由一個演示實驗引發的思考

丁 萍

（江蘇省姜堰中學江蘇姜堰225500）

由一個演示實驗引發的思考

丁 萍

（江蘇省姜堰中學江蘇姜堰225500）

對高中化學教材中的一個演示實驗提出質疑，通過設計對比試驗，證明了KCl等固體對的影響，并通過理論依據對實驗結果進行了解釋。

氯化鐵；硫氰化鉀；化學平衡；離子活度

一、教材設計

人教版選修4《化學反應原理》中關于化學平衡的移動這一節的內容是這樣設計的,通過實驗改變反應物和生成物的濃度,看溶液顏色的變化,從而得出濃度對化學平衡的影響。

課本中以FeCl3+3KSCN?Fe（SCN)3+3KCl的可逆反應為研究對象,通過改變FeCl3或KSCN的濃度進行對照實驗,比較溶液顏色的變化從而得出濃度對化學平衡的影響。

二、提出問題

如果向平衡體系中加入KCl等固體,使KCl的濃度改變了,對化學平衡會有影響嗎？

通常我們是這樣分析的：根據勒沙特列原理,改變平衡體系中物質的濃度能影響化學平衡,其前提條件是改變參與反應的物質的濃度。從表面上看,KCl雖然參與了該反應,但實際上,該反應的本質是Fe3++3SCN-?Fe（SCN)3。因此,加入KCl固體不能影響該化學平衡體系。

這樣的答案是否正確呢？如果我們加入其他固體,情況又將怎樣呢？我們還是通過實驗進行驗證。

三、實驗探究

實驗結論：當反應物濃度較大時,加入KCl固體對平衡幾乎無影響；而在反應物濃度較稀時,加入KCl固體使KCl的濃度增大,化學平衡向逆反應方向移動。

實驗結論：當反應物濃度較稀時,加入少量電解質對化學平衡均有影響。當陰離子相同時,鉀鹽對該平衡的影響比鈉鹽大；當陽離子相同時,SO42-對該平衡的影響比Cl-大。

為什么實驗結果與常規分析不相符呢？

四、理論解釋

解釋一：其他平衡體系的存在。當加入固體KCl時,該體系中還存在著絡合平衡[1],隨著Cl-濃度的增加,使上述化學平衡向正反應方向移動,從而導致Fe3+濃度變小,并最終影響Fe（SCN)3的平衡,血紅色變淺。在反應物濃度較低時,這種連環變化比較明顯,當反應物濃度較大時,這種變化以及由此造成的顏色變化程度不大,也有可能是因為濃度越高,血紅色越深,肉眼難以識別顏色的變化。

解釋二：另一重要的影響因素是離子活度。離子活度是指其在化學反應中表現出來的有效濃度。由于溶液中離子間存在靜電作用（如加入氯化鉀后,Fe3+周圍形成Cl-氛,SCN-周圍形成K+氛),它們的自由運動和反應活性受到影響,即使得Fe3+和SCN-彼此接觸形成Fe（SCN)3的“機會”減少,這樣它們在反應方程式中表現出的濃度與其真實濃度（有效濃度)存在著一定差異。溶液中離子的真實濃度（有效濃度)降低,根據勒沙特列原理,平衡應該向著增加溶液中離子濃度的方向移動,即加入KCl（強電解質),促使Fe（SCN)3解離,平衡逆向移動。

下面用具體的計算式來說明加入不同的強電解質對離子活度的影響。

離子活度ai=γi·ci（γi稱為i離子的活度系數,ci表示第i種離子的平衡濃度),對于稀溶液（＜0.1mol·L-1)中離子活度系數,可用德拜—休克爾（Debye-Hückel)公式來計算[2],

（其中B是常數,25℃時為0.00328；ao為離子體積參數,約等于水化離子的有效半徑,以pm（10-12m)計；I為溶液的離子強度)。

加入強電解質后,溶液中離子數、離子濃度顯著增加,使得溶液的離子強度增大。對于上述的德拜—休克爾（Debye-Hückel)公式可作如下的變換：

我們考慮的是加入的強電解質對Fe3+和SCN-活度的影響,所以對Fe3+或SCN-而言,式中的Bao為定值,即推得離子強度I與離子活度系數γi成反比、與離子活度ai成反比。

五、啟示

化學是一門以實驗為基礎的科學,在實驗過程中我們必須尊重事實,尊重科學。在倡導新課改的今天,我們可以將實驗過程中出現的疑問提出來,師生共同研究,去查閱相關資料,進行探究性實驗,以提升學生的科學素養,改變學習方式,培養創新能力,同時使得教師的教學觀念更新和轉變,專業知識得以鞏固和發展。

[1]北京師范大學等無機化學教研室.無機化學（下冊）[M].北京：高等教育出版社，2002：168

[2]武漢大學等.分析化學（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2006：110

1008-0546（2011）10-0082-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2011.10.041