硫氰化鉀鑒別Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)實驗的改進

徐慧

摘要： 針對新人教版高中化學教材中用硫氰化鉀鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）實驗試劑準備繁瑣、實驗現(xiàn)象容易出現(xiàn)異常的問題，從理論上分析硫氰化鉀鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的原理，并通過改進實驗證明演示實驗的可行性。改進實驗使用維生素C處理FeSO4溶液，營造溶液的還原性氛圍，既確保理想的實驗現(xiàn)象，又建立化學知識與生活實際的連接點，可供課堂教學演示和學生分組實驗參考。

關鍵詞： 硫氰化鉀; 鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）; 實驗改進; 實驗探究

文章編號： 10056629（2020）06006103? 中圖分類號： G633.8? 文獻標識碼： B

1 問題的提出

人教版[1]新教材《化學（必修）第一冊》第三章第一節(jié)“鐵及其化合物”中Fe3+和Fe2+的鑒別采用以下實驗方案： 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。實驗現(xiàn)象為含有Fe3+的鹽溶液遇到KSCN溶液時變成紅色，而含有Fe2+的鹽溶液遇到KSCN溶液時無明顯變化。

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

（1） 實驗試劑準備繁瑣。FeCl2溶液并不是高中化學實驗室常備試劑，其溶質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（鐵粉或鐵絲）與鹽酸或FeCl3溶液反應制備，試劑配制過程操作繁瑣，且無法確定溶液的物質的量濃度。

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

基于上述原因，本文對硫氰化鉀鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）實驗作如下改進。

2 實驗原理

Fe（Ⅲ）與KSCN溶液的顯色反應之所以能夠發(fā)生，可以從H2O和NCS-（KSCN提供的配體，高中一般寫作SCN-）的分裂能大小得到解釋[2]。在晶體場光譜化學序列中，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[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溶液會顯紅色。Fe2+的不穩(wěn)定性對Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的鑒別造成干擾。

基于上述分析，成功進行課堂演示實驗的關鍵是消除溶液中Fe2+氧化產(chǎn)生的Fe3+或阻止Fe2+被氧化為Fe3+。本改進實驗利用生活中常見的維生素C藥片將氧化產(chǎn)生的Fe3+還原為Fe2+，以完善該實驗方案。

3 實驗藥品和儀器

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

4 改進實驗方案

4.1 實驗步驟

（1） 將2.8g FeSO4？7H2O溶于水，稀釋成100mL，配成物質的量濃度約為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 實驗現(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 實驗結果分析與解釋

含有Fe2+的鹽溶液遇到KSCN溶液時仍然為無色，含有Fe3+的鹽溶液遇到KSCN溶液時變成紅色。通過對比實驗得出結論： 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+。

多次實驗證明，使用維生素C能夠有效消除亞鐵鹽溶液中的Fe3+，使鑒別實驗達到理想效果。維生素C（C6H8O6）又稱烯醇式己糖酸內酯，其結構如圖1所示。維生素C的氧化還原（Cox/C）電對的標準電極電勢是-0.39V[5]， Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）電對的標準電極電勢是0.771V[6]。由此，維生素C能將Fe（Ⅲ）還原為Fe（Ⅱ），反應機理如圖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天內使用本改進方案進行實驗，都可以取得良好的效果。

6 教學反思

硫氰化鉀法檢驗鐵離子屬于顯色法，因符合學生的認知發(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Fe3+和Fe2+進行鑒別。該實驗方案的順利開展，將有助于學生掌握離子定性檢驗的一般方法、建立對比實驗的良好的學科思想。

6.1 改進實驗試劑準備簡便

改進實驗采用高中化學實驗室常備的FeSO4？7H2O配制亞鐵鹽溶液，也可以使用實驗室儲存的FeSO4溶液，且不需要隨用隨配，使實驗可行性大大增加。

6.2 改進實驗現(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、有機物隔離法等方法。鐵粉法會使溶液帶有黑色渾濁，不符合學生的認知規(guī)律;煮沸法需要臨時新配溶液，并對溶劑進行煮沸，操作較為復雜;有機物隔離法引起有機物附著，儀器清洗麻煩，且水中的溶解氧還是會引起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，可以在藥店購買，價格低、無毒副作用。把維生素C引入化學實驗，使化學實驗回歸生活。清晰的實驗現(xiàn)象有助于學生通過顏色對比，正確理解Fe3+的定性檢驗方法和原理。

6.3 改進實驗能夠更好地發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)

對某些典型實驗運用生活化元素進行改進創(chuàng)新，符合新課程標準的要求。不僅可以讓學生在生活中發(fā)現(xiàn)和解決化學問題，而且能激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養(yǎng)學生的科學探究與創(chuàng)新意識。

當學生用KSCN溶液鑒別Fe3+和Fe2+的知識基本形成后，可以進一步引導學生將KSCN溶液直接滴入FeSO4溶液中，異常的實驗現(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)學生的深度思考： FeSO4溶液中的Fe3+從何而來？Fe2+的穩(wěn)定性如何？之前實驗中維生素C起到了什么作用？為什么去皮的蘋果在空氣中會慢慢變?yōu)楹稚菰诰S生素C溶液中卻可以長久不變色？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改進化學實驗，可以激發(fā)學生內心的求知欲，使其在“憤、悱”的狀態(tài)下積極開展深度學習。

本次對于用硫氰化物鑒別Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的實驗改進，符合化學實驗設計的簡便性、探究性和趣味性原則，從實驗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。實驗操作簡單、現(xiàn)象明顯，可作為演示實驗或學生分組實驗進行推廣。

參考文獻：

[1] 人民教育出版社化學室. 普通高中課程標準實驗教科書？化學（必修）第一冊[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019： 68.

[2] 朱文祥， 劉魯美主編. 中級無機化學理論[M]. 北京： 北京師范大學出版社， 2002： 117.

[3][4][6] 武漢大學， 吉林大學. 無機化學（第3版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 1994： 1022， 1022， 501.

[5] Matthew D. Lovander， Jacob D. Lyon， Daniel L. Parr IV， Junnan Wang， Brenna Parke， and Johna Leddy. Review —— Electrochemical Properties of 13 Vitamins： A Critical Review and Assessment [J]. Journal of The Electrochemical Society， 2018， 165（2）： 18～49.

[7] 白令君， 王建英， 崔乃杰， 張奕. 抗壞血酸與鐵離子反應的ESR及UVVIS研究[J]. 生物化學與生物物理學報， 1997， （6）： 3～8.