利用傳感技術(shù)探究Fe3+與SCN—的絡(luò)合

陳秀蘭

摘要：Fe3+與SCN-的實(shí)際反應(yīng)情況一直困擾著學(xué)生理解Fe（SCN）3在溶液中的存在形式，文章采用數(shù)字化傳感技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)對比探究Fe3+與SCN-的絡(luò)合。

關(guān)鍵詞：數(shù)字實(shí)驗(yàn)；傳感技術(shù)；Fe（SCN）3

文章編號：1008-0546（2016）10-0092-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.033

一、 實(shí)驗(yàn)背景

蘇教版《化學(xué)1》在“鐵、銅及其化合物的應(yīng)用”內(nèi)容中，為三價(jià)鐵離子的檢驗(yàn)給出了信息提示[1]：在含有Fe3+的溶液中加入KSCN溶液，溶液變成血紅色，而在含有Fe2+的溶液中加入KSCN溶液，溶液不變色。同時(shí)給出了反應(yīng)的離子方程式。

結(jié)合離子反應(yīng)發(fā)生的條件，學(xué)生自然而然會(huì)得出Fe（SCN）3屬于弱電解質(zhì)的結(jié)論，而作為知識補(bǔ)充，部分老師會(huì)告訴學(xué)生，F(xiàn)e（SCN）3屬于配位化合物。配位化合物和弱電解質(zhì)就容易出現(xiàn)概念不明或混淆的問題，特別是給化學(xué)學(xué)習(xí)充滿熱情的學(xué)生造成困擾。結(jié)合蘇教版選修內(nèi)容“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”對于配位化合物的解釋[2]，既然由內(nèi)界和外界構(gòu)成的配位化合物在水中是完全電離的，那么將Fe（SCN）3理解為弱電解質(zhì)顯然存在問題。如何盡可能貼近學(xué)生的知識水平解釋Fe（SCN）3在溶液中的存在？《化學(xué)1》給出的離子方程式是否能在照顧普通學(xué)生理解能力的基礎(chǔ)上適當(dāng)進(jìn)行改動(dòng)，以更加貼近科學(xué)事實(shí)？為探究實(shí)驗(yàn)過程中Fe3+與SCN-的實(shí)際反應(yīng)情況，特設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)。

二、 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

0.1mol/L KSCN溶液，0.1mol/L KCl溶液，F(xiàn)eCl3固體，天平，50mL移液管，藥匙，蒸餾水，濾紙，不同規(guī)格的燒杯若干，電腦，85-2控溫式磁力攪拌器（帶磁力攪拌轉(zhuǎn)子），GQY數(shù)字實(shí)驗(yàn)室平臺，不帶屏數(shù)據(jù)采集器，電導(dǎo)率傳感器

三、 實(shí)驗(yàn)裝置

四、 實(shí)驗(yàn)過程

1. 分別取50mL0.1mol/L KSCN溶液和0.1mol/L KCl溶液于200mL燒杯中，用電導(dǎo)率傳感器檢測兩份溶液的導(dǎo)電能力，得到結(jié)果如圖所示：

2.在上述溶液中分別加0.2gFeCl3固體（少量），用磁力攪拌器攪拌，觀察溶液的導(dǎo)電能力變化，結(jié)果如下圖所示：

3. 在上述溶液中繼續(xù)分別加0.1gFeCl3固體，用磁力攪拌器攪拌，觀察溶液的導(dǎo)電能力變化，結(jié)果如下圖所示：

4. 在上述溶液中再次繼續(xù)加0.1gFeCl3固體（過量），用磁力攪拌器攪拌，觀察溶液的導(dǎo)電能力變化，結(jié)果如下圖所示：

五、 結(jié)果分析

1.溶液的導(dǎo)電能力與溫度、濃度、電荷數(shù)、離子的遷移速率等因素有關(guān)，由于離子遷移速率的差異，相同條件下，相同濃度的KCl溶液和KSCN溶液的電導(dǎo)率相差約2225μs/cm。

2.加入0.2gFeCl3固體以后，此時(shí)，F(xiàn)eCl3因?yàn)榱可倥cKSCN充分反應(yīng)，若生成的Fe（SCN）3不存在電離，此時(shí)溶液的電導(dǎo)率應(yīng)變化不大，而結(jié)果顯示電導(dǎo)率仍然上升，上升幅度比同濃度的KCl稍小。說明此時(shí)溶液中Fe3+與SCN-開始形成絡(luò)合物。

3. 再次加入0.1gFeCl3固體，此時(shí)原溶液中的KSCN與總的FeCl3物質(zhì)的量之比為3∶1，恰好完全反應(yīng)，溶液為Fe（SCN）3與KCl的混合溶液，且KCl的濃度應(yīng)為0.1mol/L，我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)溶液的電導(dǎo)率與實(shí)驗(yàn)開始時(shí)0.1mol/L的KCl溶液的電導(dǎo)率幾乎相同，證明此時(shí)溶液中，F(xiàn)e3+與SCN-恰好形成了Fe（SCN）3分子，幾乎不存在電離。

4.繼續(xù)加入FeCl3固體0.1g，此時(shí)溶液中FeCl3已過量，若此時(shí)加進(jìn)去的Fe3+沒有繼續(xù)反應(yīng)，溶液的電導(dǎo)率增加幅度應(yīng)該和KCl溶液相同，結(jié)果顯示卻比KCl要小，證明Fe3+繼續(xù)再反應(yīng)形成新的形式的絡(luò)合物，此時(shí)溶液中就不再適合用Fe（SCN）3分子形式來表示絡(luò)合物了。

六、 實(shí)驗(yàn)意義

一直以來，檢驗(yàn)三價(jià)鐵離子的實(shí)驗(yàn)都只是停留在對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的粗淺觀察，由于配位化合物并不是學(xué)業(yè)水平考試內(nèi)容，大部分老師對于Fe（SCN）3也從未提出過質(zhì)疑。然而從科學(xué)的角度講，弱電解質(zhì)的說法并不能準(zhǔn)確描述配位化合物，而Fe3+與SCN-的配合物也不能簡單地由Fe（SCN）3概括。

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用傳感器對Fe3+與SCN-的反應(yīng)進(jìn)行研究，證明了Fe3+與SCN-的實(shí)際絡(luò)合程度與離子的濃度大小有關(guān)，由此建議教材中可用小字部分對于兩者的配合物形成過程加以說明，例如：

Fe3++SCN-→Fe（SCN）2+→Fe（SCN）2+→Fe（SCN）3→Fe（SCN）4-→[Fe（SCN）5]2-→[Fe（SCN）6]3-，或者也可將書本中離子方程式的形式改為：Fe3++n SCN-[Fe（SCN）n]3-n。也可以將這個(gè)問題設(shè)計(jì)成一次課外探究活動(dòng)，一方面解決這個(gè)困擾著學(xué)生甚至老師的問題，另外一方面也可以幫助對化學(xué)學(xué)習(xí)感興趣的、有志于發(fā)展化學(xué)專業(yè)的學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)探究的方法，在追求科學(xué)原理的過程中體會(huì)解決化學(xué)問題的樂趣。

參考文獻(xiàn)

[1] 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1[M]. 南京：江蘇教育出版社，2014：75

[2] 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[M]. 南京：江蘇教育出版社，2011：77-78