过渡族元素（一）

实验目的 

1. 掌握铬、锰、铁、钴、镍氢氧化物的酸碱性和氧化还原性。 

2. 掌握铬、锰重要氧化态之间的转化反应及其条件。 

3. 掌握铁、钴、镍配合物的生成和性质。 

4. 掌握锰、铁、钴、镍硫化物的生成和溶解性。 

5. 学习Cr3+，Mn2+，Fe2+，Fe3+，Co2+，Ni2+的鉴定方法。 

实验原理 

铬、锰、铁、钴、镍是周期系第四周期第B~ⅥⅧ族元素，它们都能形成多种氧化值的化合物。铬的重要氧化值为+3和+6；锰的重要氧化值为+2，+4，+6和+7；铁、钴、镍的重要氧化值都是+2和+3。 

Cr(OH)3是两性的氢氧化物。Mn(OH)2和Fe(OH)2都很容易被空气中的O2氧化，Co(OH)2也能被空气中的O2慢慢氧化。由于Co3+和Ni3+都具有强氧化性，Co(OH)3，Ni(OH)3与盐酸反应分别生成Co()Ⅱ和Ni()Ⅱ，并放出氯气。Co(OH)3和Ni(OH)3通常分别由Co()Ⅱ和Ni()Ⅱ的盐在碱性条件下用强氧化剂氧化得到，例如： 

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

Cr3+和Fe3+都易发生水解反应。Fe3+具有一定的氧化性，能与强还原剂反应生成Fe2+。 

酸性溶液中，Cr3+和Mn2+的还原性都较弱，只有用强氧化剂才能将它们分别氧化为Cr2O72-和MnO4-。利用Mn2+和NaBiO3的反应可以鉴定Mn2+。 

在碱性溶液中，[Cr(OH)4]-可被H2O2氧化为CrO42-。在酸性溶液中CrO42-转变为Cr2O72-。Cr2O72-与H2O2反应能生成深蓝色的CrO5，由此可以鉴定Cr3+。 

在重铬酸盐溶液中分别加入Ag+，Pb2+，Ba2+等，能生成相应的铬酸盐沉淀。 

Cr2O72-和MnO4-都具有强氧化性。酸性溶液中Cr2O72-被还原为Cr3+。MnO4-在酸性、中性、强碱溶液中的还原产物分别为Mn2+，MnO2沉淀和MnO42-。强碱溶液中，MnO4-与MnO2反应也能生成MnO42-。在酸性甚至近中性溶液中，MnO42-歧化为MnO4-和MnO2。在酸性溶液中，MnO2也是强氧化剂。 

MnS，FeS，CoS，NiS都能溶于稀酸， MnS还能溶于HAc溶液。这些硫化物需要在弱碱性溶液中制得。生成的CoS和NiS沉淀由于晶体结构改变而难溶于稀酸。 

铬、锰、铁、钴、镍都能形成多种配合物。Co2+ 和 Ni2+与过量的氨水反应分别生成[Co(NH3)6]2+和[Ni(NH3)6]2+。[Co(NH3)6]2+不稳定容易被空气中的O2氧化为[Co(NH3)6]3+。Fe2+与[Fe(CN)6]3-反应，或Fe3+与[Fe(CN)6]4-反应，都生成深蓝色沉淀，分别用于鉴定Fe2+和Fe3+。酸性溶液中Fe3+与NCS- 反应也用于鉴定Fe3+。Co2+也能与NCS-反应，生成的[Co(NCS)4]2-不稳定，在丙酮等有机溶剂中较稳定，此反应用于鉴定Co2+。Ni2+与丁二酮肟在弱碱性条件下反应生成鲜红色的内配盐，此反应常用于鉴定Ni2+。 

仪器、药品及材料 

仪器：离心机 

药品： 

     酸：HCl(2.0mol·L-1，6.0mol·L-1，浓)， HNO3(6.0mol·L-1，浓)，H2S(饱和)，H2SO4(2.0mol·L-1，6.0mol·L-1，浓)，HAc(2.0mol·L-1) 

     碱：NH3H2O(2mol·L-1，6mol·L-1)，NaOH(2mol·L-1，6mol·L-1，40%) 

     盐：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)  

固体：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试纸 

实验内容 

1. 铬、锰、铁、钴、镍氢氧化物的生成和性质 

（1）制备少量Cr(OH)3，检验其酸碱性，观察现象。写出有关的反应方程式。 

（2）在3支试管中各加入几滴0.1mol·L-1 MnSO4溶液和预先加热除氧的2mol·L-1 NaOH溶液，观察现象。迅速检验两支试管中的Mn(OH)2 酸碱性，振荡第三支试管，观察现象。写出有关的反应方程式。 

（3）取去离子水2mL，加入几滴2mol·L-1 H2SO4溶液，煮沸除去氧，冷却后加入少量FeSO4·7H2O(s)使其溶解。在另一支试管中加入2mol·L-1 NaOH溶液1mL，煮沸驱氧。冷却后用长滴管吸取NaOH溶液，迅速插入FeSO4溶液底部挤出，观察现象。摇荡后分为3份，取两份检验酸碱性，另一份在空气中放置，观察现象。写出有关的反应方程式。 

（4）在3支试管中各加入几滴0.5mol·L-1 CoCl2溶液，再逐滴加入2mol·L-1 NaOH溶液，观察现象。离心分离，弃去清液，然后检验两支试管中沉淀的酸碱性，将第三支试管中的沉淀在空气中放置，观察现象。写出有关的反应方程式。 

（5）用0.5mol·L-1 NiSO4溶液代替CoCl2溶液，重复实验(4)。 

通过实验(3) ~(5)比较Fe(OH)2，Co(OH)2，Ni(OH)2 还原性的强弱。 

（6）制取少量Fe(OH)3，观察其颜色和状态，检验其酸碱性。 

（7）取几滴0.5mol·L-1 CoCl2溶液，加几滴溴水，然后加入2mol·L-1NaOH溶液，振荡试管，观察现象。离心分离，弃去清液，在沉淀中滴加几滴浓HCl，并用淀粉KI试纸检验逸出的气体。写出有关的反应方程式。 

（8）用0.5mol·L-1 NiSO4溶液代替CoCl2溶液，重复实验(7)。 

通过实验(6)~(8)比较Fe()Ⅲ，Co()Ⅲ，Ni()Ⅲ氧化性的强弱。 

2. Cr()Ⅲ的还原性和Cr3+的鉴定 

取几滴0.1mol·L-1 CrCl3溶液，逐滴加入6.0mol·L-1 NaOH溶液至过量，然后滴加3% H2O2溶液，微热，观察现象。待试管冷却后，再补加几滴H2O2和0.5mL戊醇()，慢慢滴入6.0mol·L-1 HNO3溶液，振荡试管，观察现象。写出有关的反应方程式。 

3. CrO42-和Cr2O72-的相互转化 

（1）取几滴0.1mol·L-1 K2CrO4溶液，逐滴加入2.0mol·L-1 H2SO4溶液，观察现象。再逐滴加入2.0mol·L-1 NaOH溶液，观察有何变化。写出反应方程式。 

（2）在两支试管中各加入几滴0.1mol·L-1 K2CrO4溶液和0.1mol·L-1 K2Cr2O7溶液，然后分别滴加1mol·L-1 BaCl2溶液，观察现象。后再分别滴加2mol·L-1 HCl溶液，观察现象。写出有关的反应方程式。 

4. Cr2O72-，MnO4-，Fe3+的氧化性与Fe2+的还原性 

（1）取0.1mol·L-1 K2Cr2O7溶液2滴，滴加饱和H2S溶液，观察现象。写出反应方程式。 

（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，观察现象。写出反应方程式。 

（3）取几滴0.1mol·L-1 FeCl3溶液，滴加0.1mol·L-1 SnCl2溶液，观察现象。写出反应方程式。 

（4）将0.01mol·L-1 KMnO4溶液与0.5mol·L-1 MnSO4 溶液混合，观察现象，写出反应方程式。 

（5）取0.01mol·L-1 KMnO4溶液2mL，加入40% NaOH溶液1mL，再加少量MnO2(s)，加热，沉降片刻，观察上层清液的颜色。取清液于另一支试管中，用2mol·L-1 H2SO4溶液酸化，观察现象。写出有关的反应方程式。 

 ⒌铬、锰、铁、钴、镍硫化物的性质 

（1）取几滴0.1mol·L-1 Cr2(SO4)3溶液，滴加0.1mol·L-1 Na2S溶液，观察现象。检验逸出的气体(可微热)。写出反应方程式。 

（2）取几滴0.1mol·L-1 MnSO4溶液，滴加饱和H2S溶液，观察有无沉淀生成。再用长滴管吸取2mol·L-1 NH3·H2O溶液，插入溶液底部挤出，观察现象。离心分离，在沉淀中滴加2mol·L-1 HAc溶液，观察现象。写出有关的反应方程式。 

（3）在3支试管中分别加入几滴0.1mol·L-1 FeSO4溶液，0.1mol·L-1 CoCl2溶液和0.1mol·L-1 NiSO4溶液，滴加饱和H2S溶液，观察有无沉淀生成。再加入2mol·L-1 NH3·H2O溶液，观察现象。离心分离，在沉淀中滴加2mol·L-1 HCl溶液，观察沉淀是否溶解。写出有关的反应方程式。 

（4）取几滴0.1mol·L-1 FeCl3溶液，滴加饱和H2S溶液，观察现象。写出反应方程式。 

 ⒍铁、钴、镍的配合物 

（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。观察现象，写出有关的反应方程式。 

（2）取几滴0.1mol·L-1 CoCl2溶液，加几滴0.1mol·L-1 NH4Cl溶液，然后逐滴加6.0mol·L-1 NH3·H2O溶液，观察现象。摇荡后在空气中放置，观察溶液颜色的变化。写出有关的反应方程式。 

（3）在点滴板上加1滴0.1mol·L-1 CoCl2溶液，加入1滴饱和KNCS溶液，再加入2滴丙酮，摇荡后观察现象。写出反应方程式。 

（4）在点滴板上加1滴0.1mol·L-1 NiSO4溶液，加1滴2.0mol·L-1 NH3·H2O溶液，观察现象。再加2滴丁二酮肟溶液，观察现象。写出有关的反应方程式。 

 ⒎混合离子的分离与鉴定 

试设计方法，对下列两组离子进行分离和鉴定，图示步骤，写出现象和有关的反应方程式。 

（1）含Cr3+和Mn2+的混合溶液。 

（2）可能含Pb2+，Fe3+和Co2+的混合溶液。 

思考题 

    1. Co(OH)3中加入浓HCl，有时会生成蓝色溶液，加水稀释后变为粉红色，试解释之。 

2. 酸性溶液中K2Cr2O7分别与FeSO4和Na2SO3 反应的主要产物是什么？ 

3. 酸性溶液、中性溶液、强碱性溶液中KMnO4与Na2SO3反应的主要产物是什么？  

4. 在CoCl2溶液中逐滴加入NH3·H2O溶液会有何现象？