氧化态为+Ⅱ的铁、钴、镍的盐,在性质上有许多相似之处。它们与强酸形成的盐,如硝酸盐、硫酸盐、氯化物和高氯酸盐等都易溶于水,并且在水中有微弱的水解使溶液显酸性。它们的酸盐、磷酸盐、硫化物等弱酸盐都难溶于水。
它们的可溶性盐类从溶液中析出时,常带有相同数目的结晶水。例如,它们的硫酸盐都含7个结晶水为MⅡSO4·7H2O(M=Fe、Co、Ni)。又如硝酸盐常含6个结晶水为MⅡ(NO3)2·6H2O。
这些元素的+Ⅱ水合离子都显一定的颜色,这和它们的M2+离子具有不成对的d电子有关。如[Fe(H2O)6]2+为浅绿色,[Co(H2O)6]2+为粉红色,[Ni(H2O)6]2+为亮绿色。当从溶液中析出结晶时,这些水分子成结晶水共同析出,所以它们的盐也有颜色。但无水盐却有不同的颜色如Fe2+为白色,Co2+为蓝色,Ni2+为黄色。
铁、钴、镍的硫酸盐都能与碱金属或铵的酸盐形成复盐。如硫酸亚铁铵(NH4)2 SO4·FeSO4·6H2O,俗称摩尔盐。
常见的氧化态为+Ⅱ的盐有硫酸亚铁、氯化钴(Ⅱ)和硫酸镍(Ⅱ)等,下面分别作简单介绍。
硫酸亚铁:它是比较重要的亚铁盐。将铁屑与硫酸反应,然后将溶液浓缩,冷却后就有绿色的FeSO4·7H2O晶体析出,俗称绿矾。工业上绿矾往往是一种副产品,如在用硫酸法分解钛铁矿制取TiO2生产中,以及用硫酸清洗钢铁表面所得的废液中都可以得到副产品FeSO4·7H2O。
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
FeSO4·7H2O加热失水可得无水的FeSO4(白色),强热则分解成Fe2O3和硫的氧化物。
2FeSO4=(△)Fe2O3+SO2+SO3
绿矾在空气中可逐浙风化而失去一部分水,并且表面容易氧化为黄褐色碱式硫酸铁(Ⅲ)Fe(OH)SO4。
4FeSO4+2H2O+O2=4Fe(OH)SO4
因此,亚铁盐在空气中不稳定,易被氧化成铁(Ⅲ)盐。在酸性介质中,Fe2+较稳定,而在碱性介质中立即被氧化。因而在保存Fe2+盐溶液时,应加入足够浓度的酸,必要时应加入几颗铁钉来防止氧化。但是,即使在酸性溶液中,有强氧化剂如KMnO4、K2Cr2O7、Cl2等存在时,Fe2+也会被氧化成Fe3+。
6FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O
10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4=5Fe2(SO4)3+2MnSO4+K2SO4+8H2O
2FeCl2+Cl2=2FeCl3
因此,亚铁盐在分析化学中是常用的还原剂,但通常使用的是它的复盐硫酸亚铁铵,它比録矾稳定得多。
硫酸亚铁与鞣酸反应可生成易溶的鞣酸亚铁,由于它在空气中易被氧化成黑色的鞣酸铁,所以可用来制蓝黑墨水。此外,绿矾可用于染色和木材防腐方面,在农业上还可作杀虫剂,用硫酸亚铁浸泡种子,对防治大麦,元麦的黑穗病和条纹病效果较好。
硫酸镍:可利用金属镍与硫酸和硝酸的反应制得。
2Ni+2HNO3+2H2SO4=2NiSO4+NO2+NO+3H2O
也可将氧化镍(Ⅱ)或碳酸镍(Ⅱ)溶于稀H2SO4中制取硫酸镍(Ⅱ)。NiSO4·7H2O是绿色结晶,大量用于电镀和催化剂。同样,钴的氧化物或碳酸盐溶于稀疏酸中,也可得到CoSO4·7H2O,它是红色结晶。前已指出,硫酸钴(Ⅱ)、硫酸镍(Ⅱ)都可以和碱金属或铵的硫酸盐形成复盐,如(NH4)2SO4·NiSO4·6H2O。
二氯化钴和二氯化镍:铁(Ⅱ)、钴(Ⅱ)、镍(Ⅱ)的卤化物中比较重要的是钴和镍的二氯化物。
钴或镍与氯直接反应可得二氯化钴和二氯化镍。二氯化钴由干盐中结晶水数目不同而呈现不同颜色,它们的相互转变温度和特征颜色如下:
无水二氯化钴溶于冷水呈粉红色。做干燥剂用的硅胶常含有CoCl2,利用它在吸水和脱水而发生的颜色变化,来表示硅胶的吸湿情况。当干燥硅胶吸水后,逐渐由蓝色变为粉红色。再生时,可在烘箱中受热,又失水由粉红色变为蓝色,可重复使用。
二氯化镍与二氯化钴同晶,在1266K时升华,它的水合物和转变温度为:
这些水合物都是绿色晶体,无水盐为黄褐色。NiCl2在乙醚或丙酮中的溶解度比CoCl2小得多,利用这一性质可分离钴和镍。