硫氰化钾鉴别Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)实验的改进

徐慧

摘要： 针对新人教版高中化学教材中用硫氰化钾鉴别Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）实验试剂准备繁琐、实验现象容易出现异常的问题，从理论上分析硫氰化钾鉴别Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的原理，并通过改进实验证明演示实验的可行性。改进实验使用维生素C处理FeSO4溶液，营造溶液的还原性氛围，既确保理想的实验现象，又建立化学知识与生活实际的连接点，可供课堂教学演示和学生分组实验参考。

关键词： 硫氰化钾; 鉴别Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）; 实验改进; 实验探究

文章编号： 10056629（2020）06006103  中图分类号： G633.8  文献标识码： B

1 问题的提出

人教版[1]新教材《化学（必修）第一册》第三章第一节“铁及其化合物”中Fe3+和Fe2+的鉴别采用以下实验方案： 在两支试管中分别加入少量的FeCl3溶液和FeCl2溶液，各滴入几滴KSCN溶液。实验现象为含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色，而含有Fe2+的盐溶液遇到KSCN溶液时无明显变化。

该方案虽操作简单、现象明显、灵敏度高，是高中化学中Fe3+定性检验的经典方案，然而该方法存在以下不足。

（1） 实验试剂准备繁琐。FeCl2溶液并不是高中化学实验室常备试剂，其溶质FeCl2固体也难觅踪迹。如果一定要用FeCl2溶液，唯一的办法就是利用铁单质（铁粉或铁丝）与盐酸或FeCl3溶液反应制备，试剂配制过程操作繁琐，且无法确定溶液的物质的量浓度。

（2） 实验现象出现异常。按照教材提供的方法进行操作，实验现象常与预期不同： 不仅含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色，而且含有Fe2+的盐溶液遇到KSCN溶液时也变成红色。虽然两支试管中溶液颜色（红色）深浅不同，但已无法作为定性判断有无Fe3+的充分证据，难以支撑硫氰化钾溶液可以鉴别Fe3+和Fe2+的结论。

基于上述原因，本文对硫氰化钾鉴别Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）实验作如下改进。

2 实验原理

Fe（Ⅲ）与KSCN溶液的显色反应之所以能够发生，可以从H2O和NCS-（KSCN提供的配体，高中一般写作SCN-）的分裂能大小得到解释[2]。在晶体场光谱化学序列中，分裂能Δ值NCS->H2O，所以NCS-与Fe3+形成的配离子较稳定。实际上，Fe3+在水溶液中以[Fe（H2O）6]3+形式存在，与NCS-发生的是配位体取代反应[3]：

[Fe（H2O）6]3++SCN-[Fe（H2O）5NCS]2++H2O

配离子通式为Fe（NCS）（3-n）n， n=1～6，都显红色[4];而Fe2+与NCS-生成的配离子无色。由此，可以利用KSCN溶液作为显色剂鉴别Fe（Ⅲ）与Fe（Ⅱ）。

Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）是铁元素的中等氧化态，但水溶液中Fe2+不如Fe3+稳定，易被水中溶解氧氧化为Fe3+。所以Fe2+的水溶液中常含有Fe3+，遇KSCN溶液会显红色。Fe2+的不稳定性对Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的鉴别造成干扰。

基于上述分析，成功進行课堂演示实验的关键是消除溶液中Fe2+氧化产生的Fe3+或阻止Fe2+被氧化为Fe3+。本改进实验利用生活中常见的维生素C药片将氧化产生的Fe3+还原为Fe2+，以完善该实验方案。

3 实验药品和仪器

硫氰化钾（KSCN）溶液（约0.1mol？L-1）、 FeSO4？7H2O（化学纯）、FeCl3溶液、维生素C（片剂，0.1g/片）;小试管、胶头滴管、托盘天平 、量筒（100mL）

4 改进实验方案

4.1 实验步骤

（1） 将2.8g FeSO4？7H2O溶于水，稀释成100mL，配成物质的量浓度约为0.1mol？L-1的FeSO4溶液。

（2） 在小试管1#中加入上述配好的0.1mol？L-1 FeSO4溶液2滴管（约2mL），再加入一粒维生素C药片。振荡，约15s后（如果是放置7天后的0.1mol？L-1 FeSO4溶液，需要60s），使用倾析法将溶液转移到小试管2#中。

（3） 在小试管3#中加入2滴管（约2mL）FeCl3溶液。

（4） 分别向小试管2#、 3#中加入1～2滴KSCN溶液。

4.2 实验现象

FeSO4溶液一般因含有氧化产生的Fe3+而呈浅棕黄色，加入维生素C振荡后上层清液变为浅（灰）绿色，倾析法分离，取上层清液，加入KSCN溶液后无明显变化。棕黄色的FeCl3溶液中加入KSCN溶液，变为红色溶液。

5 实验结果分析与解释

含有Fe2+的盐溶液遇到KSCN溶液时仍然为无色，含有Fe3+的盐溶液遇到KSCN溶液时变成红色。通过对比实验得出结论： Fe3+遇KSCN溶液变红色、Fe2+遇KSCN溶液不变色，可以利用KSCN溶液鉴别Fe3+与Fe2+。

多次实验证明，使用维生素C能够有效消除亚铁盐溶液中的Fe3+，使鉴别实验达到理想效果。维生素C（C6H8O6）又称烯醇式己糖酸内酯，其结构如图1所示。维生素C的氧化还原（Cox/C）电对的标准电极电势是-0.39V[5]， Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）电对的标准电极电势是0.771V[6]。由此，维生素C能将Fe（Ⅲ）还原为Fe（Ⅱ），反应机理如图2所示[7]。

维生素C可溶于水，在盐溶液中也有一定的溶解性。由此，用维生素C处理亚铁盐溶液，不仅可以将溶液中的Fe3+还原为Fe2+，而且在溶液中提供还原性氛围，可以确保Fe2+不被水中的溶解氧或溶液表面空气中的氧气氧化。在试剂配制后的7天内使用本改进方案进行实验，都可以取得良好的效果。

6 教学反思

硫氰化钾法检验铁离子属于显色法，因符合学生的认知发展水平，被高中教材普遍采纳，人教版、苏教版、鲁科版教材均利用KSCN溶液对Fe3+和Fe2+进行鉴别。该实验方案的顺利开展，将有助于学生掌握离子定性检验的一般方法、建立对比实验的良好的学科思想。

6.1 改进实验试剂准备简便

改进实验采用高中化学实验室常备的FeSO4？7H2O配制亚铁盐溶液，也可以使用实验室储存的FeSO4溶液，且不需要随用随配，使实验可行性大大增加。

6.2 改进实验现象清楚明确

在防止Fe2+被氧化或消除Fe2+氧化产生的Fe3+方面，本研究也曾尝试铁粉法、煮沸法、有机物隔离法等方法。铁粉法会使溶液带有黑色浑浊，不符合学生的认知规律;煮沸法需要临时新配溶液，并对溶剂进行煮沸，操作较为复杂;有机物隔离法引起有机物附着，仪器清洗麻烦，且水中的溶解氧还是会引起Fe2+的部分氧化，效果不佳。

维生素C在水果、蔬菜中广泛存在，维生素C药片是生活常用药品，可以在药店购买，价格低、无毒副作用。把维生素C引入化学实验，使化学实验回归生活。清晰的实验现象有助于学生通过颜色对比，正确理解Fe3+的定性检验方法和原理。

6.3 改进实验能够更好地发展学生的学科核心素养

对某些典型实验运用生活化元素进行改进创新，符合新课程标准的要求。不仅可以让学生在生活中发现和解决化学问题，而且能激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养学生的科学探究与创新意识。

当学生用KSCN溶液鉴别Fe3+和Fe2+的知识基本形成后，可以进一步引导学生将KSCN溶液直接滴入FeSO4溶液中，异常的实验现象一定能激发其极大的好奇心： 溶液居然出现了淡淡的红色？！从而引发学生的深度思考： FeSO4溶液中的Fe3+从何而来？Fe2+的稳定性如何？之前实验中维生素C起到了什么作用？为什么去皮的苹果在空气中会慢慢变为褐色，但泡在维生素C溶液中却可以长久不变色？维生素C在生活中还可能有哪些妙用？

孔子曰：“不愤不启，不悱不发。”用带着浓浓生活味的维生素C改进化学实验，可以激发学生内心的求知欲，使其在“愤、悱”的状态下积极开展深度学习。

本次对于用硫氰化物鉴别Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）的实验改进，符合化学实验设计的简便性、探究性和趣味性原则，从实验原理和排除干扰两方面证明了KSCN溶液鉴别Fe3+和Fe2+方法的可靠性。实验操作简单、现象明显，可作为演示实验或学生分组实验进行推广。

参考文献：

[1] 人民教育出版社化学室. 普通高中课程标准实验教科书？化学（必修）第一册[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019： 68.

[2] 朱文祥， 劉鲁美主编. 中级无机化学理论[M]. 北京： 北京师范大学出版社， 2002： 117.

[3][4][6] 武汉大学， 吉林大学. 无机化学（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， 张奕. 抗坏血酸与铁离子反应的ESR及UVVIS研究[J]. 生物化学与生物物理学报， 1997， （6）： 3～8.