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        利用傳感技術(shù)探究Fe3+與SCN—的絡(luò)合

        2016-11-16 13:36:36陳秀蘭
        化學(xué)教與學(xué) 2016年10期
        關(guān)鍵詞:攪拌器磁力配位

        陳秀蘭

        摘要:Fe3+與SCN-的實(shí)際反應(yīng)情況一直困擾著學(xué)生理解Fe(SCN)3在溶液中的存在形式,文章采用數(shù)字化傳感技術(shù),通過實(shí)驗(yàn)對比探究Fe3+與SCN-的絡(luò)合。

        關(guān)鍵詞:數(shù)字實(shí)驗(yàn);傳感技術(shù);Fe(SCN)3

        文章編號:1008-0546(2016)10-0092-02 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

        doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.033

        一、 實(shí)驗(yàn)背景

        蘇教版《化學(xué)1》在“鐵、銅及其化合物的應(yīng)用”內(nèi)容中,為三價(jià)鐵離子的檢驗(yàn)給出了信息提示[1]:在含有Fe3+的溶液中加入KSCN溶液,溶液變成血紅色,而在含有Fe2+的溶液中加入KSCN溶液,溶液不變色。同時(shí)給出了反應(yīng)的離子方程式。

        結(jié)合離子反應(yīng)發(fā)生的條件,學(xué)生自然而然會(huì)得出Fe(SCN)3屬于弱電解質(zhì)的結(jié)論,而作為知識(shí)補(bǔ)充,部分老師會(huì)告訴學(xué)生,F(xiàn)e(SCN)3屬于配位化合物。配位化合物和弱電解質(zhì)就容易出現(xiàn)概念不明或混淆的問題,特別是給化學(xué)學(xué)習(xí)充滿熱情的學(xué)生造成困擾。結(jié)合蘇教版選修內(nèi)容“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”對于配位化合物的解釋[2],既然由內(nèi)界和外界構(gòu)成的配位化合物在水中是完全電離的,那么將Fe(SCN)3理解為弱電解質(zhì)顯然存在問題。如何盡可能貼近學(xué)生的知識(shí)水平解釋Fe(SCN)3在溶液中的存在?《化學(xué)1》給出的離子方程式是否能在照顧普通學(xué)生理解能力的基礎(chǔ)上適當(dāng)進(jìn)行改動(dòng),以更加貼近科學(xué)事實(shí)?為探究實(shí)驗(yàn)過程中Fe3+與SCN-的實(shí)際反應(yīng)情況,特設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)。

        二、 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

        0.1mol/L KSCN溶液,0.1mol/L KCl溶液,F(xiàn)eCl3固體,天平,50mL移液管,藥匙,蒸餾水,濾紙,不同規(guī)格的燒杯若干,電腦,85-2控溫式磁力攪拌器(帶磁力攪拌轉(zhuǎn)子),GQY數(shù)字實(shí)驗(yàn)室平臺(tái),不帶屏數(shù)據(jù)采集器,電導(dǎo)率傳感器

        三、 實(shí)驗(yàn)裝置

        四、 實(shí)驗(yàn)過程

        1. 分別取50mL0.1mol/L KSCN溶液和0.1mol/L KCl溶液于200mL燒杯中,用電導(dǎo)率傳感器檢測兩份溶液的導(dǎo)電能力,得到結(jié)果如圖所示:

        2.在上述溶液中分別加0.2gFeCl3固體(少量),用磁力攪拌器攪拌,觀察溶液的導(dǎo)電能力變化,結(jié)果如下圖所示:

        3. 在上述溶液中繼續(xù)分別加0.1gFeCl3固體,用磁力攪拌器攪拌,觀察溶液的導(dǎo)電能力變化,結(jié)果如下圖所示:

        4. 在上述溶液中再次繼續(xù)加0.1gFeCl3固體(過量),用磁力攪拌器攪拌,觀察溶液的導(dǎo)電能力變化,結(jié)果如下圖所示:

        五、 結(jié)果分析

        1.溶液的導(dǎo)電能力與溫度、濃度、電荷數(shù)、離子的遷移速率等因素有關(guān),由于離子遷移速率的差異,相同條件下,相同濃度的KCl溶液和KSCN溶液的電導(dǎo)率相差約2225μs/cm。

        2.加入0.2gFeCl3固體以后,此時(shí),F(xiàn)eCl3因?yàn)榱可倥cKSCN充分反應(yīng),若生成的Fe(SCN)3不存在電離,此時(shí)溶液的電導(dǎo)率應(yīng)變化不大,而結(jié)果顯示電導(dǎo)率仍然上升,上升幅度比同濃度的KCl稍小。說明此時(shí)溶液中Fe3+與SCN-開始形成絡(luò)合物。

        3. 再次加入0.1gFeCl3固體,此時(shí)原溶液中的KSCN與總的FeCl3物質(zhì)的量之比為3∶1,恰好完全反應(yīng),溶液為Fe(SCN)3與KCl的混合溶液,且KCl的濃度應(yīng)為0.1mol/L,我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)溶液的電導(dǎo)率與實(shí)驗(yàn)開始時(shí)0.1mol/L的KCl溶液的電導(dǎo)率幾乎相同,證明此時(shí)溶液中,F(xiàn)e3+與SCN-恰好形成了Fe(SCN)3分子,幾乎不存在電離。

        4.繼續(xù)加入FeCl3固體0.1g,此時(shí)溶液中FeCl3已過量,若此時(shí)加進(jìn)去的Fe3+沒有繼續(xù)反應(yīng),溶液的電導(dǎo)率增加幅度應(yīng)該和KCl溶液相同,結(jié)果顯示卻比KCl要小,證明Fe3+繼續(xù)再反應(yīng)形成新的形式的絡(luò)合物,此時(shí)溶液中就不再適合用Fe(SCN)3分子形式來表示絡(luò)合物了。

        六、 實(shí)驗(yàn)意義

        一直以來,檢驗(yàn)三價(jià)鐵離子的實(shí)驗(yàn)都只是停留在對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的粗淺觀察,由于配位化合物并不是學(xué)業(yè)水平考試內(nèi)容,大部分老師對于Fe(SCN)3也從未提出過質(zhì)疑。然而從科學(xué)的角度講,弱電解質(zhì)的說法并不能準(zhǔn)確描述配位化合物,而Fe3+與SCN-的配合物也不能簡單地由Fe(SCN)3概括。

        本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用傳感器對Fe3+與SCN-的反應(yīng)進(jìn)行研究,證明了Fe3+與SCN-的實(shí)際絡(luò)合程度與離子的濃度大小有關(guān),由此建議教材中可用小字部分對于兩者的配合物形成過程加以說明,例如:

        Fe3++SCN-→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)2+→Fe(SCN)3→Fe(SCN)4-→[Fe(SCN)5]2-→[Fe(SCN)6]3-,或者也可將書本中離子方程式的形式改為:Fe3++n SCN-[Fe(SCN)n]3-n。也可以將這個(gè)問題設(shè)計(jì)成一次課外探究活動(dòng),一方面解決這個(gè)困擾著學(xué)生甚至老師的問題,另外一方面也可以幫助對化學(xué)學(xué)習(xí)感興趣的、有志于發(fā)展化學(xué)專業(yè)的學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)探究的方法,在追求科學(xué)原理的過程中體會(huì)解決化學(xué)問題的樂趣。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1[M]. 南京:江蘇教育出版社,2014:75

        [2] 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[M]. 南京:江蘇教育出版社,2011:77-78

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