關于化學反應限度演示實驗的進一步探究

李軍

關于化學反應限度演示實驗的進一步探究

李軍

（如皋市搬經(jīng)中學江蘇如皋226511）

蘇教版《化學2》“探究化學反應限度”的實驗，最后向上層清液試樣中滴入3滴KSCN溶液，溶液略顯紅色，明顯弱于預期。怎樣才能避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生？作者通過理論探究和實驗探究得知：隨著加入的FeCl3溶液用量的逐漸增大，最終所得上層清液中Fe3+的濃度也逐漸增大，實驗的現(xiàn)象也隨之越來越符合預期。隨后提出對本實驗的改進意見。

高中化學；教材；化學反應限度；實驗探究

一、問題的發(fā)現(xiàn)

在進行人教版《化學2》“化學反應限度”教學時，為了幫助學生更好地建構可逆反應、化學反應限度概念，筆者借用了蘇教版《化學2》“探究化學反應限度”的實驗，組織學生進行了分組實驗，學生興趣盎然，課堂評價和課后反饋也顯示出宏觀表征的強化確實收到了較好的教學效果。但也有美中不足之處，不少學生在向經(jīng)過萃取后的上層清液試樣中加入硫氰化鉀溶液后，并沒有明顯的血紅色產(chǎn)生，部分學生出于對硫氰化鉀試劑的條件反射，勉強給出了溶液中含有鐵離子的結論，也有學生認為試劑可能因放置較久而失效，從而使得實驗現(xiàn)象不夠明顯。事實上，將實驗中使用的硫氰化鉀溶液滴加到少量氯化鐵試劑中，立即有明顯的血紅色產(chǎn)生，說明試劑并未變質。那么出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因到底是什么？怎樣才能避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生？為此，筆者對該實驗進行了一次深入探究。

二、科學探究

1.猜想與假設

首先將該實驗過程全景還原，先向5mL0.1mol/L KI溶液中滴加6滴0.1mol/LFeCl3溶液，充分振蕩后靜置片刻，溶液變?yōu)樽攸S色，實驗現(xiàn)象符合預期，說明有I2生成，此時發(fā)生反應2Fe3++2I-?2Fe2++I2。再向反應體系中加入2mL四氯化碳萃取I2以免對后繼步驟產(chǎn)生顏色干擾，充分振蕩靜置后，下層液體呈紫紅色，上層液體呈淺棕色，也達到了實驗預期。

最后向上層清液試樣中滴入3滴KSCN溶液，溶液略顯紅色，明顯弱于預期。主要問題出在第三步，對照原理Fe3++nSCN-?［Fe（SCN）n］3-n，引出猜想：Fe3+濃度太低，導致現(xiàn)象與預期不符。

2.理論探究

為了避免實驗的盲目性，同時發(fā)揮理論對實踐的指導作用，接下來筆者認真查閱了相關的書籍資料，得到一些重要的數(shù)據(jù)和信息。查閱分析化學相關內(nèi)容可得：當溶液中Fe3+濃度低于5ppm時，SCN-不再能檢驗出Fe3+。查閱普通無機化學可得：Eθ（Fe3+/Fe2+）＝0.7710V，Eθ（I2/I-）＝0.5355V，利用△Gθ＝-RTlnKθ＝-2.303RTlgKθ＝-nFEθ，代入相關數(shù)據(jù)計算，具體過程如下：

Eθ＝Eθ（Fe3+/Fe2+）-Eθ（I2/I-）＝0.7710V-0.5355V＝0.2355V，

lgKθ＝nFEθ/（2.303RT）＝96500×0.2355/（2.303× 8.314×298），

可得Kθ＝9819

c（Fe3+）＝c（Fe2+）/（c（I-）Kθ），

若反應完全，易知c（Fe2+）＝5.6603×10-3mol/L，c（I-）＝8.8679×10-2mol/L，

c（Fe2+）/（c（I-）Kθ）＝6.5006×10-6

故可得c（Fe3+）＜6.5006×10-6mol/L≈0.364ppm＜5ppm

通過周密細致的理論分析，原先的猜想“實驗現(xiàn)象與預期不符是因為Fe3+濃度過低”從理論上成立，但實踐是檢驗真理的唯一標準，所以猜想是否真正成立，還需接受實踐的檢驗。

3.實驗探究

為此，圍繞猜想，筆者考慮通過在合理范圍內(nèi)改變Fe3+用量的方法來改變最終所得的上層清液中Fe3+濃度，設計三個對比組的實驗來進行實踐。

第一組向5mL0.1mol/LKI溶液中滴加1mL 0.1mol/LFeCl3溶液，充分振蕩后靜置片刻，溶液變?yōu)樽攸S色，再向反應體系中加入2mL四氯化碳萃取I2，充分振蕩靜置后，下層液體呈紫紅色，上層液體呈淺棕色，最后向上層清液試樣中滴入3滴KSCN溶液，溶液略顯紅色，依然弱于預期。

第二組向5mL0.1mol/LKI溶液中滴加2mL 0.1mol/LFeCl3溶液，充分振蕩后靜置片刻，溶液變?yōu)樽攸S色，再向反應體系中加入2mL四氯化碳萃取I2，充分振蕩靜置后，下層液體呈紫紅色，上層液體呈淺棕色，最后向上層清液試樣中滴入3滴KSCN溶液，溶液略淺于血紅色，基本符合預期。

第三組向5mL0.1mol/LKI溶液中滴加3mL 0.1mol/LFeCl3溶液，充分振蕩后靜置片刻，溶液變?yōu)樽攸S色，再向反應體系中加入2mL四氯化碳萃取I2，充分振蕩靜置后，下層液體呈紫紅色，上層液體呈棕紅色，最后向上層清液試樣中滴入3滴KSCN溶液，溶液呈血紅色，符合預期。

將上述三組實驗數(shù)據(jù)對比可知，確實隨著加入的FeCl3溶液用量的逐漸增大，最終所得上層清液中Fe3+的濃度也逐漸增大，實驗的現(xiàn)象也隨之越來越符合預期。不僅如此，實踐過程還使我們獲得了一些第一手的數(shù)據(jù)材料：當加入的FeCl3溶液體積達到2mL及以上時，加入KSCN溶液就會有血紅色產(chǎn)生。

三、實驗改進

探究實踐中獲得的數(shù)據(jù)雖然還略顯粗糙，但也使我們對于本實驗的認識從定性上升到定量，為我們對實驗最佳條件的選擇提供了依據(jù)和可能，對于本實驗在滴加FeCl3溶液體積量度上略加改變，即增加到2mL及以上，就可以取得較好的實驗效果。那么還有沒有其他方法呢？

回到理論分析的過程中，因為Fe3+濃度過低，導致KSCN溶液檢驗失敗，如果能找到合適試劑，使其遇到該濃度下的Fe3+，依然有明顯的現(xiàn)象，如沉淀、特征顏色等，不也同樣可以起到檢驗Fe3+的目的嗎？亞鐵氰化鉀［化學式為K4Fe（CN）6，俗稱黃血鹽，常用作除鐵劑］就不失為一種較為理想的試劑，其原理如下：

由此可知，Ksp＝（c（［Fe（CN）6］4-））3×（c（Fe3+））4＝3.3×10-41

c（［Fe（CN）6］4-）＝3.3×10-41/（c（Fe3+））4＞3.3×10-41/（6.5006×10-6）4＝1.1660×10-10mol/L

進一步的理論分析表明，只要將“滴加3滴KSCN溶液”改進為“滴加3滴K4Fe（CN）6溶液”，上層清液中應該就會有藍色沉淀普魯士藍產(chǎn)生。隨后的實驗驗證也證實了這一點，該反應現(xiàn)象明顯、靈敏度高，CN-與Fe2+結合穩(wěn)固，試劑毒性極低，安全性上佳，確實也非常適合改進本實驗。

四、結語

教材是教學的重要資源，但教材并不是教學的唯一資源，高中化學現(xiàn)行教材體系有三個現(xiàn)行版本，在設計思路、設計風格上各有所長、各具特色，教師完全可以在深入研究三套教材的基礎上取長補短、優(yōu)化組合，真正做到變“教好教材”為“用好教材”。對于教材上所述內(nèi)容，也不能盲目迷信，正所謂“盡信書不如無書”，對于實踐活動中遇到的一些不合教材預期的反常現(xiàn)象，應敢于質疑，大膽假設，小心求證，努力探索，獲取反常背后隱藏的“不反常”，真正為學生做好“傳道、授業(yè)、解惑”。

1008-0546（2016）11-0094-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.033