实验八、铬、锰、铁、钴、镍

Chromium, Manganese, Iron, Cobalt,Nickel

实验学时：3 实验类型：验证性

实验所属实验课程名称：大学基础化学实验-1

实验指导书名称：无机化学实验讲义

相关理论课程名称：大学基础化学-1

撰稿人：谢亚勃 日期：2004.11.8

一、目的与任务：

本实验属验证性实验，是过渡元素教学过程中的一部分，对本科生进行这部分的理解和探索能力的培养方面有重要的作用。本实验将一部分课堂教学外的知识，放在实验课堂上进行研究。使学生在获得课堂知识的基础上，进一步探索元素及化合物的其它重要性质和反应，巩固和加深理解课堂上所学基本理论和基本知识；使学生受到观察实验现象，研究实验问题，总结实验结果及基本技能的训

练，培养学生具有观察问题和分析问题的能力、严谨的科学态度、实事求是的作风、勇于创新的精神。

二、内容、要求与安排方式：

1、实验项目内容 通过过渡元素性质的验证，对混合液设计分离鉴定方案，并通过实验对实验元素的性质进行总结。

2、实验要求要求通过实验加深对重要过渡元素和其化合物性质的理解，掌握定性分析的原理和方法，掌握过渡元素和化合物性质的重要递变规律。

3、为了使实验达到教学目标，对学生的要求如下：

（1）实验前要完成预习报告在阅读实验教材和参考资料的基础上，明确实验的目的和要求，弄清实验原理和方法，了解实验中的注意事项。预习报告简明扼要，切忌抄书，字迹清晰，实验方案思路清晰。

（2）实验过程要求认真按照实验内容和操作规程进行实验。如发现实验现象与理论不符，应独立思考，认真分

析查找原因，直到得出正确的结论。认真观察实验现象，记录实验数据。严格遵守实验室规则，爱护仪器设备，注意安全操作。

（3）实验记录要求在细心观察实验现象的基础上，将实验现象和数据记录预习报告上，不允许随手记在纸片或手上。

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铁、钴、镍实验报告

一、实验目的

二、实验内容

1、Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的氢氧化物的生成和性质

2、Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)的氢氧化物的生成和性质

3、铁盐的氧化还原性

4、Fe、Co、Ni的配合物

5、离子的鉴定

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各种氧化态的锰之间的转化

                           

一、摘要

  针对锰的氧化态多样，颜色变化丰富的特点，我们讨论了多种氧化态锰之间的转化，并对影响转化的实验条件进行了具体分析，经过查阅文献资料，我们得出了锰的各种氧化态的性质和锰在各种氧化态之间转化的原理以及反应条件对其的影响。

二、前言

  锰是一种多氧化态的金属元素，有二价，三价，四价，六价，七价五种常见氧化态。在生活中具有广泛应用，研究它各种氧化态之间的相互转化对工业生产具有重大意义，是推动我国冶金工业的关键。在上次的实验中，我们进行了锰二价、四价、六价和七价之间的相互转化和反应。发现对于同一个氧化态的锰在不同的条件下发生了不同的反应，于是我们针对这一现象进行了深入探讨。

三、内容

1、通过自由能来解释

在酸性溶液中

（1）图中最低点为Mn²⁺的点，表明相比于锰的其他氧化态，Mn²⁺是该条件下（pH=0）最稳定的热力学状态。事实也如此，在酸性介质中，若使Mn²⁺参与氧化还原反应，需极强氧化剂如S₂O₃^2-、PbO₂、NaBiO₃等与之作用才行。

（2）Mn³⁺点位置高于相邻点Mn（Ⅱ）、Mn（Ⅳ）点的连线，即处于“凸点”。是热力学不稳定状态，能发生歧化反应而转变成两个相邻质点。2Mn³⁺+2H₂0=Mn²⁺+MnO₂+4H⁺由于发生歧化反应，使该点(Mn³⁺)的△G由所在点垂直下降到两个相邻质点的连线上，使两条连线斜率相等，电动势为零，反应达到平衡态。同理该条件，MnO₄^2-也不稳定，歧化生成Mno₂和MnO₄^-。

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实验报告

1矿样采取与试样加工

试验矿石样品由委托方负责采取，并运送至本实验室。矿石样品代表性由委托方负责。矿石样品在实验室用小型试验破碎设备加工成-2mm粒级，供试验使用。

矿石的加工流程如图1所示。

原矿

 

2矿石物质组成研究

根据海南公司提供的以前的实验报告，在矿石中，钴主要赋存于偏锰酸矿中，次为褐铁矿（其中包有钛铁矿、赤铁矿、磁铁矿）中，钴在偏锰酸矿与褐铁矿中是否以类质同象存在尚需进一步研究。

矿石中钴元素在各种矿物中分配表

3磁选前磨矿时间与磨矿细度关系

磁选前磨矿时间与磨矿细度关系见图2.

由以上结果可以看出，原矿样粒度较细，并且比较易磨，在未进行磨矿作业时，-200目含量已经达到78.31%。

4钴锰矿磁选探索实验

原矿品位：Fe：15.84%，Mn：5.88%，Co：0.13%

钴锰矿磁选探索实验结果：

强磁选别（1500mT）

给矿品位：Fe：19.02%，Mn：8.50%，Co：0.176%

强磁精矿再磨后，弱磁选别（磁选管）

由以上结果可以看出，在场强为195mT下，Co的品位最高，达到0.2%，回收率为97.66%，但是Mn的品位为8.08%，回收率为98.01%，两种元素仍为达到分离目的。

对于后续试验的建议

委托方提供的原矿，硬度不大，泥化现象严重，在经过破碎达到-2mm时，矿样-200目的含量已达到78.31%，而且在水筛过程中，矿样中的矿泥量很大，对于后续的实验有很大的影响。原矿中Co和Mn的嵌布粒度并不清楚，只能依据提供的浮选试验的数据作参考，对于在什么粒度情况下两种矿物可以单体解离没有具体说明，因此，要想达到较好的实验效果，建议委托方做岩矿鉴定，以确定矿物的嵌布粒度；在以后的选别实验中，建议对原矿进行选前脱泥，以减轻矿泥对后续选别的影响。

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第十三章 过渡元素 （二）

    铬 锰 铁 钴 镍

       第一节 铬及其化合物

第二节 锰及其化合物

第三节 铁 钴 镍

第一节    铬及其化合物

1.1    铬单质

1.2    铬的化合物

1.3    铬盐

1.4    含个废水的处理

1.1铬单质

1.铬分族（VIB）：Cr  Mo  W

2. 价电子构型：（n-1）d4~5ns1~2

3. 铬以铬铁矿Fe(CrO2)2的形式存在

4. 单族的获得方式如下：

单质铬的性质

（1）    铬元素的电势图

2.性质

 （1）灰白色，熔点沸点高，硬度大

 （2）活泼金属，表面已形成一层氧化膜，

      活泼性下降

（2）    无膜金属与盐酸的反应

     在冷，浓硝酸中钝化

1.2 铬的化合物

（1）.Cr2O3(铬绿)

制备：

性质：

（2）.Cr(OH)3

1.3 铬盐

（1）.Cr3+盐Cr2(SO4)3, KCr(SO4)212HO CrCl3

1).水解

 

2）.还原性

 

3）.氧化性：

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第14章过渡元素（二）铬锰铁钴镍

【内容】 14.1 铬及其化合物

         14.2锰及其化合物

14.3铁系元素

【要求】

1.

2.

14.1 铬及其化合物

14.1.1铬

铬，银白色，是周期系ⅥB族的第一种元素，由于Cr 原子可以提供 6 个价电子，金属键强，故硬度及熔沸点均高，铬是硬度最高的金属。铬在自然界中以铬铁矿存在，分子式为 Fe(CrO₂)₂ （或FeO．Cr₂O₃）。 铬的电极电势虽然很低（φ _A^θCr²⁺/Cr =－0.91V），但它表面易形成氧化膜，从而降低了它的活泼性，常温下Cr不溶于硝酸及王水。

由于铬的机械强度好，且有抗腐蚀性能，被用于钢铁合金中，含铬12％以上的钢称为不锈钢。许多金属表面镀铬，防锈, 光亮。铬是人体必需的微量元素，但铬（Ⅵ）化合物有毒。

铬原子的价电子构型是3d⁵4s¹，能形成多种氧化值的化合物，如＋1，＋2，＋3，＋4，＋5，＋6，其中以＋3，＋6两类化合物最为常见和重要。

14.1.2铬的氧化物和氢氧化物

三氧化二铬和氢氧化铬

三氧化二铬Cr₂O₃是一种绿色的固体，熔点很高，为2263K。它是冶炼铬的原料。由于它呈绿色，是常用的绿色颜料，俗称铬绿。Cr₂O₃微溶于水，与Al₂O₃ 同晶，具有两性。溶于酸生成铬（Ⅲ）盐，溶于浓的强碱生成亚铬酸盐（CrO₂^－）。

         Cr₂O₃ + 3H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O  

         Cr₂O₃ + 2NaOH = 2NaCrO₂ + H₂O

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