王海富
摘要:探究FeCl3水解平衡移動實驗中,對反應物溶解的現(xiàn)象,以及生成物濃度增大時不同平衡之間競爭的探究。
關鍵詞:水解平衡,F(xiàn)eCl3晶體,濃鹽酸,黃色,棕黃色
文章編號:1008-0546(2022)04-0093-01
中圖分類號:G632.41
文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.021
人教版選擇性必修1《化學反應原理》73頁[探究]反應條件對FeCl3水解平衡的影響[1]。根據(jù)教材提供的實驗用品,向0.01mol/LFeCl3溶液中加入少量FeCl3晶體,以期增大氯化鐵的濃度,水解平衡向正反應方向移動,溶液的顏色加深;向0.01mol/LFeCl3溶液中加入少量濃鹽酸,以期增大氯化氫的濃度,水解平衡向逆反應方向移動,溶液的顏色變淺。
關于本實驗,筆者有兩點實踐體會和各位同仁交流分享,歡迎大家批評指正。
1.常溫下,將FeCl3晶體溶解在pH=2左右的0.01mol/LFeCl3溶液或pH=7的蒸餾水中是否會形成懸濁液?
不少老師憑自身經(jīng)驗會產(chǎn)生這樣的疑問,根據(jù)Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,0.1mol/LFeCl3溶液中Fe3+開始沉淀和沉淀完全時溶液的pH分別為1.87、3.2。常溫下,將FeCl3晶體溶解在pH=2左右的0.01mol/LFeCl3或pH=7的蒸餾水中應該形成懸濁液。事實是否如此呢?
筆者將FeCl3晶體溶解在0.01mol/LFeCl3溶液或蒸餾水中,均得到了棕黃色液體,且具有丁達爾效應。說明FeCl3晶體溶于0.01mol/LFeCl3溶液或蒸餾水均沒有得到淡紫色的[Fe(H2O)6]3+,而是逐漸水解生成棕黃色的[Fe(OH)(H2O)5]2+及二聚體[Fe2(OH)2(H2O)8]4+;隨著pH升高,生成棕色的β-FeO(OH)膠體;隨著pH繼續(xù)升高,溶液由黃棕色逐漸變?yōu)榧t棕色,最后析出紅棕色的膠狀Fe(OH)(3或Fe2O3·nH2O)沉淀[2]。
人教版必修第一冊8頁[實驗1-1]向沸水中逐滴加入5~6滴FeCl3飽和溶液,繼續(xù)加熱至液體成紅褐色,停止加熱,得=到Fe(OH)3膠體[3];如果持續(xù)加熱則得到Fe(OH)(3或Fe2O3·nH2O)的懸濁液。
FeCl3+3H2O△Fe(OH)(3膠體)+3H+
因為持續(xù)加熱有利于膠體的聚沉,以及持續(xù)加熱及氫離子濃度減小均促進水解,說明只有在更高的溫度或pH下,最終才生成Fe2O3·nH2O。而常溫下FeCl3晶體充分溶解在蒸餾水中,溶液的pH可以達到1左右,該情況下難以形成懸濁液。實驗室中配制FeCl3溶液時經(jīng)常加入一些鹽酸,主要考慮FeCl3溶液久置,鹽酸揮發(fā),pH變大,會形成懸濁液。不少老師基于這樣的經(jīng)驗和認識,誤以為本實驗中FeCl3晶體溶解在0.01mol/LFeCl3或蒸餾水中也會形成懸濁液。
實際上,向0.01mol/LFeCl3溶液中加入少量FeCl3晶體,增大了氯化鐵的濃度,水解平衡向正反應方向移動,溶液的顏色加深,與教材設計的初衷一致,可以達到理想的實驗效果。
2.向棕黃色FeCl3溶液中滴入濃鹽酸的量不同,溶液的顏色為什么會發(fā)生變化?
不少老師根據(jù)自己的經(jīng)驗,根據(jù)FeCl3水解方程式:Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,氫離子濃度增大,平衡左移,鐵離子濃度增大,顏色變淺。而事實上,筆者向棕黃色FeCl3溶液中滴入2-3滴濃鹽酸,瞬間變黃色,顏色變淺;當繼續(xù)滴入濃鹽酸時,黃色液體又變成了棕黃色。這是為什么呢?
在鹽酸中,F(xiàn)e3+與氯離子形成黃色的[FeCl4]-及[FeCl(4H2O)2]-配離子,易溶于水的黃色FeCl3·6H2O,實際上是一種配位化合物[Fe(H2O)4Cl2]Cl·2H2O,其中的配位單元具有反式結(jié)構(gòu)。FeCl3在水溶液中隨著氯離子濃度的不同,可能以[FeC(lH2O)5]2+,[FeCl(2H2O)4]+,[FeCl(4H2O)2]-等形式存在[4]。
[FeC(lH2O)5]2++Cl-[FeCl(2H2O)4]++H2O
[FeCl(2H2O)4]++2Cl-[FeCl(4H2O)2]-+2H2O
筆者向棕黃色FeCl3溶液中滴入2-3滴6mol/L硫酸,液體變黃色;隨著硫酸的加入,液體沒有出現(xiàn)棕黃色。由此可見,隨著濃鹽酸量的增多,氯離子濃度增大,上述絡合平衡與FeCl3水解平衡之間可能形成競爭,從而導致液體顏色的變化。建議教材在本實驗中盡可能回避鹽酸,減少氯離子的競爭反應對本實驗的干擾,應選擇更為理想的試劑。
中學課本上貌似簡單的一個實驗,里面卻包含了較多的、復雜的道理或原理。如果教師僅僅限于簡單的操作或者完成教學任務,而忽視細微之處的變化,那就失去了一次自我思考和成長的機會?;瘜W實驗特別強調(diào)教師的動手和實踐,現(xiàn)象反常一定事出有因。教師只有積極探究其中的“因”,知曉其中的“真”,才能不斷地向?qū)W生傳授求是的教學本真,這也是新課程、新教材、新高考形勢下的教學評一體化育人的關鍵。
參考文獻
[1]王晶,鄭長龍.普通高中教科書(必修1)[M].北京:人民教育出版社,2020:8.
[2]王晶,鄭長龍.普通高中教科書·化學反應原理(選擇性必修1)[M].北京:人民教育出版社,2020:73.
[3]北京師范大學,華中師范大學,南京師范大學無機化學教研室.無機化學(下冊第四版)[M].北京:高等教育出版社,2007:770.
[4]宋天佑等.無機化學(下冊第一版)[M].北京:高等教育出版社,2012:641.