解析Fe3+/SCN－平衡体系的显色反应

吴文中 汤芹

摘要： 基于Fe3+与Cl-的配合平衡以及HSCN的电离平衡等化学反应事实，以“Fe3+/SCN-”反应体系为对象研究浓度对化学平衡的影响。借助计算机进行“模拟实验”，通过实验验证、分析、讨论认为： 氯离子以及溶液的酸碱性、试剂类别、浓度等因子对实验都有显著影响，建议以上述实验为素材研究“浓度对化学平衡的影响”课题中需严格控制试剂的浓度和用量，以确保实验在教学过程中可控。

关键词： 显色反应; 氯离子; 配合反应; 模拟实验; Fe3+/SCN-平衡体系

文章编号： 10056629（2019）1008706      中图分类号： G633.8      文献标识码： B

这时，我们来回答文章开始提出的几个问题：

（1） 由于Fe3+能与Cl-形成稳定的配合物，实验使用饱和FeCl3溶液是为了获得更高浓度的“自由、简单”的Fe3+，从而保证在滴入FeCl3溶液后，能看到溶液颜色有明显的变化。

（2） 使用的KSCN溶液浓度只有1.0mol·L-1，这是因为影响SCN-浓度只有溶液的酸性，酸性強，自由的SCN-浓度变小而影响实验的效果，但加入的SCN-不会因为H+的存在而显著减小，因此实验室使用1.0mol·L-1的KSCN溶液完全能满足实验要求。

（3） 综上，Cl-和H+都会对“Fe3+/SCN-平衡体系”产生影响，其中Cl-影响较大，邹如恒在“碱性条件下硫氰化铁溶液平衡移动的实验探究”[5]一文中做了详细的探讨，其中提到滴加浓度不高的NaOH溶液Fe3+/SCN-平衡体系颜色基本不变的现象，这也说明Fe3+/SCN-平衡体系为酸性这一性质（H+）对化学平衡的影响。因此，苏教版选修4教材在“浓度对化学平衡的影响”实验中，选用Cr2O2-7+H2O2CrO2-4+2H+作为研究对象就很容易理解了。

（4） Fe3+/SCN-平衡体系使用0.005mol·L-1的FeCl3和0.01mol·L-KSCN溶液作为初始反应体系，显然是为了便于观察溶液颜色的变化，若浓度太高，肉眼无法判断颜色的改变。

5 教学建议

如何更好地利用Fe3++x SCN-Fe（SCN）（3-x）x这一可逆反应研究“浓度对化学平衡的影响”这一课题？似乎使用无Cl-的试剂即可，自然想到把FeCl3溶液更换为Fe2（SO4）3或Fe（NO3）3等溶液，从而严格遵循实验的原则——控制变量。

但问题可能并不那么简单，SO2-4以及NO-3就不会干扰实验？它们就不会与Fe3+形成配合物？

若使用Fe2（SO4）3溶液，其中的SO2-4离子具有很强的离子强度而干扰实验（见前文），同时查阅《兰氏化学手册（第15版）》发现SO2-4与Fe3+的配合程度比Cl-更大，Fe3++SO2-4Fe（SO4）+的稳定常数K1=102.03，而Fe3+与Cl-的一级稳定常数K1=101.48，后续实验也说明使用Fe2（SO4）3溶液进行有关实验是不理想的。许多阴离子能与Fe3+形成配合物的事实或许是教材不得已选用FeCl3溶液的一个原因，其他阴离子对配合物的干扰也许是不可避免，为此设计如下实验。

[实验1]在3.0mL 0.5mol·L-1的苯酚溶液中滴加3滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液后分为两等份，分别加入1药匙Na2SO4和NaCl固体，振荡后观察溶液颜色的变化。

[实验2]在3.0mL 0.1mol·L-1的硫氰化铁溶液中滴加3滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液后分为两等份，分别加入1药匙Na2SO4和NaCl固体，振荡后观察溶液颜色的变化。

从上述实验可以看到，SO2-4和Cl-对Fe3+与苯氧基或硫氰根离子所形成配合物的影响情景： 在Fe3+/苯酚平衡体系中加入Na2SO4固体振荡后溶液由深紫色转化为浅紫色，而加入NaCl固体的试管中，几乎呈现出FeCl3溶液的颜色;在Fe3+/SCN-的血红色的平衡体系中，加入NaCl固体后无明显现象，而加入固体Na2SO4后溶液却呈棕黄色，SO2-4对配合物的影响更大，这些阴离子对形成配合物的影响既有配合作用，还有离子强度的影响，这有待后续研究。

若使用Fe（NO3）3，则由于溶液为酸性，体系具有较强的氧化性，而SCN-具有较强的还原性，当酸性较强或浓度较高时，有出现硝酸氧化SCN-的可能，看来使用Fe（NO3）3溶液作为实验的试剂也不理想。

若在Fe3+/SCN-平衡体系中降低铁离子浓度是否可行呢？一种行之有效的方法是在Fe3+/SCN-平衡体系加入少量的还原性铁粉，振荡，体系溶液颜色变浅甚至几乎消失。

参考文献：

[1]陈珍珠，施志斌.氯化钾对铁盐和硫氰化钾的显色反应的影响[J].福建基础教育研究， 2015，（8）： 83.

[2]John A. Dean.兰氏化学手册（第15版）[M].北京/西安： 世界图书出版公司， 1999，10： 8， 82.

[3]顾晔.三氯化铁与硫氰化钾平衡体系颜色变化的探讨[J].化学教育， 2014，（11）： 85～86.

[4]傅献彩等.物理化学（下册）（第4版）[M].北京： 高等教育出版社， 1999： 545.

[5]邹如恒.碱性条件下硫氰化铁溶液平衡移动的实验探究[J].化学教学， 2012，（2）： 52.