无机化学实验二十五 铁、钴、镍

实验二十五铁、钴、镍

[实验目的]

1、试验并掌握二价铁、钴、镍的还原性和三价铁、钴、镍的氧化性；

2、试验并掌握铁、钴、镍配合物的生成和Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+离子的鉴定方法；

3、了解金属铁腐蚀的基本原理及其防止腐蚀的方法。

[实验用品]

仪器：试管、离心试管

固体药品：硫酸亚铁铵、硫氰酸钾

液体药品：H2SO4(1mo1·L-1，6mo1·L-1)、HCl(浓)、NaOH(6mo1·L-1、2mo1·L-1)、

氨水(6 mo1·L-1，浓)、(NH4)2Fe(SO4)2(固体，0.1mo1·L-1)、CoC12(0.1mo1·L-1)、NiSO4(0.1mo1·L-1)、

KI(0.5mo1·L-1)、K4[Fe(CN)6](0.5mo1·L-1)、FeCl3(0.2mo1·L-1)、KSCN(0.5mo1·L-1)、H2O2(3%)、氯水、

碘水、四氯化碳、戌醇、乙醚

材料：碘化钾淀粉试纸

[实验内容]

一、铁(Ⅱ)、钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)的化合物·的还原性

1．铁(Ⅱ)的还原性

(1)酸性介质：往盛有5d氯水的试管中加入2d 6mo1·L-1硫酸溶液，然后滴加硫酸亚铁铵溶液1-2d，观察现象，写出反应式。(如现象不明显，可加1滴KSCN溶液，出现红色，证明有Fe3+生成)

(2)碱性介质：在一试管中放入2mL蒸馏水和3d 6mo1·L-1硫酸溶液，煮沸，以赶尽溶于其中的空气，然后溶入少量硫酸亚铁铵晶体（溶液表面若加3～4d油以隔绝空气，效果更好）。在另一试管中加入1m1 6mo1·L-1氢氧化钠溶液，煮沸(为什么?)。冷却后，用一长d管吸取氢氧化钠溶液，插入硫酸亚铁铵溶液(直至试管底部)内，慢慢放出氢氧化钠(整个操作都要避免空气带进溶液中，为什么？)观察产物颜色和状态。振荡后放置一段时间，观察又有何变化。写出反应方程式。产物留作下面实验用。

2．钴(Ⅱ)的还原性

(1)往盛有二氯化钴溶液的试管中注入氯水，观察有何变化。

现象及解释：

无现象。在中性或酸性介质中钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)比较稳定。

(2)在盛有0.5mL氯化钴溶液的试管中滴入稀氢氧化钠溶液，观察沉淀的生成。将所得沉淀

分为两份，一份置于空气中，一份加入新配制的氯水，观察有何变化，第二份留作下面实验用。

3．镍(Ⅱ)的还原性

用硫酸镍溶液按2(1)、(2)实验方法操作，观察现象，第二份沉淀留作下面实验用。

二、铁(Ⅲ)、钴(Ⅲ)、镍(Ⅲ)的化合物的氧化性

（1）在上面1(2)、2(2)和3实验保留下来的氢氧化铁(Ⅲ)、氢氧化钴(Ⅲ)和氢氧化镍(Ⅲ)沉淀中均加入浓盐酸，振荡后各有何变化，并用碘化钾淀粉试纸检验所放出的气体。

（2）在上述制得的三氯化铁溶液中注入碘化钾溶液，再注入四氯化碳，振荡后，观察现象，写出反应方程式。

思考题：

综合上述实验所观察到的现象，总结+Ⅱ氧化态的铁、钴、镍化合物的还原性和+Ⅲ氧化态的铁、钴、镍化合物的氧化性的变化规律。

变化规律：+Ⅱ氧化态的铁、钴、镍化合物的还原性依次减弱；+Ⅲ氧化态的铁、钴、镍化合物的氧化性依次增强。

三、配合物的生成和Fe2+、Fe3+、Co2+离子的鉴定方法

1．铁的配合物

(1)往盛有1mL亚铁氢化钾溶液的试管里，注入约0.5mL碘水，摇动试管后，滴入数滴硫酸亚铁铵溶液，有何现象发生。此为Fe2+的鉴定反应。

(2)向盛有1mL新配制的硫酸亚铁铵溶液的试管里注入碘水摇动试管后，将溶液分成两份，并各滴入数滴硫氰化钾溶液，然后向其中一支试管中注入约0.5mL3%H2O2溶液，观察现象。此为Fe3+离子的鉴定反应。

试从配合物的生成对电极电势的改变来解释为什么[Fe(CN)6]4-能把I2还原成I-，而Fe2+则不能。

(3)往三氯化铁溶液中注入亚铁氰化钾溶液，观察现象，写出反应方程式。这也是鉴定Fe3+的一种常用方法。

(4)往盛有0.5m1 0.2 mol·L-1三氯化铁的试管中，滴入浓氨水直至过量，观察沉淀是否溶解。

(5)*照片调色：黑白照片的调色是借助化学反应将银的图象变成其它的有色化合物，使照片色泽鲜艳美观或防止变色。这种染色过程在照相化学中称为调色。现介绍红色调色法。

调色液的配制：取5mL草酸钾(1：10)溶液，2mL硫酸铜溶液(1：10)，1mL赤血盐溶液(1：10)，1mL醋酸(1：10)溶液，40mL水注入250mL烧杯中混合备用。

调色：先将黑白照片放在清水中浸泡约10分钟，然后放入调色液中进行调色。其色调是靠亚铁氢化铜产生的，在照片上渐渐地呈现红色色调。当认为颜色合适时，取出照片，用清水冲洗，

最后晾干或上光。其反应原理为：

2．钴的配合物

(1)往盛有1mL氯化钴溶液的试管里加入少量的固体硫氰化钾，观察固体周围的颜色，再注入0.5mL戊醇和0.5mL乙醚，振荡后，观察水相和有机相的颜色，这个反应可用来鉴定钴(Ⅱ)离子。

(2)往0.5mL氯化钴溶液中滴加浓氨水，至生成的沉淀刚好溶解为止，静置一段时间后，观察溶液的颜色有何变化。

3．镍的配合物

往盛有2mL 0.1mol·L-1NiSO4溶液中加入过量6mol·L-1氨水，观察现象。静置片刻，再观察现象，写出离子反应方程式。把溶液分成四份：一份加2mol·L-1NaOH溶液，一份加1mol·L-1H2SO4溶液，一份加水稀释，一份煮沸，观察有何变化。

思考题：

1．总结鉴别Fe2+、Fe3+、Co2+的方法。

2．稀三氯化铁溶液为淡黄色，当它遇到什么物质时，可以呈现出血红色、浅绿色、蓝色，说出各物质的名称。试根据以上各物质设计出一幅供化学晚会用的“白纸显画”图。

3．根据实验结果比较[Co(NH3)6]2+配离子和[Ni(NH3)6]2+配离子氧化还原稳定性的相时大小及溶液的稳定性.

四*、铁的腐蚀和防腐

1．铁的腐蚀：在两支试管中，各注入1／2试管的水，加2滴稀盐酸和几滴铁氰化钾溶液，然后将两只分别夹有同样大小的锌片和锡片(或锌粒或锡粒)(均用砂纸擦净)的回形针(可事先将回形针在2mo1·L-1硝酸里稍浸泡一下，以除去其表面的镍镀层)分别投入这两支试管中。数分钟后观察试管中溶液的颜色，应用铁、锌、锡的电位顺序分析上述所发生的反应。试说明白口铁(阳极镀层)，马口铁(阴极镀层)的腐蚀过程。

2．铁的防腐

氧化膜保护层：把擦净了的铁钉系在细铁丝上，先用1 mo1·L-1盐酸，后用水洗涤，取20mL 混合液于小烧杯中加热至沸。将铁钉浸在其中，几分钟后取出铁钉，观察现象。其反应方程式为：[实验习题]

1．今有一瓶含有Fe3+、Cr3+和Ni2+离子的混合液，如何将它们分离出来，请设计分离示意图。

2．有一浅绿色晶体A，可溶于水得到溶液B，于B中加入饱和碳酸氢钠溶液，有白色沉淀