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一、实验目的
1.了解Fe3+、Fe2+、Co2+、Co3+、Ni2+、Ni3+的氢氧化物及硫化物的生成与性质。
2.了解Fe2+、Co2+、Ni2+化合物的还原性和Fe3+、Co3+、Ni3+化合物的氧化性及变化规律。
3.了解Fe3+、Fe2+、Co2+、Co3+、Ni2+、Ni3+配合物的生成与性质。
4.学习铁、钴、镍的离子的鉴定方法及其在定性分析上的应用。
二、实验原理
铁、钴、镍为第四周期，第Ⅷ族元素，属于第一过渡系，也称铁系元素。由于它们是同一周期的相邻元素，其原子结构相似 原子半径相近（117-115pm），故它们的性质相似，常共生于自然界，铁、钴、镍氧化数为+2和+3的化合物氧化还原性大小可由下列标准电极电势看出。在酸性介质中：
由此可见， 值最小，因此Fe2+具有还原性，Co3+、Ni3+是强的氧化剂。
在碱性介质中，铁系元素有关反应的电极电势如下：
 
 
由上可知高氧化数氢氧化物的氧化性按Fe-Co-Ni顺序依次增加，而低氧化数氢氧化物的还原性Fe-Co-Ni顺序减弱。Ni(OH)3是其中最强的氧化剂，而Fe(OH)2是其中最强的还原剂。
还原性增强
Fe(OH)2
Co(OH)2
Ni(OH)2 白色 粉红色 浅绿色
Fe(OH)3 Co(OH)3
Ni(OH)3
红棕色
棕色
黑色
氧化性增强
向Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+盐溶液中加入碱液，则析出相应的氢氧化物沉淀。析出的白色Fe(OH)2沉淀很快就被空气中氧氧化为红棕色的Fe(OH)3（氧化过程中可观察到各种中间颜色的中间产物的生成），Co(OH)2则缓慢被氧化成棕色的Co(OH)3；而Ni(OH)2不与氧作用，在空气中稳定存在，要用较强的氧化剂例如溴才能使之氧化。
 不反应。
在酸性介质中，Fe2+能使Br2水褪色，而Co2+、Ni2+都不能，显示出Fe2+的还原性。
碱性介质中Fe2+、Co2+、Ni2+均能被Br2水氧化，相应生成Fe(OH)3、Co(OH)3、Ni(OH)3沉淀。
Co(OH)3、Ni(OH)3的氧化以及在酸性介质中Co3+、Ni3+的氧化性比Fe(OH)3或Fe3+更强，它们能将浓HCl中Cl-离子氧化放出氯气，可用KI淀粉试纸检验，而它们自身变成+2价的盐。
Fe(OH)3只能与浓盐酸起酸碱反应而生成+3的铁盐。
Fe3+离子能与较强还原剂KI作用，将I-氧化为I2。
试验过程中生成的I2可用CCl4萃取，观察CCl4层颜色。
Fe2+、Co2+、Ni2+都能生成不溶于水而溶于稀酸的硫化物，但NiS、CoS一旦自溶液中析出放置后，结构会迅速发生变化。如NiS可由初生成a-NiS，溶度积由3.2×10-19降为2.0×10-26,这样使NiS、CoS成为更难溶硫化物，不再溶于稀酸。
铁、钴、镍的离子易形成配离子，分析上常利用铁、钴、镍的离子生成特殊颜色的配合物的反应作为这些离子的鉴定反应。它们重要配位化合物有氰合物、氨合物、硫氰合物等。
在Fe3+溶液中加入亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]溶液（俗称黄血盐），则生成蓝色沉淀（常称普鲁土蓝）；在Fe2+溶液中加入铁氰化钾也生成蓝色沉淀（常称腾氏蓝）。普鲁土蓝和腾氏蓝实际上是同一物质，因此它们的反应可表示为：
Co2+离子与KSCN固体生成 配离子，但离解度较大，加入丙酮，可形成较稳定的特征颜色的配离子。
 蓝色
Ni2+与丁二酮肟（又叫二乙酰二肟，或简称丁二肟）反应得到玫瑰红色的螯合物。此反应在弱碱条件下进行，酸度过大不利于内配盐的生成；碱度过大则生成适宜条件是pH=5~10。
也可简写成：
三、仪器和药品
1．仪器
点滴板以及其他普化实验仪器。
2．药品：
H2SO4（1mol·dm-3） HCl(2mol·dm-3、12mol·dm-3)
氨水（2mol·dm-3）
NaOH(2mol·dm-3、6mol·dm-3)
CoCl2(0.1mol·dm-3)
KI(0.1mol·dm-3)
NiSO4(0.1mol·dm-3)
K4[Fe(CN)6](0.1mol·dm-3)
FeCl3(0.1 mol·dm-3)
K4[Fe(CN)6](0.1mol·dm-3)
KSCN(mol·dm-3)
丙酮
溴水
H2S（饱和溶液）
CCl4
丁二肟（1%）
KI-淀粉试纸
FeSO4·7H2O(s)
KSCN(s)
四、实验内容
1． Fe2+、Co2+、Ni2+氢氧化物的制备与性质
（1）Fe(OH)2的制备与还原性：取A、B两支试管，A管中加入2ml去离子水和2～3滴1mol·dm-3
H2SO4酸化，煮沸，以驱除溶解的氧，然后加入几粒 使之溶解；在B管中加入1ml mol·dm-3
NaOH溶液，煮沸驱氧，冷却后用一长滴管吸取该溶液，迅速将滴管插入A管溶液底部，挤出NaOH溶液，观察产物的颜色和状态。摇荡后分装于3支试管中，其一放在空气中静置，另两支试管分别加HCl溶液（2mol·dm-3）和NaOH溶液（2 mol·dm-3），观察现象，写出有关反应式。
（2）Co(OH)2的制备与还原性：在1支试管中加入10滴0.1mol·dm-3 CoCl2溶液，先将溶液加热，再滴加6 mol·dm-3 NaOH，观察最初生成蓝色的碱式氯化钴沉淀Co(OH)Cl，接着转变为粉红色Co(OH)2沉淀。将Co(OH)2沉淀分成3份，两份里分别加2mol·dm-3的HCl和NaOH，试验它的酸碱性，一份静置片刻，观察现象，写出反应式。
（3）Ni(OH)2的制备与还原性：用NiSO4溶液（0.1mol·dm-3）代替CoCl2溶液重复实验1.(2)。
通过以上三个实验归纳出Fe2+、Co2+、Ni2+产氢氧化物的酸碱性和它们的还原性强溺顺序
2．Fe3+、Co3+、Ni3+氢氧化物的制备与氧化性
(1)Fe(OH)3的制备与氧化性：取：0.1mol·dm-3 FeCl3溶液0.5ml，滴加2 mol·dm-3 NaOH，观察沉淀的颜色和状态，然后加入几滴浓HCl微热，用润湿的淀粉—KI试纸检验是否有氯气逸出。写出反应方程式。
(2)Co(OH)3的制备与氧化性：取0.1mol·dm-3 CoCl2溶液0.5ml，加入几滴溴水，再滴加2mol·dm-3 NaOH溶液，观察沉淀的颜色和状态。然后加入浓HCl 0.5ml，加热并用润湿的淀粉-KI试纸检验逸出的气体，观察现象并写出反应方程式。
(3)Ni(OH)3的制备和氧化性：用NiSO4溶液代替上面的CoCl2溶液进行与2．(2)相同的实验并观察。
根据上述三个试验结果，比较Fe3+、Co3+、Ni3氢氧化物的制备和氧化性有何不同?
3．Fe、Co、Ni硫化物制备和性质
(1)在3支试管中，分别加入FeSO4(自己配制)，0.1mol·dm-3 CoCl2和0.1mol·dm-3 NiSO4溶液数滴，并用稀HCl酸化，然后分别加入饱和H2S水溶液，观察有无沉淀产生?然后各加入2mol·dm-3氨水，使溶液呈碱性；观察有无沉淀产生?如产生沉淀，放置片刻，再加入稀HCl，沉淀是否溶解?CoS和NiS沉淀性质有何变化?解释实验现象。
(2)在一试管中，加入数滴0.1mol·dm-3 FeCl3溶液，用稀HCl酸化后，加人饱和H2S水溶液，观察并解释现象。然后再加入2mol·dm-3氨水，有无沉淀产生?
由上述实验，总结铁、钴、镍硫化物性质。
4．铁、钴、镍的配位化合物及其在定性分析上的应用
(1)Fe3+的鉴定：在点滴板一凹穴中，加入0.1mol·dm-3 FeCl3和KSCN溶液各一滴，观察现象，写出反应式。或在点滴板的一凹穴中，加人0.1mol·dm-3 FeCl3与K4[Fe(SCN)6]溶液各一滴，观察现象，写出反应式。
(2)Fe2+离子鉴定：在点滴板一凹穴中，加入一粒FeSO4·7H2O(s)和2滴2mol·dm-3 HCl，和一滴0.1mol·dm-3 K3[Fe(CN)6]溶液，观察现象，写出反应方程。
(3)Co2+离子鉴定：在点滴板一凹穴中，加入一滴0.1mol·dm-3 CoCl2溶液，再加入少量KSCN(s)及数滴丙酮，反应生成的蓝色[Co(SCN)4]2-配离子能在丙酮中稳定存在。
(4)Ni2+离子鉴定：在点滴板一凹穴中，加入0.1mol·dm-3 NiSO4和1％丁二肟试剂各一滴，由于Ni2+离子与丁二肟生成稳定配合物(螯合物)产生鲜红玫瑰色沉淀。
5．混合离子的分离与鉴定
(1)Fe3+和Co2+的混合溶液；
(2)Fe3+和Ni2+的混合溶液；
(3)Fe3+、Cr3+、Co2+的混合溶液；
五、预习要求
1．学习Fe、Co、Ni及主要化合物性质的有关内容。
2．拟定混合离子分离和鉴定的实验方案。
六、预习思考题
1．制取Fe(OH)2时为什么要先将有关溶液煮沸?
2．制取Co(OH)3、Ni(OH)3时为什么要以Co2+、Ni2+为原料在碱性溶液中进行氧化，而不用Co3+、Ni3+直接制取？
3.根据氧化还原反应，试判断某地区含有H2S的地下水中，是否可能有大量三价铁盐存在？
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