探究實(shí)驗(yàn)兩則

文章編號(hào)：1005－6629(2007)08－0010－02中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

探究實(shí)驗(yàn)1

不少資料認(rèn)為，向鐵鹽(Fe³⁺)溶液中加入過量的鎂片，反應(yīng)完成后變?yōu)闊o色的MgCl₂溶液。其理由是：Fe³⁺與鎂片先后發(fā)生兩步反應(yīng)：

一步： 2Fe³⁺+MgMg²⁺+2Fe²⁺

二步： Fe²⁺+MgFe+Mg²⁺

事實(shí)上這種認(rèn)識(shí)是不完全的，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不是上述這么簡(jiǎn)單。

我們對(duì)此做了實(shí)驗(yàn)。操作過程中觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是這樣的：將表面擦得光亮的鎂片插入淡黃色FeCl3溶液中時(shí)，鎂片表面上立即產(chǎn)生大量氣泡，收集此氣體點(diǎn)燃時(shí)發(fā)出爆鳴聲（由此證明產(chǎn)生的氣體是氫氣）。隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，溶液顏色由淡黃逐漸變深，最后變?yōu)楹稚膽覞嵋骸ｆV片表面變黑，用蒸餾水反復(fù)沖洗鎂片，仍為黑色。將表面變黑的鎂片置于稀硫酸中，鎂片迅速溶解，將所得溶液分成兩等份，在一份中滴入幾滴濃硝酸，之后分別滴入KSCN溶液，只有滴入硝酸的那份溶液變紅。由此說明上述反應(yīng)過程中有鐵被還原出來。靜置反應(yīng)后得到懸濁液，將上層清液倒入一試管中，滴入幾滴濃硝酸，再滴入KSCN溶液時(shí)，無明顯現(xiàn)象；向褐色沉淀物中滴加稀硫酸，沉淀物溶解，所得溶液呈淡黃色，滴加KSCN溶液時(shí)，溶液變紅。由此說明褐色懸濁液是生成的Fe(OH)3所致。

我們認(rèn)為，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因是Fe³⁺的水解所致：

雖然Fe³⁺的氧化性比H+強(qiáng)，但由于Fe³⁺的水解程較大，產(chǎn)生的H+濃度也較大，而Mg的還原性較強(qiáng)，是此，F(xiàn)e³⁺、H+均可與之反應(yīng)，由于H+還原為H₂逸出，破壞了Fe³⁺的水解平衡，促進(jìn)了Fe³⁺不斷向水解的方向移動(dòng)，從而使溶液顏色逐漸變深，最后變?yōu)楹稚膽覞嵋骸Ｖ笊傻腇e²⁺又發(fā)生水解反應(yīng)，并建立水解平衡：

此時(shí)雖然Fe²⁺的氧化性比H+弱，但其濃度比H+大，此時(shí)Mg同時(shí)可與它們發(fā)生置換反應(yīng)，一方面不斷產(chǎn)生H₂，使Fe²⁺水解平衡不斷向水解的方向移動(dòng)：另一方面又有部分Fe²⁺被還原析出附著在鎂片上。上述過程可用五個(gè)化學(xué)方程式表示如下：

探究實(shí)驗(yàn)2

也有不少人認(rèn)為，向銅鹽(Cu²⁺)的溶液中加入過量鎂片（或鋅片），通過置換反應(yīng)，鎂片（或鋅片）表面上會(huì)析出光亮的銅；溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色。事實(shí)上該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象也并非如此。

我們做此探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，是將擦得光亮的鎂片插入藍(lán)色的CuSO₄溶液中，此時(shí)鎂片上產(chǎn)生了大量氣泡，同時(shí)有大量的黑色物質(zhì)聚集在鎂片上，有的脫落下來懸濁在試管底部；溶液由藍(lán)色透明逐漸變?yōu)椴煌该鞯乃{(lán)色懸濁液。當(dāng)反應(yīng)停止時(shí)（不再產(chǎn)生氣泡），靜置，上層溶液無色透明，下層沉淀物為藍(lán)色Cu(OH)₂ 與黑色的銅的混合物，鎂片上也附著著黑色的銅和藍(lán)色沉積物。取出鎂片，用蒸餾水沖洗表面附著物，可見少許紅色的單質(zhì)銅析出附著在鎂片上。

產(chǎn)生該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因是：Cu²⁺的水解所致。在Cu²⁺溶液的水解平衡體系中，雖然Cu²⁺的氧化性大于H⁺，但Cu²⁺的水解程度比較大，產(chǎn)生的H+濃度也比較大，還原性較強(qiáng)的Mg可同時(shí)與它們發(fā)生置換反應(yīng)。由于H+被還原為H2逸出，促進(jìn)了Cu²⁺的水解平衡不斷向水解的方向移動(dòng)，從而產(chǎn)生較多量的Cu(OH)₂析出，致使溶液變?yōu)樗{(lán)色的懸濁液。同時(shí)由于Cu²⁺還原為Cu的速率較快，且表面又有氣泡產(chǎn)生、析出的Cu未能在鎂片表面上形成晶體，故聚集成為黑色細(xì)小顆粒狀固體，并有部分脫落下來懸濁在液體中。該實(shí)驗(yàn)過程中的化學(xué)反應(yīng)可表示為：

由以上兩例說明了一個(gè)問題，化學(xué)反應(yīng)既存在著一般性規(guī)津，但又不能絕對(duì)化。如在例一中，三種陽離子(Fe3+、Fe2+、H+)的氧化性數(shù)Fe3+最強(qiáng)，但在還原性較強(qiáng)的鎂的存在下，H+的氧化性可充分地表現(xiàn)出來，并影響著反應(yīng)進(jìn)程的改變，致使溶液變成褐色的懸濁液。在例二中，按照一般置換反應(yīng)的規(guī)律，Cu2+優(yōu)先與Mg發(fā)生置換反應(yīng)，但事實(shí)上鎂片一插入CuSO4溶液中，立即便有氫氣生成逸出，此反應(yīng)也部分改變了反應(yīng)進(jìn)程的方向，致使溶液變成藍(lán)色的懸濁液。面對(duì)事實(shí)上化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，我們?cè)诮虒W(xué)過程中不能采取回避的態(tài)度，而應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過做探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解事物變化的真相，并從中找出變化的內(nèi)在原因，從而形成認(rèn)識(shí)問題的科學(xué)方法。

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