1mol/LFeCl 3 溶液中加入適量 6mol/L NH 3H2O，有何現(xiàn)象？之后再加入過量氨水，有無變化？Fe3 難以形成穩(wěn)定的氨配合物。在水溶液中加入氨時(shí)形成Fe(OH)3 沉淀。將過量的氨水加入Co2+或 Ni 2離子的水溶液中，即生成可溶性的氨合配離子Co(NH3 ) 6 2+或 Ni(NH 3 ) 6 2+。不過 Co(NH3

15、 ) 62+ 不穩(wěn)定、易被空中的氧氣氧化成 Co(NH3) 6 3+。取少量濃 NHHO于試管中，加入 1ml 0,1mol/LCoCl溶液，迅速搖勻后觀察溶液顏色的變化，322為什么液面顏色變化較快？2+2+Co +6 NH3·H2 O =Co(NH3 ) 6+6H2O4Co(NH3 ) 6 2+ O2 2H O 4Co(NH 3 ) 6 3 4OH在 1ml 0,1mol/L CoCl 2 溶液中，加入幾滴 1mol/L NH 4 Cl 和過量的 6mol/L NH 3H2O，觀察溶液顏色的變化，靜置片刻，再觀察溶液的顏色。2+2HOCo +2NH·HO= Co(OH)

16、+2NH3224加氯化銨的目的是使Co(OH)2 沉淀在濃氨水中完全溶解。取 2.0ml 0,1mol/L NiSO4 滴加濃NH3H2 O，觀察溶液的顏色，再加入過量的濃NH3H2O，觀察產(chǎn)物的顏色。然后將溶液分成4 份，分別加1ml 3mol/L H2 SO4、 2mol/LNaOH 、H2O稀釋、加熱煮沸，觀察它們有何變化，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明鎳氨配合物的穩(wěn)定性。寫出上述反應(yīng)的反應(yīng)方程式。2+2+Ni +6 NH3·H2 O =Ni(NH 3 ) 6+6H2O（ 2）Fe2+、Fe3+ 、Co2+與 K4Fe(CN) 6 、K3Fe(CN) 6 的反應(yīng)在 6 支試管中分別加NH4

17、Fe(SO4)2 、FeCl 3 、CoCl2 溶液，再分別加0.1mol/LK4Fe(CN)6 、K3 Fe(CN) 6 溶液，觀察現(xiàn)象并將結(jié)果填入表4.8-1中表 4.8-1 Fe 2 、 Fe3+ 、 Co2 與 K4Fe(CN) 6 、K3 Fe(CN) 6 的反應(yīng)試劑NHFe(SO)2FeCl3CoCl244K4Fe(CN) 6KFeFe(CN)6 ( 藍(lán)色沉淀 )( 普魯士藍(lán) )Co2Fe(CN) 6 ( 綠色沉淀 )K Fe(CN)KFeFe(CN)6 ( 藍(lán) 色沉 淀 )(滕氏CoFe(CN)( 淡棕色沉淀 )36362藍(lán))Fe2+ 、Fe3+、 Co2+ 與 K4Fe(CN)

18、 6 、 K3Fe(CN) 6 的反應(yīng)K+ Fe 3 + Fe(CN)6 4- = KFeFe(CN)6 ( 藍(lán)色沉淀 )( 普魯士藍(lán) )K+ Fe 2+ + Fe(CN)6 3- = KFeFe(CN)6 ( 藍(lán)色沉淀 )(滕氏藍(lán) )Co2+ Fe(CN)6 4-= Co 2Fe(CN) 6 (綠色沉淀 )Co2+ Fe(CN)6 3-= Co 3Fe(CN) 62( 淡棕色沉淀 )（3）Fe3+、Co2+ 、Ni 2+的鑒定反應(yīng)分別實(shí)驗(yàn)0.1mol/L FeCl3 溶液與0,1mol/L K 4 Fe(CN) 6 溶液和 0.1mol/L KSCN 溶液的作用，觀察溶液顏色的變化，在后一溶

19、液中加入少量NH4F 固體，有何現(xiàn)象？解釋所觀察到得現(xiàn)象。這是鑒定Fe3+ 的靈敏反應(yīng)。K+ Fe 3+ + Fe(CN) 6 4-= KFeFe(CN) 6 ( 藍(lán)色沉淀 )( 普魯士藍(lán) )Fe3+ + n SCN -= Fe(NCS)n3-n有血紅色Fe(NCS)n 3-n 6F FeF6 3- + nSCN- ( 血紅色變無色 )在 2.0ml0.1mol/LCoCl2 溶液中加入少量 KSCN固體，仔細(xì)觀察固體周圍的顏色，再滴入 1ml 戊醇和 1ml乙醚，搖蕩后觀察水相和有機(jī)相的顏色。該反應(yīng)可用于鑒定Co2+ 。Co2+ SCN- Co(NCS) 42- ( 有機(jī)相顯藍(lán)色 )向一試管

20、中加入 1滴 0.1 mol/L CoCl 2 溶液 , 用 1mL6mol/LHAc酸化后加入6 滴飽和 NaNO2溶液，微熱并觀察現(xiàn)象。Co2+ 3K + 7NO2 - 2H+ K 3Co(NO2 ) 6 （黃色晶體）NO H2O 微熱， HAc 介質(zhì)在點(diǎn)滴板凹隙中加1 滴 0.1mol/LNiSO 4 溶液， 1 滴 2mol/LNH3· H2O,再加 1 滴 1%鎳試劑，觀察現(xiàn)象。HOOCH3CNOHCH3CNNCCH3CH3C+NiSO4 + NH 3H2OCNNiNCCH3+(NH 4)2SO4NOHCH3OOH+H2O紅色4、 CoCl2 水合物的顏色(1) 取一粒紅色

21、的 CoCl2 于坩堝中加熱，有何現(xiàn)象？然后在空氣中放置12h，觀察其顏色有何變化？加熱變藍(lán)放置后又變?yōu)榧t色(2) 加數(shù)滴 1mol/LCoCl 2 溶液于表面皿中，用毛筆蘸取溶液在紙上寫字，之后用鑷子夾住紙，隔著石棉網(wǎng)用小火烘烤，觀察字跡有何變化？再向字跡上滴水，字跡的顏色又有何變化？解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。CoC12 ·6H2O 325K CoC12 ·2H2 O 363K CoC12 ·H2O 393K CoC12(粉紅 )（紫紅）（紫藍(lán)）（藍(lán)色）5、鐵、鈷、鎳的硫化物(1)分別在含有Fe2+ 、 Fe3+、Co3+ 、Ni 3+試液的 4 支試管中，各加入數(shù)滴0

22、.1mol ·L-1Na 2S 水溶液，微熱之。分別試驗(yàn)各硫化物沉淀在稀HCl 和稀 HNO3中的溶解情況，必要時(shí)可加熱。將結(jié)果填入表4.8-2中。表 4.8-2 Fe2+、 Fe3+、 Co3+、 Ni 3+和 0.1mol ·L-1 Na2S 反應(yīng)試液-12稀 HCl30.1mol ·L Na S稀 HNOFe2+FeS （黑色沉淀）溶解 ( 臭雞蛋氣味氣體 )溶解 ( 臭雞蛋氣味氣體 )Fe3+FeS （黑色沉淀）溶解 ( 有乳白色 S 及臭雞蛋氣味氣溶解( 有乳白色 S 臭雞蛋氣味和紅棕色氣體 )體)Co3+CoS （黑色沉淀）不溶溶解 ( 臭雞蛋氣味氣體

23、 )Ni 3+NiS （黑色沉淀）不溶溶解 ( 臭雞蛋氣味氣體 )2FeCl 3 H2 S 2FeCl 2 S 2HCl如果加過量的Na2 S，則現(xiàn)象和解釋：Fe2+ S2- FeS（黑色沉淀）Ni 2+ S2- NiS（黑色沉淀）Co2+ S2- CoS （黑色沉淀）MS 2HCl MCl 2 H2 S （M Fe， Co， Ni ）（事實(shí)上，因?yàn)榫螁栴}，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發(fā)生氧化還原反應(yīng)7、鐵的腐蝕和防腐( 不做 )鐵的腐蝕鍍鋅鐵 ( 俗稱白鐵 ) 和鍍錫鐵 ( 俗稱馬口鐵 ), 當(dāng)它們的表面鍍層有破損時(shí),

24、鐵被腐蝕速度為白鐵低于馬口鐵. 三種金屬的活動性為Zn>Fe>Sn.一旦鍍層破損形成Zn Fe原電池 ,Zn 為負(fù)極被腐蝕 , 鐵為正極得到保護(hù),因此白鐵更耐用.而 FeSn 原電池 ,Fe為負(fù)極 , 加速了鐵的腐蝕 .（1）鐵的防腐3Fe NaNO25NaOH 3Na2 FeO2 + NH 3 + H 2 O6 NaFeO + NaNO 5H2O= 3Na Fe O + NH3+ 7 NaOH222224Na2FeO2 + Na 2Fe2O4 2H2 O= Fe2O3+ 4NaOH五、注意事項(xiàng)1、制備 Fe(OH)2 時(shí)，要細(xì)心操作，注意不能引入空氣。2、欲使Co(OH) 2 N

25、i(OH)2 沉淀在濃氨水中完全溶解，最好加入少量的固體NH4Cl 。3、 Zn 粒和 Sn 粒均需用砂紙擦凈表面的氧化物，使用完后必須回收。六、思考題1、已知溶液中含有3+2+2+3+2+2+Cr 、 Mn、Fe、Fe、Co、Ni ，用流程圖將它們分離并鑒別出來。Cr 3+、 Mn 2+、 Fe2+ 、 Fe3+、 Co2+、 Ni 2+6mol/LNaOH,3%H 2O2煮沸MnO 2,Fe(OH) 3,Co(OH) 3,Ni(OH) 2CrO 42-15mol/LHNO 3,H2O2HNO 3,H 2O2,乙醚Fe2+、 Fe3+、 Co2+、 Ni 2+CrO 5KClO 3加熱乙醚層

26、中顯藍(lán)色MnO 2Fe2+、 Fe3+、 Co2+、 Ni 2+6mol/LHNO 36mol/LNH 30.1mol/LNaNO 2Mn 2+Fe(OH) 3Ni(NH 3)62+NaBiO 36mol/LHClCo(NH 3)62+6mol/LHNO 3加熱Fe3+分兩份MnO 4-KSCNHCl紫色Fe(SCN) 2+NaF-HAcSCNDMG戊醇Co(SCN) 42- Ni(DMG) 2戊醇中顯藍(lán)色2、在堿性介質(zhì)中氯水能將Ni(OH) 2 氧化為 NiO(OH)，而在酸性介質(zhì)中NiO(OH)又能將 Cl - 氧化為 Cl 2，兩者是否矛盾，為什么？要求查不同介質(zhì)中的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢值回答。3、2+2+