d区金属元素(铬、锰、铁、钴、镍)一、实验目的1. 试验并掌握铬、锰主要氧化态化合物的重要性质及各氧化态之间相互转化的条件。
2. 试验并掌握二价铁、钴、镍的还原性和三价铁、钴、镍的氧化性。
3. 试验并掌握铁、钴、镍的配合物的生成及性质。
二、实验原理位于周期表中第四周期的Sc~Ni称为第一过渡系元素，第一过渡系元素铬、锰、铁、钴、镍是最常见的重要元素。
铬为周期表中ⅥB族元素，最常见的是+3和+6氧化态的化合物。
+3价铬盐容易水解，其氢氧化物呈两性，碱性溶液中的 +3价氧化态铬以CrO2－形式存在，易被强氧化剂如Na2O2或H2O2氧化为黄色的铬酸盐。
2 CrO2－ +3 H2O2 + 2 OH－CrO42－ +4 H2O常见+6价氧化态的铬化合物是铬酸盐和重铬酸盐，它们的水溶液中存在着下列平衡：2 CrO42－ + 2 H+Cr2O72－ + H2O除了加酸、加碱条件下可使上述平衡发生移动外，向Cr2O72－溶液中加入Ba2+、Ag+、Pb2+离子时，根据平衡移动规则，可得到铬酸盐沉淀。
2 Ba2+ + Cr2O72－ + H2O BaCrO4↓(柠橙黄色) + 2 H+4 Ag+ + Cr2O72－ + H2O Ag2CrO4↓(砖红色) + 2 H+2 Pb2+ + Cr2O72－ + H2O PbCrO4↓(铬黄色) + 2 H+重铬酸盐是强氧化剂，易被还原成+3价铬(Cr3+溶液为绿色或蓝色)。
锰为周期表ⅦB族元素，最常见的是+2、+4、+7氧化态的化合物。
+2价态锰化合物在碱性介质中形成Mn(OH)2。
Mn(OH)2为白色碱性氢氧化物，溶于酸及酸性盐溶液中，在空气中易被氧化，逐渐变成棕色MnO2的水合物[MnO(OH)2]。
4 Mn(OH)2 + O MnO(OH)2(褐色) + 2 H2O+2价态锰化合物在酸性介质中比较稳定，与强氧化剂（如NaBiO3、PbO2、S2O82－等）作用时，可生成紫红色MnO4－离子，这个反应常用来鉴别Mn2+。
5 NaBiO3 + 2 Mn2+ + 14 H+MnO4－ + 5 Bi3+ + 5 Na+ + 7 H2OMnO2是重要的+4价态锰化合物，它可由MnO4－与Mn2+在中性介质中反应而得到。
2 MnO4－ +3 Mn2+ + 2 H2O MnO2↓+4 H+MnO2在酸性介质中是一种强氧化剂，在碱性介质中，MnO2可以与MnO4－生成绿色的+6价锰的MnO42－。
2 MnO4－ + MnO2 + 4 OH－MnO42－ + 2 H2OMnO4－是一种强氧化剂，它的还原产物随介质的不同而不同，在酸性介质中，被还原成Mn2+，溶液变为近似无色；在中性介质中，被还原成棕色沉淀MnO2；在碱性介质中，被还原成MnO42－，溶液为绿色。
铁、钴、镍是周期表Ⅷ族元素，统称为铁系元素，常见氧化态为+2、+3。
铁、钴、镍+2价氢氧化合物显碱性，它们有不同的颜色，Fe(OH)2呈白色，Co(OH)2呈粉红色，Ni(OH)2呈苹果绿色。
它们被O2、H2O2等氧化剂氧化的情况按Fe(OH)2—Co(OH)2—Ni(OH)2的顺序由易到难，如空气中的氧可使Fe(OH)2迅速转变成棕红色的Fe(OH)3(有从泥黄色到红棕色的各种中间产物)。
Co(OH)2则缓慢地被氧化成褐色的Co(OH)3，Ni(OH)2与氧则不起作用。
4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O Fe(OH)3铁、钴、镍都能生成不溶于水的+3价氧化物和相应的氢氧化物，Fe(OH)3和酸生成+3价的铁盐，而Co(OH)3和Ni(OH)3与盐酸反应时，不能生成相应的+3价盐，因为它们的+3价盐极不稳定，很易分解成为+2价盐，并放出氯气，显示出强氧化性。
2 M(OH)3 + 6 HCl(浓) MCl2 + Cl2 + 6 H2O (M为Ni、Co)+2价和+3价的铁盐在溶液中易水解。
+2价铁离子是还原剂，而+3价铁离子是弱的氧化剂。
铁、钴、镍的盐大部分是有颜色的。
在水溶液中，Fe2+呈浅绿色，Co2+呈粉红色，Ni2+呈亮绿色。
铁系元素是很好的配合物的形成体，能形成多种配合物，常见的有氨的配合物，Fe2+、Co2+、Ni2+离子与NH3能形成配离子，它们的稳定性依次递增。
在无水状态下，FeCl2与液NH3形成[Fe(NH3)6]Cl2，此配合物不稳定，遇水即分解。
[Fe(NH3)6]Cl2 + 6 H2O 2↓+ 4 NH3·H2O + 2 NH4Cl Co2+与过量氨水作用，生成[Co(NH3)6]2+配离子，该配离子不稳定，放置空气中立即被氧化成[Co(NH3)6]3+。
Co2+ + 6 NH3·H2O 3)6]2+ + 6 H2O4 [Co(NH3)6]2+ + O2 + 2 H2O [Co(NH3)6]3+ + 4 OH－Ni2+与过量氨水反应，生成浅蓝色[Ni(NH3)6]2+配离子。
Ni2+ + 6 NH3·H2O 3)6]2+ + 6 H2O铁系元素还有一些配合物，不仅很稳定，而且具有特殊颜色，利用铁系元素所形成化合物的特征颜色可用来鉴定Fe3+、Fe2+、Co2+和Ni2+离子。
Fe3+、Co2+与SCN－离子作用，分别生成血红色[Fe(SCN)n](3-n)和艳蓝色[Co(SCN)4]2－配离子。
Fe3+ + n SCN－n](3-n)(n=1～6)Co2+ + 4 SCN－4]2－(蓝色)当Co2+溶液中混有少量Fe3+离子时，干扰Co2+离子的检出，可采用加掩蔽剂NH4F(或NaF)的方法，F－离子可与Fe3+结合形成更稳定，且无色的配离子[FeF6]3－，将Fe3+离子掩蔽起来，从而消除Fe3+的干扰。
[Fe(SCN)n]3-n + 6 F6]3－ + n SCN－三、预习要求铬、锰、铁、钴、镍化合物的重要性质。
四、仪器与试剂仪器：离心机，离心试管，试管，长滴管，酒精灯，铁架台，石棉网，水浴锅(或烧杯)。
试剂：2 mol/L H2SO4，2 mol/L HCl，6 mol/L HCl，浓HCl，2 mol/L HNO3，饱和H2S，2 mol/L NaOH，6 mol/L NaOH，2 mol/L NH3·H2O，6 mol/L NH3·H2O，0.1 mol/L Na2SO3，0.1 mol/L KSCN，2 mol/L NH4Cl，1mol/L NH4F，0.1 mol/L BaCl2，0.1 mol/L CrCl3，0.1 mol/L K2Cr2O7，0.1mol/L MnSO4，0.1 mol/L KMnO4，0.1 mol/L FeCl3，0.5 mol/L FeSO4，0.1 mol/L(NH4)2Fe(SO4)2(新制) ，0.1 mol/L CoCl2，0.1 mol/L NiSO4，0.1 mol/L Pb(NO3)2，0.1 mol/L AgNO3，3% H2O2，碘水，氯水(新制)，戊醇，乙醚，NaBiO3(s)，KSCN(s)，MnO2(s)，FeSO4·7H2O。
材料：KI淀粉试纸。
五、实验内容1. 铬的化合物Cr(OH)3的生成和性质在试管中加入0.5 mL 0.1 mol/L CrCl3溶液，逐滴加入6 mol/L NaOH溶液，观察沉淀物的颜色。
将所得沉淀物分成两份，分别试验与酸、碱的反应，观察溶液的颜色。
Cr3+的还原性在试管中加入0.5 mL 0.1 mol/L CrCl3溶液，并用2滴6 mol/L HCl酸化，再加入5滴3% H2O2，微热，观察溶液颜色的变化。
用6 mol/L NaOH 溶液代替6 mol/L HCl溶液，重复上述试验，观察溶液颜色的变化。
CrO42－与Cr2O72－间的相互转化在试管中加入0.5 mL 0.1 mol/L K2Cr2O7溶液，滴入5滴2 mol/L NaOH溶液，观察溶液颜色变化，再滴入5滴2 mol/L H2SO4溶液酸化，观察溶液颜色变化。
重铬酸盐和铬酸盐的溶解性在三支试管中分别加入5滴 0.1 mol/L K2Cr2O7溶液，并各加入几滴0.1 mol/L的Pb(NO3)2、BaCl2和AgNO3溶液，观察产物的颜色和状态。
Cr2O72－的氧化性在试管中加入5滴 0.1 mol/L K2Cr2O7溶液，并用5滴2 mol/L H2SO4溶液酸化，再加入10滴0.5 mol/L FeSO4溶液，微热，观察溶液颜色的变化。
[思考题1]试总结Cr2O72－和CrO42－相互转化的条件及它们形成盐的溶解性大小。
2. 锰的化合物Mn(OH)2的生成和性质在4支试管中各加入10滴0.1 mol/L MnSO4溶液，在第一支试管中加入5滴2 mol/L NaOH溶液，观察沉淀的颜色，振荡试管，观察沉淀颜色的变化；在第二支试管中加入5滴2 mol/L NaOH溶液生成沉淀后，迅速加入2 mol/L HCl溶液，观察沉淀是否溶解；在第三支试管中加入5滴2 mol/L NaOH溶液生成沉淀后，迅速加入2 mol/L NH4Cl溶液，观察沉淀是否溶解；在第四支试管中滴加2 mol/L NaOH溶液至过量，观察沉淀是否溶解。
Mn2+的还原性在试管中加入3 mL 2 mol/L HNO3，2滴0.1mol/L MnSO4溶液，再加入少量NaBiO3固体，水浴中微热，观察溶液颜色变化。
MnS的生成往盛有0.5mL 0.1 mol/L MnSO4溶液的试管中，滴加饱和H2S 水溶液，观察有无沉淀产生。
再用长滴管吸取2mol/L NH3·H2O溶液，插入溶液底部，观察生成沉淀的颜色。
MnO2的生成和氧化性在10滴0.1 mol/L KMnO4溶液中，逐滴加入0.1mol/L MnSO4溶液，观察MnO2沉淀的颜色，往沉淀中加入2 mol/L H2SO4溶液和0.1 mol/L Na2SO3溶液，沉淀是否溶解？在盛有绿豆粒大MnO2固体的试管中加入2 mL浓HCl溶液，微热，用KI淀粉试纸检验所产生的气体。
MnO4－的氧化性在3支试管中各加入0.5 mL 0.1 mol/L KMnO4溶液，再分别各加入2 mol/L H2SO4、6 mol/L NaOH溶液和蒸馏水，然后各加少量0.1 mol/L Na2SO3溶液，观察反应现象，比较它们的产物有何不同。
[思考题2]你所用过的试剂中，有几种可以将Mn2+氧化为MnO4－ ? 在由Mn2+→ MnO4－的反应中，为什么要控制Mn2+的量?3. 铁、钴、镍的氢氧化物的生成和性质Fe(OH)2、Fe(OH)3的生成和Fe(OH)2的还原性在试管中加 2 mL蒸馏水和1~2滴2 mol/L H2SO4酸化，煮沸片刻，然后在其中溶解几粒FeSO4·7H2O晶体。