铁、钴、镍都能形成+Ⅱ和+Ⅲ氧化态的氧化物。
FeO CoO NiO
黑色 灰绿色 暗绿色
Fe2O3 Co2O3 Ni2O3
砖红色 黑色 黑色
FeO、CoO和NiO可由铁(Ⅱ)、钴(Ⅱ)和镍(Ⅱ)的草酸盐在隔绝空气的条件下加热制得。例如:
FeC2O4=FeO+CO+CO2
CoC2O4=CoO+CO+CO2
它们都能溶于酸性溶液中,但一般不溶于水或碱性溶液中,说明它们属于碱性氧化物。
实验室中,常将Fe(OH)3加热脱水而制备较纯的Fe2O3。在空气中加热分解钴或镍的草酸盐、碳酸盐或硝酸盐,则生成Co2O3和Ni2O3,因为在673K左右,空气中的氧能使钴(Ⅱ)和镍(Ⅱ)氧化为钴(Ⅲ)和镍(Ⅲ)。例如:
4NiCO3+O2=(△)2NiO3+4CO2
FeO3、Co2O3和Ni2O3都是具有较强氧化性的氧化物,它们按Fe-Co-Ni顺序氧化能力增强和稳定性降低。
铁除了上述的FeO和Fe2O3外,还能形成Fe3O4,又称磁性氧化铁。在Fe3O4中的Fe具有不同的氧化态,过去曾认为它是FeO和Fe2O3的混合物。但经X射线研究证明,Fe3O4是一种反式尖晶石结构,可写成FeⅢ[(FeⅡFeⅢ)O4]。
在铁(Ⅱ)、钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)的盐溶液中加入碱,均能得到相应的氢氧化物。
M2++2OH-=M(OH)2↓ (M2+=Fe2+、Co2+、Ni2+)
Fe(OH)2易被空气中的氧所氧化,往往得不到白色的Fe(OH)2,而是变成灰绿色,最后成为棕红色的Fe(OH)3。
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
这可由它们的标谁电极电势看出。
Fe(OH)3+e- ⇋Fe(OH)2+OH- E°=-0.56V
O2+2H2O+4e- ⇋4OH- E°=0.401V
碱作用于铁(Ⅲ)盐溶液,也可析出Fe(OH)3。Co(OH)2在空气中也能慢慢地被氧化成棕色的Co(OH)3,若用氧化剂可使反应迅速进行。至于Ni(OH)2,它不能与空气中的氧作用,它只能被强氧化剂如NaOCl、Br2等氧化。
2Co(OH)2+NaOCl+H2O=2Co(OH)3↓+NaCl
棕色
2Ni(OH)2+NaOCl+H2O=2Ni(OH)3↓+NaCl
黑色
2Co(OH)2+Br2+2NaOH=2Co(OH)3↓+2NaBr
2Ni(OH)2+Br2+2NaOH=2Ni(OH)3↓+2NaBr
在这些氢氧化物中,Fe(OH)3略有两性,但碱性强于酸性,只有新沉淀出来的Fe(OH)3能溶于浓的强碱溶液中。如热的浓氢氧化钾溶液可溶解Fe(OH)3而生成铁(Ⅲ)酸钾(KFeO2或K3[Fe(OH)6])。
Fe(OH)3+KOH=KFeO2+2H2O
Fe(OH)3溶于盐酸的情况和Co(OH)3、Ni(OH)3不同。如Fe(OH)3与盐酸反应,仅发生中和反应,而Co(OH)3和Ni(OH)3都是强氧化剂,它们与盐酸反应时,能将Cl-氧化成Cl2。
Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O
2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+6H2O
上述氢氧化物的性质可归纳如下: