解析Fe³⁺/SCN^－平衡體系的顯色反應

吳文中 湯芹

摘要： 基于Fe3+與Cl-的配合平衡以及HSCN的電離平衡等化學反應事實，以“Fe3+/SCN-”反應體系為對象研究濃度對化學平衡的影響。借助計算機進行“模擬實驗”，通過實驗驗證、分析、討論認為： 氯離子以及溶液的酸堿性、試劑類別、濃度等因子對實驗都有顯著影響，建議以上述實驗為素材研究“濃度對化學平衡的影響”課題中需嚴格控制試劑的濃度和用量，以確保實驗在教學過程中可控。

關鍵詞： 顯色反應; 氯離子; 配合反應; 模擬實驗; Fe3+/SCN-平衡體系

文章編號： 10056629（2019）1008706 ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ?文獻標識碼： B

這時，我們來回答文章開始提出的幾個問題：

（1） 由于Fe3+能與Cl-形成穩定的配合物，實驗使用飽和FeCl3溶液是為了獲得更高濃度的“自由、簡單”的Fe3+，從而保證在滴入FeCl3溶液后，能看到溶液顏色有明顯的變化。

（2） 使用的KSCN溶液濃度只有1.0mol·L-1，這是因為影響SCN-濃度只有溶液的酸性，酸性強，自由的SCN-濃度變小而影響實驗的效果，但加入的SCN-不會因為H+的存在而顯著減小，因此實驗室使用1.0mol·L-1的KSCN溶液完全能滿足實驗要求。

（3） 綜上，Cl-和H+都會對“Fe3+/SCN-平衡體系”產生影響，其中Cl-影響較大，鄒如恒在“堿性條件下硫氰化鐵溶液平衡移動的實驗探究”[5]一文中做了詳細的探討，其中提到滴加濃度不高的NaOH溶液Fe3+/SCN-平衡體系顏色基本不變的現象，這也說明Fe3+/SCN-平衡體系為酸性這一性質（H+）對化學平衡的影響。因此，蘇教版選修4教材在“濃度對化學平衡的影響”實驗中，選用Cr2O2-7+H2O2CrO2-4+2H+作為研究對象就很容易理解了。

（4） Fe3+/SCN-平衡體系使用0.005mol·L-1的FeCl3和0.01mol·L-KSCN溶液作為初始反應體系，顯然是為了便于觀察溶液顏色的變化，若濃度太高，肉眼無法判斷顏色的改變。

5 教學建議

如何更好地利用Fe3++x SCN-Fe（SCN）（3-x）x這一可逆反應研究“濃度對化學平衡的影響”這一課題？似乎使用無Cl-的試劑即可，自然想到把FeCl3溶液更換為Fe2（SO4）3或Fe（NO3）3等溶液，從而嚴格遵循實驗的原則——控制變量。

但問題可能并不那么簡單，SO2-4以及NO-3就不會干擾實驗？它們就不會與Fe3+形成配合物？

若使用Fe2（SO4）3溶液，其中的SO2-4離子具有很強的離子強度而干擾實驗（見前文），同時查閱《蘭氏化學手冊（第15版）》發現SO2-4與Fe3+的配合程度比Cl-更大，Fe3++SO2-4Fe（SO4）+的穩定常數K1=102.03，而Fe3+與Cl-的一級穩定常數K1=101.48，后續實驗也說明使用Fe2（SO4）3溶液進行有關實驗是不理想的。許多陰離子能與Fe3+形成配合物的事實或許是教材不得已選用FeCl3溶液的一個原因，其他陰離子對配合物的干擾也許是不可避免，為此設計如下實驗。

[實驗1]在3.0mL 0.5mol·L-1的苯酚溶液中滴加3滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液后分為兩等份，分別加入1藥匙Na2SO4和NaCl固體，振蕩后觀察溶液顏色的變化。

[實驗2]在3.0mL 0.1mol·L-1的硫氰化鐵溶液中滴加3滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液后分為兩等份，分別加入1藥匙Na2SO4和NaCl固體，振蕩后觀察溶液顏色的變化。

從上述實驗可以看到，SO2-4和Cl-對Fe3+與苯氧基或硫氰根離子所形成配合物的影響情景： 在Fe3+/苯酚平衡體系中加入Na2SO4固體振蕩后溶液由深紫色轉化為淺紫色，而加入NaCl固體的試管中，幾乎呈現出FeCl3溶液的顏色;在Fe3+/SCN-的血紅色的平衡體系中，加入NaCl固體后無明顯現象，而加入固體Na2SO4后溶液卻呈棕黃色，SO2-4對配合物的影響更大，這些陰離子對形成配合物的影響既有配合作用，還有離子強度的影響，這有待后續研究。

若使用Fe（NO3）3，則由于溶液為酸性，體系具有較強的氧化性，而SCN-具有較強的還原性，當酸性較強或濃度較高時，有出現硝酸氧化SCN-的可能，看來使用Fe（NO3）3溶液作為實驗的試劑也不理想。

若在Fe3+/SCN-平衡體系中降低鐵離子濃度是否可行呢？一種行之有效的方法是在Fe3+/SCN-平衡體系加入少量的還原性鐵粉，振蕩，體系溶液顏色變淺甚至幾乎消失。

參考文獻：

[1]陳珍珠，施志斌.氯化鉀對鐵鹽和硫氰化鉀的顯色反應的影響[J].福建基礎教育研究， 2015，（8）： 83.

[2]John A. Dean.蘭氏化學手冊（第15版）[M].北京/西安： 世界圖書出版公司， 1999，10： 8， 82.

[3]顧曄.三氯化鐵與硫氰化鉀平衡體系顏色變化的探討[J].化學教育， 2014，（11）： 85～86.

[4]傅獻彩等.物理化學（下冊）（第4版）[M].北京： 高等教育出版社， 1999： 545.

[5]鄒如恒.堿性條件下硫氰化鐵溶液平衡移動的實驗探究[J].化學教學， 2012，（2）： 52.