徐慧

摘要： 針對(duì)新人教版高中化學(xué)教材中用硫氰化鉀鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）實(shí)驗(yàn)試劑準(zhǔn)備繁瑣、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象容易出現(xiàn)異常的問(wèn)題，從理論上分析硫氰化鉀鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的原理，并通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)證明演示實(shí)驗(yàn)的可行性。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)使用維生素C處理FeSO4溶液，營(yíng)造溶液的還原性氛圍，既確保理想的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又建立化學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際的連接點(diǎn)，可供課堂教學(xué)演示和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞： 硫氰化鉀; 鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn); 實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)： 10056629（2020）06006103? 中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 問(wèn)題的提出

人教版[1]新教材《化學(xué)（必修）第一冊(cè)》第三章第一節(jié)“鐵及其化合物”中Fe3+和Fe2+的鑒別采用以下實(shí)驗(yàn)方案： 在兩支試管中分別加入少量的FeCl3溶液和FeCl2溶液，各滴入幾滴KSCN溶液。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為含有Fe3+的鹽溶液遇到KSCN溶液時(shí)變成紅色，而含有Fe2+的鹽溶液遇到KSCN溶液時(shí)無(wú)明顯變化。

該方案雖操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、靈敏度高，是高中化學(xué)中Fe3+定性檢驗(yàn)的經(jīng)典方案，然而該方法存在以下不足。

（1） 實(shí)驗(yàn)試劑準(zhǔn)備繁瑣。FeCl2溶液并不是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常備試劑，其溶質(zhì)FeCl2固體也難覓蹤跡。如果一定要用FeCl2溶液，唯一的辦法就是利用鐵單質(zhì)（鐵粉或鐵絲）與鹽酸或FeCl3溶液反應(yīng)制備，試劑配制過(guò)程操作繁瑣，且無(wú)法確定溶液的物質(zhì)的量濃度。

（2） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)異常。按照教材提供的方法進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象常與預(yù)期不同： 不僅含有Fe3+的鹽溶液遇到KSCN溶液時(shí)變成紅色，而且含有Fe2+的鹽溶液遇到KSCN溶液時(shí)也變成紅色。雖然兩支試管中溶液顏色（紅色）深淺不同，但已無(wú)法作為定性判斷有無(wú)Fe3+的充分證據(jù)，難以支撐硫氰化鉀溶液可以鑒別Fe3+和Fe2+的結(jié)論。

基于上述原因，本文對(duì)硫氰化鉀鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）實(shí)驗(yàn)作如下改進(jìn)。

2 實(shí)驗(yàn)原理

Fe（Ⅲ）與KSCN溶液的顯色反應(yīng)之所以能夠發(fā)生，可以從H2O和NCS-（KSCN提供的配體，高中一般寫(xiě)作SCN-）的分裂能大小得到解釋[2]。在晶體場(chǎng)光譜化學(xué)序列中，分裂能Δ值NCS->H2O，所以NCS-與Fe3+形成的配離子較穩(wěn)定。實(shí)際上，F(xiàn)e3+在水溶液中以[Fe（H2O）6]3+形式存在，與NCS-發(fā)生的是配位體取代反應(yīng)[3]：

[Fe（H2O）6]3++SCN-[Fe（H2O）5NCS]2++H2O

配離子通式為Fe（NCS）（3-n）n， n=1～6，都顯紅色[4];而Fe2+與NCS-生成的配離子無(wú)色。由此，可以利用KSCN溶液作為顯色劑鑒別Fe（Ⅲ）與Fe（Ⅱ）。

Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）是鐵元素的中等氧化態(tài)，但水溶液中Fe2+不如Fe3+穩(wěn)定，易被水中溶解氧氧化為Fe3+。所以Fe2+的水溶液中常含有Fe3+，遇KSCN溶液會(huì)顯紅色。Fe2+的不穩(wěn)定性對(duì)Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的鑒別造成干擾。

基于上述分析，成功進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是消除溶液中Fe2+氧化產(chǎn)生的Fe3+或阻止Fe2+被氧化為Fe3+。本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)利用生活中常見(jiàn)的維生素C藥片將氧化產(chǎn)生的Fe3+還原為Fe2+，以完善該實(shí)驗(yàn)方案。

3 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器

硫氰化鉀（KSCN）溶液（約0.1mol？L-1）、 FeSO4？7H2O（化學(xué)純）、FeCl3溶液、維生素C（片劑，0.1g/片）;小試管、膠頭滴管、托盤(pán)天平 、量筒（100mL）

4 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案

4.1 實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 將2.8g FeSO4？7H2O溶于水，稀釋成100mL，配成物質(zhì)的量濃度約為0.1mol？L-1的FeSO4溶液。

（2） 在小試管1#中加入上述配好的0.1mol？L-1 FeSO4溶液2滴管（約2mL），再加入一粒維生素C藥片。振蕩，約15s后（如果是放置7天后的0.1mol？L-1 FeSO4溶液，需要60s），使用傾析法將溶液轉(zhuǎn)移到小試管2#中。

（3） 在小試管3#中加入2滴管（約2mL）FeCl3溶液。

（4） 分別向小試管2#、 3#中加入1～2滴KSCN溶液。

4.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

FeSO4溶液一般因含有氧化產(chǎn)生的Fe3+而呈淺棕黃色，加入維生素C振蕩后上層清液變?yōu)闇\（灰）綠色，傾析法分離，取上層清液，加入KSCN溶液后無(wú)明顯變化。棕黃色的FeCl3溶液中加入KSCN溶液，變?yōu)榧t色溶液。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與解釋

含有Fe2+的鹽溶液遇到KSCN溶液時(shí)仍然為無(wú)色，含有Fe3+的鹽溶液遇到KSCN溶液時(shí)變成紅色。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論： Fe3+遇KSCN溶液變紅色、Fe2+遇KSCN溶液不變色，可以利用KSCN溶液鑒別Fe3+與Fe2+。

多次實(shí)驗(yàn)證明，使用維生素C能夠有效消除亞鐵鹽溶液中的Fe3+，使鑒別實(shí)驗(yàn)達(dá)到理想效果。維生素C（C6H8O6）又稱(chēng)烯醇式己糖酸內(nèi)酯，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。維生素C的氧化還原（Cox/C）電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是-0.39V[5]， Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是0.771V[6]。由此，維生素C能將Fe（Ⅲ）還原為Fe（Ⅱ），反應(yīng)機(jī)理如圖2所示[7]。

維生素C可溶于水，在鹽溶液中也有一定的溶解性。由此，用維生素C處理亞鐵鹽溶液，不僅可以將溶液中的Fe3+還原為Fe2+，而且在溶液中提供還原性氛圍，可以確保Fe2+不被水中的溶解氧或溶液表面空氣中的氧氣氧化。在試劑配制后的7天內(nèi)使用本改進(jìn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都可以取得良好的效果。

6 教學(xué)反思

硫氰化鉀法檢驗(yàn)鐵離子屬于顯色法，因符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，被高中教材普遍采納，人教版、蘇教版、魯科版教材均利用KSCN溶液對(duì)Fe3+和Fe2+進(jìn)行鑒別。該實(shí)驗(yàn)方案的順利開(kāi)展，將有助于學(xué)生掌握離子定性檢驗(yàn)的一般方法、建立對(duì)比實(shí)驗(yàn)的良好的學(xué)科思想。

6.1 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑準(zhǔn)備簡(jiǎn)便

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)采用高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常備的FeSO4？7H2O配制亞鐵鹽溶液，也可以使用實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)存的FeSO4溶液，且不需要隨用隨配，使實(shí)驗(yàn)可行性大大增加。

6.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清楚明確

在防止Fe2+被氧化或消除Fe2+氧化產(chǎn)生的Fe3+方面，本研究也曾嘗試鐵粉法、煮沸法、有機(jī)物隔離法等方法。鐵粉法會(huì)使溶液帶有黑色渾濁，不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律;煮沸法需要臨時(shí)新配溶液，并對(duì)溶劑進(jìn)行煮沸，操作較為復(fù)雜;有機(jī)物隔離法引起有機(jī)物附著，儀器清洗麻煩，且水中的溶解氧還是會(huì)引起Fe2+的部分氧化，效果不佳。

維生素C在水果、蔬菜中廣泛存在，維生素C藥片是生活常用藥品，可以在藥店購(gòu)買(mǎi)，價(jià)格低、無(wú)毒副作用。把維生素C引入化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)回歸生活。清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有助于學(xué)生通過(guò)顏色對(duì)比，正確理解Fe3+的定性檢驗(yàn)方法和原理。

6.3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋玫匕l(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)

對(duì)某些典型實(shí)驗(yàn)運(yùn)用生活化元素進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。不僅可以讓學(xué)生在生活中發(fā)現(xiàn)和解決化學(xué)問(wèn)題，而且能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。

當(dāng)學(xué)生用KSCN溶液鑒別Fe3+和Fe2+的知識(shí)基本形成后，可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生將KSCN溶液直接滴入FeSO4溶液中，異常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一定能激發(fā)其極大的好奇心： 溶液居然出現(xiàn)了淡淡的紅色？！從而引發(fā)學(xué)生的深度思考： FeSO4溶液中的Fe3+從何而來(lái)？Fe2+的穩(wěn)定性如何？之前實(shí)驗(yàn)中維生素C起到了什么作用？為什么去皮的蘋(píng)果在空氣中會(huì)慢慢變?yōu)楹稚?，但泡在維生素C溶液中卻可以長(zhǎng)久不變色？維生素C在生活中還可能有哪些妙用？

孔子曰：“不憤不啟，不悱不發(fā)?！庇脦е鴿鉂馍钗兜木S生素C改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以激發(fā)學(xué)生內(nèi)心的求知欲，使其在“憤、悱”的狀態(tài)下積極開(kāi)展深度學(xué)習(xí)。

本次對(duì)于用硫氰化物鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便性、探究性和趣味性原則，從實(shí)驗(yàn)原理和排除干擾兩方面證明了KSCN溶液鑒別Fe3+和Fe2+方法的可靠性。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，可作為演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)：

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