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实验二十四：第一过渡系元素（二）（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、镍配合物的生成及性质。
〔实验原理〕铁、钴、镍的高氧化态化合物多是以含氧酸盐或配盐形式存在，如Na2FeO4、K3CoO4、K2NiF6，这类化合物在水溶液中都是不稳定的。
一、铁的化合物1．铁的化合物铁有3种氧化物，红棕色的氧化铁，黑色的氧化亚铁和黑色的四氧化三铁。
它们都不溶于水，灼烧后的氧化铁不溶于酸，氧化亚铁能溶于酸。
四氧化三铁是二价铁和三价铁的混合型氧化物，具有磁性。
铁化合物列于下表中：物质颜色和状态性质FeCl3黑褐色晶体以共价键为主的化合物，它的蒸气为双聚分子Fe2Cl6。
Fe(NO3)3 = Fe2O3 + 6NO2 + 3/2O2 (600～700ºC) Fe(NO3)3•H2O 淡紫色晶体 2FeCl2•4H2O 淡蓝色晶体在空气中易被氧化为草绿色FeSO4•7H2O 淡绿色晶体加热分解为三氧化硫，水溶液易被氧化。
(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O 绿色晶体摩尔氏盐，在潮湿空气和水溶液中较稳定。
2．溶液中Fe(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)的反应⑴溶液中Fe3＋的重要反应还原剂如I-，SO2，H2S，Sn2+，Fe，Cu，等――――――――――――――――→ Fe2+OH-Δ⇌ Fe(OH)3(s)（棕色）→ Fe2O3NH3•H2O———→ Fe(OH)3(s)（棕色）NH3•H2O+NH4Cl——————→ Fe(OH)3(s)（棕色）Fe2+(NaOH,80ºC) O2——————→ Fe3O4• x H2O → Fe2O3CO32-ClO-——→ Fe(OH)3——→ FeO42-NH3•H2O+(NH4)2S H+――――――→Fe2O3(黑色)―→ FeS(黑色)H2S――→Fe2+ + SNCS-过量F－――→[Fe(NCS)]2+(血红色)―→ [FeF6]3-(无色)[Fe(CN)6]4-+ K+――――――→ [KFe(CN)6Fe]x(蓝色)K2C2O4(浓)，加热――――――→ [Fe(C2O4)3]3-(黄色)不稳定，见光分解⑵溶液中Fe2＋的重要反应氧化剂如Cr2O72-，浓HNO3等―――――――――――→ Fe3+OH-O2⇌ Fe(OH)2(s)（纯白色）→Fe(OH)3(s)（棕色）NH3•H2O――→ Fe(OH)2(s)（纯白色）NH3•H2O+NH4Cl――――――→无沉淀CO32-H2O + CO2 O2――→ FeCO3（白色）――→ Fe(HCO3)2―→Fe(OH)3(s)(NH4)2S―――→ FeS(黑色)NO――→[Fe(NO)( H2O)5]2+( 棕色)H2O2 +过量F－―――――→ [FeF6]3-(无色)NCS-――→无溶液、无颜色CN-过量CN-Cl2―→Fe(CN)2(s) (白色) ――→[Fe(CN)6]4-――→[Fe(CN)6]3-[Fe(CN)6]3-+ K+――――――→ [KFe(CN)6Fe]x(蓝色)二、钴的化合物1. 钴的化合物钴的氧化物与铁的氧化物类似，为暗褐色的Co2O3•xH2O和灰绿色的CoO。
铁钴镍实验报告
实验目的，通过实验了解铁钴镍的性质和用途，掌握相关实验操作技能。
实验仪器和试剂，铁钴镍样品、酸、碱、试管、酒精灯、玻璃棒、试剂瓶等。
实验步骤：
1. 取一小块铁钴镍样品，放入试管中；
2. 加入适量酸，观察样品的反应情况；
3. 加入适量碱，观察样品的反应情况；
4. 使用酒精灯加热样品，观察其变化；
5. 用玻璃棒测试样品的导电性。
实验结果：
1. 酸的作用，铁钴镍样品与酸接触后，发生了明显的气体生成反应，同时产生了气泡。
观察样品表面，发现有气体释放的迹象，推测为氢气的生成反应。
2. 碱的作用，加入碱后，铁钴镍样品发生了部分溶解，生成了混合溶液。
观察到溶液中有悬浮物质，可能是未反应完全的铁钴镍残留。
3. 加热反应，使用酒精灯加热样品后，观察到样品表面发生了颜色变化，从原来的灰色变成了暗红色，推测为铁钴镍的氧化反应。
4. 导电性测试，用玻璃棒测试样品的导电性，发现铁钴镍具有一定的导电性，但不如金属导电性强。
实验结论：
通过本次实验，我们了解到铁钴镍在酸、碱、加热和导电性方面的性质。
铁钴镍在酸中会产生氢气，与碱发生部分溶解，加热后会发生氧化反应，具有一定的导电性。
这些性质使得铁钴镍在工业生产和科学研究中具有重要的应用价值，例如用于制造电池、合金等材料。
通过本次实验，我们不仅了解了铁钴镍的性质和用途，还掌握了相关实验操作技能，为今后的实验和科研工作打下了良好的基础。
希望通过今后的实验学习，我们能够更加深入地了解各种物质的性质和应用，为科学研究和技术创新做出更大的贡献。
实验第一过渡系元素（II）（铁，钴，镍）一、实验目的与要求：1．掌握二价铁，钴，镍的还原性和氧化性。
2．掌握铁，钴，镍配合物的生成及性质。
二、教学重点与难点：掌握二价铁，钴，镍的还原性和氧化性；掌握铁，钴，镍配合物的生成及性质。
三、教学方法与手段：讲授法；演示法四、教学课时: 4课时五、课的类型：实验课六、教学内容：[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0.5ml氯水的试管中加入3滴6 mol.L-1H2SO4溶液，然后滴加(NH4)2Fe(SO4)2溶液，观察现象，写出反应式：2Fe2+ + Cl2 === 2Fe3++ 2Cl-Fe3++nSCN-====[Fe(SCN)n]3-n（血红色）说明：Fe2+被氧化为Fe3+的现象不明显（淡绿色 黄棕色），可用KSCN检验Fe3+。
亚铁盐一般用硫酸亚铁铵，它稳定，不易分解，为防万一还需要加硫酸。
（2）碱性介质:在一试管中放入2ml蒸馏水和3滴6mol.L-1H2SO4溶液煮沸，以赶尽溶于其中的空气，然后溶于少量硫酸亚铁铵晶体。
在另一试管中加入3ml 6mol.L-1NaOH溶液煮沸。
冷却后，用一长滴管吸收NaOH溶液，插入(NH4)2Fe(SO4)2溶液到底部，慢慢挤出NaOH，观察产物颜色和状态。
Fe2++2OH- ====Fe(OH)2（为纯白色沉淀）4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3 (红褐色)说明：为了得到纯净的白色氢氧化亚铁沉淀，将溶液加热以赶净溶解在其中的氧气。
放置一段时间白色沉淀变为灰绿色，至实验结束也没有变为红褐色。
【现象：沉淀由白变成灰绿色再变成红棕色】2、钴(II)的还原性（1）、往盛有CoCl2溶液的试管中加入氯水，观察有何变化两者不反应.2Co2++Cl2+2H+ 不反应说明：在酸性溶液中，Co2+比较稳定，不易被氧化。
（2）、在盛有1ml CoCl2溶液的试管中滴入稀NaOH溶液（注：），观察沉淀的生成。
实验25 第一过渡系元素（II）（铁，钴，镍）
一、实验目的与要求：
1．掌握二价铁，钴，镍的还原性和氧化性。
2．掌握铁，钴，镍配合物的生成及性质。
二、教学重点与难点：
掌握二价铁，钴，镍的还原性和氧化性；掌握铁，钴，镍配合物的生成及性质。
三、教学方法与手段：讲授法；演示法
四、教学课时: 4课时
五、课的类型：实验课
六、教学内容：
[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0.5ml氯水的试管中加入3滴6 mol.L-1H2SO4溶液，然后滴加(NH4)2Fe(SO4)2溶液，观察现象，写出反应式：
2Fe2+ + Cl2 === 2Fe3++ 2Cl-
Fe3++nSCN-====[Fe(SCN)n]3-n（血红色）
说明：Fe2+被氧化为Fe3+的现象不明显（淡绿色 黄棕色），可用KSCN检验Fe3+。
亚铁盐一般用硫酸亚铁铵，它稳定，不易分解，为防万一还需要加硫酸。
（2）碱性介质:
在一试管中放入2ml蒸馏水和3滴6mol.L-1H2SO4溶液煮沸，以赶尽溶于其中的空气，然后溶于少量硫酸亚铁铵晶体。
在另一试管中加入3ml 6mol.L-1NaOH溶液煮沸。
冷却后，用一长滴管吸收NaOH溶液，插入(NH4)2Fe(SO4)2溶液到底部，慢慢挤出NaOH，观察产物颜色和状态。
Fe2++2OH- ====Fe(OH)2（为纯白色沉淀）
4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3 (红褐色)
说明：为了得到纯净的白色氢氧化亚铁沉淀，将溶液加热以赶净溶解在其中的氧气。
放置一段时间白色沉淀变为灰绿色，至实验结束也没有变为红褐色。
【现象：沉淀由白变成灰绿色再变成红棕色】
2、钴(II)的还原性
（1）、往盛有CoCl2溶液的试管中加入氯水，观察有何变化两者不反应.
2Co2++Cl2+2H+ 不反应
说明：在酸性溶液中，Co2+比较稳定，不易被氧化。
（2）、在盛有1ml CoCl2溶液的试管中滴入稀NaOH溶液（注：），观察沉淀的生成。
所得沉淀分成两份，一份置于空气中，一份加入新配置的氯水，观察有何变化，第二份留作下面实验用。
①、Co2+ +2OH- ====Co(OH)2↓（粉红色）
②、4Co(OH)2+O2+2H2O====4Co(OH)3↓（棕色）（反应慢）
③、2Co(OH)2+Cl2+2NaOH====2Co(OH)3↓（棕色）+2NaCl （反应快）
说明：①中刚开始生成蓝紫色的沉淀，摇荡后变为粉红色沉淀。
蓝紫色的沉淀可能是因为Co2+结合的水分子少而引起的。
3、镍(II)的还原性
用NiSO4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。
2Ni2++Cl2+2H+ 不反应
Ni2++2OH- ====Ni(OH)2↓（绿色）
Ni(OH)2+O2+H2O 不反应
2Ni(OH)2+Cl2+2NaOH====2Ni(OH)3↓（黑色）+2NaCl （反应慢）
说明：Ni2+比较稳定，不易被氧化，在碱性溶液中也不能被空气中的氧气氧化，只有用强氧化剂Cl2才能使之氧化。
二、铁(III)、钴(III)、镍(III)的化合物的氧化性
(1) 、在前面实验中保留下来的Fe(OH)3、Co(OH)3、Ni(OH)3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。
Fe(OH)3 + 3HCl === FeCl3 + 3H2O
2Co(OH)3 + 6HCl(浓) === 2CoCl2 + 6H2O + Cl2↑
2Ni(OH)3 + 6HCl(浓)=== 2NiCl2 + 6H2O + Cl2↑
说明：Co(III)、Ni(III)具有强氧化性，氧化Cl放出Cl2，能使湿润的淀粉KI试纸变蓝，再变为无色。
（2）、在上述制得的FeCl3溶液中加入KI溶液，再加入CCl4振荡后观察现象，写出反应方程式。
2Fe3+ +2I- ====2Fe2+ +I2 (CCl4)
说明：在介电常数较大的溶剂中，如不饱和烃、二氧化硫（液态）、醇等，碘呈现棕色或棕红色；而在介电常数较小的溶剂中，如四氯化碳、二硫化碳等，则呈紫色。
碘溶液颜色的不同是由于碘在极性溶剂中形成溶剂化物，而在非极性或极性较低的溶剂内，碘不发生溶剂化作用，溶解的碘以分子状态存在，故溶液的颜色与碘蒸气相同。
三、配合物的生成
1、铁的配合物
（1）、往盛有1毫升亚铁氰化钾溶液的试管中加入约0.5毫升的碘水振荡后，滴入数滴硫酸亚铁铵溶液，观察现象。
此为Fe2+的鉴定反应。
2[Fe(CN)6]4-+I2=====2[Fe(CN)6]3-+2I2
2[Fe(CN)6]3-+3Fe2+ ===Fe3[Fe(CN)6]2(滕氏蓝)
说明：由于配合物的生成，降低了Fe(II)的电极电势，使I2能氧化Fe(II)生成Fe(III)：I2+2e =====2I- Eө =0.5355V
[Fe(CN)6]3-+e ====[Fe(CN)6]4-Eө =0.358V
Fe3+ +e ====Fe2+Eө =0.771V
（2）、向盛有1毫升新制(NH4)2Fe(SO4)2溶液的使馆中加入碘水，振荡试管后，将溶液分为两份，各滴入数滴硫氰酸钾溶液，然后向其中一支试管中注入约0.5毫升3%H2O2溶液，观察现象，此为Fe3+的鉴定反应。
Fe2++I2不反应
2Fe2++H2O2+2H+ =====2Fe3++2H2O
3Fe3+ + nSCN- === [Fe(SCN)n]3-n血红色，n值随SCN-的浓度而变化。
说明：目的是用KSCN 检验是否有Fe3+生成，但是，碘水与Fe(SCN)n]3-n的颜色相近，很难区分红色是碘水的颜色还是[Fe(SCN)n]3-n的颜色。
加入H2O2后，有黑色沉淀漂浮在溶液表面，是H2O2把I3-氧化为I2。
（3）、往FeCl3中加入K4[Fe(CN)6]溶液，观察现象。
写出反应方程式。
此为Fe3+的鉴定反应的常用方法：
3[Fe(CN)6]4-+4Fe3+ =====Fe4[Fe(CN)6]3↓（普鲁士蓝）
（4）、向盛有0.5毫升0.2mol/l FeCl3的试管中，滴入浓氨水直至过量，观察沉淀是否溶解：
Fe3++NH3H2O=====Fe(OH)3+3NH4+
说明：Fe(II)、Fe(III)均不形成氨的配合物。
2、钴的配合物
（1）、向盛有1毫升CoCl2溶液的试管中加入少量的硫氰酸钾固体，观察固体周围的颜色，再加入0.5毫升戊醇和0.5毫升乙醚，振荡后观察水相和有机相的颜色。
这个反应可用来鉴定Co2+。
Co2+ +4SCN-=====[Co(SCN)4] 2-（蓝色）K稳=10-3
说明：KSCN晶体周围呈现[Co(SCN)4]2的蓝色，它在水溶液中不稳定易解离，但它溶于丙酮或戊醇，在有机溶剂中比较稳定。
水相中是粉红色。
（2）、向盛有0.5毫升CoCl2溶液滴加浓氨水，直到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。
CoCl2+ NH3H2O=====Co(OH)Cl↓+NH4Cl （NH3·H2O适量）Co(OH)Cl+ 7NH3H2O=====[Co(NH3)6](OH)2（黄色）+NH4Cl （黄色不稳定）4[Co(NH3)6](OH)2+O2+2H2O====4[Co(NH3)6](OH)3 （橙黄色）
说明：[Co(NH3)6]2+不稳定，易氧化成[Co(NH3)6]3+。
这是因为当形成氨合物后，其电极电势发生了很大的变化：
[Co(NH3)6]3++e ======[Co(NH3)6]2+Eө =0.1V
[Co(H2O)6]3+ +e ======[Co(H2O)6]2+Eө =1.84 V
可见，配位前的Eө =1.84 V 降至配位后的Eө =0.1V，说明氧化态为+3的钴由于形成氨配合物而变得相当稳定。
以致空气中O2能把[Co(NH3)6]2+氧化成稳定的[Co(NH3)6]2+。
3、镍的配合物
向盛有2毫升0.1mol/l NiSO4溶液加入6mol/l氨水，观察现象，静置片刻，再观察现象，写出离子反应方程式。
将溶液分为四份：一份加入2mol/lNaOH溶液，一份加入1mol/lH2SO4一份加水稀释，一份煮沸，观察有何变化。
Ni2++6NH3====[Ni(NH3)6]2+ （蓝色）K稳=1.1×108
①、[Ni(NH3)6]2+ +6H+ =====Ni2++6NH4+ (正)
②、[Ni(NH3)6]2+ 2OH- =====Ni(OH)2↓+6NH3↑(由碱生成过来, 不能溶解)
③、2[Ni(NH3)6]SO4+2H2O====Ni2(OH)2SO4↓+10NH3↑+(NH4)2SO4
(稀释只是颜色变淡)
说明：[Ni(NH3)6]2+遇酸、遇碱，遇水稀释，受热均可发生分解反应。
Fe(OH)2(白色) Co(OH)2（粉红色）Ni(OH)2 （绿色）还原性依次减弱Fe(OH)3(棕红色) Co(OH)3（棕色）Ni(OH)3 （黑色）氧化性依次增强。
