高考--常考元素--铁、钴、镍.docVIP

PAGE PAGE 1 高考--常考元素--铁钴镍 铁钴镍 14.3.1 铁系元素概述 铁在地壳中的含量为?5%，居第四位，次于铝。在常用金属中，铁算得上最丰富、最重要和最廉价的了。铁矿有赤铁矿Fe2O3 、磁铁矿Fe3O4、褐铁矿Fe2O3·3H2O、菱铁矿FeCO3、黄铁矿FeS2、钛铁矿FeTiO3和铬铁矿Fe(CrO2)2等，我国东北的鞍山、本溪、华北的包头、宣化、华中的大冶等地都有较好的铁矿。 钴相对地说是一种不常见的金属，地壳中的含量为0.0023%，但它分布很广，它通常和硫或砷结合，如辉钴矿CoAsS。它还存在于维生素B12(一种钴(Ⅲ)的配合物)中。 镍比钴更丰富地存在于自然界，地壳中的含量为0.018%，它主要与砷、锑和硫结合为针镍矿、镍黄铁矿等，在陨石中含有铁镍合金。 铁、钴、镍主要用于制造合金。铁有生铁、熟铁之分，生铁含碳在1.7﹪?4.5﹪之间，熟铁含碳在0.1﹪以下，而钢的含碳量介于二者之间。如果在加入Cr、Ni、Mn、Ti等制成合金钢、不锈钢，可大大改善普通钢的性质。 铁Fe、钴Co、镍Ni位于周期表第四周期、第Ⅷ族，其物理性质和化学性质都比较相似，合称铁系元素。 铁系元素单质都是具有金属光泽的白色金属，铁、钴略带灰色，镍为银白色。依Fe、Co、Ni顺序，原子半径略有减小，密度增大。它们的密度都比较大，熔点也比较高，熔点随原子序数的增加而降低，Fe、Co、Ni分别为1535℃、1495℃、1453℃。这可能是因为3d轨道中成单电子数按Fe、Co、Ni的顺序依次减少(4、3、2)，金属键依次减弱的缘故。钴比较硬而脆，铁和镍却有很好的延展性。它们都表现有铁磁性，其合金是很好的磁性材料。 由于第一过渡系列元素原子的电子填充过渡到第Ⅷ族时，3d电子已经超过5个，所以它们的价电子全部参加成键的可能性减少，因而铁系元素已经不再呈现出与族数相当的最高氧化态。铁的常见氧化态是+2和+3，与强氧化剂作用，铁可以生成不稳定的+6氧化态的高铁酸盐；钴和镍的常见氧化态都是+2，与强氧化剂作用，钴可以生成不稳定的+3氧化态，而镍的+3氧化态更少见。　 　　（1）在酸性溶液中，Fe2+、Co2+和Ni2+离子分别是铁、钴、镍的最稳定状态。空气中的氧能把酸性溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，但是不能氧化Co2+和Ni2+成为Co3+和Ni3+。高氧化态的铁(Ⅵ)、钴(Ⅲ)、镍(Ⅳ)在酸性溶液中都是很强的氧化剂。 　　（2）在碱性介质中，铁的最稳定氧化态是+3、而钴和镍的最稳定氧化态仍是+2；在碱性介质中把低氧化态的铁、钴、镍氧化为高氧化态比在酸性介质中容易。低氧化态氢氧化物的还原性按Fe(OH)2、Co(OH)2、Ni(OH)2 的顺序依次降低。例如：向Fe2+的溶液中加入碱，能生成白色的Fe(OH)2沉淀，但空气中的氧立即把Fe(OH)2氧化成红棕色的Fe(OH)3沉淀；在同样条件下生成的粉红色的Co(OH)2则比较稳定，但在空气中放置，也能缓慢地被空气中的氧氧化成棕褐色的Co(OH)3；而在同样条件下生成的绿色的Ni(OH)2最稳定，根本不能被空气中的氧所氧化。 　　由此可见，Fe(OH)2的还原性最强，也最不稳定，Ni(OH)2的还原性最差，也最稳定。这是由它们在碱性介质中的标准电极电势的大小决定的。 　　（3）铁系元素易溶于稀酸中，只有钴在稀酸中溶解得很慢。它们遇到浓硝酸都呈“钝态”。铁能被热的浓碱液侵蚀，而钴和镍在碱溶液中的稳定性比铁高。 　　（4）在没有水汽存在时，一般温度下，铁系元素与氧、硫、氯、磷等非金属几乎不起作用，但在高温下却发生猛烈反应。 在过渡元素中，铁的生物作用最重要，植物缺铁会得萎黄病，人体缺铁会患贫血症。一个成年人平均含铁量在4g以上，但每天只需吸收约1mg铁就足以补充和维持人体内铁的平衡。人体中的铁约3 ∕ 4在血红素（血红蛋白）中，它是体内运载氧的工具，如以Hem代表血红素，则动物体内吸氧和供氧过程可用下列平衡表示： Hem＋O2 HemO2 所谓煤气中毒，就是CO取代了O2的位置，造成缺氧症状。 钴的生物作用一直到1948年才认识到。长期以来，人们知道食用生肝可治疗人的贫血，后来从数以吨计的肝里分离出其中的抗贫血因子，并将它称为维生素B12。维生素B12是一种含钴的配合物，能抗恶性贫血。 1974年证实了镍是动物和人必需的微量元素。镍与体内许多酶的活性有关，缺镍可使淀粉酶与肝中脱氢酶的活性降低，适量的镍对发挥正常生理功能是必需而且是有益的。但人体中镍含量超标时，它又是一种致癌性很强的元素。 一、Fe3+具有氧化性，可与I－、S2－（H2S）、SO32-（SO2、H2SO3）等中学化学常见的还原性微粒反应。Fe2+主要表现还原性，可与HNO3、KMnO4、Cl2等常见的氧化性微粒