Fe3+与I-反应限度实验的探究

吴星+张丹丹+吴频庆+吕琳

《普通高中化学课程标准》在内容标准部分要求：“通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用”。并建议“设计实验证明某些化学反应的可逆性”。根据课程标准要求，人教版和苏教版高中化学必修教材（化学2）中都安排了相应的实验，但教学中发现实验效果均不理想。本文从理论和实验两个方面探讨了“证明氯化铁溶液与碘化钾溶液反应是可逆反应”的条件。

一、理论分析

在KI过量的条件下FeCl3与KI溶液反应的离子方程式为

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

该反应的标准电动势为：

E=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(I-3/I-)

=0.77V-0.53V＝0.24V

根据标准电动势可计算出上述反应在298K时的平衡常数为：

lgK=nE0.0592=2×0.24V0.0592=8.108

K=1.283×108

反应的平衡常数较大，说明反应进行的程度比较完全。也就是说，在KI过量的条件下，FeCl3与KI溶液的反应达到平衡后，溶液中c(Fe3+)很小，若要证明FeCl3与KI溶液的反应是可逆反应，就需要采用很灵敏的检验Fe3+的方法。

有文献报道，［Fe(SCN)3-nn］(n=1~6)在480nm左右处有最大吸收，摩尔消光系数约为1×104。假设［Fe(SCN)3-nn］显色体系吸光度达到0.1以上，其颜色肉眼可见，则要求体系中c(Fe3+)≥1×10-5mol/L。

若实验中起始时离子的物质的量浓度分别为c(Fe3+)＝a mol/L、c(I-)＝na mol/L，若反应达到平衡后，c(Fe3+)≥2×10-5mol/L，则c(Fe2+)＝a mol/L、c(I-)＝(na-32a) mol/L、c(I-3)＝a2mol/L，通过计算可得n≤4.89（可近似认为小于5）。根据上述理论分析可知，若实验中FeCl3与KI溶液的浓度均为0.1mol/L，应控制加入KI溶液的体积最多为FeCl3溶液体积的5倍。

二、实验探究

1.FeCl3溶液与KI溶液反应的最佳条件

为探究FeCl3溶液与KI溶液反应的最佳条件，我们进行如下实验：分别取5滴～6滴、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL FeCl3与5 mL KI在试管中反应，反应后分别用2 mL苯和四氯化碳萃取2次～3次，在未分离最后一次萃取液的试管中滴加5次～6滴KSCN，观察实验现象。结果见表1。

表1

说明：KI和FeCl3溶液的浓度均为0.1 mol·L-1，FeCl3溶液是将FeCl3固体溶解于0.2 mol·L-1盐酸配制而成，KSCN溶液的质量分数为20%。

实验中发现，用0.1 mol/L FeCl3与0.1 mol/L KI溶液反应时，当控制加入KI溶液的体积大于FeCl3溶液体积10倍时，加入KSCN溶液后观察不到特征的血红色出现。这是由于体系Fe3+中的含量太少，以致用KSCN检测不出来；当控制加入KI溶液的体积小于FeCl3溶液体积5倍时，均能观察到预期的明显的实验现象。

因为实验中生成的I-3本身的颜色会干扰Fe3+的检验，我们必须通过萃取将其从反应后的溶液中除去。实验发现，同样萃取3次后，用C6H6萃取后的溶液近乎无色到微黄色，而用CCl4萃取过的溶液呈淡黄色，以C6H6作萃取剂的

溴乙烷水解实验产物的验证效果更好，这是因为I2在苯中具有更大的溶解度。此外，以C6H6作萃取剂还能起到液封的作用，防止溶液中的Fe2+被空气中氧气氧化。

2.KSCN溶液浓度的探究

取50 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液，加入10 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液，振荡使其充分反应，静置。取分别用20 mL苯萃取3次，取萃取后的溶液2 mL分别置于试管中。分别滴加5%、15%、20%的KSCN溶液，观察现象，结果见表2。

表2

实验编号123KSCN浓度5%15%20%V（KSCN）5滴～6滴5滴～6滴5滴～6滴实验现象溶液为微红色，放置后颜色无明显变化溶液为浅红色，放置后颜色无明显变化溶液为血红色，放置后颜色无明显变化实验研究发现，KSCN溶液的溶度影响KI与FeCl3溶液反应检验效果，这是因为SCN-与Fe3+的反应存在下列平衡：

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

较大浓度的SCN-，有利于Fe(SCN)(n-3)-n的形成。当KSCN的溶液质量分数达到20%时，就能达到理想的效果。

三、实验结论与启迪

通过对“证明KI与FeCl3溶液的反应是可逆反应”的实验探究，我们发现，获得明显实验效果的条件为：

（1）取5 mL 0.1 mol/LKI溶液与1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液反应。

（2）取2 mL苯萃取3次。

（3）加20%KSCN溶液于萃取后溶液中显色。

(收稿日期：2014-02-10)

《普通高中化学课程标准》在内容标准部分要求：“通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用”。并建议“设计实验证明某些化学反应的可逆性”。根据课程标准要求，人教版和苏教版高中化学必修教材（化学2）中都安排了相应的实验，但教学中发现实验效果均不理想。本文从理论和实验两个方面探讨了“证明氯化铁溶液与碘化钾溶液反应是可逆反应”的条件。

一、理论分析

在KI过量的条件下FeCl3与KI溶液反应的离子方程式为

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

该反应的标准电动势为：

E=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(I-3/I-)

=0.77V-0.53V＝0.24V

根据标准电动势可计算出上述反应在298K时的平衡常数为：

lgK=nE0.0592=2×0.24V0.0592=8.108

K=1.283×108

反应的平衡常数较大，说明反应进行的程度比较完全。也就是说，在KI过量的条件下，FeCl3与KI溶液的反应达到平衡后，溶液中c(Fe3+)很小，若要证明FeCl3与KI溶液的反应是可逆反应，就需要采用很灵敏的检验Fe3+的方法。

有文献报道，［Fe(SCN)3-nn］(n=1~6)在480nm左右处有最大吸收，摩尔消光系数约为1×104。假设［Fe(SCN)3-nn］显色体系吸光度达到0.1以上，其颜色肉眼可见，则要求体系中c(Fe3+)≥1×10-5mol/L。

若实验中起始时离子的物质的量浓度分别为c(Fe3+)＝a mol/L、c(I-)＝na mol/L，若反应达到平衡后，c(Fe3+)≥2×10-5mol/L，则c(Fe2+)＝a mol/L、c(I-)＝(na-32a) mol/L、c(I-3)＝a2mol/L，通过计算可得n≤4.89（可近似认为小于5）。根据上述理论分析可知，若实验中FeCl3与KI溶液的浓度均为0.1mol/L，应控制加入KI溶液的体积最多为FeCl3溶液体积的5倍。

二、实验探究

1.FeCl3溶液与KI溶液反应的最佳条件

为探究FeCl3溶液与KI溶液反应的最佳条件，我们进行如下实验：分别取5滴～6滴、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL FeCl3与5 mL KI在试管中反应，反应后分别用2 mL苯和四氯化碳萃取2次～3次，在未分离最后一次萃取液的试管中滴加5次～6滴KSCN，观察实验现象。结果见表1。

表1

说明：KI和FeCl3溶液的浓度均为0.1 mol·L-1，FeCl3溶液是将FeCl3固体溶解于0.2 mol·L-1盐酸配制而成，KSCN溶液的质量分数为20%。

实验中发现，用0.1 mol/L FeCl3与0.1 mol/L KI溶液反应时，当控制加入KI溶液的体积大于FeCl3溶液体积10倍时，加入KSCN溶液后观察不到特征的血红色出现。这是由于体系Fe3+中的含量太少，以致用KSCN检测不出来；当控制加入KI溶液的体积小于FeCl3溶液体积5倍时，均能观察到预期的明显的实验现象。

因为实验中生成的I-3本身的颜色会干扰Fe3+的检验，我们必须通过萃取将其从反应后的溶液中除去。实验发现，同样萃取3次后，用C6H6萃取后的溶液近乎无色到微黄色，而用CCl4萃取过的溶液呈淡黄色，以C6H6作萃取剂的

溴乙烷水解实验产物的验证效果更好，这是因为I2在苯中具有更大的溶解度。此外，以C6H6作萃取剂还能起到液封的作用，防止溶液中的Fe2+被空气中氧气氧化。

2.KSCN溶液浓度的探究

取50 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液，加入10 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液，振荡使其充分反应，静置。取分别用20 mL苯萃取3次，取萃取后的溶液2 mL分别置于试管中。分别滴加5%、15%、20%的KSCN溶液，观察现象，结果见表2。

表2

实验编号123KSCN浓度5%15%20%V（KSCN）5滴～6滴5滴～6滴5滴～6滴实验现象溶液为微红色，放置后颜色无明显变化溶液为浅红色，放置后颜色无明显变化溶液为血红色，放置后颜色无明显变化实验研究发现，KSCN溶液的溶度影响KI与FeCl3溶液反应检验效果，这是因为SCN-与Fe3+的反应存在下列平衡：

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

较大浓度的SCN-，有利于Fe(SCN)(n-3)-n的形成。当KSCN的溶液质量分数达到20%时，就能达到理想的效果。

三、实验结论与启迪

通过对“证明KI与FeCl3溶液的反应是可逆反应”的实验探究，我们发现，获得明显实验效果的条件为：

（1）取5 mL 0.1 mol/LKI溶液与1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液反应。

（2）取2 mL苯萃取3次。

（3）加20%KSCN溶液于萃取后溶液中显色。

(收稿日期：2014-02-10)

《普通高中化学课程标准》在内容标准部分要求：“通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用”。并建议“设计实验证明某些化学反应的可逆性”。根据课程标准要求，人教版和苏教版高中化学必修教材（化学2）中都安排了相应的实验，但教学中发现实验效果均不理想。本文从理论和实验两个方面探讨了“证明氯化铁溶液与碘化钾溶液反应是可逆反应”的条件。

一、理论分析

在KI过量的条件下FeCl3与KI溶液反应的离子方程式为

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

该反应的标准电动势为：

E=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(I-3/I-)

=0.77V-0.53V＝0.24V

根据标准电动势可计算出上述反应在298K时的平衡常数为：

lgK=nE0.0592=2×0.24V0.0592=8.108

K=1.283×108

反应的平衡常数较大，说明反应进行的程度比较完全。也就是说，在KI过量的条件下，FeCl3与KI溶液的反应达到平衡后，溶液中c(Fe3+)很小，若要证明FeCl3与KI溶液的反应是可逆反应，就需要采用很灵敏的检验Fe3+的方法。

有文献报道，［Fe(SCN)3-nn］(n=1~6)在480nm左右处有最大吸收，摩尔消光系数约为1×104。假设［Fe(SCN)3-nn］显色体系吸光度达到0.1以上，其颜色肉眼可见，则要求体系中c(Fe3+)≥1×10-5mol/L。

若实验中起始时离子的物质的量浓度分别为c(Fe3+)＝a mol/L、c(I-)＝na mol/L，若反应达到平衡后，c(Fe3+)≥2×10-5mol/L，则c(Fe2+)＝a mol/L、c(I-)＝(na-32a) mol/L、c(I-3)＝a2mol/L，通过计算可得n≤4.89（可近似认为小于5）。根据上述理论分析可知，若实验中FeCl3与KI溶液的浓度均为0.1mol/L，应控制加入KI溶液的体积最多为FeCl3溶液体积的5倍。

二、实验探究

1.FeCl3溶液与KI溶液反应的最佳条件

为探究FeCl3溶液与KI溶液反应的最佳条件，我们进行如下实验：分别取5滴～6滴、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL FeCl3与5 mL KI在试管中反应，反应后分别用2 mL苯和四氯化碳萃取2次～3次，在未分离最后一次萃取液的试管中滴加5次～6滴KSCN，观察实验现象。结果见表1。

表1

说明：KI和FeCl3溶液的浓度均为0.1 mol·L-1，FeCl3溶液是将FeCl3固体溶解于0.2 mol·L-1盐酸配制而成，KSCN溶液的质量分数为20%。

实验中发现，用0.1 mol/L FeCl3与0.1 mol/L KI溶液反应时，当控制加入KI溶液的体积大于FeCl3溶液体积10倍时，加入KSCN溶液后观察不到特征的血红色出现。这是由于体系Fe3+中的含量太少，以致用KSCN检测不出来；当控制加入KI溶液的体积小于FeCl3溶液体积5倍时，均能观察到预期的明显的实验现象。

因为实验中生成的I-3本身的颜色会干扰Fe3+的检验，我们必须通过萃取将其从反应后的溶液中除去。实验发现，同样萃取3次后，用C6H6萃取后的溶液近乎无色到微黄色，而用CCl4萃取过的溶液呈淡黄色，以C6H6作萃取剂的

溴乙烷水解实验产物的验证效果更好，这是因为I2在苯中具有更大的溶解度。此外，以C6H6作萃取剂还能起到液封的作用，防止溶液中的Fe2+被空气中氧气氧化。

2.KSCN溶液浓度的探究

取50 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液，加入10 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液，振荡使其充分反应，静置。取分别用20 mL苯萃取3次，取萃取后的溶液2 mL分别置于试管中。分别滴加5%、15%、20%的KSCN溶液，观察现象，结果见表2。

表2

实验编号123KSCN浓度5%15%20%V（KSCN）5滴～6滴5滴～6滴5滴～6滴实验现象溶液为微红色，放置后颜色无明显变化溶液为浅红色，放置后颜色无明显变化溶液为血红色，放置后颜色无明显变化实验研究发现，KSCN溶液的溶度影响KI与FeCl3溶液反应检验效果，这是因为SCN-与Fe3+的反应存在下列平衡：

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

较大浓度的SCN-，有利于Fe(SCN)(n-3)-n的形成。当KSCN的溶液质量分数达到20%时，就能达到理想的效果。

三、实验结论与启迪

通过对“证明KI与FeCl3溶液的反应是可逆反应”的实验探究，我们发现，获得明显实验效果的条件为：

（1）取5 mL 0.1 mol/LKI溶液与1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液反应。

（2）取2 mL苯萃取3次。

（3）加20%KSCN溶液于萃取后溶液中显色。

(收稿日期：2014-02-10)