Министерство образования Российской Федерации

Санкт – Петербургский Морской Технический университет

Севмашвтуз

Кафедра «Инженерная защита окружающей среды и реновации техники»

Т.И.Белозёрова

Общая и неорганическая химия

Методические указания по выполнению лабораторных работ №16 и №17

«Химические свойства железа, кобальта, никеля и их соединений».

«Химические свойства хрома, марганца и их соединений»

Количество часов,

планируемые на работу – 4 часа

г.Северодвинск

2004

УКД 557

Белозёрова Т.И.

Общая и неорганическая химия

Методические указания по выполнению лабораторных работ №16 и №17

«Химические свойства хрома, марганца и их соединений»

«Химические свойства железа, кобальта, никеля и их соединений».

по дисциплине «Общая и неорганическая химия»

Северодвинск, Севмашвтуз 2004 г. - …с

Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Общая и неорганическая химия» разработаны для студентов специальности 330200

Рассмотрены вопросы взаимодействия металлов с кислотами, свойства гидроксидов, комплексные соединения данных металлов.

Биологическая роль d – элементов и их соединений.

Министерство образования Российской Федерации

Санкт – Петербургский Морской Технический университет

Севмашвтуз

Кафедра «Инженерная защита окружающей среды и реновации техники»

Методические указания по выполнению лабораторных работ №16 и №17

«Свойства хрома, марганца и их соединений»

«Свойства железа, кобальта, никеля и их соединений»

Индекс о.ф.о. 2000 г.

Количество часов,

планируемые на работу – 4 часа

г.Северодвинск

2004 г.

Введение

Целью методического указания, рассчитанного на 4 часа, является систематизация и закрепление теоретических знаний, получаемых на лекционных занятиях по этой дисциплине. В методических указаниях предложены контрольные вопросы по изучаемой теме, что позволяет студентам лучше усвоить данный материал.

1. Цель работы: Изучить свойства d – элементов.

II. Рабочее задание.

Проделать опыты. Ответить на контрольные вопросы.

III. Общие сведения.

Марганец, железо, кобальт, никель находятся в первой вставной декаде периодической системы. Строение внешних электронных оболочек атомов 3d^k4s²(где k = 5 – 8).Характерные степени окисления(в скобках указаны типичные соединения): для марганца +2(соли Mn⁺²), +4(MnO₂), +6(соли H₂MnO₄), +7(соли HMnO₄); для железа +2 (соли Fe⁺²), +3(соли Fe⁺³), +6(соли H₂FeO₄); для кобальта+2(солиCo⁺²); +3(комплексы Co⁺³); для никеля +2(соли Ni⁺²); +3[Ni(OH)₃]. В соответствии с ростом заряда ядра в ряду элементовMn – Ni упрочняется связь валентных электронов с ядром и вследствие этого стабилизируется низкие степени окисления элементов и дестабилизируются высокие.

Марганец, железо, кобальт, никель – белые твёрдые металлы, имеющие высокие температуры плавления (соответственно 1244, 1536, 1493 и 1453ºС) и высокие плотности (соответственно 7,47, 7,91, 8,90 и 8,90 г/см³).

Соли Mn⁺² имеют светло – розовую окраску (в разбавленных растворах практически бесцветны), многие из них хорошо растворимы в воде, гидролиз их незначителен.

Ион Mn⁺² образует менее прочные комплексы, чем Fe⁺², Co⁺², Ni⁺². Такая закономерность объясняется электронным строением Mn⁺² (d – орбитали иона одинаково заполнены (на каждой орбитали находится по одному электрону). Поэтому энергетический эффект, обусловленный расщеплением уровней энергии d – электронов под действием поля лигандов, для иона Mn⁺² равен нулю и склонность к комплексообразованию Mn⁺² примерно такая же, как у двухзарядных ионов благородногазовой конфигурации, имеющих сходные с Mn⁺² радиусы.

Одним из наиболее устойчивых соединений Мn⁺⁴ является диоксид MnO₂ - бурое или чёрное вещество ( в зависимости от условий получения). Соли Mn⁺⁴ в водном растворе почти полностью гидролизируются с образованием гидротированного оксида MnO₂·x H₂O.

Марганец (VI) образует анион MnO; соли, содержащие этот анион, называются манганатами. Манганаты имеют зелёную окраску. Они образуются при сплавлении MnO₂ с щелочами в присутствие окислителей. Манганаты устойчивы только в щелочной среде, в нейтральных и кислых средах происходит диспропорционирование ионов:

3MnO+2 H₂O→ 2 MnO+ MnO₂↓+4ОН

Марганец (VII) образует перманганат - ион MnO, имеющий в водном растворе интенсивную красно – фиолетовую окраску. Перманганаты – одни из наиболее сильных окислителей.

При переходе от Fe к Ni стабильность степени окисления +3 уменьшается. Так, Fe(OH)₂ мгновенно окисляется кислородом воздуха, окисление Со(ОН)₂ идёт медленно, а Ni(OH)₂ с кислородом вообще не реагирует и Ni(OH)₃ может быть получен только при действии очень сильных окислителей на Ni(OH)₂.

Соли Fe⁺³ в водных растворах гидролизируются, в результате чего образуются полиядерные комплексы [Fe₂(OH)и др.], устойчивые в растворе при комнатной температуре. При кипячении разбавленных растворов, содержащих Fe³⁺, осаждается Fe(OH)₃.

Известно много комплексов Fe, Co, Ni. Особенно прочные комплексы с рядом лигандов (NH₃ и его производные, СNи др.) образует Co⁺³( конфигурация d⁶). Комплексы Co⁺³ обычно получают окислением соединений Co⁺² в присутствии соответствующего лиганда.

Гидротированные ионы Fe²⁺, Fe⁺³ имеют очень слабую окраску (соответственно зелёную и фиолетовую). В растворах эта окраска незаметна, её можно наблюдать в обогащённых водой кристаллогидратах, содержащих Fe²⁺, Fe⁺³. Растворы солей Fe⁺³ обычно окрашены в бурый цвет, обусловленный продуктами гидролиза ионов Fe⁺³.

Окраска соединений кобальта зависит от координационного (к.ч.) Co⁺². Если к.ч.=4 (например, в [СоСl₄]^2-), то соединение ярко – синее, при к.ч.=6 (например, в [Со(Н₂О)₆]²⁺) окраска розовая. Данная закономерность обусловлена тем, что расщепление энергетических уровней d – электронов в тетраэдрическом поле лигандов значительно меньше, чем в октаэдрическом.

Соединения Ni²⁺ обычно имеют зелёную окраску.

Марганец входит в состав многих металлоферментов растений и животных. Марганец присутствует в большинстве почв. Обычно его содержание колеблется в пределах 20 – 200 мг/кг. Недостаток марганца в почве проявляется в заболеваниях растений, связанных с замедлением работы цикла Кребса – один из важнейших циклов любой живой клетки, вырабатывающей энергию и запасающей её в АТФ.

Железо играет активную роль в жизнедеятельности любых организмов. Оно образует ферменты, стимулирующие окислительно – восстановительные процессы. Велика роль железа в вопросах фотосинтеза и динамики растений.