吳正帥 蔣永勝

甘肅省蘭州市教育科學(xué)研究所(730046) 甘肅省蘭州市第三十四中學(xué)(730050)

1 問題的提出

通常認為，F(xiàn)eCl3溶液中通入SO2只發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，反應(yīng)后溶液呈淺綠色。筆者進行實驗，發(fā)現(xiàn)事實并非如此。取5 mL 0.05 mol/L FeCl3溶液于試管中，通入SO2氣體后，觀察到溶液很快由黃色變?yōu)榧t棕色；繼續(xù)通入SO2氣體，溶液顏色變化不大。為什么溶液會變?yōu)榧t棕色,所得到的紅棕色物質(zhì)又是什么呢？

2 實驗探究

2.1 實驗1

紅棕色溶液與Fe(OH)3膠體的性質(zhì)對比實驗過程見表1。

表1 紅棕色溶液與Fe(OH)3膠體的性質(zhì)對比

實驗1結(jié)論：

向Fe(OH)3膠體中通入少量SO2氣體，膠體顏色變淺并有少量沉淀生成，這是由于SO2氣體和水反應(yīng)生成電解質(zhì)H2SO3，致使膠體發(fā)生了聚沉。向紅棕色溶液中通入少量SO2氣體，無明顯變化。根據(jù)丁達爾現(xiàn)象知道紅棕色物質(zhì)不是Fe(OH)3膠體。

Fe(OH)3膠體是在加熱促進Fe3+水解的條件下生成的。FeCl3溶液顯酸性，向其中通入酸性氣體SO2，會抑制Fe3+的水解，不利于膠體形成。

2.2 實驗2

FeCl3溶液與SO2的反應(yīng)實驗過程見表2。

表2 FeCl3溶液與SO2的反應(yīng)

實驗2結(jié)論：

室溫條件下，反應(yīng)2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+需要較長的時間才能進行完全。

2.3 實驗3

強酸性條件下，F(xiàn)eCl3溶液與SO2的反應(yīng)實驗過程見表3。

表3 強酸性條件FeCl3溶液與SO2的反應(yīng)

實驗3結(jié)論：

增強溶液的酸性可避免發(fā)生實驗異?，F(xiàn)象，一定程度上能抑制副反應(yīng)的進行。

3 理論探究

假設(shè)一：紅棕色物質(zhì)可能是Fe3+與SO2形成的配合物。假設(shè)二：紅棕色可能是多種有色物質(zhì)混合而成的。

3.1 假設(shè)一

通過對紅棕色物質(zhì)進行實驗探究和分析，紅棕色物質(zhì)可能是Fe3+與SO2形成的配合物。

3.1.1 理論分析

Fe3+和SO2既可以發(fā)生配位反應(yīng)生成棕紅色的Fe(SO2)63+，又能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe2+、SO42-和H+。從反應(yīng)動力學(xué)角度看，配位反應(yīng)速率快；從反應(yīng)熱力學(xué)角度看，配合物穩(wěn)定性差，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的趨勢大。向FeCl3溶液中通入SO2，開始時溶液出現(xiàn)棕紅色，可能的原因是配位反應(yīng)速率大于氧化還原反應(yīng)的速率，主要發(fā)生配位反應(yīng)。放置相當(dāng)長的一段的間，紅棕色逐漸變淺直至淺綠色，可能的原因是氧化還原反應(yīng)的趨勢大于配位反應(yīng)的趨勢，在此過程中緩慢發(fā)生了氧化反應(yīng)，使配位反應(yīng)的程度不斷減弱。因此，F(xiàn)e3+和SO2的反應(yīng)現(xiàn)象是熱力學(xué)和動力學(xué)共同作用的結(jié)果。

3.2 假設(shè)二

紅粽色可能是由多種有色物質(zhì)混合而成的。

3.2.1 理論分析

通過對比實驗的方法，對SO2氣體與FeCl3溶液反應(yīng)時，溶液顏色先變深(紅棕色)，一段時間后再變淺(淺綠色)，分析可能的原因：紅粽色可能是由多種有色物質(zhì)混合而成。

3.2.2 理論假設(shè)

(4)2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++ SO42-+4H+

反應(yīng)(4)若要完全進行，需較長時間。在此期間，反應(yīng)產(chǎn)物Fe2+與反應(yīng)體系中的SO32-發(fā)生反應(yīng)(5)，紅棕色就是FeSO3(墨綠色)和FeCl3(黃色)的混合色。隨著反應(yīng)的進行，H2SO3分子逐漸減少，SO32-隨之減少，反應(yīng)(5)中的平衡向左移動，于是FeSO3逐漸減少并最終消失；與此同時Fe3+也逐漸減少，直至完全轉(zhuǎn)化為Fe2+。最后，混合溶液的顏色就變成了Fe2+的顏色(淺綠色)。