關(guān)于三硫化二鐵教學(xué)的思考

龔曉華

一、問題提出

不少中學(xué)老師在進(jìn)行金屬硫化物的教學(xué)時(shí)，要么回避三硫化二鐵，要么明確指出根本不存在三硫化二鐵這種物質(zhì)，并舉出以下“充分理由”：

2.若在水溶液中由鐵鹽和硫化物（硫化氫、硫化銨等）反應(yīng)也得不到Fe2S3，而是發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe3++S2-＝2Fe2++S↓。

3.在常見難溶化合物溶度積表中，也查不到Ksp（Fe2S3）的數(shù)據(jù)，可能原因是根本就不存在這種物質(zhì)。

4.在高中化學(xué)課本后的溶解性表中，在Fe3+與S2-的交點(diǎn)處標(biāo)為“-”，“-”表示該物質(zhì)不存在或遇水發(fā)生分解，由于Fe3+與S2-要發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則不會(huì)發(fā)生完全雙水解，說明三硫化二鐵并不存在。

上述理由看似非常充分！自然界到底有沒有三硫化二鐵這種物質(zhì)？可否在實(shí)驗(yàn)室制得三硫化二鐵？

二、存在事實(shí)

1.通過文件檢索得知，三硫化二鐵（Fe2S3）為黃綠色固體；相對(duì)密度4.3；強(qiáng)熱則分解；不溶于水，在熱水中分解成硫化亞鐵和硫；遇強(qiáng)酸分解，放出硫化氫氣體。上述反應(yīng)方程式分別為：

2.另據(jù)沼氣干法脫硫生產(chǎn)工藝知，利用氧化鐵脫硫過程中，可以得到三硫化二鐵的水合物，反應(yīng)如下：

從上述事實(shí)可知，三硫化二鐵是客觀存在的。

三、理論推導(dǎo)

1.在酸性介質(zhì)中，Eo＝Φo（Fe3+／Fe2+）-Φo（S／S2-）＝0.771V-0.142V＝O.629V＞0.36V，說明Fe3+與S2-能完全發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe3++S2-＝2Fe2++S↓，不會(huì)生成Fe2S3，說明三硫化二鐵不會(huì)存在于酸性環(huán)境，在酸性環(huán)境也無法制出三硫化二鐵。

2.查閱資料得知，Ksp（Fe2S3）＝1×10-88，若將0.02mol／L的FeCl3溶液和（NH4）2S溶液等體積混合，Qc（Fe2S3）＝c（Fe3+）2×c（S2-）3＝1.0×10-10＞Ksp（Fe2S3），從理論上講，是能夠生成黃綠色的Fe2S3固體的；若將反應(yīng)2Fe3++3S2-＝Fe2S3當(dāng)作可逆反應(yīng)，其平衡常數(shù)K＝1／［Ksp（Fe2S3）］＝1×1088＞＞105，可視為該反應(yīng)正向完全進(jìn)行，說明Fe2S3在理論上是存在的。

四、實(shí)驗(yàn)制取

于試管中加人20ml0.1mol／L的（NH4）2S溶液，然后向其中滴加滴加0.1mol／L的FeCl3溶液8～10滴，該條件下，（NH4）2S溶液是過量的，混合溶液呈堿性。過濾得到黑色的沉淀，再向沉淀中加入鹽酸，可觀察到黑色沉淀轉(zhuǎn)變成了乳白色沉淀，并伴有臭雞蛋氣味產(chǎn)生。這是由于黑色的Fe2S3沉淀溶解于鹽酸并發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，生成了乳白色的單質(zhì)S沉淀和具有臭雞蛋氣味的H2S氣體。其反應(yīng)為：Fe2S3+4H+═══2Fe2++2H2S↑+S↓。

由此可知，在堿性環(huán)境下，于實(shí)驗(yàn)室是能夠制得Fe2S3這種物質(zhì)的。

五、習(xí)題運(yùn)用

某小組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究FeCl3溶液和Na2S溶液的反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)一】

已知：FeS、Fe2S3均為黑色固體，均能溶于鹽酸。H2S氣體有臭雞蛋氣味。

同學(xué)們對(duì)黑色沉淀的成分提出兩種假設(shè)：

ⅰ.Fe3+與S2-反應(yīng)直接生成沉淀Fe2S3。ⅱ.Fe3+被S2-還原，生成沉淀FeS和S。

甲同學(xué)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

操作 現(xiàn)象___________________取少量FeS固體，加入稀鹽酸 固體溶解，有臭雞蛋氣味氣體生成_______取少量Fe2S3固體，加入稀鹽酸 固體溶解，出現(xiàn)淡黃色渾濁，有臭雞蛋氣味氣體生成

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和資料，甲得出結(jié)論：黑色沉淀是Fe2S3。

（1）0.1 mol·L-1Na2S溶液的pH為12.5。用離子方程式表示其顯堿性的原因：___________。

（2）乙認(rèn)為甲的結(jié)論不嚴(yán)謹(jǐn)，理由是____________。

（3）進(jìn)一步研究證實(shí)，黑色沉淀的主要成分是Fe2S3。Na2S溶液呈堿性，F(xiàn)eCl3溶液與其反應(yīng)不生成Fe（OH）3而生成Fe2S3的可能原因是_____________。

【實(shí)驗(yàn)二】

?

（4）進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)，步驟I中局部產(chǎn)生少量的黑色沉淀是Fe2S3，黑色沉淀溶解的主要原因不是Fe2S3與溶液中Fe3+發(fā)生氧化還原反應(yīng)。步驟I中黑色沉淀溶解的反應(yīng)的離子方程式是________。

（5）根據(jù)以上研究，F(xiàn)eCl3溶液和Na2S 溶液反應(yīng)的產(chǎn)物與_____________相關(guān)。

答案：

①S2-+H2O?HS-+OH-。

②黑色沉淀還可能是FeS和S，或Fe2S3、FeS和S的混合物，與稀鹽酸反應(yīng)也有相同現(xiàn)象。

③Fe2S3的溶解度比Fe（OH）3更小。

④Fe2S3+4H+═══2Fe2++S↓+2H2S↑。

⑤試劑的相對(duì)用量、反應(yīng)體系的酸堿性。

本題來源于《北京市西城區(qū)2017～2018學(xué)年第一學(xué)期期末高三化學(xué)試題》，是一道關(guān)于三硫化二鐵的實(shí)驗(yàn)探究題，也是對(duì)三硫化二鐵性質(zhì)的考查，同時(shí)也充分證明了三硫化二鐵的存在，是一道質(zhì)量很高的實(shí)驗(yàn)考查題。

結(jié)語：關(guān)于中學(xué)化學(xué)教學(xué)中遇到的疑難問題，作為中學(xué)化學(xué)老師，在教學(xué)中既不能不負(fù)責(zé)任地回避問題，也不能憑主觀臆斷亂下結(jié)論，而是應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，通過理論推斷和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來解決疑難問題。