Fe3+與I-反應(yīng)限度實驗的探究

吳星+張丹丹+吳頻慶+呂琳

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)部分要求：“通過實驗認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的速率和化學(xué)反應(yīng)的限度，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用”。并建議“設(shè)計實驗證明某些化學(xué)反應(yīng)的可逆性”。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，人教版和蘇教版高中化學(xué)必修教材（化學(xué)2）中都安排了相應(yīng)的實驗，但教學(xué)中發(fā)現(xiàn)實驗效果均不理想。本文從理論和實驗兩個方面探討了“證明氯化鐵溶液與碘化鉀溶液反應(yīng)是可逆反應(yīng)”的條件。

一、理論分析

在KI過量的條件下FeCl3與KI溶液反應(yīng)的離子方程式為

2Fe3++3I-2Fe2++I-3

該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為：

E=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(I-3/I-)

=0.77V-0.53V＝0.24V

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電動勢可計算出上述反應(yīng)在298K時的平衡常數(shù)為：

lgK=nE0.0592=2×0.24V0.0592=8.108

K=1.283×108

反應(yīng)的平衡常數(shù)較大，說明反應(yīng)進行的程度比較完全。也就是說，在KI過量的條件下，F(xiàn)eCl3與KI溶液的反應(yīng)達(dá)到平衡后，溶液中c(Fe3+)很小，若要證明FeCl3與KI溶液的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，就需要采用很靈敏的檢驗Fe3+的方法。

有文獻報道，［Fe(SCN)3-nn］(n=1~6)在480nm左右處有最大吸收，摩爾消光系數(shù)約為1×104。假設(shè)［Fe(SCN)3-nn］顯色體系吸光度達(dá)到0.1以上，其顏色肉眼可見，則要求體系中c(Fe3+)≥1×10-5mol/L。

若實驗中起始時離子的物質(zhì)的量濃度分別為c(Fe3+)＝a mol/L、c(I-)＝na mol/L，若反應(yīng)達(dá)到平衡后，c(Fe3+)≥2×10-5mol/L，則c(Fe2+)＝a mol/L、c(I-)＝(na-32a) mol/L、c(I-3)＝a2mol/L，通過計算可得n≤4.89（可近似認(rèn)為小于5）。根據(jù)上述理論分析可知，若實驗中FeCl3與KI溶液的濃度均為0.1mol/L，應(yīng)控制加入KI溶液的體積最多為FeCl3溶液體積的5倍。

二、實驗探究

1.FeCl3溶液與KI溶液反應(yīng)的最佳條件

為探究FeCl3溶液與KI溶液反應(yīng)的最佳條件，我們進行如下實驗：分別取5滴～6滴、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL FeCl3與5 mL KI在試管中反應(yīng)，反應(yīng)后分別用2 mL苯和四氯化碳萃取2次～3次，在未分離最后一次萃取液的試管中滴加5次～6滴KSCN，觀察實驗現(xiàn)象。結(jié)果見表1。

表1

說明：KI和FeCl3溶液的濃度均為0.1 mol·L-1，F(xiàn)eCl3溶液是將FeCl3固體溶解于0.2 mol·L-1鹽酸配制而成，KSCN溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

實驗中發(fā)現(xiàn)，用0.1 mol/L FeCl3與0.1 mol/L KI溶液反應(yīng)時，當(dāng)控制加入KI溶液的體積大于FeCl3溶液體積10倍時，加入KSCN溶液后觀察不到特征的血紅色出現(xiàn)。這是由于體系Fe3+中的含量太少，以致用KSCN檢測不出來；當(dāng)控制加入KI溶液的體積小于FeCl3溶液體積5倍時，均能觀察到預(yù)期的明顯的實驗現(xiàn)象。

因為實驗中生成的I-3本身的顏色會干擾Fe3+的檢驗，我們必須通過萃取將其從反應(yīng)后的溶液中除去。實驗發(fā)現(xiàn)，同樣萃取3次后，用C6H6萃取后的溶液近乎無色到微黃色，而用CCl4萃取過的溶液呈淡黃色，以C6H6作萃取劑的

溴乙烷水解實驗產(chǎn)物的驗證效果更好，這是因為I2在苯中具有更大的溶解度。此外，以C6H6作萃取劑還能起到液封的作用，防止溶液中的Fe2+被空氣中氧氣氧化。

2.KSCN溶液濃度的探究

取50 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液，加入10 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液，振蕩使其充分反應(yīng)，靜置。取分別用20 mL苯萃取3次，取萃取后的溶液2 mL分別置于試管中。分別滴加5%、15%、20%的KSCN溶液，觀察現(xiàn)象，結(jié)果見表2。

表2

實驗編號123KSCN濃度5%15%20%V（KSCN）5滴～6滴5滴～6滴5滴～6滴實驗現(xiàn)象溶液為微紅色，放置后顏色無明顯變化溶液為淺紅色，放置后顏色無明顯變化溶液為血紅色，放置后顏色無明顯變化實驗研究發(fā)現(xiàn)，KSCN溶液的溶度影響KI與FeCl3溶液反應(yīng)檢驗效果，這是因為SCN-與Fe3+的反應(yīng)存在下列平衡：

Fe3++nSCN-2Fe(SCN)(n-3)-n

較大濃度的SCN-，有利于Fe(SCN)(n-3)-n的形成。當(dāng)KSCN的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時，就能達(dá)到理想的效果。

三、實驗結(jié)論與啟迪

通過對“證明KI與FeCl3溶液的反應(yīng)是可逆反應(yīng)”的實驗探究，我們發(fā)現(xiàn)，獲得明顯實驗效果的條件為：

（1）取5 mL 0.1 mol/LKI溶液與1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液反應(yīng)。

（2）取2 mL苯萃取3次。

（3）加20%KSCN溶液于萃取后溶液中顯色。

(收稿日期：2014-02-10)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)部分要求：“通過實驗認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的速率和化學(xué)反應(yīng)的限度，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用”。并建議“設(shè)計實驗證明某些化學(xué)反應(yīng)的可逆性”。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，人教版和蘇教版高中化學(xué)必修教材（化學(xué)2）中都安排了相應(yīng)的實驗，但教學(xué)中發(fā)現(xiàn)實驗效果均不理想。本文從理論和實驗兩個方面探討了“證明氯化鐵溶液與碘化鉀溶液反應(yīng)是可逆反應(yīng)”的條件。

一、理論分析

在KI過量的條件下FeCl3與KI溶液反應(yīng)的離子方程式為

2Fe3++3I-2Fe2++I-3

該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為：

E=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(I-3/I-)

=0.77V-0.53V＝0.24V

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電動勢可計算出上述反應(yīng)在298K時的平衡常數(shù)為：

lgK=nE0.0592=2×0.24V0.0592=8.108

K=1.283×108

反應(yīng)的平衡常數(shù)較大，說明反應(yīng)進行的程度比較完全。也就是說，在KI過量的條件下，F(xiàn)eCl3與KI溶液的反應(yīng)達(dá)到平衡后，溶液中c(Fe3+)很小，若要證明FeCl3與KI溶液的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，就需要采用很靈敏的檢驗Fe3+的方法。

有文獻報道，［Fe(SCN)3-nn］(n=1~6)在480nm左右處有最大吸收，摩爾消光系數(shù)約為1×104。假設(shè)［Fe(SCN)3-nn］顯色體系吸光度達(dá)到0.1以上，其顏色肉眼可見，則要求體系中c(Fe3+)≥1×10-5mol/L。

若實驗中起始時離子的物質(zhì)的量濃度分別為c(Fe3+)＝a mol/L、c(I-)＝na mol/L，若反應(yīng)達(dá)到平衡后，c(Fe3+)≥2×10-5mol/L，則c(Fe2+)＝a mol/L、c(I-)＝(na-32a) mol/L、c(I-3)＝a2mol/L，通過計算可得n≤4.89（可近似認(rèn)為小于5）。根據(jù)上述理論分析可知，若實驗中FeCl3與KI溶液的濃度均為0.1mol/L，應(yīng)控制加入KI溶液的體積最多為FeCl3溶液體積的5倍。

二、實驗探究

1.FeCl3溶液與KI溶液反應(yīng)的最佳條件

為探究FeCl3溶液與KI溶液反應(yīng)的最佳條件，我們進行如下實驗：分別取5滴～6滴、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL FeCl3與5 mL KI在試管中反應(yīng)，反應(yīng)后分別用2 mL苯和四氯化碳萃取2次～3次，在未分離最后一次萃取液的試管中滴加5次～6滴KSCN，觀察實驗現(xiàn)象。結(jié)果見表1。

表1

說明：KI和FeCl3溶液的濃度均為0.1 mol·L-1，F(xiàn)eCl3溶液是將FeCl3固體溶解于0.2 mol·L-1鹽酸配制而成，KSCN溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

實驗中發(fā)現(xiàn)，用0.1 mol/L FeCl3與0.1 mol/L KI溶液反應(yīng)時，當(dāng)控制加入KI溶液的體積大于FeCl3溶液體積10倍時，加入KSCN溶液后觀察不到特征的血紅色出現(xiàn)。這是由于體系Fe3+中的含量太少，以致用KSCN檢測不出來；當(dāng)控制加入KI溶液的體積小于FeCl3溶液體積5倍時，均能觀察到預(yù)期的明顯的實驗現(xiàn)象。

因為實驗中生成的I-3本身的顏色會干擾Fe3+的檢驗，我們必須通過萃取將其從反應(yīng)后的溶液中除去。實驗發(fā)現(xiàn)，同樣萃取3次后，用C6H6萃取后的溶液近乎無色到微黃色，而用CCl4萃取過的溶液呈淡黃色，以C6H6作萃取劑的

溴乙烷水解實驗產(chǎn)物的驗證效果更好，這是因為I2在苯中具有更大的溶解度。此外，以C6H6作萃取劑還能起到液封的作用，防止溶液中的Fe2+被空氣中氧氣氧化。

2.KSCN溶液濃度的探究

取50 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液，加入10 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液，振蕩使其充分反應(yīng)，靜置。取分別用20 mL苯萃取3次，取萃取后的溶液2 mL分別置于試管中。分別滴加5%、15%、20%的KSCN溶液，觀察現(xiàn)象，結(jié)果見表2。

表2

實驗編號123KSCN濃度5%15%20%V（KSCN）5滴～6滴5滴～6滴5滴～6滴實驗現(xiàn)象溶液為微紅色，放置后顏色無明顯變化溶液為淺紅色，放置后顏色無明顯變化溶液為血紅色，放置后顏色無明顯變化實驗研究發(fā)現(xiàn)，KSCN溶液的溶度影響KI與FeCl3溶液反應(yīng)檢驗效果，這是因為SCN-與Fe3+的反應(yīng)存在下列平衡：

Fe3++nSCN-2Fe(SCN)(n-3)-n

較大濃度的SCN-，有利于Fe(SCN)(n-3)-n的形成。當(dāng)KSCN的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時，就能達(dá)到理想的效果。

三、實驗結(jié)論與啟迪

通過對“證明KI與FeCl3溶液的反應(yīng)是可逆反應(yīng)”的實驗探究，我們發(fā)現(xiàn)，獲得明顯實驗效果的條件為：

（1）取5 mL 0.1 mol/LKI溶液與1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液反應(yīng)。

（2）取2 mL苯萃取3次。

（3）加20%KSCN溶液于萃取后溶液中顯色。

(收稿日期：2014-02-10)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)部分要求：“通過實驗認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的速率和化學(xué)反應(yīng)的限度，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用”。并建議“設(shè)計實驗證明某些化學(xué)反應(yīng)的可逆性”。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，人教版和蘇教版高中化學(xué)必修教材（化學(xué)2）中都安排了相應(yīng)的實驗，但教學(xué)中發(fā)現(xiàn)實驗效果均不理想。本文從理論和實驗兩個方面探討了“證明氯化鐵溶液與碘化鉀溶液反應(yīng)是可逆反應(yīng)”的條件。

一、理論分析

在KI過量的條件下FeCl3與KI溶液反應(yīng)的離子方程式為

2Fe3++3I-2Fe2++I-3

該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為：

E=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(I-3/I-)

=0.77V-0.53V＝0.24V

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電動勢可計算出上述反應(yīng)在298K時的平衡常數(shù)為：

lgK=nE0.0592=2×0.24V0.0592=8.108

K=1.283×108

反應(yīng)的平衡常數(shù)較大，說明反應(yīng)進行的程度比較完全。也就是說，在KI過量的條件下，F(xiàn)eCl3與KI溶液的反應(yīng)達(dá)到平衡后，溶液中c(Fe3+)很小，若要證明FeCl3與KI溶液的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，就需要采用很靈敏的檢驗Fe3+的方法。

有文獻報道，［Fe(SCN)3-nn］(n=1~6)在480nm左右處有最大吸收，摩爾消光系數(shù)約為1×104。假設(shè)［Fe(SCN)3-nn］顯色體系吸光度達(dá)到0.1以上，其顏色肉眼可見，則要求體系中c(Fe3+)≥1×10-5mol/L。

若實驗中起始時離子的物質(zhì)的量濃度分別為c(Fe3+)＝a mol/L、c(I-)＝na mol/L，若反應(yīng)達(dá)到平衡后，c(Fe3+)≥2×10-5mol/L，則c(Fe2+)＝a mol/L、c(I-)＝(na-32a) mol/L、c(I-3)＝a2mol/L，通過計算可得n≤4.89（可近似認(rèn)為小于5）。根據(jù)上述理論分析可知，若實驗中FeCl3與KI溶液的濃度均為0.1mol/L，應(yīng)控制加入KI溶液的體積最多為FeCl3溶液體積的5倍。

二、實驗探究

1.FeCl3溶液與KI溶液反應(yīng)的最佳條件

為探究FeCl3溶液與KI溶液反應(yīng)的最佳條件，我們進行如下實驗：分別取5滴～6滴、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL FeCl3與5 mL KI在試管中反應(yīng)，反應(yīng)后分別用2 mL苯和四氯化碳萃取2次～3次，在未分離最后一次萃取液的試管中滴加5次～6滴KSCN，觀察實驗現(xiàn)象。結(jié)果見表1。

表1

說明：KI和FeCl3溶液的濃度均為0.1 mol·L-1，F(xiàn)eCl3溶液是將FeCl3固體溶解于0.2 mol·L-1鹽酸配制而成，KSCN溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

實驗中發(fā)現(xiàn)，用0.1 mol/L FeCl3與0.1 mol/L KI溶液反應(yīng)時，當(dāng)控制加入KI溶液的體積大于FeCl3溶液體積10倍時，加入KSCN溶液后觀察不到特征的血紅色出現(xiàn)。這是由于體系Fe3+中的含量太少，以致用KSCN檢測不出來；當(dāng)控制加入KI溶液的體積小于FeCl3溶液體積5倍時，均能觀察到預(yù)期的明顯的實驗現(xiàn)象。

因為實驗中生成的I-3本身的顏色會干擾Fe3+的檢驗，我們必須通過萃取將其從反應(yīng)后的溶液中除去。實驗發(fā)現(xiàn)，同樣萃取3次后，用C6H6萃取后的溶液近乎無色到微黃色，而用CCl4萃取過的溶液呈淡黃色，以C6H6作萃取劑的

溴乙烷水解實驗產(chǎn)物的驗證效果更好，這是因為I2在苯中具有更大的溶解度。此外，以C6H6作萃取劑還能起到液封的作用，防止溶液中的Fe2+被空氣中氧氣氧化。

2.KSCN溶液濃度的探究

取50 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液，加入10 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液，振蕩使其充分反應(yīng)，靜置。取分別用20 mL苯萃取3次，取萃取后的溶液2 mL分別置于試管中。分別滴加5%、15%、20%的KSCN溶液，觀察現(xiàn)象，結(jié)果見表2。

表2

實驗編號123KSCN濃度5%15%20%V（KSCN）5滴～6滴5滴～6滴5滴～6滴實驗現(xiàn)象溶液為微紅色，放置后顏色無明顯變化溶液為淺紅色，放置后顏色無明顯變化溶液為血紅色，放置后顏色無明顯變化實驗研究發(fā)現(xiàn)，KSCN溶液的溶度影響KI與FeCl3溶液反應(yīng)檢驗效果，這是因為SCN-與Fe3+的反應(yīng)存在下列平衡：

Fe3++nSCN-2Fe(SCN)(n-3)-n

較大濃度的SCN-，有利于Fe(SCN)(n-3)-n的形成。當(dāng)KSCN的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時，就能達(dá)到理想的效果。

三、實驗結(jié)論與啟迪

通過對“證明KI與FeCl3溶液的反應(yīng)是可逆反應(yīng)”的實驗探究，我們發(fā)現(xiàn)，獲得明顯實驗效果的條件為：

（1）取5 mL 0.1 mol/LKI溶液與1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液反應(yīng)。

（2）取2 mL苯萃取3次。

（3）加20%KSCN溶液于萃取后溶液中顯色。

(收稿日期：2014-02-10)