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]。

                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-+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

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)₄^2-(戊醇中显蓝色)

③ Ni²⁺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

   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）    Fe^2＋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）Co^2＋、Ni^2＋的还原性

①           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 + O₂

         4Co(OH)₂ ＋ O₂ ＝4CoO(OH) + 2H₂O（棕褐色沉淀） 缓慢需加热

②       Ni^2＋ ＋ 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

3、配合物的生成与性质及离子鉴定

（1）Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺与氨水反应

Fe^3＋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Ni^2＋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⁺。

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K₄[Fe(CN)₆]、K₃[Fe(CN)₆]的反应

  K⁺  + Fe^3＋ + [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   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有血红色

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

②           Co²⁺ ＋ SCN^- ＝ Co(NCS)₄^2-(有机相显蓝色)

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

          微热，HAc介质

④ 

                                            红色

4、氧化还原反应与配合物形成的关系

           2Fe³⁺ ＋2 I^- ＝ 2Fe²⁺ ＋ I₂

I₂ + [Fe(CN)₆]^4- = I^- + [Fe(CN)₆]^3-

E⁰(Fe³⁺/Fe²⁺) > E⁰(I₂/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⁺ ＋ S^2-  ＝ FeS （黑色沉淀）

     Ni²⁺ ＋ S^2-  ＝ NiS （黑色沉淀）

     Co²⁺ ＋S^2-  ＝ 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

（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)₂ Ni(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，不会对衣服造成伤害。

5、  在中滴加溶液时，为何刚开始有蓝色沉淀出现？

   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。

6、  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。

7、  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

8、  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？

   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。

 

第二篇：铁、钴、镍实验报告

铁、钴、镍实验报告

一、实验目的

二、实验内容

1、Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的氢氧化物的生成和性质

2、Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)的氢氧化物的生成和性质

3、铁盐的氧化还原性

4、Fe、Co、Ni的配合物

5、离子的鉴定