利用傳感技術探究Fe3+與SCN—的絡合

陳秀蘭

摘要：Fe3+與SCN-的實際反應情況一直困擾著學生理解Fe（SCN）3在溶液中的存在形式，文章采用數字化傳感技術，通過實驗對比探究Fe3+與SCN-的絡合。

關鍵詞：數字實驗；傳感技術；Fe（SCN）3

文章編號：1008-0546（2016）10-0092-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.033

一、 實驗背景

蘇教版《化學1》在“鐵、銅及其化合物的應用”內容中，為三價鐵離子的檢驗給出了信息提示[1]：在含有Fe3+的溶液中加入KSCN溶液，溶液變成血紅色，而在含有Fe2+的溶液中加入KSCN溶液，溶液不變色。同時給出了反應的離子方程式。

結合離子反應發生的條件，學生自然而然會得出Fe（SCN）3屬于弱電解質的結論，而作為知識補充，部分老師會告訴學生，Fe（SCN）3屬于配位化合物。配位化合物和弱電解質就容易出現概念不明或混淆的問題，特別是給化學學習充滿熱情的學生造成困擾。結合蘇教版選修內容“物質結構與性質”對于配位化合物的解釋[2]，既然由內界和外界構成的配位化合物在水中是完全電離的，那么將Fe（SCN）3理解為弱電解質顯然存在問題。如何盡可能貼近學生的知識水平解釋Fe（SCN）3在溶液中的存在？《化學1》給出的離子方程式是否能在照顧普通學生理解能力的基礎上適當進行改動，以更加貼近科學事實？為探究實驗過程中Fe3+與SCN-的實際反應情況，特設計以下實驗。

二、 實驗準備

0.1mol/L KSCN溶液，0.1mol/L KCl溶液，FeCl3固體，天平，50mL移液管，藥匙，蒸餾水，濾紙，不同規格的燒杯若干，電腦，85-2控溫式磁力攪拌器（帶磁力攪拌轉子），GQY數字實驗室平臺，不帶屏數據采集器，電導率傳感器

三、 實驗裝置

四、 實驗過程

1. 分別取50mL0.1mol/L KSCN溶液和0.1mol/L KCl溶液于200mL燒杯中，用電導率傳感器檢測兩份溶液的導電能力，得到結果如圖所示：

2.在上述溶液中分別加0.2gFeCl3固體（少量），用磁力攪拌器攪拌，觀察溶液的導電能力變化，結果如下圖所示：

3. 在上述溶液中繼續分別加0.1gFeCl3固體，用磁力攪拌器攪拌，觀察溶液的導電能力變化，結果如下圖所示：

4. 在上述溶液中再次繼續加0.1gFeCl3固體（過量），用磁力攪拌器攪拌，觀察溶液的導電能力變化，結果如下圖所示：

五、 結果分析

1.溶液的導電能力與溫度、濃度、電荷數、離子的遷移速率等因素有關，由于離子遷移速率的差異，相同條件下，相同濃度的KCl溶液和KSCN溶液的電導率相差約2225μs/cm。

2.加入0.2gFeCl3固體以后，此時，FeCl3因為量少與KSCN充分反應，若生成的Fe（SCN）3不存在電離，此時溶液的電導率應變化不大，而結果顯示電導率仍然上升，上升幅度比同濃度的KCl稍小。說明此時溶液中Fe3+與SCN-開始形成絡合物。

3. 再次加入0.1gFeCl3固體，此時原溶液中的KSCN與總的FeCl3物質的量之比為3∶1，恰好完全反應，溶液為Fe（SCN）3與KCl的混合溶液，且KCl的濃度應為0.1mol/L，我們發現此時溶液的電導率與實驗開始時0.1mol/L的KCl溶液的電導率幾乎相同，證明此時溶液中，Fe3+與SCN-恰好形成了Fe（SCN）3分子，幾乎不存在電離。

4.繼續加入FeCl3固體0.1g，此時溶液中FeCl3已過量，若此時加進去的Fe3+沒有繼續反應，溶液的電導率增加幅度應該和KCl溶液相同，結果顯示卻比KCl要小，證明Fe3+繼續再反應形成新的形式的絡合物，此時溶液中就不再適合用Fe（SCN）3分子形式來表示絡合物了。

六、 實驗意義

一直以來，檢驗三價鐵離子的實驗都只是停留在對實驗現象的粗淺觀察，由于配位化合物并不是學業水平考試內容，大部分老師對于Fe（SCN）3也從未提出過質疑。然而從科學的角度講，弱電解質的說法并不能準確描述配位化合物，而Fe3+與SCN-的配合物也不能簡單地由Fe（SCN）3概括。

本實驗應用傳感器對Fe3+與SCN-的反應進行研究，證明了Fe3+與SCN-的實際絡合程度與離子的濃度大小有關，由此建議教材中可用小字部分對于兩者的配合物形成過程加以說明，例如：

Fe3++SCN-→Fe（SCN）2+→Fe（SCN）2+→Fe（SCN）3→Fe（SCN）4-→[Fe（SCN）5]2-→[Fe（SCN）6]3-，或者也可將書本中離子方程式的形式改為：Fe3++n SCN-[Fe（SCN）n]3-n。也可以將這個問題設計成一次課外探究活動，一方面解決這個困擾著學生甚至老師的問題，另外一方面也可以幫助對化學學習感興趣的、有志于發展化學專業的學生掌握實驗探究的方法，在追求科學原理的過程中體會解決化學問題的樂趣。

參考文獻

[1] 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M]. 南京：江蘇教育出版社，2014：75

[2] 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·物質結構與性質[M]. 南京：江蘇教育出版社，2011：77-78