Название: Свойства элементов и их соединений (В.Т.Письменко, Л.В.Петрова, Е.С.Гиматова, ДН.Калюкова)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 820


Лабораторная работа № 6 железо, кобальт, никель, их свойства и

СОЕДИНЕНИЯ

 

Железо, кобальт и никель являются d-элементами VII группы Периодической системы. Элементы триады железа и сплавы на их основе - очень важные конструкционные материалы в современной технике (Рнс.11 )-

Химическая активность металлов иллюстрируется следующими схемами     ( Рис.12 - 14 ).

комнатная температура ^

Разб.НС1~*СоС12 Разб. HN03-> Со0МО3)2

 

Co

 

нагревание

            ►

На воздухе ->Со03, С03О4, СоО Водяные пары —►СоО

Галогены->CoF3, CoF2, СоС12, CoBr2, CoJ2 Сера CoS NH3-*Co3N, C02N, Co3N2 H2S CoS

P или РНз-*Со2Р,СозР2, СозР2, CoP CO Co(CO)8

 

Экспериментальная часть

 

Цель работы: изучите опытным путем свойства элементов триады железа и их соединений. Определите устойчивость соединений этих элементов в зависимости от степени окисления металлов.

 

Задание L Качественные пеший на обнаружение

ионов Fe*+ и Fe* Опыт 1. Взаимодействие солей железа (II) с гексацианоферратом (III) калия.

В пробирку поместите 2-3 капли свежеприготовленного раствора соли Мора и добавьте 1 каплю раствора гексацианоферрата (III) калия (красной кровяной соли K3[Fe(CN)6]). Отметьте цвет образовавшегося осадка (турнбулева синь). Данная реакция является качественной на

I-. 2+

ионге .

Опыт 2. Взаимодействие солей железа (III) с гексацианоферратом (III) калия.

В пробирку поместите 2-3 капли раствора соли железа (III) и добавьте 1 каплю раствора гексацианоферрата (II) калия (желтой кровяной соли K4Fe(CN)6]). Отметьте цвет образовавшегося осадка (берлинская лазурь). Реакция взаимодействия гексацианоферрата (II) калия с солям железа (III) относится к качественным реакциям на ион Fe .

Опыт 3. Взаимодействие солей железа (III) с тиоционатом аммония (или калия).

Поместите в одну пробирку 2-3 капли соли раствора железа (III), а в другую - такое же количество раствора соли Мора и добавьте в обе пробирки по 1 капле раствора тиоционата аммония (или калия). Отметьте, что кроваво-красное окрашивание появляется только в одной пробирке. Какой? Данная реакция используется для обнаружения ио-HoeFe .

 

Задание 2. Взаимодействие железа, кобальта и никеля

с кислотами.

Опыт 1. Взаимодействие железа с разбавленными кислотами.

В три пробирки внесите по 5 капель растворов кислот с молярной концентрацией эквивалента 2 моль/л: в первую - соляной, во вторую -серной, в третью - азотной. В каждую пробирку опустите по кусочку железной проволоки. Что наблюдается? Затем в каждую пробирку добавьте по I капле раствора C(NH4NCS)=0,0i моль/л, который с ионами Fe3+ дает характерное кроваво-кравное окрашивание, обусловленное образованием тиоционата железа (III) (Fe(NCS)3). Учтите, что в сильно кислой среде Fe(NCS)3 быстро разлагается (1-2 минуты). Одинакова ли степень окисления железа в полученных солях?

Опыт 2. Взаимодействие железа с концентрированными

кислотами.

В три пробирки внесите по 3 капли концентрированных растворов кислот: в первую - соляной, во вторую - серной, в третью - азотной. В каждую пробирку опустите по кусочку железной проволоки. Взаимодействует ли железо с кислотами на холоде? Немного подогрейте (осторожно). Что наблюдается? После растворения железа разбавьте раствор водой ( в 5-6 раз) и установите характерными реакциями степень окисления железа в полученных соединениях.

Опыт 3. Взаимодействие кобальта с кислотами.

В три пробирки поместите по маленькому кусочку кобальтовой стружки. Затем в первую пробирку добавьте 4-5 капель раствора соляной кислоты, во вторую - серной, в третью - азотной. Слегка нагрейте пробирки. Что наблюдается? В какой цвет окрашиваются растворы?

Опыт 4. Взаимодействие никеля с кислотами.

В три пробирки поместите по маленькому кусочку никелевой стружки. Затем в каждую пробирку добавить по 4-5 капель растворов кислот с молярной концентрацией эквивалента 2 моль/л: в первую -соляной кислоты, во вторую - серной, в третью - азотной. Слегка нагрейте пробирки. Что наблюдается? В какой цвет окрашиваются растворы?

комнатная температура

            »

Ni

. нагревание

I          

 

Рис 14.

 

Влажный воздух + С12 или Вг2—► NiCb, NiBr2 Воздух (02) или вода —► NiO

 

NaOH в вакууме—►NiO СО Ni(CO)4

Галогены -*NiF* NiCl2, NiBr2, NiJ2 S-^NiS, Ni2S3, Ni6S5, NiS2, Ni2S P, As, Sb     NiP2, NiP3, Ni5As2, NiSb HjS-^NiS S02-*NiS + NiO N02 или COz-^NiO

Задание 3. Получение и свойства гидроксидов железа.

кобальта, никеля. Опыт 1. Гидроксид железа (II).

К 3-5 каплям свежеприготовленного раствора сульфата железа (II) (полученному растворением взятых в избытке опилок железа в разбавленной серной кислоте) прилейте такой же объем раствора гидроксида натрия. Каков цвет осадка? Что происходит с ним на воздухе? Проделайте аналогичный опыт, пользуясь имеющимся в лаборатории раствором сульфата железа (II) и щелочи. Сравните и объясните полученные результаты.

Испытайте отношение гидроксида железа (II) к разбавленной соляной кислоте и избытку щелочи. Какими свойствами обладает гидроксид железа (II)?

Опыт 2. Гидроксид железа (III).

К 3-5 каплям раствора хлорида железа (Ш) добавьте 3-4 капли раствора щелочи. Что наблюдается? Полученный осадок разделите на две пробирки и исследуйте отношение гидроксида железа (III) к разбавленной кислоте (серной и соляной) и избытку щелочи (на холоде и при нагревании).

Какой из гидроксидов железа (II) или железа (III) обладает более основными свойствами и чем это можно объяснить?

Опыт 3. Гидроксид кобальта (II).

Гидроксид кобальта (II) существует в виде двух модификаций^ -Со(ОН)2 (синий осадок образуется при добавлении растворов щелочей к солям кобальта (II) на холоде) и Р - Со(ОН)2 (розовый осадок образуется при нагревании).

Поместите в две пробирки по 2-3 капли раствора соли кобальта (II) и прилейте такой же объем щелочи. Отметьте цвет и характер образующегося осадка Нагрейте. Как изменится цвет осадка? Осадок в первой пробирке тщательно размешайте стеклянной палочкой. Что происходит с гидроксидом кобальта (II) при стоянии на воздухе?

Какой ион Fe2* или Со2* является более сильным восстановителем?

Со(ОН)2 + ОН =Со(ОП)3 +ё            ф°=0,17 в

 

Fe(OH)2 + ОП =Fe(OH)3 +ё 4р°=-0,56в Осадок из второй пробирки разделите на две пробирки и исследуйте его отношение к разбавленным кислотам и избытку щелочи. Какие свойства проявляет гидроксид кобальта (II)?

Опыт 4. Гидроксид кобальта (III).

Поместите в две пробирки по 2-3 капли раствора соли кобальта

(II)       . В одну из пробирок добавьте 2-3 капли бромной воды, а в другую

- 2-3 капли 3\% раствора пероксида водорода Затем в обе пробирки

прилейте по 3-4 капли раствора щелочи. Что происходит?

В одной из пробирок с полученного осадка по возможности полно слейте раствор и затем к осадку прилейте концентрированной соляной кислоты и нагрейте (тяга). Что наблюдается? Какие свойства в этой реакции проявляет гидроксид кобальта (III)?

К полученному раствору прилейте немного воды. Почему изменился цвет раствора?

Опыт 5. Гидроксид никеля (II).

Поместите в две пробирки по 2-3 капли раствора соли никеля (II) и прилейте такой же объем раствора щелочи. Отметьте характер и цвет осадка. В первой пробирке осадок тщательно размешайте стеклянной палочкой и оставьте постоять на некоторое время. Происходит ли окисление гидроксида никеля (II) кислородом воздуха?

Осадок из второй пробирки разделите на две пробирки и исследуйте его отношение к разбавленным кислотам и избытку щелочи. Какие свойства проявляет гидроксид никеля (II)?

Опыт 6. Гидроксид никеля (III).

Поместите в две пробирки по 2-3 капли раствора соли никеля (II). В одну из пробирок добавьте 2-3 капли бромной воды, а в другую - 2-3 капли 3\% раствора пероксида водорода. Затем в обе пробирки прилейте по 3-4 капли раствора щелочи. Что происходит?

С полученного черного осадка гидроксида никеля (III) по возможности полно слейте раствор и затем к осадку добавьте концентрированной соляной кислоты и нагрейте (тяга). Какие свойства в этой реакции проявляет гидроксид никеля (III)?

Чем объясняется различное отношение гидроксидов железа (II), кобальта(Н) и ншеля(11) к кислороду воздуха?

Почему способ получения гидроксидов кобальта (III) и никеля

(III)      отличается от способа получения гидроксида железа (III)? Как

и почему изменяются кислотно-основные и окислительно-восстано-

вительные свойства гидроксидов железа, кобальта, никеля в зависи-

мости от их степени окисления?

 

Задание 4. Свойства солей железа (II). Опыт 1. Гидролиз солей железа (II).

Несколько кристалликов соли Мора и сульфата железа (II) растворите в небольшом количестве воды и с помощью индикатора определите рН полученного раствора. Напишите уравнение реакции гидролиза. К полученному раствору прилейте несколько капель раствора карбоната натрия. Что наблюдается? Объясните полученные результаты.

Опыт 2. Восстановительные свойства железа (II).

а)         Восстановление перманганата калия*

К 2-3 каплям раствора соли железа (II) добавьте 2 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора перманганата калия. Что происходит? К полученному раствору добавьте I каплю раствора тиоционата калия (C(KNCS)=0,0l моль/л). Почему в пробирке появляется красное окрашивание?

б)         Восстановление дихромата калия.

К 2-3 каплям раствора соли железа (II) добавьте 2 капли раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора дихромата калия. Что наблюдается? С помощью какой реакции можно обнаружить в полученном растворе HOHbiFe ?

в)Восстаиовление пероксида водорода.

Поместите в две пробирки по 2-3 капли свежеприготовленного раствора соли железа (III). В первую пробирку добавьте 2 капли раствора серной кислоты, а в другую - 2 капли раствора щелочи, затем в обе пробирки прилейте по 2-3 капли 3\% раствора пероксида водорода. Что наблюдается? К раствору, полученному в первой пробирке, добавьте I каплю раствора тиоционата калия (C(KNCS)=0,0l моль/л). Почему в пробирке появляется красное окрашивание? Что представляет собой осадок, появившийся во второй пробирке?

г)         Восстаиовление азотной кислоты.

Поместите в две пробирки по 2-3 капли свежеприготовленного раствора соли железа (II). В одну пробирку добавьте 1 каплю разбавленной серной кислоты и 1-2 капли концентрированной азотной кислоты и нагрейте до прекращения выделения газа (тяга). После того как раствор остынет, в обе пробирки добавьте по 1 капле раствора тиоционата калия. В какой пробирке наблюдается красное окрашивание раствора и почему?

При написании уравнений реакций учтите, что азотная кислота восстанавливается преимущественно до NO.

При изучении свойств железа (II) и его соединений в качестве исходного вещества применяйте соль Мора.

Используя значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, перечислите, при действии еще каких реагентов железо (11)  может быть переведено в железо (111)?

Задание 5. Свойства солей железа fill). Опыт 1. Гидролиз солей железа (III).

а)Поместите в две пробирки по 5-6 капель свежеприготовленного раствора хлорида железа (III). С помощью индикаторной бумаги определите рН в растворе данной соли. Одну из пробирок нагрейте. Что наблюдается? Изменился ли рН раствора? Как можно уменьшить гидролиз хлорида железа (III)? Какая соль подвергается гидролизу в большей степени FeCl2 или FeCl3? Почему?

б)         Поместите в пробирку 3-4 капли раствора соли железа (III) и при-

бавьте по каплям раствор соды. Что наблюдается?

Опыт 2. Окислительные свойства соединений железа (III).

а)         Окисление иодида калия.

К 3-4 каплям раствора соли железа (III) добавьте 1-2 капли раствора иодида калия. Как изменяется цвет раствора? Характерными реакциями докажите образование иона и катиона железа (III). Бще какие восстановители могут перевести Fe3+ в Fe2*?

б)         Окисление сульфита натрия.

К 3-4 каплям раствора соли железа добавьте несколько кристалликов сульфита натрия и нагрейте раствор до обесцвечивания. Характерными реакциями докажите образование катиона железа (II).

С помощью каких еще восстановителей можно перевести катион железа (III) в катион железа (II)?

Опыт 3. Взаимодействие солей железа, кобальта, никеля

с карбонатом натрия.

К 2-3 каплям растворов солей железа (II), кобальта (II) и никеля (II) прилейте такой же объем раствора соды. Что наблюдается? Учтите, что соли железа (II) образуют белый осадок карбоната железа (II), а соли никеля (II) и кобальта (II) образуют гидроксокорбонаты соответствующего металла Образовавшийся белый осадок карбоната железа (II) нагрейте. Почему изменился цвет осадка?

Опыт 4. Взаимодействие солей железа, кобальта, никеля

с сульфидом аммония.

В четыре пробирки поместите по 2-3 капли раствора следующих солей: сульфата железа (II), хлорида железа (III), хлорида кобальта (II) и сульфата никеля (II). Во все пробирки добавьте 2 капли раствора сульфида аммония. Что наблюдается? Каким свойством железа (III) объясняется появление в пробирке с хлоридом железа (III) коллоидного осадка серы? Проверьте растворимость сульфидов железа (II), кобальта (II), никеля (II) в разбавленной соляной кислоте.

Задание 6* Получение комплексных соединений.

Опыт 1. Взаимодействие солей железа, кобальта и никеля

с раствором аммиака.

В четыре пробирки поместите по 2-3 капли раствора следующих солей: сульфата железа (III), свежеприготовленного раствора соли железа (II), хлорида кобальта (II) и сульфата никеля (II). Во все пробирки прилейте раствор аммиака (до образования осадка), а затем избыток концентрированного аммиака. Что наблюдается? Нагрейте аммиачный раствор соли кобальта, встряхивая пробирку. Объясните изменение окраски раствора. Как изменяется устойчивость аммиаков в ряду: железо(П), кобальт (II), никель (П)?

Опыт 2. Образование гексанитритокобальтата (III) калия.

К 2-3 каплям раствора соли кобальта (II) добавьте 1-2 капли концентрированной уксусной кислоты (или разбавленной серной кислоты) и 1 микрошпатель кристаллического нитрита калия. Какой газ выделяется? Что выпадает в осадок? Эта реакция используется для обнаружения ионов кобальта.

Опыт 3. Образование бис(диметилгликсимата) никеля (II).

К 1-2 каплям раствора соли никеля (II) добавьте 3-4 капли раствора аммиака и 1 каплю спиртового раствора диметилглиоксима. Что наблюдается? Эта реакция используется для обнаружения ионов никеля.

Контрольные вопросы и задачи

Напишите электронные формулы атомов железа, кобальта и никеля. Какую валентность проявляют эта элементы?

Где в ряду стандартных электродных потенциалов металлов находятся железо, кобальт, никель? Как это определяет отношение металлов к кислотам?

Какие степени окисления возможны и характерны для железа, кобальта и никеля? Приведите примеры соединений.

В одинаковой ли степени выражены основные свойства оксида и гидроксида железа (II) и железа (III)? Чем это объясняется? Как это отражается на степени гидролиза солей железа?

Окислителем или восстановителем является ион Fe2+ в химических реакциях? Какой из ионов Fe2+, Со2+, Ni2+ обладает более сильными восстановительными свойствами? Приведите примеры реакций.

6.         При помощи каких реакций можно различить в растворе ионы

Как превратить хлорид железа (II) в хлорид железа (III) и наоборот?

Почему при приготовлении водных растворов солей железа (III) добавляют кислоту?

Что происходит и какие соединения образуются при добавлении соды к растворам   соли железа (Посоли железа (III)?

 

Могут ли существовать совместно в растворе :

а)         Н202 и Fe(OH)2 ,       b)FeCI3 hSiiCk ,

б)         H2S    и FeCb   ,         г) FeCl2 и К2СЮ7 .

Закончите уравнения реакций:

а)         Со(ОН)з + НС1коиц.->         г) Fe(OHb + НС1конц.->

б)         СогОг+Наконц.-*      д) FeSO4+K2CI2O7+H2S04->

в)         №(ОН)з + ЦОД ->     е) FeCb +К1->

Какое основание Ni(OH)2 или [Ni(NH3)6](OH)2 более сильное? Почему?

Осуществите следующие превращения:

а)         CoS -> СоО -> CoCNOsh -> Со(ОН)2 -> Со(ОН)3 ,

б)         Fe->FeCl2->FeCb ->Fe(OH)j->Fei(S04fe ,

в)         Fe ->FeS04 -ОДОНЬ ->Fe(OH)j ->Fe2(SO)3 ->FeS04

Какой объем 96\% серной кислоты (р = 1,84 г/см Потребуется для полного растворения 1 От железа?

Растворится ли железная пластинка массой 5г при выдерживании ее в растворе, содержащем 1,6г сульфата меди?

На осаждении ионов Fe из 200мл раствора сульфата железа (III) потребовалось 80 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией 2,5 моль/л. Определите молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента соли железа.

Какая масса осадка получится при сливании 20г раствора железного купороса с массовой долей 5\% и 2 г раствора гидроксида натрия с массовой долей 5 \% ?

Какой объем кислорода (н.у.) потребуется для превращения 50г гидроксида железа (II) в гидроксид железа (III)?

Сколько граммов FeS04*7H20 может быть получено при растворении в разбавленной серной кислоте 100г железа?

1,00 г чистого хлорвда железа при взаимодействии с избытком нитрата серебра дал 2,65 г хлорида серебра. Хлорид железа (III), или железа (II) был взят для реакции?