无机化学实验指导书

1、 无机化学实验II指导书 Element Chmistry Experiment Instruction Book 编 者：刘玉文 陈闽子 李建军教 务 处2010 年 3月引言至今为止，已经发现90种化学元素，20种人工合成元素。丰富多彩的物质世界主要是由这些元素构成的。真正的化学是元素化学，只有理论而没有性质那就不是化学！因此，我们的学习就是要掌握重要元素及其化合物的重要性质。实验是掌握元素及其化合物性质的有效方法，在理解的基础上进行记忆，为后续课程打下一个扎实的元素化学基础。实验1 P区元素重要化合物的性质实验目的1 掌握次氯酸盐及氯酸盐的氧化性；过氧化氢的性质，硫化氢的还原性和硫化物的

2、溶解性；亚硫酸、硫代硫酸、亚硝酸及其盐的性质。2 掌握锑、铋、锡、铅氢氧化物的酸碱性；铅盐的难溶性；Sn()的还原性和Pb()、Bi()的氧化性。3 掌握锑、铋、锡、铅硫化物及锑、锡的硫代硫酸盐的性质；4 掌握Sb3+、Bi3+、Sn2+、Pb2+的鉴定反应5 了解氯、氯酸盐、硫化氢、氮的氧化物的毒性及安全知识。实验原理P区元素重要化合物性质:表1-1 过氧化氢、硫化氢、硫化物的性质物 质主要性质H2O21） 弱酸性，遇碱发生中和反应：2） 不稳定性，易分解成H2O和O2： 3） 既有氧化性，又有还原性，以氧化性为主：H2S有毒，又强还原性:硫化物除了碱金属（包括NH4+）的硫化物外，大多数硫

3、化物难溶于水，并具有特征颜色。根据在酸中的溶解情况，可将硫化物分为四类：1） 可溶于稀HCl的硫化物；ZnS(白色)、MnS(肉色) 、FeS(黑色)2） 难溶于稀HCl，能溶于浓HCl的硫化物；CdS(黄色)、PbS(黑色)3） 难溶于浓HCl，能溶于HNO3的硫化物；CuS(黑色)、Ag2S(黑色)4) 难溶于HNO3，只溶于王水的硫化物HgS(黑色)表1-2氧、硫、氮的部分含氧酸及其盐的性质族物质氧化值主要性质反应举例VIIA次氯酸盐+1有强氧化性氯酸盐+5在酸性介质中有强氧化性VIA亚硫酸及其盐+41） 热稳定性差，易分解2） 既有氧化性又有还原性，但以还原性为主硫代硫酸及其盐+21）

4、 极不稳定，易分解2） 有还原性，与Cl2、Br2强氧化剂作用被氧化成硫酸盐；与I2弱氧化剂作用被氧化成连四硫酸盐3） 硫代硫酸根有很强的配位能力，与许多金属离子形成配位化合物过二硫酸及其盐+61) 热稳定性差，易分解；2) 强氧化性VA亚硝酸及其盐+31） 亚硝酸极不稳定，易分解2） 既有氧化性又有还原性，但以氧化性为主。亚硝酸盐只有在酸性介质中才显示氧化性P区重要金属化合物性质：表1-3锑、铋、锡、铅氢氧化物的酸碱性锑、铋氢氧化物锡、铅氢氧化物Sb(OH)3(白色) H3SbO4(白色)两性 两性偏酸Bi(OH)3, Bi2O5(红色) 不稳定，易分解为Bi2O3+O2弱碱性 弱酸性Sn(

5、OH)2(白色) Sn(OH)4(白色)两性 两性，以酸性为主Pb(OH)2(白色) Pb(OH)4(棕色)两性偏碱 两性偏酸表1-4 Sb(III)、Bi(III)、Sn(II)的还原性和Pb()、Bi()的氧化性物质氧化还原性反应举例Sb(III)Bi(III)和Bi(V)Sb(III)既有氧化性，又有还原性，但均较弱j(Sb3+/Sb)=0.212Vj(SbO43-/SbO2-)=-0.59VSb(V)在酸性介质中有氧化性，但不强Bi(III)既有氧化性，又有还原性，在碱性介质中可被强氧化剂氧化j(Bi3+/Bi)=0.320Vj(NaBiO3/Bi3+)=1.8VBi(V)在酸性介质中

6、有强氧化性1） Sb(III)氧化还原性2Sb3+3Sn2Sb(黑色)+3Sn2+；Sb(OH)4-+2Ag(NH3)2+2OH-Sb(OH)6-+2Ag(黑色)+4NH3鉴定Sb3+的反应； 2） Bi(III)的还原性和Bi(V)的氧化性Bi(OH)3+Cl2+3OH-+Na+NaBiO3(棕黄色)+2Cl-+3H2O；NaBiO3+6HCl(浓)BiCl3+NaCl+Cl2+3H2O；5NaBiO3+2Mn2+14H+2MnO4-(紫红色)+5Bi3+5Na+7H2O鉴定Mn2+的反应；Sn(II)和Pb(IV)Sn(II)强还原性，在碱性介质中还原性更强j(Sn4+/Sn2+)=0.1

7、5VjSn(OH)62-/Sn(OH)42-=-0.93VPb(II)j(PbO2/Pb2+)=1.46VPb(IV)在酸性介质中有强氧化性1） Sn(II)的还原性2HgCl2+Sn2+4Cl-Hg2Cl2(白色)+SnCl62-;Hg2Cl2+Sn2+(过量)+4Cl-2Hg(黑色)+SnCl62-鉴定Sn2+和Hg2+的反应;2Bi3+3Sn(OH)42-+6OH-2Bi(黑色)+3Sn(OH)62-鉴定Bi3+的反应2） Pb(IV)的氧化性PbO2+4HCl(浓) PbCl2+Cl2+2H2O铅盐的难溶性：铅盐中只有Pb(NO3)2和Pb(OAc)2易溶于水，其他均难溶，据此作为Pb

8、2+鉴定和分离的依据。Pb2+ + 2Cl- PbCl2 (白色沉淀，易溶于热水、NH4OAC、浓HCl) + 2I- PbI2 (黄色沉淀，易溶于浓KI溶液) + CrO42- PbCrO4 (黄色沉淀，易溶于稀HNO3、浓HCl、浓NaOH) + SO42- PbSO4 (白色沉淀，易溶于NH4OAc和热、浓H2SO4) + CO32- PbCO3 (白色沉淀，易溶于稀酸)其中，在Pb2+ 溶液中加入CrO42-生成黄色沉淀是Pb2+的鉴定反应。表1-5 Sb(III)、Sb()、 Bi(III)、Sn(II) 、Sn()、Pb()硫化物的性质硫化物Sb2S3Sb2S5Bi2S3SnSSn

9、S2PbS颜色橙红橙红黑色棕色黄色黑色试剂Na2SNa3SbS3Na3SbS4_Na2SnS3_Na2S2Na3SbS4Na3SbS4+S_Na2SnS3Na2SnS3+S_HClSbCl3+H2SSbCl3+H2S+SBiCl3+H2SSnCl2+H2SH2SnCl6+H2SH2PbCl4+H2SNaOHNa3SbO3+Na3SbS3Na3SbO3S+Na3SbS4_Na2SnO3+Na2SnS3_仪器和药品仪器：试管、离心试管、试管夹、酒精灯、水浴加热烧杯、离心机等。药品：KMnO4（0.01mol/L）、H2O2（3%）、KI（0.1mol/L、0.01mol/L）、ZnSO4（0.2m

10、ol/L）、CdSO4（0.1mol/L）、 CuSO4（0.1mol/L）、 （NH4）2S（0.1mol/L）、 FeSO4（0.2mol/L）、Hg(NO3)2（0.1mol/L）、 KNO3（0.1mol/L）、 SbCl3（0.1mol/L）、 Bi(NO3)（0.1mol/L）、SnCl2（0.5mol/L）、 SnCl4（0.5mol/L）、 Pb(NO3)2（0.1mol/L）、 AgNO3（0.1mol/L）、MnSO4（0.1mol/L）、 HgCl2（0.1mol/L）、 K2CrO4（0.1mol/L）、 NH4OAc（2mol/L）、Na2SO3（0.5mol/L）、

11、 Na2S2O3（0.1mol/L）、NaNO2（0.1mol/L、饱和）、 NaClO（浓）、NaOH（2、6mol/L）、 NH3H2O（2mol/L）、 H2SO4（1、3、6mol/L、浓）、HCl（1、2、6mol/L、浓）、HNO3（6mol/L、浓）、碘水、溴水、NaBiO3（s）、MnO2(s)、 PbO2(s)、锡箔、KI -淀粉试纸、浓度均为0.1mol/L的Sb3+和Bi3+混合液。实验步骤1（NH4）2S的还原性用KMnO4溶液、稀硫酸和（NH4）2S水溶液，设计一个实验，证明（NH4）2S具有还原性，描述实验现象，写出离子反应方程式。2H2O2的性质用3% H2O2、

12、0.01mol/L的KI溶液、0.01mol/L的KMnO4溶液、1mol/L的H2SO4溶液、MnO2固体，设计三个实验，分别验证H2O2具有氧化性、还原性和易分解性，写出设计的实验步骤，描述所观察到的实验现象，写出对应的离子反应方程式。3硫化物的溶解性（1） 用离心试管取1mL 0.2mol/L的ZnSO4溶液，滴加34滴0.1 mol/L的（NH4）2S溶液。描述所观察到的实验现象。离心分离，弃去溶液，将沉淀洗涤两次后，滴加1mol/L的HCl溶液，观察沉淀是否溶解。写出离子反应方程式。（2） 仿照ZnS试验制备CdS沉淀，观察沉淀颜色。离心分离，弃去溶液，将沉淀洗涤两次后，分成两份，分

13、别试验CdS沉淀在1mol/L的HCl溶液和6mol/L的HCl溶液中的溶解情况，观察沉淀是否溶解。写出离子反应方程式。（3） 自制少量CuS沉淀，试验其在6mol/L的HCl溶液和6mol/L的HNO3溶液中溶解情况。观察沉淀溶解情况。写出离子反应方程式。（4） 自制少量HgS沉淀，试验其在6mol/L的HNO3和王水中溶解情况。观察沉淀溶解情况。写出离子反应方程式。4氯、硫、氮的含氧酸及其盐的性质（1） NaClO的氧化性 取NaClO溶液，加入数滴浓HCl，观察是否有气体放出？如果有，用KI-淀粉试纸检验所放出的气体。写出离子反应方程式。（2） 亚硫酸及其盐的氧化还原性 a氧化性：取0.

14、5mol/L的Na2SO3溶液0.5mL, 用1mol/L的H2SO4酸化，然后滴加56滴（NH4）2S溶液，描述实验现象。写出离子反应方程式。b还原性：以碘水为氧化剂，试验Na2SO3的还原性，描述实验现象。写出离子反应方程式。（3） 硫代硫酸及其盐的性质 a分解性：取0.1mol/L的Na2S2O3溶液1mL, 滴加1mol/L的H2SO4，描述实验现象。用自制的KMnO4试纸检验放出的气体。写出离子反应方程式。b还原性：以碘水为氧化剂，试验Na2S2O3的还原性，描述实验现象。写出离子反应方程式。（4） 亚硝酸及其盐的性质 a分解性：取10滴饱和的NaNO2溶液, 滴加1mol/L的H2

15、SO4，观察溶液的颜色和液面上方气体的颜色。写出离子反应方程式。b氧化还原性：用0.1mol/L的NaNO2 溶液、0.01mol/L的KMnO4溶液、0. 1mol/L的KI溶液和1mol/L的H2SO4，设计二个实验，验证NaNO2的氧化性和还原性。观察每个试验的现象，写出离子反应方程式。5氢氧化物的生成和性质（1） 用0.1mol/L的SbCl3溶液和2mol/L的NaOH溶液制备少量Sb(OH)3沉淀，观察沉淀颜色。将沉淀分成两份，分别试验它在2mol/L的HCl溶液和2mol/L的NaOH溶液中的溶解情况。写出离子反应方程式。（2） 制备少量Bi(OH)3沉淀，观察沉淀颜色。将沉淀分

16、成三份，分别试验它在2mol/L的HCl溶液、2mol/L的NaOH溶液和6mol/L的NaOH溶液中的溶解情况。写出离子反应方程式。（3） 制备少量Sn(OH)2、Pb(OH)2沉淀，并试验它们在酸、碱中的溶解情况（试验Pb(OH)2的碱性时应该用什么酸？为什么？）写出离子反应方程式。根据实验结果，比较Sb(OH)3 和Bi(OH)3； Sn(OH)2和Pb(OH)2酸碱性的强弱。6Sb(III)的氧化还原性（1） 在一小片光亮的Sn片或Sn箔上，加1滴0.1mol/L的SbCl3溶液，观察Sn片颜色的变化。写出离子反应方程式。（2） 在试管中加入少量0.1mol/L的SbCl3溶液，滴加过

17、量的6mol/L的NaOH溶液至生成的沉淀有溶解为止。在另一支试管内加入0.1mol/L的AgNO3，然后加入2mol/L的NH3H2O至生成的沉淀又溶解。将两支试管的溶液混合，观察现象。写出对应的离子反应方程式。7Bi(III)的还原性和Bi(V)的氧化性（1） 试管中加入0.1mol/L的Bi(NO3)3溶液0.5mL，加入数滴6mol/L的NaOH溶液和氯水少许，在水浴上加热，观察棕黄色沉淀的生成。离心分离并洗涤沉淀。将所得沉淀留作下棉试验用。写出对应的离子反应方程式。（2） 取上面自制的NaBiO3固体，加入少量浓HCl，观察现象并鉴别气体产物（产物是什么？应该用什么方法检验？此实验应

18、该在什么地方做）。写出离子反应方程式。（3） 取12滴0.1mol/L的MnSO4溶液，用几滴6mol/L的HNO3酸化，然后加入少量的NaBiO3固体，观察溶液颜色的变化，并写出离子反应方程式。8Sn(II)的还原性和Pb(IV)的氧化性（1） 取0.1mol/L的HgCl2溶液0.5mL，逐滴加入0.5mol/L的SnCl2溶液观察沉淀颜色的变化。写出离子反应方程式。此反应为鉴定Hg2+和Sn2+的反应。（2） 制取少量Na2Sn(OH)4溶液（如何制备），然后再滴加0.1mol/L的Bi(NO3)3溶液，观察现象，写出离子反应方程式。此反应为鉴定Bi3+的反应。（3） 取少量PbO2固体

19、，加入1mL浓HCl，观察现象，并检验气体产物。写出离子反应方程式。9难溶性铅盐的生成（1） 制备少量的PbCl2沉淀，观察沉淀的颜色，并将沉淀分成两份，分别试验它在热水和浓HCl中的溶解情况。（2） 制备少量的PbI2沉淀，观察沉淀的颜色，并试验它在过量KI溶液中的溶解情况。（3） 制备少量的PbCrO4沉淀，观察沉淀的颜色，这是鉴定Pb2+的反应。试验PbCrO4在6mol/L的NaOH溶液和6mol/L的HNO3溶液中溶解情况。（4） 制备少量的PbSO4沉淀，观察沉淀的颜色，并试验它在NH4OAc溶液中的溶解情况。10Sb(III)、Bi(III)、Sn(II)、Sn(IV)、Pb(I

20、I)的硫化物（1）Sb(III)、Sn(IV)硫化物和硫代酸盐的生成和性质在两支离心试管中，分别加入12滴（注意量不要加多）0.1mol/L的SbCl3和0.1mol/L的SnCl4溶液，再加入几滴（NH4）2S溶液，再加入少量2mol/L的HCl溶液观察现象。写出离子反应方程式。（2）Bi(III)、Sn(II)、Pb(II)的硫化物制备少量的Bi(III)、Sn(II)、Pb(II)的硫化物，观察沉淀的颜色变化。离心分离，在沉淀中个加入适量的0.5mol/L（NH4）2S溶液，观察沉淀是否溶解。根据以上实验结果，比较Sb2S3和Bi2S3；SnS和SnS2的酸碱性。实验2 常见阴离子的分离

21、与鉴定实验目的（1） 掌握一些常见阴离子的性质和鉴定反应；（2） 了解阴离子分离与鉴定的一般原则，掌握常见阴离子分离与鉴定的原理和方法。实验原理有关混合离子分离与鉴定的基本知识参见“混合离子的分离与鉴定”部分。许多非金属元素可以形成简单的或复杂的阴离子。例如S2-、Cl-、NO3-和SO42-等，许多金属元素也可以以复杂的阴离子的形式存在。例如VO3-、CrO42-、Al(OH)4-等。所以，阴离子的总数很多。常见的重要阴离子有Cl-、Br-、I-、S2-、SO32-、S2O32-、SO42-、NO3-、NO2-、PO43-、CO32-等十几种，这里主要介绍它们的分离与鉴定的一般方法。许多阴离

22、子只在碱性溶液中存在或共存，一旦溶液被酸化，它们在酸性条件下会分解或相互发生反应。酸性条件下易分解的有NO2-、S2-、SO32-、S2O32-、CO32-；酸性条件下氧化性离子有NO3-、NO2-、SO32-可与还原性离子I-、SO32-、S2O32-、S2-发生氧化还原反应。还有些离子易被空气氧化，例如NO2-、SO32-、S2-易被空气氧化成NO3- 、SO42-和S等，分析不当容易造成错误。由于阴离子间的相互干扰较少，实际上许多离子的共存的机会也较少，因此大多数阴离子分析一般都采用分别分析的方法，只有少数相互有干扰的离子才采用系统分析法，如S2-、SO32-、S2O32-；Cl-、Br

23、-、I等。为了了解溶液中离子存在情况，对阴离子进行系统分组还是必要的，但分组的主要目的不是用于离子分离，而是用于预先确定哪些离子存在。阴离子有不同的分组方法，这里只介绍其中一种，见表2-1。表2-1 常见阴离子的分组组别构成各组的阴离子组试剂特性第一组（挥发组）S2-、SO32-、S2O32-、CO32-、NO2-等离子HCl在酸性介质中形成挥发性酸或易分解的酸第一组（钙、钡盐组）SO42-、PO43-、SiO32-、AsO43-等离子BaCl2(中性或弱碱性介质)钙盐、钡盐难溶于水第一组（银盐组）Cl-、Br-、I-等离子AgNO3HNO3银盐难溶于水和稀HNO3第一组（易溶组）NO3-、C

24、lO3-、CH3COO-等离子无组试剂银盐、钙盐、钡盐等均易溶于水常见阴离子的鉴定反应及它们与常见试剂的反应见例1和例2。例1 SO42-、NO3-、Cl-、CO32-混合液的定性分析（分析：由于这四个离子在鉴定时互相无干扰，均可采用分别分析法）方案：稀HCl酸化、BaCl2SO42-、NO3-、Cl-、CO32-BaSO4(白色)CO2Fe(NO)2+AgCl(白)稀HClFeSO4、浓H2SO4稀HNO3、AgNO3示有SO42-有气体产生使饱和Ba(OH)2溶液变浑浊示有CO32-在混合液与H2SO4分层处出现棕色环示有NO3-AgCl(白)AgCl(白)示有Cl-NH3H2O 2mol

25、/LHNO3问题：该混合液呈中性、酸性还是碱性？为什么？例2 S2-、SO32-、S2O32-混合液的分离与鉴定（分析： SO32-、S2O32-对S2-的鉴定无干扰，S2-可采用分别分析法；如果采用加酸分解法鉴定SO32-、S2O32-，则二者相互干扰，不采用此鉴定法时二者不互相干扰，只受S2-干扰，因此分析SO32-、S2O32-时应将 S2-除去。方法是选用PbCO3或 CdCO3作沉淀剂，它们可将S2-转化为相应的硫化物沉淀，而SO32-、S2O32-则不被转变，仍留在溶液中。）方案：S2-、SO32-、S2O32-混合溶液0.5mL固体PbCO3S2-沉淀完全离心分离1滴混合液1滴N

26、a2Fe(CN)5NO溶液（SO32-、S2O32-、CO32-）沉淀PbCO3、PbS (弃去)Na4Fe(CN)5(NO)SZnSO4K4Fe(CN)6Na2Fe(CN)5NO溶液呈紫红色示有S2-AgNO3Ag2S2O3Ag2S红色白色沉淀迅速转化为黄色棕色黑色示有S2O32-示有SO32-问题：（1）此混合溶液能否采用“分别分析法”进行离子鉴定？为什么？（2）加固体PbCO3除去S2-时，如何检验S2-是否完全除去？如果除不净S2-，对鉴定有何影响？仪器和药品仪器：试管、离心试管、试管夹、点滴板、滴管、酒精灯、水浴加热烧杯、离心机等。药品： BaCl2（0.1mol/L）、Ba（OH）

27、2(饱和液)、ZnSO4（0.1mol/L）、AgNO3（0.1mol/L）、KMnO4（0.01mol/L）、KI（0.1mol/L）、KNO3（0.1mol/L）、KClO3 （饱和）、FeSO4（0.5mol/L）、Na3PO4（0.1mol/L）、Na2S2O3（0.1mol/L）、NaNO2（饱和、0.1mol/L）、（NH4）2S（饱和、0.1mol/L）、（NH4）2 CO3（0.1mol/L）、H2SO4（3mol/L、浓）、HCl（6mol/L）、HNO3（6mol/L）、HOAC（2mol/L）、Na2Fe(CN)5NO(1%)、K4Fe(CN)6（0.1mol/L）、钼酸

28、铵、对氨基苯磺酸、-萘胺、淀粉-碘溶液、氯水、CCl4、Zn粉、PbCO3(s)、PH试纸、KI 淀粉试纸、浓度均为0.1mol/L的阴离子混合液：CO32-、SO42-、NO3-、PO43-一组；Cl-、Br-、I-一组；S2-、SO32-、S2O32-、CO32-一组；未知阴离子混合液可配5-6个离子一组。实验内容1 已知阴离子混合液的分离与鉴定按例题格式，设计出合理的分离鉴定方案，分离鉴定下列三组阴离子：（1） CO32-、SO42-、NO3-；（2） S2-、SO32-、S2O32-、；2未知阴离子混合液的分析某混合离子试液可能含有CO32-、NO2-、SO42-、NO3-、PO43-

29、、Cl-、 Br- 、I-、S2-、SO32-、S2O32-，按下列步骤进行分析，确定试液中含有哪些离子。（1）初步试验用pH试纸测试未知试液的酸碱性 如果溶液成酸性，哪些离子不可能存在？如果试液呈碱性或中性，可取试液数滴，用3mol/L的H2SO4酸化并水浴加热。若无气体产生，表示CO32-、NO2-、S2-、SO32-、S2O32-、等离子不存在；如果有气体产生，则可根据气体的颜色、臭味和性质初步判断哪些阴离子可能存在。钡组阴离子检验 在离心试管中加入几滴未知液，加入12滴1mol/L的BaCl2溶液，观察有无沉淀产生。如果有白色沉淀产生，可能有CO32-、SO42-、PO43-、SO32

30、-，等离子（S2O32-的浓度大时才会产生BaS2O3沉淀）。离心分离，在沉淀中加入数滴6mol/L的HCl，根据沉淀是否溶解，进一步判断哪些离子可能存在。银盐组阴离子的检验 取几滴未知液，滴加0.1mol/L的AgNO3溶液。如果立即生成黑色沉淀，表示有S2-存在；如果生成白色沉淀，迅速变黄变综变黑，在有S2O32-离子。但 浓度大时，也可能生成Ag(S2O3)23-不析出沉淀。CO32-、PO43-、Cl-、 Br- 、I- 都与Ag+形成浅色沉淀，如有黑色沉淀，则他们有可能被掩盖。离心分离，在沉淀中加入6mol/L的HNO3，必要时加热。若沉淀不溶或只发生部分溶解，则表示有可能 Cl-、

31、Br-、I-存在。氧化性阴离子检验 取几滴未知液，用稀H2SO4酸化，加CCl4溶剂56滴，再加入几滴0.1mol/L的KI溶液。振荡后，CCl4层呈紫色，说明有NO2-存在（若溶液中有SO32-等，算化后NO2-先与它们反应而不一定氧化I-, CCl4层无紫色不能说明无NO2-）。还原性阴离子检验 取几滴未知液，用稀H2SO4酸化，然后加入12滴0.01mol/L的KMnO4溶液，若KMnO4溶液的紫色褪去，表示可能存在NO2-、Br- 、I-、S2-、SO32-、S2O32-，等还原性的离子。如果有还原性离子的反应，则用淀粉-碘溶液再进一步检验是否存在强还原性离子。如果使淀粉-碘溶液的蓝色

32、褪去，表示可能存在S2-、SO32-、S2O32-等离子。根据 的实验结果，判断有哪些离子可能存在，并将结果填入表2-1中。表2-2 阴离子的初步试验pH试验稀H2SO4试验BaCl2试验AgNO3试验试验还原性离子试验综合分析KMnO4试验淀粉-碘试验SO42-SO32-S2O32-S2-PO43-CO32-NO2-NO3-Cl-Br-I-（3） 确证性试验根据初步试验结果，对可能存在的阴离子进行确证性试验。实验3 d区元素重要化合物的性质实验目的1 掌握铬、锰主要化合物的性质；2 掌握Fe()、Co()、Ni()化合物的还原性和Fe(III)、Co(III)、Ni(III)化合物的氧化性及

33、其递变规律；3 掌握Fe、Co、Ni的主要配位化合物的性质及其在定性分析中的应用；4 掌握Cr3+、Mn2+的鉴定反应、Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+离子的分离与鉴定。实验原理一、铬、锰重要化合物性质1.铬的重要化合物的性质表3-1 Cr(III)、Cr(VI)的氧化物及其水合物的酸碱性氧化值+3+6氧化物Cr2O3（绿色）CrO3（橙红色）氧化物的水合物Cr(OH)3(灰绿色)H2CrO4(黄色)两性氢氧化物强酸性Cr(OH)4-热稳定性差，加热完全水解，生成水合氧化铬沉淀2Cr(OH)4-+(x-3)H2OCr2O3xH2O+2OH-（亮绿色） （灰绿）在溶液中CrO42-存在平衡

34、，碱性溶液中主要以CrO42-为主，在酸性溶液中以Cr2O72-为主2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O(黄色) (橙红色)Cr（III）化合物的还原性和Cr（）化合物的氧化性：铬的电势图jA/V :jB/V:从铬的电势图可知：在酸性介质中，Cr2O72-有强氧化性，K2Cr2O72-是常用的强氧化剂。Cr3+比较稳定，只能被强氧化剂（如KMnO4、K2S2O8等）氧化成Cr2O72-。Cr2O72-+3H2O2+8H+2Cr3+3O2+7H2O10Cr3+6MnO4-+11H2O5Cr2O72-+6Mn2+22H+在碱性介质中，Cr(OH)4-易被氧化成CrO42-，CrO42-一般

35、不显氧化性。2Cr(OH)4-+3H2O2+2OH- 2CrO42-+8H2O2.锰的重要化合物的性质表3-2 氧化物及其水合物的性质氧化值+2+4+6+7氧化物MnO（绿色）MnO2（棕色）Mn2O7(黑绿色油状液体)氧化物的水合物Mn(OH)2(白色)MnO(OH)2(棕黑色)H2MnO4(绿色)HMnO4(紫红色)酸碱性碱性两性酸性强酸性氧化还原稳定性不稳定，易被空气中的氧氧化成MnO(OH),进一步氧化成MnO(OH)2稳定，在酸性介质中有强氧化性，碱性介质中有还原性不稳定，易发生歧化反应不稳定，易分解为氧气和MnO2锰化合物的氧化还原性锰的电势图jA/VjB/V从锰的电势图可知：在酸

36、性介质中，Mn3+和MnO42-均不稳定，易发生歧化反应；在中性和碱性介质中也歧化，但趋势小，速度慢。MnO42-只能稳定存在于强碱性介质中。2Mn3+2H2OMn2+MnO2+4H+3MnO42-+4H+2MnO4-+MnO2+2H2O在碱性介质中，Mn(OH)2易被氧化成MnO(OH)2；Mn2+在酸性介质中稳定，只有强氧化剂（例如NaBiO3、PbO2等）才能将Mn2+氧化成MnO42-。2Mn(OH)2+O22MnO(OH)25PbO2+2Mn2+4H+2MnO4-+5Pb2+2H2OMnO2在酸性介质中有强氧化性，还原产物一般为Mn2+；在碱性介质中有还原性，可被氧化剂（例如O2、K

37、ClO3、KNO3等）氧化成MnO42-。MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2+2H2O3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2OKMnO4具有强氧化性，在酸性介质中氧化能力更强，是最常用的强氧化剂。它的还原产物因溶液的酸碱性不同而异。表3-2 溶液酸碱性与KMnO4还原产物溶液酸性中性或弱酸性强碱性还原产物Mn2+MnO2MnO42-二、铁、钴、镍重要化合物性质1.铁系元素的氢氧化物表3-3 氧化值为+2的氢氧化物的还原性M(OH)2空气中强氧化剂(如H2O2)强氧化剂(如Cl2、Br2)反应举例Fe(OH)2（白色）Fe(OH)3反应迅速Fe(OH)3Fe(OH

38、)34Fe(OH)2+2O2+2H2O4Fe(OH)3Co(OH)2（蓝色或粉红色）CoO(OH)反映缓慢CoO(OH)CoO(OH)2Co(OH)2+H2O22CoO(OH)+2H2ONi(OH)2（绿色）不作用不作用NiO(OH)2Ni(OH)2+Cl2+2OH-2NiO(OH)+2Cl-+2H2OFe(OH)2极易被空气氧化，在制备时所用溶液应除去氧并避免受热，在空气中很快由白色变灰绿，最终变为红棕色的Fe(OH)3。Co(OH)2较稳定，Ni(OH)2稳定。还原性依Fe(OH)3、Co(OH)2、Ni(OH)2顺序递减。表3-4氧化值为+3的氢氧化物的还原性M(OH)3H2SO4浓HC

39、l反应举例Fe(OH)3(红棕色)Fe3+Fe3+Fe(OH)3+3H+Fe3+3H2OCoO(OH)(褐色)Co2+O2CoCl42-+Cl24CoO(OH)+8H+4Co2+O2+6H2O2CoO(OH)+6H+10Cl-2CoCl42-+Cl2+4H2ONiO(OH)(黑色)Ni2+O2NiCl42-+Cl2酸性溶液中均具有氧化性，氧化性依Fe(OH)3、CoO(OH)2、NiO(OH)的顺序而递增。2.铁系元素的盐类常见的Fe(II)盐有FeSO4和FeCl2，它们的水溶液呈浅绿色。FeSO4常用作还原剂，在空气中它的复盐比较稳定，因而常用(NH4)2Fe(SO4)2代替FeSO4。F

40、e2+在酸性介质中比在碱性介质中稳定，所以在配制和保存Fe2+溶液时应加入足够浓度的酸，并加入几颗铁钉：2Fe3+Fe3Fe2+Fe(III)盐主要有FeCl3，Fe(NO3)3等，在强酸性溶液中，Fe3+呈浅紫色，其水溶液常因水解而呈黄色。Fe3+有氧化性，可将SnCl2、KI、H2S等还原剂氧化。常用的钴、镍盐有CoCl2、NiSO4等，水合Co2+呈粉红色，水合Ni2+呈绿色。Co3+、Ni3+因有强氧化性，它们的盐极少并且在溶液中不能存在。3.铁系元素常见的配位化合物表 3-5铁系元素常见的配位化合物Fe2+Fe3+Co2+Ni2+NH3H2OFe(OH)3Ni(NH3)62+CN-F

41、e(CN)64-Fe(CN)63-Co(CN)5(H2O)3-Ni(CN)42-SCN-Fe(NCS)n3-nn6Co(NCS)42-Ni(NCS)+不稳定Fe3+还与F形成比Fe(NSC)2+更加稳定但无色的FeF63，Co2+与F不形成稳定的配位化合物，因此在Fe3+、Co2+混合离子鉴定时可用NH4F做掩蔽剂将Fe3+掩蔽起来。形成配位化合物后会改变电对的电极电势。如j(Fe3+/Fe2+)=0.77Vj (Fe(CN)63-/Fe(CN)64-)=0.36Vj(Co3+/Co2+)=1.8Vj(Co(NH3)63+/Co(NH3)62+)=0.02V水溶液中，Co2+稳定；氨合物中，C

42、o(NH3)62+易被空气氧化成Co(NH3)63+：4Co(NH3)62+(土黄色)+O2+2H2O4Co(NH3)63+(红棕色)+4OH-4.离子鉴定Fe2+ 加赤血盐，出现蓝色沉淀：Fe2+K+Fe(CN)63-KFeFe(CN)6Fe3 (1) 加黄血盐，出现蓝色沉淀：Fe3+K+Fe(CN)44-KFeFe(CN)6(2) 加KSCN，溶液变血红色：Fe3+nSCN-Fe(NCS)n3-n(n6)Co2+ 加浓KSCN，并用丙酮或戊醇萃取，溶液呈宝蓝色：Co2+4SCN-Co(NCS)42-Ni2+ 在氨性介质中加丁二酮肟，出现鲜红色沉淀：丁二酮肟 二（丁二酮肟）合镍（II）仪器和

43、药品仪器：试管、离心试管、试管夹、点滴板、滴管、烧杯、小量筒、酒精灯、水浴烧杯、离心机等。药品：KMnO4（0.01mol/L、0.1mol/L）、AgNO3（0.1mol/L）、BaCl2（0.1mol/L）、MnSO4（0.1mol/L）、K2CrO4（0.1mol/L）、K2Cr2O7（0.1mol/L）、CrCl3（0.1mol/L）、CoCl2（0.1mol/L）、FeCl3（0.1mol/L）、SnCl2（0.1mol/L）、NiSO4（0.1mol/L）、FeSO4（0.5mol/L）、KSCN（0.1mol/L、固体）、Pb(NO3)2（0.1mol/L）、Na2SO3（0.1

44、mol/L）、NaNO2（0.1mol/L）、（NH4）2S（0.1mol/L）、（NH4）2 CO3（0.1mol/L）、H2SO4（6mol/L、浓）、HCl（2mol/L、浓）、HOAC（2、6mol/L）NH3HO2（0.5、6mol/L）、NaOH（2、6mol/L）、H2O2(3%)、K4Fe(CN)6（0.1mol/L）、K3Fe(CN)6（0.1mol/L）、Na2Fe(CN)5NO(1%)、丁二酮肟（1%）、CCl4、乙醚、Br2水、丙酮、MnO2(s)、NaBiO3(s)、(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O(s)、NH4F(NaF)(s) PH试纸、KI 淀粉试纸。浓度

45、均为0.1mol/L的Cr3+、Mn2+、Fe3+混合溶液；浓度均为0.1mol/L Cr3+、Ni2+、Fe3+混合溶液；浓度均为0.1mol/L标签分别为1和1的SnCl2和MnSO4，2和2的K2CrO4 和FeCl3，3和3的MnSO4和 MgSO4。实验步骤1铬的化合物（1） Cr(OH)3的生成和性质1)制备少量的Cr(OH)3，观察沉淀的颜色，并验证Cr(OH)3的两性。写出离子反应方程式。2)用实验证明Cr(OH)4-加热易完全水解的事实。观察现象，写出离子反应方程式。（2） Cr(III)的还原性和Cr3+的鉴定自制少量的Cr(OH)4-溶液，然后加入几滴3%的H2O2溶液，

46、微热，观察溶液颜色的变化，保留溶液作1.（6）试验。写出离子反应方程式。Cr3+的鉴定：在点滴板上滴加一滴上述溶液，加1滴稀HOAc，再加入一滴Pb(NO3)2溶液，观察黄色沉淀的产生。（3） Cr(III)盐的水解在0.5mL的0.1mol/L的CrCl3溶液中，滴加0.5mol/L的Na2CO3溶液至有沉淀生成。离心分离并洗涤沉淀，用实验证实沉淀是Cr(OH)3而不是Cr2(CO3)3。写出离子反应方程式并解释试验结果。（4） CrO42-和Cr2O72-在水溶液中的平衡和相互转化选用合适试剂，使Cr2O72-转变为CrO42-，在转变回Cr2O72-。观察现象，写出相互转化的平衡关系式。

47、（5） K2Cr2O7的氧化性选择两种适合的还原剂，做两个实验，验证K2Cr2O7在酸性介质中才具有强氧化性，观察实验现象并写出各自的离子反应方程式。提示：所选用还原剂被氧化后的产物以无色或浅色为好（为什么），酸化K2Cr2O7溶液能否用稀HCl，为什么？（6） 过铬酸的生成Cr(VI)的鉴定取实验中所得的CrO42-溶液，加入0.5mL乙醚，用3mol/L的H2SO4酸化，然后滴加3%的H2O2，摇动试管，观察乙醚层颜色的变化。写出离子反应方程式。（7） 难溶性铬酸盐的生成1) 用0.1mol/L的AgNO3、BaCl2、Pb(NO3)2、K2CrO4溶液， 制备少量的BaCrO4、PbCr

48、O4、Ag2CrO4沉淀，观察各沉淀的颜色。2) 在点滴板上用pH试纸测定0.1mol/L的K2Cr2O7溶液的pH值。然后在K2Cr2O7溶液中分别加入AgNO3、BaCl2溶液，观察沉淀颜色，并测试溶液的pH值。写出有关的离子反应方程式。并解释溶液pH值变化的原因。2锰的化合物（1） Mn(OH)2的生成和性质用0.1mol/L的MnSO4溶液制备适量的Mn(OH)2沉淀。观察沉淀颜色的变化。写出有关离子反应方程式。（2） MnS的生成用0.1mol/L的MnSO4溶液数滴，加入0.1mol/L的(NH4)S溶液，观察有无沉淀生成。然后再逐滴加入2mol/L的NH3H2O观察现象。写出离子

49、反应方程式。解释实验现象。（3） Mn(II)的还原性和Mn(IV)、Mn(VII)的氧化性用固体MnO2、浓HCl、0.01mol/L的KMnO4溶液、0. 1mol/L的MnSO4溶液，设计两个实验，验证MnO2和KMnO4的氧化性。写出对应的离子反应方程式。（4） MnO42-的生成和性质1) 取0.5mL的0.01mol/L的KMnO4溶液， 加入数滴6mol/L的NaOH溶液，再加入少量固体MnO2，观察溶液颜色的变化。离心分离，保留溶液作下面实验用。写出离子反应方程式。2) 取上述实验所得的K2MnO4溶液，分盛于两支试管中。在一支试管中加少量水，另一支试管中加少量3mol/L的H

50、2SO4溶液，观察现象，写出离子反应方程式。说明MnO42-稳定存在的介质条件。3Fe(II)、Co(II)、Ni(II)化合物的还原性（1） Fe(II)化合物的还原性1) 设计并完成试验，证明FeSO4在酸性介质中能被KMnO4氧化，观察现象并写出离子反应方程式。2) 在一支试管中，加入1mL蒸馏水和几滴稀H2SO4，煮沸以赶去空气（为什么？）。待冷却后，加入少量（NH4）2Fe(SO4)2H2O固体，使其溶解，制得（NH4）2Fe(SO4)2溶液。在另一支试管中加入6mol/L的NaOH溶液3mL，煮沸以赶去空气。待冷却后，用滴管吸取NaOH溶液，插入（NH4）2Fe(SO4)2溶液（至

51、试管底部）慢慢放出NaOH溶液（注意整个操作都要避免将空气带入溶液）。观察白色Fe(OH)2的沉淀生成。摇动放置一段时间，观察沉淀颜色的变化，写出离子反应方程式。（2） Co(II)化合物的还原性在试管中加入0.1mol/L的CoCl2溶液0.5mL,滴加6mol/L的NaOH溶液，观察现象。将沉淀分盛于两支试管中，一支试管中的沉淀放置片刻，观察沉淀颜色的变化；在另一支试管中加入数滴3%的H2O2溶液，观察沉淀颜色的变化，将沉淀保留作2（2）实验用。写出离子反应方程式。（3） Ni(II)化合物的还原性在两支试管中分别制备少量的Ni(OH)2沉淀，观察沉淀的颜色。然后在一支试管中加入3%的H2

52、O2溶液，在另一支试管中加入几滴Br2水，观察沉淀颜色的变化有何不同。将制得的NiO(OH)沉淀保留作2（3）实验用。写出离子反应方程式。4Fe(III)、Co(III)、Ni(III)化合物的氧化性（1） 自制少量Fe(OH)3沉淀（选用什么试剂），然后加入浓HCl，观察现象（有无Cl2产生？应该怎样检验）。在加入0.5mL的CCl4和1滴0.1mol/L的KI溶液，观察CCl4层颜色的变化。写出有关反应的离子方程式。（2） 用实验1（2）制得的CoO(OH)沉淀，加入少量的HCl，观察现象，并检验所产生的气体。写出离子反应方程式。（3） 用实验1（3）制得的NiO(OH)沉淀，加入少量浓HCl溶液，观察现象，并检验所产生的气体。写出离子反应方程式。根据实验比较Fe(OH)2、Co(OH)2、Ni(OH)2还原性的强弱和Fe(OH)3、CoO(OH)、