Соединения кобальта (+2) и никеля (+2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

на тему: Соединения кобальта (+2) и никеля (+2)

Введение

Восьмая группа включает три группы элементов, в каждую из которых входят по три элемента, расположенных друг за другом в периодической системе. Первые три элемента (железо, кобальт и никель) объединяют в группу железа. Сравнение основных физических и химических свойств соединений кобальта и никеля из группы железа является предметом моей работы. Целью моей работы было получение гидроксидов кобальта(II) и никеля(II) и исследование их свойств. Рассматривая гидроксиды кобальта(II) и никеля(II) я должна выявить, в чем заключается сходство и различие этих соединений.

1. Основная часть

1.1 Общая сравнительная характеристика металлов

В периодической системе элементов Д.И. Менделеева кобальт и никель входят в группу VIII В и вместе с железом образуют в 4-м периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов. В VIIIB-группе наблюдается уникальное в Периодической системе явление: число валентных электронов элемента (Co, Ni) превосходит номер группы. По этому признаку лишь Fe по праву можно было бы считать элементом VIIIB-группы. Однако существует и вторая особенность, свойственная элементам триады железа: ни в одном и своих соединений они не проявляют валентности (или степени окисления), отвечающей номеру группы. С этой точки зрения, даже Fe можно отнести к VIII группе лишь формально. Третья особенность, как отмечено выше, состоит в том, что в рамках одной подгруппы объединяет горизонтальное семейство из трех элементов.

Причины такого своеобразия структуры многоплановы. Существенную роль здесь играет то обстоятельство, что между кобальтом и никелем ярко проявляется известная горизонтальная аналогия, характерная для d-элементов в целом. Немаловажным фактором, определяющим сходство свойств Co и Ni в отличие от платиновых металлов, является кайносиметричность 3 d- оболочки[1, стр. 488].

В силу кайносиметричности 3d-оболочки высшие степени окисления для триады железа малохарактерны. Наиболее типичны для них степени окисления +2,+3. С дальнейшим увеличением числа на 3d-орбиталях тенденция к их участию в химическом взаимодействии уменьшается. Поэтому у Co обе характерные степени окисления устойчивы примерно в равной мере, а у Ni более стабильна степень окисления +2. С другой стороны, для элементов триады железа особенно характерна склонность к образованию карбонилов, в которых степень окисления элементов равна нулю.

Кобальт

В природе кобальт всегда встречается вместе с никелем, главным образом в виде соединений с мышьяком [2, стр. 288]. Важнейшими из минералов кобальта являются кобальтовый шпейс (смальтит) CoAs2 и кобальтовый блеск (кобальтит) CoAsS. Ничтожные количества кобальта имеются в морской воде (10-7%) и в воде минеральных источников. Кобальт входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo2SO4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтит СоAs2 и другие. Как правило, кобальту в природе сопутствуют его соседи по 4-му периоду - никель, железо, медь и марганец.

Кобальт представляет собой блестящий металл, похожий на железо, с удельным весом 8,8. Температура его плавления несколько больше, чем у никеля. Кобальт очень тягуч. Он обладает большой твердостью и прочностью, чем сталь. Он ферромагнитен и только выше 10000 переходит в модификацию, не обладающую способностью намагничиваться.

Получение

Кобальт - относительно редкий металл, и богатые им месторождения в настоящее время практически исчерпаны. Поэтому кобальтсодержащее сырье (часто это никелевые руды, содержащие кобальт как примесь) сначала обогащают, получают из него концентрат. Далее для извлечения кобальта концентрат или обрабатывают растворами серной кислоты или аммиака, или методами пирометаллургии перерабатывают в сульфидный или металлический сплав. Этот сплав затем выщелачивают серной кислотой. Иногда для извлечения кобальта проводят сернокислотное «кучное» выщелачивание исходной руды (измельченную руду размещают в высоких кучах на специальных бетонных площадках и сверху поливают эти кучи выщелачивающим раствором).

Для очистки кобальта от сопутствующих примесей все более широко применяют экстракцию. Наиболее сложная задача при очистке кобальта от примесей - это отделение кобальта от наиболее близкого к нему по химическим свойствам никеля. Раствор, содержащий катионы двух этих металлов, часто обрабатывают сильными окислителями - хлором или гипохлоритом натрия NaOCl.

2СоСl2 + NaClO + 4NaOH + H2O = 2Co(OH)3 + 5NaCl

Чёрный осадок Co(OH)3 прокаливают для удаления воды, а полученный оксид Со3О4 восстанавливают водородом или углеродом. Металлический кобальт, содержащий до 2-3% примесей (никель, железо, медь), может быть очищен электролизом.

Химические свойства

Вода и воздух при обычной температуре не оказывают действия на компактный кобальт, но в мелкораздробленном состоянии он обладает пирофорными свойствами. В разбавленных кислотах, например в соляной или серной, кобальт растворяется значительно труднее, что соответствует его положению в электрохимическом ряду напряжений справа от железа (его нормальный потенциал равен -0,28 в). Разбавленная азотная кислота легко растворяет кобальт, а при действии концентрированной HNO3 он пассивируется. Образует соединения чаще всего в степени окисления +2, реже - в степени окисления +3 и очень редко в степенях окисления +1, +4 и +5.

При нагревании на воздухе Со окисляется, а при температуре белого каления сгорает до Со3О4 [2, стр. 289]. При нагревании кобальт соединяется со многими другими веществами, причем реакция его с S, P, As, Sb, Sn и Zn нередко сопровождается воспламенением. При сплавлении с кремнием Со образует целый ряд соединений. При высокой температуре он соединяется также с бором, но не реагирует с азотом. Кобальт легко образует соединения с галогенами. С железом и никелем, а также с хромом и марганцем он образует твердые растворы в любых соотношениях. По отношению к углероду кобальт ведет себя так же, как железо; однако при охлаждении углеродсодержащих расплавов никогда не выделяется карбид Со3С (хотя, по данным Руффа, существование его в расплаве является вероятным); если содержание углерода превышает пределы существования твердого раствора, избыток углерода всегда выделяется в виде графита. При действии СН4 или СО на тонкоизмельченный металлический кобальт при слабом нагревании (ниже 225°), по данным Бара, образуется соединение Со2С, разлагающееся при более высоких температурах. Каталитическое разложение СH4 и СО под действием кобальта происходит лишь при таких температурах, когда карбид становится неустойчивым [3, стр.569].

Co + 2HCL(разб.)+t= CoCL2 + H2

Co + H2SO4(разб.)+t= CoSO 4 + H2

3Co + 8HNO3(разб.)+t= 3Co(NO3) 2 + 2NO + 4H2O

4 Co + 4NaOH + 3 O2+t= 4NaCoO2 + 2H2O

2Co + O2 +t=2CoO

Никель

В природных условиях никель встречается главным образом в виде соединений с серой, мышьяком и сурьмой, например желтого никелевого колчедана (миллерита, волосистого колчедана) NiS, красного никелевого колчедана (арсенида никеля, «купферникеля») NiAs и брейт-гауптита (антимонида никеля) NiSb, в виде белого никелевого колчедана (хлоантита) NiAs2, изоморфного шпейзовому кобальту. Кроме того, следует еще указать на герсдорфит (мышьяково-никелевый блеск) NiAsS и улъманит (сурьмяно-никелевый блеск) NiSbS.

Никель представляет собой серебристо-белый металл, обладающий сильным блеском; удельный вес его 8,85-8,90; твердость его 3,8 (по шкале Мооса); температура плавления 1453°. Никель чрезвычайно хорошо полируется, очень тягуч; поддается ковке и сварке; вальцеванием можно приготовить листовой металл; он легко вытягивается в проволоку. Никель ферромагнитен. При 18° его электропроводность составляет 13,8% электропроводности серебра и 14,9% меди. Значительно хуже проводят ток некоторые сплавы никеля, например константан. Теплопроводность никеля равна примерно 15% теплопроводности серебра.

Получение

Важнейшими никелевыми рудами являются новокаледонский герниерит и канадский магнитный колчедан. Последний, помимо никеля, содержит значительное количество меди. Кроме того, исходным материалом для добывания никеля нередко служат так называемые шпейсы, остающиеся после выработки меди и свинца.

При добывании никеля из гарниерита пользуются его особенно сильным сродством к сере. Руду сплавляют с веществами, легко отдающими серу. При этом никель переходит в Ni3S2, в то время как большинство примесей переходит в шлак, образуя силикаты. Частичным обжигом, повторным сплавлением с добавлением кварца и затем продуванием в конвертере «роштейн», обычно содержащий еще большое количество железа, переводят в чистый «никельптейн», теперь уже состоящий главным образом из сульфида никеля. Последний при обжиге превращается в оксид никеля(II) [2, стр.307]. Ее смешивают с порошком древесного угля и, добавив немного воды и муки (в качестве связующего средства), формуют из образовавшейся массы кубики; при их прокаливании образуются рыхлые кубики никеля (2):

Ni3S2 +5/2 O=3NiO + 2SO2

NiO + C=Ni + CO.

Химические свойства

По отношению к воде и воздуху компактный никель при обычной температуре очень устойчив. Однако в тонкораздробленном состоянии он при некоторых условиях обладает пирофорными свойствами. В чистом кислороде никелевая проволока сгорает, разбрызгивая искры. Никелевая жесть подобно стали при нагревании на воздухе обнаруживает цвета побежалости. Разбавленные кислоты действуют на никель менее энергично, чем на железо, однако он легко растворим в разбавленной азотной кислоте; концентрированная азотная кислота его пассивирует. Никель образует соединения со степенью окисления +2 и +3. Наиболее устойчивы соединения +2, для которых известны большое количество обычных и комплексных соединений. В электрохимическом ряду напряжений никель занимает место справа от кобальта. Его нормальный потенциал равен - 0,25в. Нагретый мелкораздробленный никель соединяется с хлором и бромом, причем эта реакция сопровождается появлением пламени. Он реагирует также с мышьяком, сурьмой и фосфором. Никель, содержащий большое количество фосфора, хрупок; однако небольшое содержание фосфора (около 0,3%) повышает способность никеля к отливке и ковке (вероятно, вследствие раскисляющего действия фосфора). В расплавленном состоянии никель легко поглощает также углерод (приблизительно до 6,25%). При затвердевании углерод чаще всего вновь выделяется в виде графита. (При 1315° никель может содержать в виде твердого раствора 0,5 вес. % углерода, а при комнатной температуре - лишь 0,15%.) Соединение никеля с углеродом в твердом состоянии неустойчиво; тем не менее при термическом разложении СО на мелкораздробленном никеле можно получить метастабильное соединение Ni3C, индивидуальность которого была установлена рентгенографически. Особенно энергично реагирует никель с алюминием. При нагревании до 13000 эквиатомных количеств никеля и алюминия образуется соединение ALNi, причем реакция сопровождается почти взрывом. (Кроме того, существуют соединения AL2Ni и AlAL3Ni, разлагающиеся при плавлении.) В кобальте никель обладает неограниченной растворимостью в твердом и жидком состояниях, но не образует с ним соединений. Аналогично ведет себя никель и по отношению к марганцу, по крайней мере при более высоких температурах. С хромом он также образует непрерывный ряд твердых растворов, но ни одного соединения. В системе Ni - Fe в твердом состоянии взаимная растворимость практически неограниченна; но образуется FeNi3-фаза, обладающая «сверхструктурой» [2, стр. 308].

Металлический никель при умеренном нагревании разлагает газообразный аммиак на водород и азот. С последним он непосредственно не соединяется. Мелкораздробленный никель в значительных количествах поглощает водород, особенно при повышенной температуре. Но даже при обычной температуре, когда ионы водорода разряжаются на поверхности губчатого никеля, наблюдается значительное поглощение водорода металлом. Вопрос о возможности синтеза гидрида никеля определенного состава (в весомых количествах) не решен до сих пор. На склонности никеля к окклюдированию водорода и активированию его (путем перехода в атомарное состояние) основана способность Ni служить переносчиком водорода при гидрировании непредельных соединений, т. е. его применение в качестве катализатора гидрирования.

Ni + 2HCL(разб.)+ t= NiCL + H2O

Ni + H2SO4(разб.)+ t= NiSO4 + H2O

3Ni + HNO3(разб.)+ t= Ni(NO3)2 + H2O

2Ni + O2 = 2NiO

Таким образом, из данной выше характеристики металлов, можно сделать вывод, что кобальт и никель имеют близкий атомный радиус, имеют схожие физические свойства: близкий атомный радиус, температуры кипения, оба эти металла ферромагнитны. Но они различаются цветом (кобальт с розовым отливом, никель с желтым), кристаллической структурой (у кобальта - гексагональная плотнейшая упаковка, а у никеля - гранецентрированная кубическая решетка),твердостью (кобальт тверже никеля), для кобальта характерен полиморфизм в отличие от никеля.

Если говорить о химических свойствах металлов, то они оба не реагируют с водой, щелочами, гидратом аммиака, азотом, пассивируются концентрированной серной и азотной кислотами. Металлы взаимодействуют с разбавленными кислотами, кислородом, галогенами, халькогенами, аммиаком, монооксидом углерода. В отличие от кобальта никель является менее реакционноактивным.

1.2 Сравнение оксидов кобальта (II) и никеля (II)

Сравнивая далее оксиды кобальта и никеля, я хочу показать, что они по своему составу и поведению похожие друг на другу.

Оксид кобальта (II). Оксид кобальта (II) имеет основный характер. Оксид кобальта СоО образуется при окислении металлического кобальта парами воды при температуре красного каления, а также при нагревании карбонатов, сульфатов. Оксид кобальта имеет серо-зеленый цвет с различными оттенками в зависимости от способа получения. Оксид кобальта легко растворяется в соляной, серной, азотной и других сильных кислотах, труднее - в уксусной, фтористоводородной кислотах с образованием соответствующих солей двухвалентного кобальта розового цвета. Окисляется кислородом, восстанавливается водородом [4, стр. 426].

СоО + 2НСl = CoCl2 + H2O

CoO + 2NaOH + H2O +t= Na2[Co(OH)4]

CoO + 2HF = CoF2 + H2O

CoO + H2 +t= Co + H2O

2CoO + 2SiO2 +t = Co2SiO3

СоО +AL2O3 +t = (CoAL2)O4

При очень сильном прокаливании все оксиды кобальта переходят в егомонооксид СоО. При нагревании в токе водорода все они восстанавливаютсядо металлического кобальта. СоО кристаллизуется по типу поваренной соли. Окраска безводного СоО зависит тоже от степени упорядоченности атомов и дисперсности; кроме оливково-зеленого, этот оксид может быть желтым, серым, коричневым, красноватым, синеватым или черным; однако до сих пор не установлено окончательно, существует ли, кроме кубической, другая модификация. Теплота образования кристаллической СоО, по измерениям Рота равна 57,2 ккал/моль. При реакции с водой очень мелко дисперсной («аморфной») СоО может выделиться количество тепла, более чем вдвое превышающее указанную величину, так как, по данным Микстера теплосодержание «аморфный» оксид кобальта(II) превышает теплосодержание явно кристаллического на 7 ккал/моль.

При прокаливании оксида кобальта (II) с кварцевым песком и карбонатом калия образуется синий стекловидный ортосиликат калия и кобальта(II). При сильном нагревании окиси кобальта(II) с оксидом алюминии получается также синее двойное соединение, имеющее характер шпинели. На образовании этого двойного соединения основана реакция Тенара на алюминий. При прокаливании окиси кобальта(II) с оксида цинка или окиси цинка, смоченной раствором нитрата кобальта (реакция образования зелени Ринмана), образуются в зависимости от температуры прокаливания двойные соединения типа шпинелей или только твердые растворы.

Оксид никеля(II)

NiO проявляет основные свойства. Оксид никеля(II) (монооксид никеля) NiO образуется при прокаливании гидроокиси никеля(II) или при термическом разложении карбоната или нитрата никеля; она представляет собой зеленый порошок, практически нерастворимый в воде, но легко растворимый в кислотах. Водород легко восстанавливает NiO до металла. При очень сильном прокаливании NiO переходит в серо-черные правильные октаэдры, обладающие металлическим блеском. При этом NiO утрачивает легкую растворимость в кислотах. В природе оксид никеля(II) встречается в виде фисташково-зеленых кристаллов бунзенита, имеющего удельный вес 6,4.Оксид никеля(II) применяют в керамическом производстве для красок и эмалей; ее используют для окраски стекол в серый цвет, а также в качестве катализатора [2, стр. 310]. Теплота образования NiO составляет 58,6 ккал/моль. NiO кристаллизуется по типу поваренной соли, Ni(OH)2 образует слоистую решетку типа брусита.

NiO + 7H2O = [Ni(H2O)6]2+ + 2OH-

NiO + 2HCL(разб.) = NiCL2 + H2O

NiO + H2SO4(разб.) = NiSO4 + H2O

NiO + 2HNO3(разб.)=Ni(NO3)2 + H2O

NiO + HNO3 = NiNO3 + H2O

1.3 Сравнение гидроксидов кобальта (II) и никеля (II)

Гидроксид кобальта(II). (Также называется гидроокисью кобальта(II)). Со(ОН)2 получается в виде синего осадка, окрашивающегося при стоянии в бледно-красный цвет, при действии на растворы солей кобальта(II) раствора едкого кали. На воздухе осадок гидроокиси медленно окисляется в коричневый гидроксид кобальта (III), аналогично гидроокиси железа(II). Быстрее это окисление проходит в присутствии сильных окислителей, например NaOCl, Cl2, Вг2, Н2О2. В этом случае частично образуется черный диоксигидрат кобальта CoO2•xН2О.

Розовый Со(ОН)2 кристаллизуется по типу брусита и образует твердые растворы с другими гидроокисями, имеющими тот же тип решетки [например, с Mg(OH)2) Zn(OH)2, Ni(OH)2] [2, стр. 291]. Синий гидрооксид кобальта(II) отличается от розового более высокой степенью дисперсности и значительно меньшей степенью упорядоченности в расположении атомов в решетке. Вопрос о том, является ли cиний гидрооксид самостоятельной модификацией с особым типом структуры, пока остается открытым. В 1936 г. Файткнехт при рентгенографическом исследовании синего гидрооксида кобальта(II) установил, что она, подобно зеленому основному хлориду образует двухслойную решетку, причем «главные слои» имеют то же строение, что и у розового гидрооксида кобальта(II). Однако «промежуточные слои» образованы неупорядоченными гидроксильными группами и расположены примерно на расстоянии 8 А и одновременно произвольно смещены друг относительно друга в направлении слоев. Такую структуру символизирует формула [Со(ОН)2]4·Со(ОН)2, из которой следует, что 80 ат. % кобальта расположено в главных слоях и 20% - в промежуточных. При действии кислорода воздуха на свежеосажденное соединение сначала окисляется кобальт промежуточных слоев с образованием [Со(ОН)2]4•СоО(ОН), построенного аналогично зеленому основному хлориду кобальта. Значительно медленнее происходит окисление кобальта в главных слоях, конечным продуктом которого является СоО(ОН) или Со2О3•Н2О. Теплота образования Со(ОН)2 из СоОкрист и Н2ОЖ составляет около 6,2 ккал/моль

Гидрооксид кобальта(II) проявляет амфотерные свойства, основные преобладают, растворим в кипящей концентрированной щелочи с сине-фиолетовой окраской. В растворе, как показал Шольдер, существуют гидроксокобальтат(II)-ионы. Шольдеру удалось выделить соединения Na2[Co(OH)4], Sr2[Co(OH)6] и Ва2[Со(ОН)6] - красно-фиолетовые кристаллы, очень быстро чернеющие на воздухе вследствие окисления. Водой они тотчас разлагаются. Из растворов небольших концентраций Со(ОН)2 в горячей щелочи гидроксо-соли не выделяются, вместо них образуется красный кристаллический осадок Со(ОН)2.

Co(OH)2 = CoO + H2O

Co(OH)2 +2HCL = CoCL2 + H2O

Co(OH)2 + NaOH+t = Na2[Co(OH)4]

Co(OH)2 +H2O2 = 2CoO(OH) + 2H2O

2Co(OH)2 + NaCLO = NaCL + H2O + 2CoO(OH)

Гидроксид никеля (II)

Гидроксид никеля (II). Ni(OH)2 выпадает из растворов солей никеля в виде объемистого яблочно-зеленого осадка при добавлении к ним щелочи. При длительном соприкосновении с раствором Ni(OH)2 переходит в кристаллический зеленый порошок. В кислотах, а также в аммиаке и в солях аммония гидроксид никеля(II) растворяется легко. При прокаливании он переходит в оксид. Проявляет слабые амфотерные свойства с преобладанием основных, при сплавлении реагирует с щелочами. [4, стр. 435].

Разложение Ni(OH)2 с образованием оксида происходит, как показал Хюттиг, уже при 230° (при давлении пара воды 10мм рт. ст.); однако при этом выделяется лишь небольшая часть общего количества воды, содержащейся в гидроксиде; полное разложение происходит лишь при сильном прокаливании Ni(OH)2.

Ni(OH)2 = NiO + H2O

Ni(OH)2 + 2HCL = NiCL2 + H2O

Ni(OH)2(т) + 2NaOH(т) = Na[Ni(OH)4]

Ni(OH)2+ CL2 +2KOH = 2NiO(OH) +2KCL +2H2O

Ni(OH)2 + KBrO3 = 6NiO(OH) + KBr + 3H2O

Рассматривая гидроксиды кобальта и никеля, я пришла к выводу, что они отличаются цветом: кристаллический гидроксид кобальта(II) темно-фиолетовый, в растворе розово-красный; гидроксид никеля имеет светло-зеленую окраску. Гидроксид кобальта(II) проявляет амфотерные свойства с преобладанием основных свойств, а гидроксид никеля(II) амфотерных свойств практически не проявляет, у него преобладают основные свойства, реагируют с разбавленными кислотами, щелочами при спекании, не растворяются в воде. Переводятся в раствор действием гидрата аммиака. Сравнивая окислительно-восстановительные гидроксид кобальта(II) проявляет восстановительные свойства, а гидроксид никеля(II) практически нет.

1.4 Другие соединения кобальта(II) и никеля(II)

Хлориды кобальта(II) и никеля(II).

Хлориды кобальта(II). СоСL2 (дихлорид кобальта, хлористый кобальт) получают в безводном состоянии при сгорании кобальта в токе хлора или при обезвоживании водных хлоридов; он представляет собой бледно-голубой порошок, который сублимируется, не плавясь. СоСL2 очень легко растворим в воде - 46,3г СоСL2 в 100г воды при 0°. Водный раствор окрашен при обычной температуре в розовый цвет. Безводный хлорид кобальта очень гигроскопичен и поэтому быстро краснеет на воздухе.

Он растворяется также в различных органических растворителях, например в спирте, ацетоне, хинолине и бензонитриле, образуя красивые синие растворы, при упаривании или охлаждении растворов хлорид кристаллизуется в виде синих игл.

С водой хлорид кобальта образует различно окрашенные гидраты:

СоСL2 ·Н2О - сине-фиолетовый

СоСL2 ·1,5Н2О - темно-сине-фиолетовый

СоСL2 • 2Н2О - розовато-фиолетовый

СоСL2 • 4Н2О - окраска цветов персика

СоСL2 • 6Н2О - розовый

Смоченная раствором хлорида кобальта тонкая бумага в сухом воздухе окрашивается в синий цвет, а во влажном вновь приобретает розовую окраску. Такими индикаторами прежде пользовались для приблизительного определения влажности воздуха [2, стр.294].

Хлорид кобальта применяют главным образом как лабораторный реактив, он служит также исходным продуктом для синтеза других соединений кобальта.

CoCL2 + 2NaOH=NaCL + CoCL(OH)

Хлорид никеля(II). Хлорид никеля, хлорид никеля(II), хлористый никель NiCl2 получается в безводном состоянии при сгорании никеля в токе хлора или при нагревании его гидрата или аммиаката. Он образует блестящие, золотисто-желтые мягкие (на ощупь похожие на тальк), легковозгоняющиеся кристаллические чешуйки удельного веса 2,56 (структуру решетки см. стр. 248).При умеренном прокаливании на воздухе NiCl2 переходит в окись никеля(II)(монооксид никеля).Он легко растворим в воде и в спирте (в 100г воды при 20° растворяется 64,0г при 60° - 81,2г NiCl2). Из светло-зеленого водного раствора он кристаллизуется с водой обычно в виде гексагидрата NiCl2 ·6H2O - травянисто-зеленых зернистых кристаллов в форме моноклинных призм, изоморфных кристаллам гексагидрата хлорида кобальта. При выдерживании над концентрированной серной кислотой гексагидрат постепенно переходит в дигидрат.

Если сравнивать данные соли, то можно увидеть, что они хорошо растворимы в воде, реагируют с концентрированными серной и азотной кислотами, щелочами, гидратом аммиака, вступают в реакции обмена и комплексообразования, но различаются по окраске.

Сульфид кобальта(II) и никеля (II).

Сульфид кобальта(II). Кобальт образует несколько сульфид. Важнейшим из них является сульфид кобальта(II) CoS (моносульфид кобальта). Он выделяется в виде черного аморфного осадка из растворов солей кобальта(II) при действии сернистого аммония. Этот осадок практически нерастворим в воде, но в свежеосажденном состоянии растворяется в разбавленных кислотах - даже в уксусной (б-CoS). Из уксуснокислых растворов сероводород осаждает кристаллический сульфид кобальта (в-CoS), практически нерастворимый в разбавленной соляной кислоте.

CoS = Co + S

CoS + 2HCL(разб) = CoCL2 + H2S

CoS + 2CH3COOH = Co(CH3COO)2 + H2S

CoS + 8HNO3(конц.) = CoSO4 + 8 NO2 + 4 H2O

6CoS + 10O2 = 2(CoIICo2III)O4 + 6SO2

Сернистый аммоний осаждает из растворов солей никеля черный сульфид никеля (II) (моносульфид никеля), который вначале выпадает в форме, растворимой в кислотах, а затем при доступе воздуха, как и сульфид кобальта(II), быстро переходит в модификацию, нерастворимую в холодной разбавленной соляной кислоте. При осаждении сернистым аммонием никель частично остается в растворе в коллоидном состоянии (что заметно по коричневой окраске фильтрата). При добавлении уксусной кислоты и кипячении он выпадает в виде хлопьев. Из уксуснокислого раствора при действии сероводорода выпадает кристаллический сульфид никеля (в-NiS), плохо растворимый в разбавленной соляной кислоте.

NiS + 2HCL= NiCL2 + H2S

NiS +HNO3(конц)= NiSO4 + 8NO2 + 4H2O

2NiS +2H2O+t=(NiOH)2S + H2S

NiS + 3O2=2NiO + 2SO2

NiS + 2CO= 2Ni + CO2 + CS2

2. Практическая часть

Предварительные расчеты

По уравнению реакции рассчитаем количество CoSO4•7H2SO4

CoSO4 + 2NaOH =Co(OH)2 + Na2SO4

m(CoSO4•7H2SO4) =10г

Найдем количество вещества сульфата кобальта:

n = m/M

n (CoSO4) =10/281=0,03558моль

По уравнению видно что количество CoSO4•7H2SO4 и Co(OH)2 будут равны, потому что их стехеометрическое соотношение 1:1.

n(Co(OH)2) = 0,03558моль

Найдем массу Co(OH)2

m = M•n

m (Co(OH)2)=93 0,03558=3,30894г

Теперь найдем необходимое количество щелочи по уравнению реакции, так как стехеометрическое соотношение CoSO4 и NaOH 1:2по уравнению реакции получаем

n (NaOH)=0,07116 моль

Найдем масу NaOH

m (NaOH)= 0,07116 46=3,27336г

Теперь найдем массу раствора NaOH, зная что массовая доля будет равна 15%:

mр=m/щ

mp(NaOH)=3,27336/0,15=21,8225г

Найдем объем NaOH:

V=mр

кобальт никель оксид сульфид

V(NaOH)=8,1834/1,1=19,8386л

Расчет для гидроксида никеля(II).

По уравнению реакции рассчитаем количество NiSO4•7H2SO4

NiSO4 + 2NaOH =Ni(OH)2 + Na2SO4

m(NiSO4•7H2SO4) =10г

Найдем количество вещества сульфата никеля:

n = m/M

n (NiSO4) =10/281=0,03558моль

По уравнению видно что количество NiSO4•7H2SO4 и Ni(OH)2 будут равны, потому что их стехеометрическое соотношение 1:1.

n(Co(OH)2) = 0,03558моль

Найдем массу Ni(OH)2

m = M•n

m (Ni(OH)2)=93 0,03558=3,30894г

Теперь найдем необходимое количество щелочи по уравнению реакции, так как стехеометрическое соотношение NiSO4 и NaOH 1:2по уравнению реакции получаем

n (NaOH)=0,07116 моль

Найдем масу NaOH

m (NaOH)= 0,07116 46=3,27336г

Теперь найдем массу раствора NaOH, зная что массовая доля будет равна 15%:

mр=m/щ

mp(NaOH)=3,27336/0,15=21,8225г

Найдем объем NaOH:

V=mр

V(NaOH)=8,1834/1,1=19,8386л

Методика

Получение гидроксида кобальта(II)

Реактивы. CoSO4•7H2SO4, 15% раствор NaOH.

Гидроксид кобальта Co(OH)2 - аморфный розово-красный порошок. При окислении получается темно-бурый порошок гидроксида кобальта (III) Co(OH)3. Гидроксид кобальта (II) нерастворим в воде, растворяется в кислотах и щелочах.

Ход работы. 10г CoSO4 ·7H2SO4 растворяют при нагревании в 25 мл воды. Рассчитывают по уравнению реакции требующееся количество 15 раствора едкой щелочи. При осаждении берут избыток щелочи. Щелочь приливают к раствору соли кобальта. Образуется сначала основная соль (сине-фиолетового цвета), которая при нагревании переходит в розово-красный осадок.

Осадок Co(OH)2 отстаивают, промывают декантацией, отстаивают. Затем

Co(OH)2 промывают водой до нейтральной реакции, одновременно отмывая от иона SO42- и суша при 100?C в сушильном шкафу.

Получение гидроксида никеля(II)

Реактивы. NiSO4 •7H2SO4, 15% раствор NaOH.

Ход работы. 10г NiSO4 •7H2SO4 в воде, осаждают раствором щелочи

(щелочь берут больше рассчитанного количества). Осаждение ведут при умеренном нагревании. Образующийся осадок Ni(OH)2 отмывают от остатков щелочи и аниона соли никеля декантацией горячей водой, затем несколько раз

1% раствором аммиака и опять горячей водой. Затем осадок отстаивают и сушат при 100?C.

Наблюдения

Получение гидроксида кобальта(II)

Растворяем CoSO4•7H2SO4 в воде в течение длительного времени. Наблюдаем образование темно красного раствора. Осаждаем полученный раствором избытком щелочи. Образуется сначала сине-фиолетовое окрашивание, которое проявляется несколько раз после перемешивания, при нагревании фиолетовое окрашивании переходит в розово-красный осадок.

Осадок Co(OH)2 отстаиваем, промываем декантацией, отстаиваем. Затем Co(OH)2 промываем водой до нейтральной реакции. После сушим в сушильном шкафу. Полученный Co(OH)2 взвешиваем. После высушивания и проведения качественных реакций делаю выводы о том, что Co(OH)2 окислился на воздухе, а также происходит старение гидроксид кобальта(II), именно этим можно объяснить несоответствующие измение окраски при проведении различных реакций(с растворами кислот).

Получение гидроксида никеля(II)

Растворяем NiSO4•7H2SO4 в воде, наблюдаем образование зеленого раствора. Затем осаждаем полученный раствор щелочью. Образующийся осадок Ni(OH)2 отмываем от остатков щелочи, затем фильтруем и отстаиваем и сушим в сушильном шкафу. Полученный Ni(OH)2 взвешиваем.

Проведем качественные реакции на гидроксид кобальта(II) и гидроксид никеля(II).

Качественные реакции на гидроксид кобальта (II)

Нальем в пробирку Co(OH)2 и разбавленной HCL - наблюдаем образование фиолетового раствора (со свежеосажденным Co(OH)2 мы наблюдаем светло-голубое окрашивание. Добавим к Co(OH)2 разбавленной H2SO4 - наблюдаем образование розово-бурого раствора(со свежеосажденным Co(OH)2 наблюдаем розовое окрашивание). Добавим к Co(OH)2 концентрированный раствор NH4OH - наблюдаем образование желтого осадка. Нальем в пробирку Co(OH)2 и подогреем - наблюдаем образование черного осадка. Нальем в пробирку Co(OH)2 и AL(OH)3 подогреем - наблюдение ярко синее окрашивание. Нальем в пробирку бромной воды, затем раствор и добавим Co(OH)2, наблюдаем образование зелено-коричневого осадка.

Co(OH)2+ HCL=CoCL(OH) + H2O

Co(OH)2+ H2SO4= CoSO4 + H2O

Co(OH)2 +6 NH4OH= [Co(NH3)6](OH)2 +6 H2O

Co(OH)2= CoO + H2O

Co(OH)2 + 2AL(OH)3= (CoAL2)O4 + 4H2O

2Co(OH)2 + Br2 + 2NaOH= 2CoO(OH) + 2H2O + 2NaBr

Качественные реакции на гидроксид никеля(II)

Нальем в пробирку Ni(OH)2 и разбавленной HCL - наблюдаем образование зеленого раствора. Добавим к Ni(OH)2 разбавленной H2SO4 - наблюдаем образование зеленого раствора. Добавим к Ni(OH)2 концентрированный раствор NH4OH - наблюдаем образование светло-голубого осадка. Нальем в пробирку Ni(OH)2 и подогреем - наблюдаем образование светло-серого осадка.

Таким образом делаем вывод, о том что гидроксид кобальта(II) и гидроксид никеля(II) проявляют слабые амфотерные свойства, реагируют с кислотами, концентрированным раствором аммиака и разлагаются при нагревании с образованием оксидов.

Ni(OH)2 + HCL = NiCL2 + 2H2O

Ni(OH)2 + H2SO4 = NiSO4 + 2H2O

Ni(OH)2 + 6 NH4OH= [Ni(NH3)6]CL2 + 6 H2O

Ni(OH)2 +t= NiO + H2O

Рассчитаем выход продуктов гидроксида кобальта(II) и гидроксида никеля(II).

з=mпракт/mтеорит

mтеорит (Co(OH)2) = 3,30894г

mтеорит (Ni(OH)2) = 3,30894г

mпракт (Ni(OH)2) = 2,86г

mпракт (Co(OH)2) = 5,04г

з (Ni(OH)2) = 2,86г / 3,30894г•100% = 86,4%

з(Co(OH)2) = 5,04г / 3,30894г•100% = 152,9%

Причины потери гидроксид никеля (II) можно объяснить тем, что нет достаточных навыков неорганического синтеза различных веществ, также причинами недостатка может служить потери при переносе(вещества представляют собой порошки и мы могли их просыпать, при фильтровании(не до конца отфильтровали вещество, при высушивании и фильтр может при высушивании поменять свою массу.

Причины избытка гидроксида кобальта (II) оъясняются тем, что вещество Co(OH)2 впитало в себя сульфат натрия, мы не до конца избавились от аниона SO4 2- именно поэтому вещество получилось в избытке.

Заключение

Рассмотрев соединения кобальта и никеля в своей работе, я пришла к выводу, что они имеют больше сходства, чем различия. Это объясняется тем, что кобальт и никель являются горизонтальными аналогами, имеют схожие физические свойства (температуру плавления и кипения) и проявляют подобные химические свойства(реагируют с разбавленными кислотами, кислородом, галогенами, халькогенами, аммиаком, монооксидом углерода. В своей практической части я получила гидроксиды кобальта(II) и никеля(II), осаждением кристаллогидратов кобальта и никеля раствором щелочи, правила на них качественные реакции и изучила их свойства.

Список использованной литературы

1. Я.А. Угай «Общая и неорганическая химия». «Высшая школа», Москва, 2004.

2. Г. Реми «Курс неорганической химии». «Мир», Москва, 1974, с. 288.

3. Н.Л. Глинка «Общая химия». «Интеграл-Пресс», Москва, 2000, с. 785.

4. Р.А. Лидин «Химические свойства неорганических веществ». «Химия», Москва, 1996, с. 435.

5. Ю.Д. Третьяков «Неорганическая химия». ACADEMIA, Москва, 2004, с. 367.

6. http://chemistry.narod.ru/himiya/uch_chem_neorgan18.html

7. http://www.metotech.ru/kobalt-opisanie.htm

8. http://www.chem100.ru/elem.php?n=27

9. http://www.xumuk.ru/nekrasov/xiv-01.html

Размещено на Allbest.ru