有關(guān)Fe3+與S2O32-反應(yīng)現(xiàn)象及原理的探索

1、有關(guān)有關(guān)Fe3+與與S2O32-反應(yīng)現(xiàn)象反應(yīng)現(xiàn)象及原理的探索及原理的探索株洲市二中： 陳 歡 張弛 袁文指 導(dǎo) 老 師： 匡傳榮 一次偶然的失誤讓我們錯(cuò)把Na2S2O3當(dāng)成KSCN加入FeCl3中。正當(dāng)我們準(zhǔn)備將廢液倒掉時(shí)，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)：原來(lái)啤酒色的FeCl3溶液中泛起黑色的混濁，更讓我們吃驚的是幾秒鐘后黑色變淡，不消十秒鐘黑色完全褪去，在沒(méi)有加入任何試劑的情況下溶液變得無(wú)色，澄清。我們向化學(xué)老師詢問(wèn)緣由，化學(xué)老師解釋Fe3+具有氧化性，遇上還原性的S2O32-發(fā)生反應(yīng)。得到解答后，我們本可以心安理得的接受這一結(jié)論，可是黑色的混濁神奇自動(dòng)復(fù)原深深地印在我們的腦海里，久久揮之不去。知道我們的想

2、法之后，化學(xué)老師熱心地為我們提供了有關(guān)資料，并鼓勵(lì)我們：“自己動(dòng)手實(shí)踐，秘密就藏在神奇的背后。”就這樣我們踏上了探索之路.1、Fe3+具有氧化性，S2O32-具有還原性，兩者之間的反 應(yīng)應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)。2、反應(yīng)生成黑色混濁又褪去，應(yīng)有多個(gè)連鎖反應(yīng)發(fā)生。我們提出如下兩個(gè)假設(shè)： 1、反應(yīng)的兩種試劑中有一種過(guò)量，兩種試劑再與黑色混濁反應(yīng)生成無(wú)色澄清溶液。 2、FeCl3和Na2S2O3反應(yīng)生成黑色混濁，黑色混濁物再被空氣中的O2氧化生成無(wú)色澄清溶液。 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一一 1、取一支潔凈的試管，注入約3mLNa2S2O3稀溶液（約為0.05mol/L） 2、用膠頭滴管向試管中逐滴滴入FeCl3稀溶液直至

3、過(guò)量。發(fā)現(xiàn)滴入溶液的同時(shí)，試管中立即產(chǎn)生 黑紫色混濁，振蕩后成棕色澄清溶液（與Fe3+的復(fù)合色）。 3、靜置，5秒鐘棕色變淡，15秒鐘后棕色完全褪去，溶液成黃色（Fe3+的顏色）。 4、另取一支潔凈的試管，注入約5mLFeCl3稀溶液。 5、用膠頭滴管向試管中逐滴滴入Na2S2O3稀溶液直至過(guò)量。溶液中立即生成黑紫色混濁，振蕩溶液后，溶液成黑紫色澄清溶液。 6、靜置，5秒鐘后黑紫色變淡，15秒鐘后溶液顏色完全褪去，成無(wú)色澄清溶液。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論： Fe3+可以和S2O32-反應(yīng)，生成黑紫色穩(wěn)定物質(zhì)（非固體沉淀），此物質(zhì)的褪去與溶液過(guò)量無(wú)關(guān)。 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二1、取甲、乙兩支潔凈的試管，分別滴入

4、5mL0.05mol/LNa2S2O3溶液，再滴入等量的0.05mol/LFeCl3溶液至稍過(guò)量。 2、迅速往甲試管中通入O2，裝置圖如下 發(fā)現(xiàn)兩試管變黑又復(fù)原 的速率相差甚微3、取兩支潔凈試管丙、丁，向丙試管中先后加入5mL0.1mol/L Na2S2O3溶液和0.1mol/LFeCl3溶液稍過(guò)量，向丁試管中先后加入 5mL0.005mol/LNa2S2O3溶液和0.005mol/LFeCl3溶液稍過(guò)量，發(fā)現(xiàn)丙試管中生成濃黑色混濁，丁試管生成淺棕色混濁，且丙試管中物質(zhì)的反應(yīng)速率明顯小于丁試管，黑色久久不褪。加熱30秒鐘后才慢慢褪去。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：黑色物質(zhì)褪去，并非是被空氣中的O2氧化，

5、而是由反應(yīng)本身的性質(zhì)引起的，且反應(yīng)在任何濃度下均可進(jìn)行 兩個(gè)假想都被推翻了，我們的研究似乎陷入了泥沼。有道是“山窮水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村。”正當(dāng)大家苦苦思索時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了兩條至關(guān)重要的信息：1 、2S2O32- + I2 = S4O62- + 2I -2 、Fe3+與場(chǎng)強(qiáng)比較大的配位體如CN-能形成低自旋配位 化合物如Fe(CN)63-通過(guò)仔細(xì)分析對(duì)比，我們作出如下猜想： Fe3+與I2同為中等強(qiáng)度的氧化劑，所以兩者很可能發(fā)生如下反應(yīng)：2Fe3+ + 2S2O32- = 3Fe2+ + S4O6 2-。而黑色混濁既不像沉淀，也不像膠體，倒與中學(xué)化學(xué)課本中Fe3+與SCN -的反應(yīng)產(chǎn)物極為相

6、似。我們大膽地推斷其為Fe3+ 和 S2O32-或S4O6 2- 所形成的配位化合物。 實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 FeFe2+2+的檢驗(yàn)：的檢驗(yàn)：1、取完全反應(yīng)后的清液（Na2S2O3稍過(guò)量） 2、加入NaOH溶液,生成墨綠色絮狀沉淀結(jié)論：結(jié)論：Fe3+被還原成 Fe2+SOSO4 42-2- 的檢驗(yàn)：的檢驗(yàn)：1、取完全反應(yīng)后的清液（FeCl3稍過(guò)量） 2、加HCl溶液酸化 3、加BaCl2溶液無(wú)沉淀生成結(jié)論：結(jié)論：反應(yīng)后的清液中無(wú)SO42-存在S S4 4O O6 6 2-2-的檢驗(yàn)：的檢驗(yàn)：1、取完全反應(yīng)后的清液（FeCl3稍過(guò)量）置于蒸發(fā)皿中 2、往蒸發(fā)皿中滴加 H2SO4溶液 3、加熱，有帶有SO

7、2特有刺激性氣味的氣體生成 4、將濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙置于蒸發(fā)皿上方，藍(lán)色石蕊試紙變紅 5、蒸干，蒸發(fā)皿上附著黃色顆粒狀固體，經(jīng)鑒定為硫單質(zhì)。結(jié)論：結(jié)論：反應(yīng)后清液中存在S4O6 2- 實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四1、檢查，潤(rùn)洗，安放滴定管。2、注入溶液，趕走氣泡，調(diào)整液面至0刻度以下， 記錄讀數(shù)。3、用堿式滴定管向錐形瓶中注入20mL0.05mol/LNa2S2O3標(biāo) 準(zhǔn)溶液。 4、多次測(cè)定取平均值。結(jié)論：結(jié)論：Fe3+ 與 S2O32- 按 1:1 反應(yīng) 經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)之后，我們得出了如下結(jié)論： Fe3+與S2O32- 配位的同時(shí)發(fā)生反應(yīng)，生成了Fe2+與S4O6 2- Fe3+ nS2O32- = Fe(S

8、2O3)n(2 n -3)- (n=2,4,6) 2Fe(S2O3)n(2 n -3)- + 2Fe3+ = 4Fe2+ + nS4O62- 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2Fe3+ + 2S2O32- = 3Fe3+ + S4O62- 在得出結(jié)論之后，為了進(jìn)一步探索和證明，我們又做了大量的實(shí)驗(yàn)，其中比較有代表性的是以下兩個(gè)： 1、用酸化的FeCl3與Na2S2O3反應(yīng)，Na2S2O3沒(méi)有 與酸反應(yīng)，依舊發(fā)生變黑及復(fù)原現(xiàn)象，只不過(guò)反應(yīng)速率加快了許多。這說(shuō)明Fe3+與S2O32-所生成的配合物在酸性環(huán)境下不穩(wěn)定更易發(fā)生反應(yīng)。 2、 Na2S2O3與銅鹽反應(yīng)：先是生成黃綠色液體，然后褪色變成黃色。其反應(yīng)原理與Fe3+雷同。 當(dāng)我們做完最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)并為論文畫(huà)上最后一個(gè)句號(hào)時(shí)，我們的心里終于如釋重負(fù)。回首望去，身后是一條漫長(zhǎng)而又充滿艱難險(xiǎn)阻的探索之路。在探索中，我們舔嘗了失意的苦悶，也品嘗了成功的喜悅。激情與創(chuàng)新在探索中碰撞出智慧的火花。 “觀察”是扣開(kāi)探索之