Вфарфоровую чашку положите несколько кристаллов перманганата калия, с помощью стеклянной палочки нанесите на них 2 –3 капли концентрированной серной кислоты. Смесь осторожно перемешайте и прикоснитесь к фитилю спиртовки. Почему загорелся спирт? Напишите реакцию получения марганцового ангидрида, учитывая, что одним из продуктов является кислый сульфат калия.

Вчистую пробирку к раствору перманганата калия добавьте столько же раствора соли двухвалентного марганца. Отметьте происходящие изменения. Какая степень окисления у полученного в нейтральной среде соединения? Напишите уравнение реакции, учитывая, что в реакции принимает участие вода.

Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений семивалентного марганца.

Контрольные вопросы и задания

1.Охарактеризуйте хром и марганец, исходя из их положения в периодической таблице Д.И. Менделеева. Какие степени окисления могут проявлять эти элементы в соединениях?

2.Напишите уравнения реакций хрома и марганца с разбавленными и концентрированными кислотами. Реагируют ли хром и марганец со щелочами?

3.Напишите формулы оксидов хрома и марганца. В каких реакциях они образуются? Как изменяются кислотно-основные свойства этих оксидов в зависимости от степени окисления элемента? Напишите соответствующие уравнения химических реакций.

4.Какие гидроксиды могут образовывать хром и марганец? В ходе каких реакций их можно получить? Какие кислотно-основные свойства они проявляют? Напишите соответствующие уравнения реакций.

5.Как зависят окислительно-восстановительные свойства соединений хрома и марганца от степени окисления элементов? Подтвердите ответ с помощью уравнений химических реакций.

8. ЖЕЛЕЗО, КОБАЛЬТ, НИКЕЛЬ

Железо, кобальт и никель – это d-элементы побочной подгруппы VIII группы периодической системы. Эти элементы называют малой триадой. Атомы этих элементов имеют по 2 валентных электрона на внешнем энергетическом уровне и соответственно 6, 7 и 8 элек-

40

тронов на предвнешнем d-уровне. Для железа возможны степени окисления +2, +3 и +6, для кобальта и никеля +2 и +3. Наиболее устойчивы соединения железа со степенью окисления +3, кобальта и никеля +2.

Восстановительные свойства соединений двухвалентных элементов убывают с возрастанием атомной массы. Соединения двухвалентного железа неустойчивы и являются активными восстановителями. Соединения трехвалентного никеля являются сильными окислителями.

Железо, кобальт и никель – металлы средней активности, в ряду напряжения стоят до водорода, но после марганца. Эти металлы легко вступают в реакцию с разбавленными кислотами:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 ;

Ni + H2SO4 (разб.) = NiSO4 + H2 .

Кислоты-окислители (концентрированная серная и азотная) окисляют железо до трехвалентного состояния:

Fe + 4HNO3 (разб) = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O;

2Fe +6H2SO4 (конц.) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Холодные концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют поверхность железа. Образующаяся плотная оксидная пленка защищает металл от дальнейшего окисления.

В щелочах эти металлы не растворяются.

С кислородом металлы могут образовывать двух- и трехвалентные оксиды. Им соответствуют нерастворимые в воде гидроксиды. Гидроксид двухвалентного железа обладает основными свойствами, неустойчив и легко окисляется кислородом воздуха:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.

Гидроксид трехвалентного железа проявляет слабые амфотерные свойства. При сплавлении со щелочами образует ферриты:

Fe(OH)3 + KOH = KFeO2 + 2H2O (сплавление).

Взаимодействие основного оксида FeO с амфотерным Fe2O3 приводит к образованию шпинелей:

FeO + Fe2O3 = Fe(FeO2)2 или Fe3O4.

Полученное соединение очень устойчиво и встречается в природе в виде минерала магнетита.

Соединения шестивалентного железа очень редки. Оксид FeO3 очень неустойчив, но известны соли железной кислоты – ферраты

K2FeO4 и CaFeO4.

Оксиды и гидроксиды кобальта и никеля обладают только основными свойствами. Очень многочисленны комплексные соедине-

41

ния элементов этой группы. Координационное число, независимо от степени окисления, равно 6.

В растворе соли железа, кобальта и никеля подвергаются гидролизу. Гидратированные ионы этих металлов придают раствору характерную окраску: Fe+2 – бледно-зеленую, Fe+3 – желтовато-корич- невую, Со+2 – темно-розовую, Ni+2 – изумрудно-зеленую.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Характерные реакции на ионы железа.

Налейте в пробирку раствор сульфата двухвалентного железа и добавьте каплю красной кровяной соли K3[Fe(CN)6]. Что происходит? Напишите уравнение реакции. Назовите полученное соединение по международной номенклатуре. По тривиальной номенклатуре оно из-

вестно как турнбулева синь.

Налейте в чистую пробирку немного раствора хлорида трехвалентного железа и добавьте одну каплю раствора желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6]. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции и назовите вещество, известное как берлинская лазурь.

В другую пробирку с раствором хлорида трехвалентного железа добавьте одну каплю раствора роданида калия KSCN. Такой же опыт проделайте с раствором сульфата двухвалентного железа и убедитесь, что интенсивное красное окрашивание характерно только для роданида железа (III).

Опыт 2. Отношение железа к кислотам (опыт выполняется под тягой!).

В три пробирки налейте по 1 – 2 мл разбавленных растворов соляной, серной и азотной кислот. В три другие пробирки – такие же объёмы концентрированных кислот. В каждую пробирку поместите по кусочку железной стружки. При необходимости пробирки подогрейте. Определите, какой газ выделяется в каждом случае. Добавив во все пробирки по капле раствора роданида калия, определите, в каких пробирках образовалось трехвалентное железо. Запишите уравнения реакций.

42

Опыт 3. Получение и свойства гидроксидов железа (II), кобальта (II), никеля (II).

В три пробирки налейте по 2 – 3 мл растворов солей: свежеприготовленный сульфат железа (II), сульфат кобальта и сульфат никеля. Добавьте по каплям раствор щелочи до образования осадков. Отметьте цвета осадков. Полученные осадки разделите на три части. К первой части каждого осадка добавьте 2 – 3 мл раствора серной кислоты, ко второй – столько же раствора щелочи, а третьи части оставьте на воздухе. Напишите уравнения протекающих реакций, сделайте вывод о характере этих оксидов.

Посмотрите, в какой пробирке изменился цвет гидроксида. Какой гидроксид окисляется кислородом воздуха? В две пробирки с неокислившимися гидроксидами прибавьте по несколько капель перекиси водорода. В каком случае происходит заметная реакция? Запишите уравнения протекающих реакций и сделайте вывод о восстановительной способности двухвалентных ионов этих металлов.

Опыт 4.Восстановительные свойства двухвалентного железа.

Налейте в пробирку 1 мл перманганата калия и 2 капли раствора серной кислоты. Внесите в раствор несколько кристаллов сульфата двухвалентного железа. Что происходит? Напишите уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель. Сделайте вывод о восстановительных свойствах двухвалентного железа.

Опыт 5. Получение гидроксида железа (III) и исследование его свойств.

Налейте в пробирку 1 мл раствора хлорида железа (III) и добавьте несколько капель раствора щелочи до образования объёмного рыжего осадка. Испытайте полученный гидроксид на растворимость в разбавленных растворах кислот и щелочи. Напишите уравнение реакций и реакцию образования феррита при сплавлении Fe(OH)3 с KOH. Сделайте вывод о свойствах гидроксида железа (III).

Опыт 6. Окислительные свойства соединений железа (III).

Налейте в пробирку немного раствора хлорида трехвалентного железа и добавьте 2 – 3 капли раствора иодида калия. Как окрасился раствор? Почему? Напишите уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель. Сделайте вывод об окислительных свойствах соединений трехвалентного железа.

43