李軍

關(guān)于化學(xué)反應(yīng)限度演示實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步探究

李軍

（如皋市搬經(jīng)中學(xué)江蘇如皋226511）

蘇教版《化學(xué)2》“探究化學(xué)反應(yīng)限度”的實(shí)驗(yàn)，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(yù)期。怎樣才能避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生？作者通過(guò)理論探究和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象也隨之越來(lái)越符合預(yù)期。隨后提出對(duì)本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見。

高中化學(xué)；教材；化學(xué)反應(yīng)限度；實(shí)驗(yàn)探究

一、問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)

在進(jìn)行人教版《化學(xué)2》“化學(xué)反應(yīng)限度”教學(xué)時(shí)，為了幫助學(xué)生更好地建構(gòu)可逆反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)限度概念，筆者借用了蘇教版《化學(xué)2》“探究化學(xué)反應(yīng)限度”的實(shí)驗(yàn)，組織學(xué)生進(jìn)行了分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生興趣盎然，課堂評(píng)價(jià)和課后反饋也顯示出宏觀表征的強(qiáng)化確實(shí)收到了較好的教學(xué)效果。但也有美中不足之處，不少學(xué)生在向經(jīng)過(guò)萃取后的上層清液試樣中加入硫氰化鉀溶液后，并沒(méi)有明顯的血紅色產(chǎn)生，部分學(xué)生出于對(duì)硫氰化鉀試劑的條件反射，勉強(qiáng)給出了溶液中含有鐵離子的結(jié)論，也有學(xué)生認(rèn)為試劑可能因放置較久而失效，從而使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯。事實(shí)上，將實(shí)驗(yàn)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(shuō)明試劑并未變質(zhì)。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(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一次深入探究。

二、科學(xué)探究

1.猜想與假設(shè)

首先將該實(shí)驗(yàn)過(guò)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象符合預(yù)期，說(shuō)明有I2生成，此時(shí)發(fā)生反應(yīng)2Fe3++2I-?2Fe2++I2。再向反應(yīng)體系中加入2mL四氯化碳萃取I2以免對(duì)后繼步驟產(chǎn)生顏色干擾，充分振蕩?kù)o置后，下層液體呈紫紅色，上層液體呈淺棕色，也達(dá)到了實(shí)驗(yàn)預(yù)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(yù)期。主要問(wèn)題出在第三步，對(duì)照原理Fe3++nSCN-?［Fe（SCN）n］3-n，引出猜想：Fe3+濃度太低，導(dǎo)致現(xiàn)象與預(yù)期不符。

2.理論探究

為了避免實(shí)驗(yàn)的盲目性，同時(shí)發(fā)揮理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用，接下來(lái)筆者認(rèn)真查閱了相關(guān)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(xué)相關(guān)內(nèi)容可得：當(dāng)溶液中Fe3+濃度低于5ppm時(shí)，SCN-不再能檢驗(yàn)出Fe3+。查閱普通無(wú)機(jī)化學(xué)可得：Eθ（Fe3+/Fe2+）＝0.7710V，Eθ（I2/I-）＝0.5355V，利用△Gθ＝-RTlnKθ＝-2.303RTlgKθ＝-nFEθ，代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，具體過(guò)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(yīng)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(guò)周密細(xì)致的理論分析，原先的猜想“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期不符是因?yàn)镕e3+濃度過(guò)低”從理論上成立，但實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，所以猜想是否真正成立，還需接受實(shí)踐的檢驗(yàn)。

3.實(shí)驗(yàn)探究

為此，圍繞猜想，筆者考慮通過(guò)在合理范圍內(nèi)改變Fe3+用量的方法來(lái)改變最終所得的上層清液中Fe3+濃度，設(shè)計(jì)三個(gè)對(duì)比組的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行實(shí)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(yīng)體系中加入2mL四氯化碳萃取I2，充分振蕩?kù)o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(yù)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(yīng)體系中加入2mL四氯化碳萃取I2，充分振蕩?kù)o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(yù)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(yīng)體系中加入2mL四氯化碳萃取I2，充分振蕩?kù)o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(yù)期。

將上述三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，確實(shí)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(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象也隨之越來(lái)越符合預(yù)期。不僅如此，實(shí)踐過(guò)程還使我們獲得了一些第一手的數(shù)據(jù)材料：當(dāng)加入的FeCl3溶液體積達(dá)到2mL及以上時(shí)，加入KSCN溶液就會(huì)有血紅色產(chǎn)生。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

探究實(shí)踐中獲得的數(shù)據(jù)雖然還略顯粗糙，但也使我們對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)從定性上升到定量，為我們對(duì)實(shí)驗(yàn)最佳條件的選擇提供了依據(jù)和可能，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)效果。那么還有沒(méi)有其他方法呢？

回到理論分析的過(guò)程中，因?yàn)镕e3+濃度過(guò)低，導(dǎo)致KSCN溶液檢驗(yàn)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(yàn)Fe3+的目的嗎？亞鐵氰化鉀［化學(xué)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(jìn)一步的理論分析表明，只要將“滴加3滴KSCN溶液”改進(jìn)為“滴加3滴K4Fe（CN）6溶液”，上層清液中應(yīng)該就會(huì)有藍(lán)色沉淀普魯士藍(lán)產(chǎn)生。隨后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也證實(shí)了這一點(diǎn)，該反應(yīng)現(xiàn)象明顯、靈敏度高，CN-與Fe2+結(jié)合穩(wěn)固，試劑毒性極低，安全性上佳，確實(shí)也非常適合改進(jìn)本實(shí)驗(yàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

教材是教學(xué)的重要資源，但教材并不是教學(xué)的唯一資源，高中化學(xué)現(xiàn)行教材體系有三個(gè)現(xiàn)行版本，在設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)風(fēng)格上各有所長(zhǎng)、各具特色，教師完全可以在深入研究三套教材的基礎(chǔ)上取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)化組合，真正做到變“教好教材”為“用好教材”。對(duì)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(wú)書”，對(duì)于實(shí)踐活動(dòng)中遇到的一些不合教材預(yù)期的反?，F(xiàn)象，應(yīng)敢于質(zhì)疑，大膽假設(shè)，小心求證，努力探索，獲取反常背后隱藏的“不反?！?，真正為學(xué)生做好“傳道、授業(yè)、解惑”。

1008-0546（2016）11-0094-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.033