Уравнение реакции кобальта с концентрированной серной кислотой

Химические свойства железа, кобальта, никеля

Реакции железа, кобальта и никеля с кислотами

Задача 1113.
Охарактеризовать отношение железа, кобальта и никеля к кислотам.
Решение:
а) железо с разбавленными кислотами – не окислителями реагирует с образованием солей Fe 2+ , например:

Концентрированные кислоты – окислители (серная, азотная) пассивируют железо в результате образования нерастворимой в них оксидной плёнки.

б) Кобальт медленно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей Co 2+ :

Концентрированная азотная кислота пассивирует кобальт. Концентрированная серная кислота реагирует с кобальтом по схеме:

в) С большинством минеральных кислот никель реагирует медленно, активно реагирует с разбавленной азотной кислотой, концентрированная азотная кислота пассивирует никель.

Реакции гидроксидов железа (III), кобальта (III) и никеля (III) с кислотами

Задача 1114.
Написать уравнения реакций взаимодействия гидроксидов железа (III), кобальта (III) и никеля (III) с соляной и серной кислотами.
Решение:
Комплексные соединения железа, кобальта, никеля

All Metals

Металлы и Металлургия

Алюминий

Ванадий

Вольфрам

Германий

Железо

Золото

Кобальт

Магний

Марганец

Медь

Молибден

Никель

Ниобий

Олово

Палладий

Платина

Плутоний

Свинец

Серебро

Тантал

Титан

Уран

Хром

Цинк

Цирконий

1. Металлургия России
2. О металлах
3. Кобальт
4. Химические свойства

Кобальт

Химические свойства

На воздухе компактный кобальт устойчив, при нагревании выше 300 °C покрывается оксидной пленкой (высокодисперсный кобальт пирофорен). С парами воды, содержащимися в воздухе, водой, растворами щелочей и карбоновых кислот кобальт не взаимодействует. Концентрированная азотная кислота пассивирует поверхность кобальта, как пассивирует она и поверхность железа.

В электрохимическом ряду напряжений металлов кобальт расположен между железом и никелем. Он взаимодействует почти со всеми другими элементами. Так, при нагревании кобальт легко соединяется с галогенами, образуя галогениды. При действии фтора на порошок кобальта или СоСl2 кобальт может восстановиться до 3-валентного и образовать коричневый фторид СоF3 . Также при нагревании кобальт взаимодействует с серой, селеном, фосфором, мышьяком, сурьмой, углеродом, кремнием и бором, причем проявляет валентность от +1 до +6. Сульфиды кобальта образуются в результате взаимодействия свежевосстановленного кобальтового порошка с Н₂S. При 400 °С образуется Со₃S₄, а при 700 °С — СоS. Сульфид образуется и при взаимодействии кобальта с сернистым ангидридом при 800 °С.

В разбавленных соляной и серной кислотах кобальт медленно растворяется с выделением водорода и образованием хлорида СоСl₂ или сульфата СоSO₄. Разбавленная азотная кислота растворяет кобальт с выделением оксидов азота и образованием нитрата Со(NO₃)₂. Концентрированная азотная кислота пассивирует кобальт. Все соли кобальта хорошо растворимы в воде. Едкие щелочи осаждают из водных растворов солей синий гидроксид Со(ОН)₂ .

Известно несколько оксидов кобальта. Оксид кобальта(II) СоО обладает основными свойствами. Он существует в двух полиморфных модификациях: a -форма (кубическая решетка), устойчивая при температурах от комнатной до 985°C, и существующая при высоких температурах b -форма (также кубическая решетка). СоО можно получить или нагреванием в инертной атмосфере гидроксоркарбоната кобальта Со(ОН)₂СоСО₃, или осторожным восстановлением Со₃О₄.

Если нитрат кобальта Со(NO₃)₂, его гидроксид Со(ОН)₂ или гидроксокарбонат прокалить на воздухе при температуре около 700°C, то образуется оксид кобальта Со₃О₄ (CoO·Co₂O₃). Этот оксид по химическому поведению похож на Fe₃О₄. Оба эти оксида сравнительно легко восстанавливаются водородом до свободных металлов:

При прокаливании Со(NO₃)₂, Со(ОН)₂ и т. д. при 300°C возникает еще один оксид кобальта — Со₂О₃. При приливании раствора щелочи к раствору соли кобальта(II) выпадает осадок Со(ОН)₂, который легко окисляется. Так, при нагревании на воздухе при температуре немногим выше 100°C Со(ОН)₂ превращается в СоООН.

Если на водные растворы солей двухвалентного кобальта действовать щелочью в присутствии сильных окислителей, то образуется Со(ОН)₃.

При нагревании кобальт реагирует со фтором с образованием трифторида СоF₃. Если на СоО или СоСО₃ действовать газообразным HF, то образуется еще один фторид кобальта СоF₂. При нагревании кобальт взаимодействует с хлором и бромом с образованием, соответственно, дихлорида СоСl₂ и дибромида СоBr₂. За счет реакции металлического кобальта с газообразным НI при температурах 400-500°C можно получить дииодид кобальта СоI₂.

Сплавлением порошков кобальта и серы можно приготовить серебристо-серый сульфид кобальта СоS (b-модификация). Если же через раствор соли кобальта(II) пропускать ток сероводорода H₂S, то выпадает черный осадок сульфида кобальта СоS (a-модификация):

Известны растворимые в воде соли кобальта — сульфат СоSO₄, хлорид СоСl₂, нитрат Со(NO₃)₂ и другие. Интересно, что разбавленные водные растворы этих солей имеют бледно-розовую окраску. Если же перечисленные соли (в виде соответствующих кристаллогидратов) растворить в спирте или ацетоне, то возникают темно-синие растворы. При добавлении воды к этим растворам их окраска мгновенно переходит в бледно-розовую.

К нерастворимым соединениям кобальта относятся фосфат Со₃(PO₄)₂, силикат Со₂SiO₄ и многие другие. Для кобальта, как и для никеля, характерно образование комплексных соединений. Так, в качестве лигандов при образовании комплексов с кобальтом часто выступают молекулы аммиака NH₃. При действии аммиака на растворы солей кобальта(II) возникают амминные комплексы кобальта красного или розового цвета, содержащие катионы состава [Co(NH₃)_6-n(H₂O)_n] 2+ . Эти комплексы довольно неустойчивы и легко разлагаются даже водой.

Значительно стабильнее амминные комплексы трехвалентного кобальта, которые можно получить действием аммиака на растворы солей кобальта в присутствии окислителей. Так, известны гексамминные комплексы с катионом [Co(NH₃)₆] 3+ (эти комплексы желтого или коричневого цвета получили название лутеосолей), аквапентамминные комплексы красного или розового цвета с катионом [Co(NH₃)₅H₂O] 3+ (так называемые розеосоли) и др. В ряде случаев лиганды вокруг атома кобальта могут иметь различное пространственное расположение, и тогда существуют цис- и транс-изомеры соответствующих комплексов. В качестве лигандов в комплексах кобальта могут выступать также анионы CN — , NO₂ — и другие.

При взаимодействии смеси водорода и СО с гидроксокарбонатом кобальта при повышенном давлении, а также взаимодействием под давлением СО и порошка металлического кобальта получают биядерный октакарбонил дикобальта состава Со₂(СО)₈. При его осторожном нагревании образуется карбонил Со₄(СО)₁₂. Карбонил Со₂(СО)₈ используют для получения высокодисперсного кобальта, применяемого для нанесения кобальтовых покрытий на различные материалы.

Сульфат кобальта II

Сульфат кобальта II
Систематическое название	Сульфат кобальта II
Другие названия	Кобальтовый купорос, красный купорос
Химическая формула	CoSO4
Внешний вид	Кристаллическое вещество от розового (безводный) до красного (гептагидрат) цвета
Молярная масса	безводный: 155,00 г/моль моногидрат: 173,01 г/моль гексагидрат: 263,09 г/моль гептагидрат: 281,10 г/моль
Температура разложения	600—700 °C
Фазовые переходы	440 °C (ромб. → монокл.)
Плотность	безводный: 3,71 г/см 3 моногидрат: 3,075 г/см 3 гексагидрат: 2,029 г/см 3 гептагидрат: 1,948 г/см³
Растворимость в воде	36,3 г/100 мл
LD 50	582 мг/кг (гептагидрат)
Кристаллическая решётка	ромбическая (безводный) моноклинная (гидраты)
Стандартная энтальпия образования	безводный: −889 кДж/моль гептагидрат: −2980 кДж/моль
Энтальпия растворения	безводный: −77 кДж/моль гептагидрат: +2014 кДж/моль
Стандартная молярная энтропия	безводный: +118 Дж/(К·моль) гептагидрат: +406 Дж/(К·моль)
Стандартная энергия образования Гиббса	безводный: −784 кДж/моль гептагидрат: −2473 кДж/моль
Регистрационный номер CAS	безводный: 10124-43-3 моногидрат: 13455-64-0 гептагидрат: 10026-24-1
ГОСТ	ГОСТ 4462-78
Регистрационный номер EC	233-334-2
PubChem	24965
H-фразы	H302; H317; H334; H410; H350i
P-фразы	P201; P261; P273; P280; P308 + P313; P501
Символы опасности
Символы опасности СГС
Где это не указано, данные приведены при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа).

Сульфат кобальта II — неорганическое вещество с формулой CoSO₄, является солью двухвалентного кобальта и серной кислоты. Безводный сульфат кобальта II представляет собой кристаллическое вещество розового цвета. Гептагидрат сульфата кобальта II CoSO₄·7H₂O имеет вид красных кристаллов и известен под названием «кобальтовый (красный) купорос». Встречается в природе в виде ряда минералов, применяется в качестве пигмента и при покрытии других металлов кобальтом.

Содержание

• 1 Нахождение в природе
• 2 Физические свойства
  • 2.1 Кристаллогидраты
• 3 Химические свойства
  • 3.1 Разложение
  • 3.2 Гидролиз
  • 3.3 Обменные реакции в растворе
  • 3.4 Образование комплексных соединений
  • 3.5 Образование соединений кобальта(III)
  • 3.6 Электролиз
• 4 Получение
• 5 Применение
• 6 Токсичность

Нахождение в природе

Сульфат кобальта II встречается в природе в виде минералов аплоуита, мурхаусита и биберита. Основные свойства этих минералов представлены в таблице.

Физические свойства

Безводный сульфат кобальта II — кристаллическое вещество розового цвета. Очень гигроскопичен. Хорошо (но медленно) растворяется в воде (36,3 г/100 г H₂O при 20 °C и 49,3 г/100 г H₂O при 80 °C). Плохо растворяется в этаноле (0,17 г/л при 25 °C), концентрированной серной кислоте, несколько лучше — в метаноле (4,2 г/л при 25 °C) и глицерине.

Безводный сульфат кобальта (II) существует в двух кристаллических модификациях:

• α-CoSO₄ розового цвета, имеет ромбическую сингонию кристаллической решётки (пространственная группа Pnma, a = 0,671 нм, b = 0,845 нм, с = 0,465 нм, Z = 4).
• β-CoSO₄ сиреневого цвета, имеет моноклинную сингонию кристаллической решётки.

Температура фазового перехода α→β 440 °C. Стандартная энтальпия фазового перехода α→β 6,7 кДж/моль. Моноклинная модификация является устойчивой при высоких давлениях.

При температуре 600—700 °C сульфат кобальта (II) разлагается (см. раздел Химические свойства).

Кристаллогидраты

При осаждении из растворов и при поглощении влаги сульфат кобальта II образует ряд кристаллогидратов.

• Гептагидрат CoSO₄ ⋅ 7H₂O — красные кристаллы с моноклинной сингонией (пространственная группа P2₁, а = 1,545 нм, b = 1,308 нм, с = 2,004 нм, β = 104,67°, Z = 16). Известны также две метастабильные модификации гептагидрата — с ромбической и моноклинной сингониями.
• Гексагидрат CoSO₄ ⋅ 6H₂O — оранжево-красные кристаллы с моноклинной сингонией.
• Моногидрат CoSO₄ ⋅ H₂O — розовые кристаллы с моноклинной сингонией.

Кроме того, известны метастабильные гидраты с 4 и 2 молекулами воды.

Химические свойства

Разложение

При дальнейшем нагревании безводный сульфат кобальта II разлагается до двойного оксида с выделением диоксида серы и кислорода:

Гидролиз

При растворении в воде сульфат кобальта II диссоциирует, при этом происходит гидратация катиона:

Катион гексааквакобальта II обратимо гидролизуется, давая кислую среду:

Обменные реакции в растворе

• В водных растворах сульфат кобальта II вступает в реакции с щелочами:

с концентрированной (более 10 %) щёлочью образуется фиолетово-синий осадок гидроксида кобальта II: CoSO₄ + 2NaOH ⟶ Na₂SO₄ + Co(OH)₂↓ с разбавленной щёлочью образуются осадки осно́вных сульфатов кобальта II различного состава, в частности: Co₄SO₄(OH)₆ ⋅ 4H₂O голубого цвета; Co₂SO₄(OH)₂ ⋅ 2H₂O синего цвета; Co₅(SO₄)₂(OH)₆ ⋅ 5H₂O фиолетового цвета.

• При взаимодействии концентрированного раствора сульфата кобальта II с насыщенными растворами сульфатов ряда щелочных металлов или аммония образуется осадок двойных солей (шёнитов):

CoSO₄ + M₂SO₄ + 6H₂O ⟶ M₂Co(SO₄)₂ ⋅ 6H₂O↓ , (M = K, Rb, Cs, NH₄)

• При взаимодействии раствора сульфата кобальта (II) с растворами ортофосфатов или арсенатов щелочных металлов выпадает осадок соответствующих солей кобальта II:

3CoSO₄ + 2Na₃EO₄ + 8H₂O ⟶ Co₃(EO₄)₂ ⋅ 8H₂O↓ + 3Na₂SO₄ , (E = P, As)

• Кроме того, сульфат кобальта II вступает во все обменные реакции, характерные для растворимых солей кобальта (II) и растворимых сульфатов, например:

образует осадок сульфида кобальта II при взаимодействии с гидросульфидом аммония 2 CoSO₄ + 2NH₄HS ⟶ 2CoS↓ + (NH₄)₂SO₄ + H₂SO₄ образует осадок сульфата бария при взаимодействии с нитратом бария CoSO₄ + Ba(NO₃)₂ ⟶ Co(NO₃)₂ + BaSO₄↓

Образование комплексных соединений

• При взаимодействии сульфата кобальта II с концентрированным гидратом аммиака образуется жёлтый осадок сульфата гексаамминкобальта II:

CoSO₄ + 6(NH₃ ⋅ H₂O) ⟶ [Co(NH₃)₆]SO₄↓ + 6H₂O

• В сернокислых растворах сульфат кобальта II образует комплексные анионы, в частности анион дисульфатокобальтата(II):

CoSO₄ + SO₄ 2− ⇄ [Co(SO₄)₂] 2−

Образование соединений кобальта(III)

Сульфат кобальта II окисляется до соединений кобальта III при действии сильных окислителей.

• При озонировании раствора сульфата кобальта II в серной кислоте образуется раствор сульфата кобальта(III):

2 CoSO₄ + O₃ + H₂SO₄ ⟶ Co2(SO₄)₃ + O₂↑ + H₂O

• При фторировании раствора сульфата кобальта II в 4N серной кислоте при 0 °C выпадает осадок 18-гидрата сульфата кобальта(III):

2 CoSO₄ + H₂SO₄ + 18H₂O + F₂ ⟶ Co₂(SO₄)₃ ⋅ 18H₂O↓ + 2HF

Электролиз

При электролизе водного раствора сульфата кобальта II на катоде выделяется металлический кобальт, на аноде выделяется кислород:

Co 2+ + 2e − ⟶ Co↓ 2H₂O − 4e − ⟶ O₂↑ + 4H +

Данный процесс используется для гальванического покрытия других металлов кобальтом.

Получение

Сульфат кобальта II может быть получен следующими способами.

• взаимодействием оксида или гидроксида кобальта II с разбавленной серной кислотой:

CoO + H₂SO₄ ⟶ CoSO₄ + H₂O Co(OH)₂ + H₂SO₄ ⟶ CoSO₄ + 2H₂O

• взаимодействием сульфида кобальта II с горячей концентрированной азотной кислотой:

CoS + 8HNO₃ ⟶ CoSO₄ + 8NO₂↑ + 4H₂O

• взаимодействием дисульфида(2−) кобальта II (минерал каттьеит) с кипящей концентрированной серной или азотной кислотой:

Co(S₂) + 6H₂SO₄ ⟶ CoSO₄ + 7SO₂↑ + 6H₂O Co(S₂) + 14HNO₃ ⟶ CoSO₄ + 14NO₂↑ + 6H₂O + H2SO₄

Применение

Сульфат кобальта II используется в качестве сырья для получения других соединений кобальта, как компонент электролитов при гальваническом покрытии других металлов кобальтом, в качестве пигмента для окрашивания стекла и керамики.

Токсичность

Сульфат кобальта II является умеренно-токсичным веществом: LD₅₀ для крыс перорально составляет 582 мг/кг (для гептагидрата).

При вдыхании может вызывать затруднение дыхания, астму; может вызывать рак. При контакте с кожей может вызывать аллергическую реакцию. При попадании внутрь организма может оказывать мутагенный эффект, влиять на репродуктивную функцию.

Основные симптомы отравления сульфатом кобальта II включают в себя диарею, потерю аппетита, падение температуры тела и артериального давления. Основные поражаемые органы — почки, сердце и поджелудочная железа.

Сульфат кобальта II способен вызывать долговременные неблагоприятные изменения в водной среде: LC₅₀ для дафний составляет 6 мг/л в течение 48 часов; IC₅₀ для Pseudokirchneriella subcapitata составляет 0,4 мг/л в течение 72 часов (данные приведены для безводного соединения).