FeCl₃溶液與Na₂S溶液相互反應的產物研究

　　摘 要： FeCl溶液與NaS溶液反應的產物與滴加順序有關，都能發生氧化還原反應和雙水解反應，主要產物是什么取決于量的多少，在不同情況下二者反應的主要產物不同。
　　關鍵詞： FeClNa相互反應 滴加順序 產物研究
　　
　　我們在舊人教版第三冊學習離子反應的本質時，遇到了FeCl溶液與NaS溶液的反應，由于已經學習了氧化還原反應和雙水解反應，學生對于產物是什么有著不同的意見：有人認為Fe具有相當強的氧化性，可以氧化I、S等還原性較強的離子，因此會發生氧化還原反應，發生的反應的離子方程式為： 2Fe＋S=2Fe+S↓ ，產物是FeS和S；而有人認為FeCl水解呈酸性，NaS水解呈堿性，又由于Fe（OH）的溶解度很小、HS是氣體，因此要發生雙水解反應，也可以寫出它們相互反應的離子方程式是： Fe＋3S+6HO=2Fe（OH）↓＋3HS↑ ，產物是Fe（OH）和HS。
　　那么三氧化鐵與硫化鈉在溶液中究竟是怎樣反應的呢？同學們爭執不下，最終決定通過實驗來驗證。于是設計了以下實驗方案：
　　一、問題
　　FeCl溶液與NaS溶液反應的產物研究
　　二、實驗用品
　　0.5mol/LNaS、0.5mol/LFeCl，膠頭滴管、試管
　　三、實驗過程
　　實驗Ⅰ：將0.5mol/L的NaS溶液逐滴加入到0.5mol/L的FeCl的溶液中，即NaS溶液少量，FeCl溶液過量。
　　現象：局部產生黑色沉淀，振蕩，黑色沉淀立即消失，靜止后，溶液呈淺黃色且有大量的紅褐色絮狀沉淀生成，同時聞到較強烈的臭雞蛋氣味。
　　實驗Ⅱ：將0.5mol/L的FeCl溶液逐滴加入到0.5mol/L的NaS溶液中，即FeCl溶液少量，NaS溶液過量。
　　現象：產生黑色沉淀，但振蕩后，黑色沉淀不消失，同時聞到輕微的臭雞蛋氣味。
　　通過實驗，學生發現由于滴加順序不一樣，現象也有些不同，說明產物也有可能不同。為什么會出現這樣的情況呢？學生們決定分頭去查資料，再根據所查的資料結合實驗現象進行分析。
　　四、分析過程
　　滴定前，FeCl與NaS都屬于可水解的鹽，在溶液中存在以下水解平衡：
　　NaS＋HO?葑NaHS＋NaOH；NaHS＋HO?葑HS＋NaOH
　　FeCl＋3HO?葑Fe（OH）＋3HCl
　　NaS水解使得溶液顯堿性，FeCl水解使得溶液顯酸性；Fe離子沉淀的pH為：開始沉淀為2.7，沉淀完全為3.7，也就是說Fe離子在酸性條件下可以生成Fe（OH）紅褐色沉淀；FeS是一種不溶于水，易溶于酸的黑色沉淀物；HS是一種有臭雞蛋氣味的有毒氣體。
　　實驗Ⅰ：將0.5mol/LNaS溶液逐滴加入到0.5mol/LFeCl溶液中，即NaS溶液少量，FeCl溶液過量時，局部發生了氧化還原反應：3NaS＋2FeCl=2FeS↓+S↓＋6NaCl，故產生了黑色沉淀FeS（淺黃色S沉淀被黑色FeS遮蓋），振蕩后，由于FeCl溶液過量使得溶液顯酸性，FeS與FeCl水解產生的鹽酸發生了復分解反應：FeS＋2HCl=FeCl＋HS↑，黑色沉淀FeS消失，S的淺黃色顯示出來；同時，溶液中還存在一個主要反應—雙水解反應：3NaS+2FeCl+6HO=2Fe（OH）↓+6NaCl+3HS↑。所以靜止后，溶液中還有大量的紅褐色絮狀沉淀，同時聞到較強烈的臭雞蛋氣味。
　　實驗Ⅱ：將0.5mol/LFeCl溶液逐滴加入到0.5mol/LNaS中，即FeCl溶液少量，NaS溶液過量，也就是反滴。
　　反滴時，發生的反應也有氧化還原反應和雙水解反應：
　　3NaS＋2FeCl=2FeS↓+S↓＋6NaCl①
　　3NaS＋2FeCl+6HO=2Fe（OH）↓+6NaCl+3HS↑ ②
　　反應①為氧化還原反應，該反應的速率快，是主要反應，故也有黑色沉淀生成，振蕩后，由于NaS溶液過量使得溶液顯堿性，故FeS不溶解，同時溶液中又發生了反應②，故聞到了臭雞蛋氣味，該氣味是輕微的，說明生成的HS很少，反應②為次要反應，由于生成的Fe（OH）量少且被FeS的黑色遮蓋，故仍然看到黑色沉淀。
　　五、實驗結論
　　實驗證明，FeCl溶液與NaS溶液之間的反應很復雜，隨三氯化鐵與硫化鈉相對量的多少、混合后溶液pH的大小、濃度的濃稀不同而不同。但有一點可以肯定，即既存在著雙水解反應，又存在著氧化還原反應。
　　FeCl溶液與NaS溶液的反應，不管是把NaS溶液逐滴加入到FeCl的溶液中，還是把FeCl溶液逐滴加入到NaS中，都會發生這兩個反應：
　　3NaS＋2FeCl=2FeS↓+S↓＋6NaCl ①
　　3NaS＋2FeCl+6HO=2Fe（OH）↓+6NaCl+3HS↑②
　　但主要產物取決于滴加的順序，若是把NaS溶液逐滴加入到FeCl的溶液中，當NaS少量，主要發生反應②，即主要發生雙水解反應，主要產物是Fe（OH）、NaCl和HS，若是把FeCl溶液逐滴加入到NaS中，當FeCl少量時，主要發生反應①，即主要發生氧化還原反應，主要產物是FeS、S和NaCl。
　　此實驗結論也給了我們一些啟示：有些化學反應的發生與反應物的滴加順序有關，即與反應物的用量有關如碳酸鈉溶液與鹽酸的反應，若把碳酸鈉溶液逐滴加到鹽酸中，一開始就有氣泡產生；若將鹽酸逐滴加入到碳酸鈉溶液中開始沒有明顯現象，后產生氣泡。原因是：把碳酸鈉溶液逐滴加到鹽酸中，一開始鹽酸量大，碳酸鈉完全反應，生成二氧化碳氣體放出，所以一開始就有氣泡產生，離子方程式為：CO+2H=CO↑+HO；而把鹽酸逐滴加入到碳酸鈉溶液，則開始時碳酸鈉足量而鹽酸少量，所以開始反應時生成碳酸氫鈉和氯化鈉，沒有氣體產生，隨著反應的進行，碳酸鈉都變成碳酸氫鈉后，繼續加入的鹽酸再和碳酸氫鈉反應，生成二氧化碳氣體，所以這個過程的開始沒有明顯現象，后產生氣泡，離子方程式為：CO+ H=HCO，HCO+H=HO+CO↑。我們在今后的化學學習中一定要注意此類情況，看清題意，認真分析，才能得出正確的解答。
　　
　　參考文獻：
　　［1］大學《無機化學實驗》教材.高等教育出版社，1991.4，（第2版）.
　　［2］優秀教案.志鴻優化設計叢書.南方出版社，2005.5，（第4版）.
　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文