Лабораторная работа 22 Железо, кобальт, никель

Цель работы: изучить химические свойства соединений железа, кобальта, никеля.

Задание: получить гидроксиды железа (II), кобальта (II), никеля (II) и изучить их окислительно-восстановительные свойства; убедиться на опытах, что соединения железа (II) проявляют восстановительные, а железа (III) – окислительные свойства; получить комплексные соединения никеля и кобальта. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Железо, кобальт, никель составляют первую триаду элементов VIII группы побочной подгруппы (семейство железа), расположены в 4 периоде, относятся к d-элементам. Электронное строение 3dⁿ4s² (n = 6, 7, 8). Степени окисления +2, +3 и +6 (для Fe).

В ряду напряжений Fe, Co, Ni располагаются перед водородом в той же последовательности, в какой они стоят в периодической системе элементов.

В соляной и разбавленной серной кислоте железо, кобальт, никель растворяются при комнатной температуре с выделением водорода и образованием солей М (II).

При действии концентрированной H₂SO₄ и дымящей HNO₃ при обычной температуре эти металлы пассивируются. Разбавленная азотная кислота растворяет железо с образованием соли Fe (II); продуктами восстановления HNO₃ могут быть (в зависимости от концентрации) NH₄NO₃, N₂, N₂O. Только концентрированная HNO₃ при нагревании растворяет железо с образованием солей

Fe (III).

Кобальт и никель растворяются в HNO₃ с образованием солей М (II) и выделением NO₂ в случае концентрированной кислоты и NO в случае разбавленного раствора.

Fe, Co, Ni образуют оксиды MО, M₂O₃ и М₃О₄ (МО ^. М₂О₃).

Оксид железа Fe⁺⁶O₃, в свободном состоянии не получен, известны соответствующие соли − ферраты Na₂FeO₄, K₂FeO₄.

Оксиды МО и соответствующие им гидроксиды М(ОН)₂ обладают основными свойствами, практически не растворимы в воде. М(ОН)₂ получаются при взаимодействии солей М (II) со щелочами. Гидроксид Fe(OH)₂ легко окисляется и частично переходит в Fe(OH)₃:

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)₃

Гидроксид Со(ОН)₂ существует в виде двух модификаций − синей и розовой, окисляется в Со(ОН)₃ под воздействием кислорода воздуха, но медленнее, чем Fe(OH)₂. Под действием окислителей Н₂О₂, Br₂ окисление идет гораздо быстрее. В отличие от Fe(OH)₂ и Со(ОН)₂ гидроксид Ni(OH)₂ устойчив на воздухе и устойчив к действию Н₂О₂. Окисляется только более энергичными окислителями (Cl_2, Br₂):

2Ni(OH)₂ + Br₂ + 2NaOH = 2Ni(OH)₃ + 2NaBr

Оксид Fe₂O₃ и соответствующий гидроксид проявляют основные свойства, легко растворяются в кислотах, но могут проявлять и слабые амфотерные свойства. При сплавлении со щелочами или содой образуют ферриты:

Fe₂O₃ + Na₂CО₃ = 2NaFeO₂ + CО₂

Оксиды Co₂O₃ и Ni₂O₃ и соответствующие им гидроксиды Со(ОН)₃ и Ni(OH)₃ плохо растворимы в воде, являются сильными окислителями. При действии на них кислот образуют соли М (II):

Cо₂O₃ + 6HCl = 2CoCl₂ + Cl₂ + 3 H₂O

Для железа более устойчивыми являются соединения со степенью окисления +3, для никеля и кобальта +2. Поэтому Fe²⁺ является довольно сильным восстановителем, тогда как Со²⁺ и Ni²⁺ этими свойствами в заметной степени не обладают. В степени окисления +3 железо, кобальт и никель проявляют окислительные свойства; окислительная способность увеличивается в ряду Fe − Co − Ni .

Соли сильных кислот, как правило, все хорошо растворимы, растворы их вследствие гидролиза имеют кислую среду.

Элементы триады железа легко образуют комплексные соединения, в которых железо может иметь степень окисления +2, +3, кобальт, главным образом, +3, а никель +2. Наиболее характерное координационное число 6, редко 4.