整理铁、钴、镍的性质

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 +61、 Fe2+、 Co2+ 、Ni 2+的还原性（1）酸性介质Cl 2 + 2Fe 2+（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、2、 Fe3+、 Co3+ 、Ni 3+的氧化性由于Co3+和Ni 3+ 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（Cl 2 、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+。还原性增强Fe(OH)2Co(OH)2Ni （ OH） 2白色粉红绿色Fe(OH)3Co(OH) 3Ni （ OH） 3棕红棕色黑色氧化性增强3、配合物的生成和Fe2+、Fe3+ 、Co2+、Ni 2+ 的鉴定

3、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 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(NH 3 ) 6 2+。不过 Co(NH3) 6 2+ 不稳定，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过量时沉Fe，Co，Fe，Co，Ni都能与 CN形成配合物。使亚铁盐与淀溶解。FeSO+2KCNFe(CN) +K SO4224Fe(CN)2+4KCN K4 Fe(CN) 6

4、 从溶液中析出来的黄色晶体是K4 Fe(CN) 6 · 3H2 O，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 ) K 3Fe(CN) 6 。2 K4Fe(CN) 6 +C12 2 K 3 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) 64- 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

5、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：2Co(CN)64-+H2 O 2Co(CN)63-+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 Fe 3+的鉴定K+ + Fe 3+ + Fe(CN)6 4-= KFeFe(CN) 6 (蓝色沉淀 )( 普鲁士蓝 )3+-3-nFe+ n SCN= Fe(NCS)n( 血红色 ) Co 2+的鉴定2+2-( 戊

6、醇中显蓝色 )Co SCN Co(NCS) 4 Ni 2+的鉴定HOOCH3CNOHCH3CNNCCH3CH3C+NiSO4 + NH 3H2OCNNiNCCH3+(NH 4)2SO4NOHCH3OOH+H2O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 CoCl2 6H2O325K紫红CoCl22H2O 3l3K 蓝紫CoCl2H2 O 393K蓝 CoCl24、 Fe 的防腐铁钉发蓝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、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HCl（ 2mol/L 6mol/L 浓）,HNO3（6mol/L ），H2 SO（4 3mol/L 6mol/L表面皿坩埚镊子滴管），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饱和），FeCl（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 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/L H2 SO4 溶液后滴加 NH4Fe(SO4) 2 溶液，观

9、察现象（若现象不明显，设法检验 Fe3+ ），写出反应方程式。Cl 2 + 2Fe 2+ （浅绿） 2Fe3+（浅黄） +2Cl -碱性介质 取 4 支试管，在一试管中加6.0ml 蒸馏水和 1ml 3mol/L H2 SO煮沸后加入少量的NHFe(SO )2444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4.0ml 6mol/L NaOH 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

10、样方法产生Fe(OH)2 沉淀后迅速在B、C 试管中加入2mol/L HCl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 2HO 4Fe(OH) 3( 棕红色 )反应迅速（2）Co2 、Ni 2 的还原性 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H2 O2 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+ Co

11、2+ 2H 2O2Co(OH)2 H 2 O2 2CoO(OH)( 棕色沉淀 )2H2OCo(OH) 3 在 HNO3中溶解不显著，在酸性溶液中用H 2 O2 还原可提高溶解性，反应如下：2Co(OH) 3 + H 2 O2 +4H+ 2Co2 + + 6H 2O + O 24Co(OH)2 O2 4CoO(OH) + 2H2 O（棕褐色沉淀）缓慢需加热 向盛有少量 0.1mol/L NiSO4 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22HO 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

12、反应方程式。Ni 2 2OH Ni(OH) 2 ( 绿色沉淀 )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/L FeCl 3 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 FeCl

13、 3 3H 2O（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- Br 2 2Co （OH）3 2Br 2Co（OH）3 6HCl 2CoCl 2 6H 2O Cl 2 （遇淀粉 KI 试纸变蓝色）2Ni 2+ 6OH- Br 2 2Ni(OH) 3 2Br -2Ni(OH) 3 6HCl 2NiCl 2 6H 2 O Cl 2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

14、化还原稳定性及生成条件。还原性增强Fe(OH)2Co(OH)2Ni （ OH） 2白色粉红绿色Fe(OH)3Co(OH) 3Ni （ OH） 3棕红棕色黑色氧化性增强3、配合物的生成与性质及离子鉴定（1）Fe3+、Co2+ 、Ni 2+与氨水反应向少量 0,1mol/LFeCl 3 溶液中加入适量 6mol/L NH 3H2O，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 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(NH 3 ) 6 2+。不过 Co(NH3

15、 ) 62+ 不稳定、易被空中的氧气氧化成 Co(NH3) 6 3+。取少量浓 NHHO于试管中，加入 1ml 0,1mol/LCoCl溶液，迅速摇匀后观察溶液颜色的变化，322为什么液面颜色变化较快？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，加入几滴 1mol/L NH 4 Cl 和过量的 6mol/L NH 3H2O，观察溶液颜色的变化，静置片刻，再观察溶液的颜色。2+2HOCo +2NH·HO= Co(OH)

16、+2NH3224加氯化铵的目的是使Co(OH)2 沉淀在浓氨水中完全溶解。取 2.0ml 0,1mol/L NiSO4 滴加浓NH3H2 O，观察溶液的颜色，再加入过量的浓NH3H2O，观察产物的颜色。然后将溶液分成4 份，分别加1ml 3mol/L H2 SO4、 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。2+2+Ni +6 NH3·H2 O =Ni(NH 3 ) 6+6H2O（ 2）Fe2+、Fe3+ 、Co2+与 K4Fe(CN) 6 、K3Fe(CN) 6 的反应在 6 支试管中分别加NH4

17、Fe(SO4)2 、FeCl 3 、CoCl2 溶液，再分别加0.1mol/LK4Fe(CN)6 、K3 Fe(CN) 6 溶液，观察现象并将结果填入表4.8-1中表 4.8-1 Fe 2 、 Fe3+ 、 Co2 与 K4Fe(CN) 6 、K3 Fe(CN) 6 的反应试剂NHFe(SO)2FeCl3CoCl244K4Fe(CN) 6KFeFe(CN)6 ( 蓝色沉淀 )( 普鲁士蓝 )Co2Fe(CN) 6 ( 绿色沉淀 )K Fe(CN)KFeFe(CN)6 ( 蓝 色沉 淀 )(滕氏CoFe(CN)( 淡棕色沉淀 )36362蓝)Fe2+ 、Fe3+、 Co2+ 与 K4Fe(CN)

18、 6 、 K3Fe(CN) 6 的反应K+ Fe 3 + Fe(CN)6 4- = KFeFe(CN)6 ( 蓝色沉淀 )( 普鲁士蓝 )K+ Fe 2+ + Fe(CN)6 3- = KFeFe(CN)6 ( 蓝色沉淀 )(滕氏蓝 )Co2+ Fe(CN)6 4-= Co 2Fe(CN) 6 (绿色沉淀 )Co2+ Fe(CN)6 3-= Co 3Fe(CN) 62( 淡棕色沉淀 )（3）Fe3+、Co2+ 、Ni 2+的鉴定反应分别实验0.1mol/L FeCl3 溶液与0,1mol/L K 4 Fe(CN) 6 溶液和 0.1mol/L KSCN 溶液的作用，观察溶液颜色的变化，在后一溶

19、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+ Fe 3+ + Fe(CN) 6 4-= KFeFe(CN) 6 ( 蓝色沉淀 )( 普鲁士蓝 )Fe3+ + n SCN -= Fe(NCS)n3-n有血红色Fe(NCS)n 3-n 6F FeF6 3- + nSCN- ( 血红色变无色 )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 )向一试管

20、中加入 1滴 0.1 mol/L CoCl 2 溶液 , 用 1mL6mol/LHAc酸化后加入6 滴饱和 NaNO2溶液，微热并观察现象。Co2+ 3K + 7NO2 - 2H+ K 3Co(NO2 ) 6 （黄色晶体）NO H2O 微热， HAc 介质在点滴板凹隙中加1 滴 0.1mol/LNiSO 4 溶液， 1 滴 2mol/LNH3· H2O,再加 1 滴 1%镍试剂，观察现象。HOOCH3CNOHCH3CNNCCH3CH3C+NiSO4 + NH 3H2OCNNiNCCH3+(NH 4)2SO4NOHCH3OOH+H2O红色4、 CoCl2 水合物的颜色(1) 取一粒红色

21、的 CoCl2 于坩埚中加热，有何现象？然后在空气中放置12h，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/LCoCl 2 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 ·6H2O 325K CoC12 ·2H2 O 363K CoC12 ·H2O 393K CoC12(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+ 、Ni 3+试液的 4 支试管中，各加入数滴0

22、.1mol ·L-1Na 2S 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 4.8-2 Fe2+、 Fe3+、 Co3+、 Ni 3+和 0.1mol ·L-1 Na2S 反应试液-12稀 HCl30.1mol ·L Na S稀 HNOFe2+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 及臭鸡蛋气味气溶解( 有乳白色 S 臭鸡蛋气味和红棕色气体 )体)Co3+CoS （黑色沉淀）不溶溶解 ( 臭鸡蛋气味气体

23、 )Ni 3+NiS （黑色沉淀）不溶溶解 ( 臭鸡蛋气味气体 )2FeCl 3 H2 S 2FeCl 2 S 2HCl如果加过量的Na2 S，则现象和解释：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,

24、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 FeSn 原电池 ,Fe为负极 , 加速了铁的腐蚀 .（1）铁的防腐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 N

25、i(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3+2+2+3+2+2+Cr 、 Mn、Fe、Fe、Co、Ni ，用流程图将它们分离并鉴别出来。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加热乙醚层

26、中显蓝色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加热Fe3+分两份MnO 4-KSCNHCl紫色Fe(SCN) 2+NaF-HAcSCNDMG戊醇Co(SCN) 42- Ni(DMG) 2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、2+2+