技術(shù)文章
Technical articles實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1. 掌握鉻、錳、鐵、鈷、鎳氫氧化物的酸堿性和氧化還原性。
2. 掌握鉻、錳重要氧化態(tài)之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)及其條件。
3. 掌握鐵、鈷、鎳配合物的生成和性質(zhì)。
4. 掌握錳、鐵、鈷、鎳硫化物的生成和溶解性。
5. 學(xué)習(xí)Cr3+,Mn2+,Fe2+,Fe3+,Co2+,Ni2+的鑒定方法。
實(shí)驗(yàn)原理
鉻、錳、鐵、鈷、鎳是周期系第四周期第B~ⅥⅧ族元素,它們都能形成多種氧化值的化合物。鉻的重要氧化值為+3和+6;錳的重要氧化值為+2,+4,+6和+7;鐵、鈷、鎳的重要氧化值都是+2和+3。
Cr(OH)3是兩性的氫氧化物。Mn(OH)2和Fe(OH)2都很容易被空氣中的O2氧化,Co(OH)2也能被空氣中的O2慢慢氧化。由于Co3+和Ni3+都具有強(qiáng)氧化性,Co(OH)3,Ni(OH)3與鹽酸反應(yīng)分別生成Co()Ⅱ和Ni()Ⅱ,并放出氯氣。Co(OH)3和Ni(OH)3通常分別由Co()Ⅱ和Ni()Ⅱ的鹽在堿性條件下用強(qiáng)氧化劑氧化得到,例如:
2Ni2+ + 6OH- + Br2 → 2Ni(OH)3(s) + Br-
Cr3+和Fe3+都易發(fā)生水解反應(yīng)。Fe3+具有一定的氧化性,能與強(qiáng)還原劑反應(yīng)生成Fe2+。
酸性溶液中,Cr3+和Mn2+的還原性都較弱,只有用強(qiáng)氧化劑才能將它們分別氧化為Cr2O72-和MnO4-。利用Mn2+和NaBiO3的反應(yīng)可以鑒定Mn2+。
在堿性溶液中,[Cr(OH)4]-可被H2O2氧化為CrO42-。在酸性溶液中CrO42-轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Cr2O72-。Cr2O72-與H2O2反應(yīng)能生成深藍(lán)色的CrO5,由此可以鑒定Cr3+。
在重鉻酸鹽溶液中分別加入Ag+,Pb2+,Ba2+等,能生成相應(yīng)的鉻酸鹽沉淀。
Cr2O72-和MnO4-都具有強(qiáng)氧化性。酸性溶液中Cr2O72-被還原為Cr3+。MnO4-在酸性、中性、強(qiáng)堿溶液中的還原產(chǎn)物分別為Mn2+,MnO2沉淀和MnO42-。強(qiáng)堿溶液中,MnO4-與MnO2反應(yīng)也能生成MnO42-。在酸性甚至近中性溶液中,MnO42-歧化為MnO4-和MnO2。在酸性溶液中,MnO2也是強(qiáng)氧化劑。
MnS,FeS,CoS,NiS都能溶于稀酸, MnS還能溶于HAc溶液。這些硫化物需要在弱堿性溶液中制得。生成的CoS和NiS沉淀由于晶體結(jié)構(gòu)改變而難溶于稀酸。
鉻、錳、鐵、鈷、鎳都能形成多種配合物。Co2+ 和 Ni2+與過量的氨水反應(yīng)分別生成[Co(NH3)6]2+和[Ni(NH3)6]2+。[Co(NH3)6]2+不穩(wěn)定容易被空氣中的O2氧化為[Co(NH3)6]3+。Fe2+與[Fe(CN)6]3-反應(yīng),或Fe3+與[Fe(CN)6]4-反應(yīng),都生成深藍(lán)色沉淀,分別用于鑒定Fe2+和Fe3+。酸性溶液中Fe3+與NCS- 反應(yīng)也用于鑒定Fe3+。Co2+也能與NCS-反應(yīng),生成的[Co(NCS)4]2-不穩(wěn)定,在丙酮等有機(jī)溶劑中較穩(wěn)定,此反應(yīng)用于鑒定Co2+。Ni2+與丁二酮肟在弱堿性條件下反應(yīng)生成鮮紅色的內(nèi)配鹽,此反應(yīng)常用于鑒定Ni2+。
儀器、藥品及材料
儀器:離心機(jī)
藥品:
酸:HCl(2.0mol·L-1,6.0mol·L-1,濃), HNO3(6.0mol·L-1,濃),H2S(飽和),H2SO4(2.0mol·L-1,6.0mol·L-1,濃),HAc(2.0mol·L-1)
堿:NH3H2O(2mol·L-1,6mol·L-1),NaOH(2mol·L-1,6mol·L-1,40%)
鹽:K3[Fe(CN)6](0.1mol·L-1),Cr2(SO4)3(0.1mol·L-1),CoCl2(0.1mol·L-1,0.5mol·L-1), K4[Fe(CN)6](0.1mol·L-1),MnSO4(0.1mol·L-1,0.5mol·L-1),NiSO4(0.1mol·L-1,0.5mol·L-1),Na2SO3(0.1mol·L-1),K2Cr2O7(0.1mol·L-1),Pb(NO3)2(0.1mol·L-1),AgNO3(0.1mol·L-1), NaF(1mol·L-1),SnCl2(0.1mol·L-1),Na2S(0.1mol·L-1),FeCl3(0.1mol·L-1),CrCl3(0.1mol·L-1),K2CrO4(0.1mol·L-1),KMnO4(0.01mol·L-1),KNCS(0.1mol·L-1),FeSO4(0.1mol·L-1), KI(0.02mol·L-1),BaCl2(0.1mol·L-1)
固體:K2S2O8,FeSO4·7H2O,MnO2,NaBiO3,PbO2,KMnO4,KNCS
其他:戊醇(或乙醇),H2O2(3%),溴水,碘水,丁二酮肟,丙酮,淀粉溶液
材料:淀粉-KI試紙
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 鉻、錳、鐵、鈷、鎳氫氧化物的生成和性質(zhì)
(1)制備少量Cr(OH)3,檢驗(yàn)其酸堿性,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(2)在3支試管中各加入幾滴0.1mol·L-1 MnSO4溶液和預(yù)先加熱除氧的2mol·L-1 NaOH溶液,觀察現(xiàn)象。迅速檢驗(yàn)兩支試管中的Mn(OH)2 酸堿性,振蕩第三支試管,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(3)取去離子水2mL,加入幾滴2mol·L-1 H2SO4溶液,煮沸除去氧,冷卻后加入少量FeSO4·7H2O(s)使其溶解。在另一支試管中加入2mol·L-1 NaOH溶液1mL,煮沸驅(qū)氧。冷卻后用長(zhǎng)滴管吸取NaOH溶液,迅速插入FeSO4溶液底部擠出,觀察現(xiàn)象。搖蕩后分為3份,取兩份檢驗(yàn)酸堿性,另一份在空氣中放置,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(4)在3支試管中各加入幾滴0.5mol·L-1 CoCl2溶液,再逐滴加入2mol·L-1 NaOH溶液,觀察現(xiàn)象。離心分離,棄去清液,然后檢驗(yàn)兩支試管中沉淀的酸堿性,將第三支試管中的沉淀在空氣中放置,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(5)用0.5mol·L-1 NiSO4溶液代替CoCl2溶液,重復(fù)實(shí)驗(yàn)(4)。
通過實(shí)驗(yàn)(3) ~(5)比較Fe(OH)2,Co(OH)2,Ni(OH)2 還原性的強(qiáng)弱。
(6)制取少量Fe(OH)3,觀察其顏色和狀態(tài),檢驗(yàn)其酸堿性。
(7)取幾滴0.5mol·L-1 CoCl2溶液,加幾滴溴水,然后加入2mol·L-1NaOH溶液,振蕩試管,觀察現(xiàn)象。離心分離,棄去清液,在沉淀中滴加幾滴濃HCl,并用淀粉KI試紙檢驗(yàn)逸出的氣體。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(8)用0.5mol·L-1 NiSO4溶液代替CoCl2溶液,重復(fù)實(shí)驗(yàn)(7)。
通過實(shí)驗(yàn)(6)~(8)比較Fe()Ⅲ,Co()Ⅲ,Ni()Ⅲ氧化性的強(qiáng)弱。
2. Cr()Ⅲ的還原性和Cr3+的鑒定
取幾滴0.1mol·L-1 CrCl3溶液,逐滴加入6.0mol·L-1 NaOH溶液至過量,然后滴加3% H2O2溶液,微熱,觀察現(xiàn)象。待試管冷卻后,再補(bǔ)加幾滴H2O2和0.5mL戊醇(),慢慢滴入6.0mol·L-1 HNO3溶液,振蕩試管,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
3. CrO42-和Cr2O72-的相互轉(zhuǎn)化
(1)取幾滴0.1mol·L-1 K2CrO4溶液,逐滴加入2.0mol·L-1 H2SO4溶液,觀察現(xiàn)象。再逐滴加入2.0mol·L-1 NaOH溶液,觀察有何變化。寫出反應(yīng)方程式。
(2)在兩支試管中各加入幾滴0.1mol·L-1 K2CrO4溶液和0.1mol·L-1 K2Cr2O7溶液,然后分別滴加1mol·L-1 BaCl2溶液,觀察現(xiàn)象。后再分別滴加2mol·L-1 HCl溶液,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
4. Cr2O72-,MnO4-,Fe3+的氧化性與Fe2+的還原性
(1)取0.1mol·L-1 K2Cr2O7溶液2滴,滴加飽和H2S溶液,觀察現(xiàn)象。寫出反應(yīng)方程式。
(2)取0.01mol·L-1 KMnO4溶液2滴,用2mol·L-1 H2SO4溶液酸化,再滴加0.1mol·L-1 FeSO4溶液,觀察現(xiàn)象。寫出反應(yīng)方程式。
(3)取幾滴0.1mol·L-1 FeCl3溶液,滴加0.1mol·L-1 SnCl2溶液,觀察現(xiàn)象。寫出反應(yīng)方程式。
(4)將0.01mol·L-1 KMnO4溶液與0.5mol·L-1 MnSO4 溶液混合,觀察現(xiàn)象,寫出反應(yīng)方程式。
(5)取0.01mol·L-1 KMnO4溶液2mL,加入40% NaOH溶液1mL,再加少量MnO2(s),加熱,沉降片刻,觀察上層清液的顏色。取清液于另一支試管中,用2mol·L-1 H2SO4溶液酸化,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
⒌鉻、錳、鐵、鈷、鎳硫化物的性質(zhì)
(1)取幾滴0.1mol·L-1 Cr2(SO4)3溶液,滴加0.1mol·L-1 Na2S溶液,觀察現(xiàn)象。檢驗(yàn)逸出的氣體(可微熱)。寫出反應(yīng)方程式。
(2)取幾滴0.1mol·L-1 MnSO4溶液,滴加飽和H2S溶液,觀察有無(wú)沉淀生成。再用長(zhǎng)滴管吸取2mol·L-1 NH3·H2O溶液,插入溶液底部擠出,觀察現(xiàn)象。離心分離,在沉淀中滴加2mol·L-1 HAc溶液,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(3)在3支試管中分別加入幾滴0.1mol·L-1 FeSO4溶液,0.1mol·L-1 CoCl2溶液和0.1mol·L-1 NiSO4溶液,滴加飽和H2S溶液,觀察有無(wú)沉淀生成。再加入2mol·L-1 NH3·H2O溶液,觀察現(xiàn)象。離心分離,在沉淀中滴加2mol·L-1 HCl溶液,觀察沉淀是否溶解。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(4)取幾滴0.1mol·L-1 FeCl3溶液,滴加飽和H2S溶液,觀察現(xiàn)象。寫出反應(yīng)方程式。
⒍鐵、鈷、鎳的配合物
(1)取0.1mol·L-1 K4[Fe(CN)6]溶液2滴,然后滴加0.1mol·L-1 FeCl3溶液,取2滴0.1mol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液,滴加0.1mol·L-1 FeSO4溶液。觀察現(xiàn)象,寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(2)取幾滴0.1mol·L-1 CoCl2溶液,加幾滴0.1mol·L-1 NH4Cl溶液,然后逐滴加6.0mol·L-1 NH3·H2O溶液,觀察現(xiàn)象。搖蕩后在空氣中放置,觀察溶液顏色的變化。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(3)在點(diǎn)滴板上加1滴0.1mol·L-1 CoCl2溶液,加入1滴飽和KNCS溶液,再加入2滴丙酮,搖蕩后觀察現(xiàn)象。寫出反應(yīng)方程式。
(4)在點(diǎn)滴板上加1滴0.1mol·L-1 NiSO4溶液,加1滴2.0mol·L-1 NH3·H2O溶液,觀察現(xiàn)象。再加2滴丁二酮肟溶液,觀察現(xiàn)象。寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。
⒎混合離子的分離與鑒定
試設(shè)計(jì)方法,對(duì)下列兩組離子進(jìn)行分離和鑒定,圖示步驟,寫出現(xiàn)象和有關(guān)的反應(yīng)方程式。
(1)含Cr3+和Mn2+的混合溶液。
(2)可能含Pb2+,Fe3+和Co2+的混合溶液。
思考題
1. Co(OH)3中加入濃HCl,有時(shí)會(huì)生成藍(lán)色溶液,加水稀釋后變?yōu)榉奂t色,試解釋之。
2. 酸性溶液中K2Cr2O7分別與FeSO4和Na2SO3 反應(yīng)的主要產(chǎn)物是什么?
3. 酸性溶液、中性溶液、強(qiáng)堿性溶液中KMnO4與Na2SO3反應(yīng)的主要產(chǎn)物是什么?
4. 在CoCl2溶液中逐滴加入NH3·H2O溶液會(huì)有何現(xiàn)象?
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