Свойства элементов подгруппы VIIIB. Цель работы изучение химических свойств железа, кобальта, никеля. Первую триаду VIIIВ группы периодической системы, состоящую из Fе, Со, Ni, очень часто называют семейством железа.
На внешнем энергетическом уровне этих элементов находится по 2s-электрона. На подуровне i предпоследнего энергетического уровня у железа находится 6 электронов, у кобальта - 7, у никеля - 8. При возбуждении атомов этих элементов за счет перемещения одного из 4s - электронов в р - подуровень число неспаренных электронов увеличивается у атомов железа до 6, у кобальта до 5, у никеля до 4. Таким образом, максимально возможные окислительные числа этих элементов железа 6, кобальта 5, никеля 4. Но такие окислительные числа в соединениях кобальта и никеля не встречаются, а у железа окислительное число 6 встречается только в ферратах.
Всем этим элементам свойственны окислительные числа 2 и 3 и по своим свойствам они очень похожи друг на друга. Но при этом между ними существуют различия железо по своим магнитным свойствам ярко выделяется в триаде, его восстановительная способность значительно больше, чем у кобальта и никеля, которые по значению своих электродных потенциалов находятся значительно ближе к олову, чем к железу.
Железо образует два ряда солей соли Fe II FeSO4, FeCl2 и т.д. и соли Fe III FeCl3, Fe2 SO 4 и т.д. В виду того, что ионы Fe2 легко окисляются и даже кислородом воздуха, через некоторое время в растворах солей Fe II можно обнаружить не только ионы Fe2 , но и ионы Fe3 . Подобный процесс происходит с гидроокисью железа Fe OH 2 O2 2H2O4Fe OH 3 Окисление ионов Со2 и особенно N12 происходит намного труднее.
При высоких температурах железо соединяется с кислородом, образуя по мере повышения температуры оксиды Fe2O3, Fe3О4, FeO. Кобальт и никель соединяются при более высокой температуре, образуя при этом оксиды СоО, NiO. Свое максимальное окислительное число 6 железо проявляет только в солях железной кислоты -ферратах K2Fe04, BaFeО4 . Сама железная кислота и соответствующий ей оксид FеО3 в свободном состоянии не получены.
Растворы солей железа II почти бесцветны, растворы солей железа III окрашены в коричневый цвет, солей кобальта CoCl2, Со NО3 2 - в розовый, никеля - в зеленый. Для элементов семейства железа характерна способность к образованию комплексных соединений. Устойчивыми комплексными соединениями железа являются желтая кровяная соль K4 Fe CN 6 , красная кровяная соль K3 Fe CN 6 . Экспериментальная часть ОПЫТ 1. Взаимодействие железа с кислотами. Налейте в 4 пробирки по 5 капель кислот 2М HCl, 1M H2SO4, концентрированной H2SO4, 2М HNO3. В каждую пробирку внесите кусочек железной стружки.
Пробирку с концентрированной серной кислотой нагрейте. Затем добавьте во все растворы по капле 0,01М раствора роданида калия или аммония, которые образуют с ионами железа III соль Fe SCN 3, окрашенную в красный цвет. В каких пробирках образовались ионы Fe3 ? В тех кислотах, где не произошло окрашивание раствора в красный цвет, при растворении железа образуются ионы Fe2 . Напишите уравнение реакций растворения железа и различных кислотах.
ОПЫТ 2. Пассивирование железа. В пробирку с концентрированной азотной кислотой опустите хорошо зачищенную пластинку из мягкой стали. Наблюдайте быстрое прекращение бурного вначале взаимодействия железа с азотной кислотой. Почему? Выньте пластинку из раствора кислоты, несколько раз промойте ее водой и опустите в пробирку с раствором сульфата меди. Для сравнения другую железную пластинку непассивйрованную также опустите в раствор сульфата меди. В каком случае пластинка покрывается медью? Почему? ОПЫТ 3. Окислительные свойства иона Fe3 . Налейте в пробирку 3-4 капли раствора КI и подействуйте на него раствором соли железа III . Убедитесь в образовании свободного иода. Напишите уравнение реакции. ОПЫТ 4, Комплексные соединения железа. а Получение берлинской лазури.
К 2-3 каплям раствора железа III добавьте каплю кислоты, несколько капель воды и каплю раствора гексацианно - II феррата калия желтой кровяной соли. Наблюдайте появление осадка берлинской лазури.
Составьте уравнение реакции. Эта реакция используется для обнаружения ионов Fe3 . Если К4 Fе СN 6 взят а избытке, то вместо берлинской лазури может образоваться ее коллоидная форма. Исследуйте отношение берлинской лазури к действию щелочи. Что наблюдается? Что лучше диссоциирует Fe OH 2 или комплексный ион Fe CN 6 4 б Получение роданида железа III . К нескольким каплям раствора соли железа добавьте каплю раствора роданида калия или аммония NH4SCH. Составьте уравнение реакции.
Исследуйте отношение роданида Fе SСN 3 к щелочам и объясните наблюдаемое явление. Эта реакция, как и предыдущая, используются для обнаружения иона Fe3 . ОПЫТ 5. Комплексные соединения никеля. На несколько капель раствора соли никеля подействуйте раствором аммиака сперва до образования осадка, а затем до его растворения. Составьте уравнения реакций, зная, что координационное число никеля в его аммиачном комплексе равно 6. ОПЫТ 6. Комплексные соединения кобальта.
Налейте в пробирку 2-3 капли розового раствора соли кобальта II и добавьте несколько крупинок NH4SCN или KSCN. Что наблюдается? Составьте уравнение реакции, зная, что образуется ион Со SСN 4 2 Добавьте несколько капель амилового спирта и встряхните ее. На чем основано экстрагирование? Наблюдайте появление синего кольца в верхнем слое раствора. Ион Co SCN 4 2- очень неустойчив. Докажите это. Контрольные вопросы и задачи. 1. Укажите отличительные и сходные черты железа, кобальта, никеля.
Почему Д.И.Менделеев поместил в периодической системе элементов кобальт между железом и никелем, несмотря на значение его атомной массы. 2. Напишите формулы комплексных соединений железа, кобальта, никеля. Чем объясняется хорошая комплексообразующая способность этих элементов? 3. Дайте характеристику окислительно-восстановительной способности соединений железа, кобальта, никеля. 4. На каких свойствах кобальта, железа, никеля основано их применение в технике. 5. Составьте уравнение реакций а Ni2О3 НС1 б Fe FeSO4 Fе2 SO4 3 в CoS СоО Со NО3 2 К2Со SСN 4 6. Чем объяснить, что в воде, содержащей ионы Fe3 , коррозия многих металлов ускоряется? 7. Как можно обнаружить в растворе ионы Fe3 , Fe2 .Co2 , Ni2 ? Составьте соответствующие уравнения реакций. РАБОТА 20.