過渡族元素（一）

實驗目的 

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、錳重要氧化態之間的轉化反應及其條件。 

3. 掌握鐵、鈷、鎳配合物的生成和性質。 

4. 掌握錳、鐵、鈷、鎳硫化物的生成和溶解性。 

5. 學習(xi) Cr3+，Mn2+，Fe2+，Fe3+，Co2+，Ni2+的鑒定方法。 

實驗原理 

鉻、錳、鐵、鈷、鎳是周期係第四周期第B~ⅥⅧ族元素，它們(men) 都能形成多種氧化值的化合物。鉻的重要氧化值為(wei) +3和+6；錳的重要氧化值為(wei) +2，+4，+6和+7；鐵、鈷、鎳的重要氧化值都是+2和+3。 

Cr(OH)3是兩(liang) 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。由於(yu) Co3+和Ni3+都具有強氧化性，Co(OH)3，Ni(OH)3與(yu) 鹽酸反應分別生成Co()Ⅱ和Ni()Ⅱ，並放出氯氣。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氧化劑氧化得到，例如： 

                2Ni2+ + 6OH- + Br2 → 2Ni(OH)3(s) + Br-

Cr3+和Fe3+都易發生水解反應。Fe3+具有一定的氧化性，能與(yu) 強還原劑反應生成Fe2+。 

酸性溶液中，Cr3+和Mn2+的還原性都較弱，隻有用強氧化劑才能將它們(men) 分別氧化為(wei) Cr2O72-和MnO4-。利用Mn2+和NaBiO3的反應可以鑒定Mn2+。 

在堿性溶液中，[Cr(OH)4]-可被H2O2氧化為(wei) CrO42-。在酸性溶液中CrO42-轉變為(wei) Cr2O72-。Cr2O72-與(yu) H2O2反應能生成深藍色的CrO5，由此可以鑒定Cr3+。 

在重鉻酸鹽溶液中分別加入Ag+，Pb2+，Ba2+等，能生成相應的鉻酸鹽沉澱。 

Cr2O72-和MnO4-都具有強氧化性。酸性溶液中Cr2O72-被還原為(wei) Cr3+。MnO4-在酸性、中性、強堿溶液中的還原產(chan) 物分別為(wei) Mn2+，MnO2沉澱和MnO42-。強堿溶液中，MnO4-與(yu) MnO2反應也能生成MnO42-。在酸性甚至近中性溶液中，MnO42-歧化為(wei) MnO4-和MnO2。在酸性溶液中，MnO2也是強氧化劑。 

MnS，FeS，CoS，NiS都能溶於(yu) 稀酸， MnS還能溶於(yu) HAc溶液。這些硫化物需要在弱堿性溶液中製得。生成的CoS和NiS沉澱由於(yu) 晶體(ti) 結構改變而難溶於(yu) 稀酸。 

鉻、錳、鐵、鈷、鎳都能形成多種配合物。Co2+ 和 Ni2+與(yu) 過量的氨水反應分別生成[Co(NH3)6]2+和[Ni(NH3)6]2+。[Co(NH3)6]2+不穩定容易被空氣中的O2氧化為(wei) [Co(NH3)6]3+。Fe2+與(yu) [Fe(CN)6]3-反應，或Fe3+與(yu) [Fe(CN)6]4-反應，都生成深藍色沉澱，分別用於(yu) 鑒定Fe2+和Fe3+。酸性溶液中Fe3+與(yu) NCS- 反應也用於(yu) 鑒定Fe3+。Co2+也能與(yu) NCS-反應，生成的[Co(NCS)4]2-不穩定，在丙酮等有機溶劑中較穩定，此反應用於(yu) 鑒定Co2+。Ni2+與(yu) 丁二酮肟在弱堿性條件下反應生成鮮紅色的內(nei) 配鹽，此反應常用於(yu) 鑒定Ni2+。 

儀(yi) 器、藥品及材料 

儀(yi) 器：離心機 

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(ti) ：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，澱粉溶液 

材料：澱粉-KI試紙 

實驗內(nei) 容 

1. 鉻、錳、鐵、鈷、鎳氫氧化物的生成和性質 

（1）製備少量Cr(OH)3，檢驗其酸堿性，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（2）在3支試管中各加入幾滴0.1mol·L-1 MnSO4溶液和預先加熱除氧的2mol·L-1 NaOH溶液，觀察現象。迅速檢驗兩(liang) 支試管中的Mn(OH)2 酸堿性，振蕩第三支試管，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（3）取去離子水2mL，加入幾滴2mol·L-1 H2SO4溶液，煮沸除去氧，冷卻後加入少量FeSO4·7H2O(s)使其溶解。在另一支試管中加入2mol·L-1 NaOH溶液1mL，煮沸驅氧。冷卻後用長滴管吸取NaOH溶液，迅速插入FeSO4溶液底部擠出，觀察現象。搖蕩後分為(wei) 3份，取兩(liang) 份檢驗酸堿性，另一份在空氣中放置，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（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，觀察現象。離心分離，棄去清液，然後檢驗兩(liang) 支試管中沉澱的酸堿性，將第三支試管中的沉澱在空氣中放置，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（5）用0.5mol·L-1 NiSO4溶液代替CoCl2溶液，重複實驗(4)。 

通過實驗(3) ~(5)比較Fe(OH)2，Co(OH)2，Ni(OH)2 還原性的強弱。 

（6）製取少量Fe(OH)3，觀察其顏色和狀態，檢驗其酸堿性。 

（7）取幾滴0.5mol·L-1 CoCl2溶液，加幾滴溴水，然後加入2mol·L-1NaOH溶液，振蕩試管，觀察現象。離心分離，棄去清液，在沉澱中滴加幾滴濃HCl，並用澱粉KI試紙檢驗逸出的氣體(ti) 。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（8）用0.5mol·L-1 NiSO4溶液代替CoCl2溶液，重複實驗(7)。 

通過實驗(6)~(8)比較Fe()Ⅲ，Co()Ⅲ，Ni()Ⅲ氧化性的強弱。 

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，然後滴加3% H2O2溶液，微熱，觀察現象。待試管冷卻後，再補加幾滴H2O2和0.5mL戊醇()，慢慢滴入6.0mol·L-1 HNO3溶液，振蕩試管，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

3. CrO42-和Cr2O72-的相互轉化 

（1）取幾滴0.1mol·L-1 K2CrO4溶液，逐滴加入2.0mol·L-1 H2SO4溶液，觀察現象。再逐滴加入2.0mol·L-1 NaOH溶液，觀察有何變化。寫(xie) 出反應方程式。 

（2）在兩(liang) 支試管中各加入幾滴0.1mol·L-1 K2CrO4溶液和0.1mol·L-1 K2Cr2O7溶液，然後分別滴加1mol·L-1 BaCl2溶液，觀察現象。後再分別滴加2mol·L-1 HCl溶液，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

4. Cr2O72-，MnO4-，Fe3+的氧化性與(yu) Fe2+的還原性 

（1）取0.1mol·L-1 K2Cr2O7溶液2滴，滴加飽和H2S溶液，觀察現象。寫(xie) 出反應方程式。 

（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，觀察現象。寫(xie) 出反應方程式。 

（3）取幾滴0.1mol·L-1 FeCl3溶液，滴加0.1mol·L-1 SnCl2溶液，觀察現象。寫(xie) 出反應方程式。 

（4）將0.01mol·L-1 KMnO4溶液與(yu) 0.5mol·L-1 MnSO4 溶液混合，觀察現象，寫(xie) 出反應方程式。 

（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。取清液於(yu) 另一支試管中，用2mol·L-1 H2SO4溶液酸化，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

 ⒌鉻、錳、鐵、鈷、鎳硫化物的性質 

（1）取幾滴0.1mol·L-1 Cr2(SO4)3溶液，滴加0.1mol·L-1 Na2S溶液，觀察現象。檢驗逸出的氣體(ti) (可微熱)。寫(xie) 出反應方程式。 

（2）取幾滴0.1mol·L-1 MnSO4溶液，滴加飽和H2S溶液，觀察有無沉澱生成。再用長滴管吸取2mol·L-1 NH3·H2O溶液，插入溶液底部擠出，觀察現象。離心分離，在沉澱中滴加2mol·L-1 HAc溶液，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（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，觀察有無沉澱生成。再加入2mol·L-1 NH3·H2O溶液，觀察現象。離心分離，在沉澱中滴加2mol·L-1 HCl溶液，觀察沉澱是否溶解。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（4）取幾滴0.1mol·L-1 FeCl3溶液，滴加飽和H2S溶液，觀察現象。寫(xie) 出反應方程式。 

 ⒍鐵、鈷、鎳的配合物 

（1）取0.1mol·L-1 K4[Fe(CN)6]溶液2滴，然後滴加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。觀察現象，寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（2）取幾滴0.1mol·L-1 CoCl2溶液，加幾滴0.1mol·L-1 NH4Cl溶液，然後逐滴加6.0mol·L-1 NH3·H2O溶液，觀察現象。搖蕩後在空氣中放置，觀察溶液顏色的變化。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

（3）在點滴板上加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，搖蕩後觀察現象。寫(xie) 出反應方程式。 

（4）在點滴板上加1滴0.1mol·L-1 NiSO4溶液，加1滴2.0mol·L-1 NH3·H2O溶液，觀察現象。再加2滴丁二酮肟溶液，觀察現象。寫(xie) 出有關(guan) 的反應方程式。 

 ⒎混合離子的分離與(yu) 鑒定 

試設計方法，對下列兩(liang) 組離子進行分離和鑒定，圖示步驟，寫(xie) 出現象和有關(guan) 的反應方程式。 

（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，有時會(hui) 生成藍色溶液，加水稀釋後變為(wei) 粉紅色，試解釋之。 

2. 酸性溶液中K2Cr2O7分別與(yu) FeSO4和Na2SO3 反應的主要產(chan) 物是什麽(me) ？ 

3. 酸性溶液、中性溶液、強堿性溶液中KMnO4與(yu) Na2SO3反應的主要產(chan) 物是什麽(me) ？  

4. 在CoCl2溶液中逐滴加入NH3·H2O溶液會(hui) 有何現象？