1、 實驗六 鐵、鈷、鎳的性質一、實驗目的1、 試驗并掌握鐵、鈷、鎳氫氧化物的生成和氧化還原性質；2、 試驗并掌握鐵、鈷、鎳配合物的生成及在離子鑒定中的作用。二、實驗原理鐵、鈷、鎳常見氧化值：2和3 另外 Fe還有+61、Fe2+、Co2+、Ni2+的還原性（1）酸性介質Cl2 + 2Fe2+（淺綠）2Fe3+（淺黃）+2Cl-（2）堿性介質鐵（II）、鈷（II）、鎳（II）的鹽溶液中加入堿，均能得到相應的氫氧化物。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、Fe3+、Co3+、Ni3+的氧

2、化性由于Co3+和Ni3+都具有強氧化性，Co(OH)3，NiO(OH)與濃鹽酸反應分別生成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氧化劑（Cl2、Br2）氧化得到。Fe3+易發生水解反應。Fe3+具有一定的氧化性，能與強還原劑反應生成Fe2+。3、配合物的生成和Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+的鑒定方法（1）氨配合物Fe2+和Fe3+難以形成穩定的氨配合物。在水溶液中加入氨時形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。將過量的氨水加入Co2+或Ni2+離子的水溶液中，即生成可溶性的氨合配離子Co(NH3)62

3、+或Ni(NH3)62+。不過Co(NH3)62+ 不穩定，易氧化成Co(NH3)63+。（2）氰配合物Fe3+，Co3+，Fe2+，Co2+，Ni2+都能與CN-形成配合物。使亞鐵鹽與KCN溶液作用得Fe(CN)2沉淀，KCN過量時沉淀溶解。 FeSO4+2KCNFe(CN)2+K2SO4 Fe(CN)2+4KCNK4Fe(CN)6從溶液中析出來的黃色晶體是K4Fe(CN)6·3H2O，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) K3Fe(CN)6。 2 K

4、4Fe(CN)6+C122 K3Fe(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-離子反應可以得到普魯士藍沉淀，而Fe(CN)63-離子與Fe2+離子反應得到滕氏藍沉淀。實驗證明兩者是相同的物質，都是六氰合亞鐵酸鐵（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。該配合物很不穩定，將溶液稍加熱，就會發生下列反應： 2Co(CN)64-+H2O2Co(CN)63-+2OH-+H2所以Co(CN)64-是一個相當強的還原劑。 而Co(

5、CN)63-穩定的多。（3）離子鑒定 Fe3+的鑒定K+ + Fe3+ + Fe(CN)64- = KFeFe(CN)6 (藍色沉淀)(普魯士藍)Fe3+ + n SCN- = Fe(NCS)n3-n(血紅色) Co2+的鑒定Co2+ SCN Co(NCS)42-(戊醇中顯藍色) Ni2+的鑒定 鮮紅色（4）CoCl2×6H2O粉紅色,無水CoCl2藍色，硅膠干燥劑中作指示劑。粉紅CoCl26H2O325K紫紅CoCl22H2O3l3K藍紫CoCl2H2O393K藍CoCl24、Fe的防腐鐵釘發藍 3Fe NaNO2 5NaOH3Na2FeO2 + NH3 + H2O 6 Na2Fe

6、O2 + NaNO2 5H2O= 3Na2Fe2O4 + NH3 + 7 NaOHNa2FeO2 + Na2Fe2O4 2H2O= 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 離心機 點滴板 表面皿 坩堝 鑷子 滴管HCl（2mol/L 6mol/L 濃）,HNO3（6mol/L），H2SO4（3mol/L 6mol/L），HAc（6mol/L），NaOH（2mol/L 6mol/L），NH3·H2O（2mol/L 6mol/L），NH4Cl（1mol/L），NH4Fe(SO4)2（0,1mol/L），Na2S（0,1mol/L），KSCN

7、（0,1mol/L），K3Fe(CN)6（0,1mol/L），K4Fe(CN)6（0,1mol/L），KNO2（飽和），FeCl3（0,1mol/L），CoCl2（0,1mol/L 1mol/L s），NiSO4（0,1mol/L），H2O2，二乙酰二肟混合液（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，細鐵絲。四、實驗步驟1、二價鐵、鈷、鎳氫氧化物的生成和還原性（1） Fe2的還原性 酸性介質 在盛有1ml氯水的試管中加3滴6mol/L H2SO4溶液后滴加NH4Fe(SO4)2溶液，觀察

8、現象（若現象不明顯，設法檢驗Fe3+），寫出反應方程式。 Cl2 + 2Fe2+（淺綠）2Fe3+（淺黃）+2Cl-堿性介質 取4支試管，在一試管中加6.0ml蒸餾水和1ml 3mol/L H2SO4煮沸后加入少量的NH4Fe(SO4)2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），觀察開始生產近乎白色的Fe(OH)2沉淀，防止一段時間后觀察溶液顏色的變化，反應液留作下面實驗用。按上述同樣方法產生Fe(OH)2沉淀后迅速在B、C試管

9、中加入2mol/L HCl和2mol/LNaOH溶液，立即觀察現象，寫出反應方程式。Fe2+ 2OH- Fe(OH)2（白色沉淀） Fe(OH)2 O2 2H2O 4Fe(OH)3(棕紅色) 反應迅速（2）Co2、Ni2的還原性 向盛有少量0,1mol/L CoCl2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/L HCl，另一份加H2O2溶液，剩余一份放至實驗結束，觀察沉淀有何變化？解釋現象并寫出反應方程式。 Co2+ 2OH- Co(OH)2 (粉紅色沉淀)Co(OH)2 2H+ Co2+ 2H2O2Co(OH)2 H2O2 2CoO(OH)(棕色沉淀)

10、 2H2OCo(OH)3在HNO3中溶解不顯著，在酸性溶液中用 H2O2還原可提高溶解性，反應如下： 2Co(OH)3 + H2O2 +4H+ 2Co2+ + 6H2O + O2 4Co(OH)2 O2 4CoO(OH) + 2H2O（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/L HCl，另一份加H2O2溶液，剩余一份放至實驗結束，觀察沉淀有何變化？此時再向放置的溶液中滴加溴水，有有何現象？寫出反應方程式。Ni2 2OH Ni(OH)2 (綠色沉淀)Ni(OH)2 2H+ Ni2+ 2H2O2Ni(O

11、H)2 H2O2 2NiO(OH) (黑色沉淀)2H2O 2Ni2+ 6OH- Br2 2Ni（OH）3(黑色沉淀) 2Br-2、三價鐵、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 FeCl3和2mol/LNaOH至生成沉淀，觀察產物的顏色和狀態。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？設法檢驗產物。Fe3+ 3OH- Fe(OH)3 (棕色沉淀)Fe(OH)3 3HCl FeCl3 3H2O（2） 在兩支試管中分別加入少量CoCl2和NiSO4溶液，然后分別加數滴溴水，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

12、加入少量濃HCl，檢驗反應產物（如何檢驗？）寫出對應的反應方程式。2Co2+ 6OH- Br2 2Co（OH）3 2Br 2Co（OH）3 6HCl 2CoCl2 6H2O Cl2（遇淀粉KI試紙變藍色）2Ni2+ 6OH- Br2 2Ni(OH)3 2Br- 2Ni(OH)3 6HCl 2NiCl2 6H2O Cl2 根據上述實驗結果，列表比較二價和三價Fe、Co、Ni氫氧化物的顏色、氧化還原穩定性及生成條件。3、配合物的生成與性質及離子鑒定（1）Fe3+、Co2+、Ni2+與氨水反應 向少量0,1mol/L FeCl3溶液中加入適量6mol/L NH3·H2O，有何現象？之后再加

13、入過量氨水，有無變化？Fe3難以形成穩定的氨配合物。在水溶液中加入氨時形成Fe(OH)3沉淀。將過量的氨水加入Co2+或Ni2離子的水溶液中，即生成可溶性的氨合配離子Co(NH3)62+或Ni(NH3)62+。不過Co(NH3)62+ 不穩定、易被空中的氧氣氧化成Co(NH3)63+。 取少量濃NH3·H2O于試管中，加入1ml 0,1mol/L CoCl2溶液，迅速搖勻后觀察溶液顏色的變化，為什么液面顏色變化較快？Co2+6 NH3·H2O =Co(NH3)62+6H2O4Co(NH3)62+ O2 2H2O 4Co(NH3)63 4OH 在1ml 0,1mol/L Co

14、Cl2溶液中，加入幾滴1mol/L NH4Cl和過量的6mol/L NH3·H2O，觀察溶液顏色的變化，靜置片刻，再觀察溶液的顏色。Co2+2NH3·H2O= Co(OH)2+2NH4+2H2O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NH3·H2O，觀察溶液的顏色，再加入過量的濃NH3·H2O，觀察產物的顏色。然后將溶液分成4份，分別加1ml 3mol/L H2SO4、2mol/LNaOH 、H2O稀釋、加熱煮沸，觀察它們有何變化，綜合實驗結果，說明鎳氨配合物的穩定性。寫出上述反應的反應方

15、程式。Ni2+6 NH3·H2O =Ni(NH3)62+6H2ONi(NH3)62+穩定性較高。（2）Fe2+、Fe3+、Co2+與K4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6的反應在6支試管中分別加NH4Fe(SO4)2、FeCl3、CoCl2溶液，再分別加0.1mol/LK4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6溶液，觀察現象并將結果填入表4.8-1中表4.8-1 Fe2、Fe3+、Co2與K4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6的反應試劑NH4Fe(SO4)2FeCl3CoCl2K4Fe(CN)6KFeFe(CN)6(藍色沉淀)(普魯士藍)Co2Fe(CN)6 (綠色沉淀)K3Fe(CN)

16、6KFeFe(CN)6 (藍色沉淀)( 滕氏藍)Co3Fe(CN)62 (淡棕色沉淀)Fe2+、Fe3+、Co2+與K4Fe(CN)6、K3Fe(CN)6的反應K+ + Fe3 + Fe(CN)64- = KFeFe(CN)6 (藍色沉淀)(普魯士藍)K+ + Fe2+ + Fe(CN)63- = KFeFe(CN)6 (藍色沉淀)( 滕氏藍)Co2+ + Fe(CN)64- = Co2Fe(CN)6 (綠色沉淀)Co2+ + Fe(CN)63- = Co3Fe(CN)62 (淡棕色沉淀)（3）Fe3+、Co2+、Ni2+的鑒定反應 分別實驗0.1mol/L FeCl3溶液與0,1mol/L

17、K4Fe(CN)6溶液和0.1mol/L KSCN溶液的作用，觀察溶液顏色的變化，在后一溶液中加入少量NH4F固體，有何現象？解釋所觀察到得現象。這是鑒定Fe3+的靈敏反應。K+ Fe3+ + Fe(CN)64- = KFeFe(CN)6 (藍色沉淀)(普魯士藍)Fe3+ + n SCN- = Fe(NCS)n3-n有血紅色Fe(NCS)n3-n 6F FeF63- + nSCN- (血紅色變無色) 在2.0ml0.1mol/L CoCl2溶液中加入少量KSCN固體，仔細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相的顏色。該反應可用于鑒定Co2+。Co2+ SCN-

18、 Co(NCS)42-(有機相顯藍色) 向一試管中加入1滴0.1 mol/L CoCl2溶液,用1mL6mol/LHAc酸化后加入6滴飽和NaNO2溶液，微熱并觀察現象。Co2+ 3K+ 7NO2- 2H+ K3Co(NO2)6 （黃色晶體） NO H2O 微熱，HAc介質 在點滴板凹隙中加1滴 0.1mol/LNiSO4溶液，1滴2mol/LNH3·H2O,再加1滴1%鎳試劑，觀察現象。紅色4、CoCl2水合物的顏色(1) 取一粒紅色的CoCl2于坩堝中加熱，有何現象？然后在空氣中放置12h，觀察其顏色有何變化？加熱變藍 放置后又變為紅色(2)加數滴1mol/LCoCl2溶液于表面

19、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？解釋上述實驗現象。 CoC12·6H2O 325K CoC12·2H2O 363K CoC12·H2O 393K CoC12 (粉紅) （紫紅） （紫藍） （藍色）5、鐵、鈷、鎳的硫化物(1) 分別在含有Fe2+、Fe3+、Co3+、Ni3+試液的4支試管中，各加入數滴0.1mol·L-1Na2S水溶液，微熱之。分別試驗各硫化物沉淀在稀HCl和稀HNO3中的溶解情況，必要時可加熱。將結果填入表4.8-2中。 表4.8-2 Fe2

20、+、Fe3+、Co3+、Ni3+和0.1mol·L-1Na2S反應試液0.1mol·L-1Na2S稀HCl稀HNO3Fe2+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及臭雞蛋氣味氣體)溶解(有乳白色S臭雞蛋氣味和紅棕色氣體)Co3+CoS （黑色沉淀）不溶溶解(臭雞蛋氣味氣體)Ni3+NiS （黑色沉淀）不溶溶解(臭雞蛋氣味氣體)2FeCl3 H2S 2FeCl2 S 2HCl如果加過量的Na2S，則現象和解釋：Fe2+ S2- FeS （黑色沉淀）Ni2+ S2- NiS （黑色沉淀）Co2+ S2- Co

21、S （黑色沉淀） MS 2HCl MCl2 H2S （MFe，Co，Ni）（事實上，因為晶形問題，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 發生氧化還原反應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),當它們的表面鍍層有破損時,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ZnFe原電池,Zn為負極被腐蝕,鐵為正極得到保護,因此白鐵更耐用. 而FeSn原電池,Fe為負極,加速了鐵的腐蝕.（1） 鐵的防腐3Fe NaNO2 5NaOH3Na2FeO2 + NH3 + H2

22、O 6 Na2FeO2 + NaNO2 5H2O= 3Na2Fe2O4 + NH3 + 7 NaOHNa2FeO2 + Na2Fe2O4 2H2O= Fe2O3 + 4NaOH五、注意事項1、制備Fe(OH)2時，要細心操作，注意不能引入空氣。2、欲使 Co(OH)2 Ni(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Cr3+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+，用流程圖將它們分離并鑒別出來。2、 在堿性介質中氯水能將Ni(OH)2氧化為NiO(OH)，而在酸性介質中NiO(OH)又能將Cl-氧化為Cl2，兩者是否矛盾，為什么？要求查不同介質中的標準電極電勢值回答。3、 有時氯水或