液膜擴散法鑒定溶液中的Fe3+和Fe2+

吳瓊+李猛+張恒強+周白雪

摘要：介紹了液膜擴散法鑒定溶液中存在的Fe3+和Fe2+。鑒于不同濃度的Fe3+、Fe2+與不同的鑒定試劑反應呈現(xiàn)不同的現(xiàn)象，通過不同反應體系的“比鄰式”或“同心圓”的自然擴散實驗，得出一定實驗條件下Fe3+、Fe2+與不同鑒定試劑反應的最佳濃度比，可以鮮明、準確地對Fe3+、Fe2+進行鑒定，由此為中學化學實驗中其他常見陽離子的鑒定提供了新思路。

關鍵詞：液膜擴散；Fe3+和Fe2+；離子鑒定；實驗探究

文章編號：1005–6629（2017）11–0053–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

《普通高中化學課程標準（實驗）》中指出：“要鼓勵教師開發(fā)實驗儀器，研究低成本、少污染的化學實驗，體現(xiàn)綠色化學的思想，同時在教學中培養(yǎng)學生的環(huán)境保護意識。[1]”目前，中學化學實驗存在實驗現(xiàn)象不夠直觀鮮明、實驗成功率不高、實驗在安全性環(huán)保性方面有欠缺、不符合綠色化學要求等問題[2]。如Fe3+和Fe2+是中學化學常見的陽離子，其鑒定方法較為單一，藥品用量不夠明確，實驗現(xiàn)象也不夠清晰等，這非常不利于學生科學探究能力和實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。

液膜擴散法是我們教研室自2010年應用于無機化學實驗和中學化學實驗教學的新方法，取得了較好的教學效果。對于中學常見離子Fe3+和Fe2+的鑒定現(xiàn)象明顯，試劑用量少，成功率高，體現(xiàn)了綠色化學的思想，能夠有效地落實中學化學學科核心素養(yǎng)中科學精神和實踐創(chuàng)新的培養(yǎng)要求。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

儀器：正方形玻璃片若干、尖頭玻璃棒、照相機、100mL小燒杯等

試劑：0.5mol/L Fe3+、0.1mol/L Fe3+、0.1mol/L KSCN、2.0mol/L NaOH、5%淀粉溶液、0.2mol/L KI；0.5mol/L Fe2+、0.1mol/L Fe2+、0.05mol/L KMnO4

1.2 Fe3+鑒定新方法

方法一：Fe3+與KSCN溶液“比鄰式”自然擴散實驗

在兩片玻璃片上，相距約1.5cm處，分別滴加1滴0.1mol/L Fe3+、1滴0.1mol/L KSCN和1滴0.5mol/L Fe3+、1滴0.1mol/L KSCN溶液，用尖頭玻璃棒將兩種溶液涂成薄薄的液膜，并引導這兩種相鄰液膜靠近至自然擴散，見圖1和圖2。

在兩片玻璃片上分別滴3滴2.0mol/L NaOH，用尖頭玻璃棒涂成一層薄膜，在同心位置距離液膜3mm處分別垂直滴下1滴0.1mol/L Fe3+和0.5mol/L Fe3+，F(xiàn)e3+由中間向四周逐漸擴散，見圖3和圖4。

圖3與圖4分別是濃度為0.1mol/L和0.5mol/ L Fe3+與2.0mol/L NaOH“同心圓”自然擴散反應的照片，其反應原理：Fe3++OH-=Fe（OH）3↓。對于同心的位置滴下1滴氯化鐵，液滴的中間厚兩邊薄，首先接觸氫氧化鈉的氯化鐵濃度低，隨著氯化鐵的擴散，最先反應的部分已經(jīng)變成深褐色，表現(xiàn)出氯化鐵是逐級擴散發(fā)生反應的。可以看出0.5mol/L Fe3+反應中從反應物到生成物形成的黃色（FeCl3）溶液膜、紅褐色[Fe（OH）3]和無色（NaOH）液膜的三階對比，實驗現(xiàn)象更明顯，有利于演示實驗教學。所以用2.0mol/L NaOH鑒定Fe3+，0.5mol/L是Fe3+的適宜濃度。

方法三：Fe3+與淀粉KI溶液“比鄰式”自然擴散實驗

在兩片玻璃片上，相距約1.5cm處，分別滴加1滴0.1mol/L Fe3+、1滴0.2mol/L淀粉KI和1滴0.5mol/L Fe3+、1滴0.2mol/L淀粉KI，用尖頭玻璃棒將兩種溶液涂成薄薄的液膜，并引導這兩種相鄰液膜靠近至自然擴散，見圖5和圖6。

方法二：Fe2+與NaOH溶液“同心圓”自然擴散實驗

在兩片玻璃片上分別滴3滴2.0mol/L NaOH，用尖頭玻璃棒涂成一層薄膜，在同心位置距離液膜3mm處分別垂直滴下1滴0.1mol/L Fe2+和1滴0.5mol/L Fe2+，F(xiàn)e2+由中間向四周逐漸擴散，見圖9和圖10。

用2.0mol/L NaOH鑒定Fe2+，選擇0.5mol/L Fe2+進行實驗較適合，c（NaOH）：c（Fe2+）=4：1時，F(xiàn)e2+的鑒定實驗效果較明顯。

3 實驗說明

（1）選用玻璃片時，最好選用無色透明的材料，有利于觀察顏色的變化，使用時注意用砂布磨去四邊鋒刃，洗凈備用[3]，保證實驗教學的效果和師生的安全。

（2）在配制溶液過程中，注意準確稱量固體樣品，配制溶液時用蒸餾水，避免引入其他雜質，影響實驗效果。

（3）在用尖嘴玻璃棒將兩種溶液涂成薄薄的液膜時，注意避免液體散落；在同心位置上面滴溶液時，注意高度，避免液體飛濺。

（4）實驗在透明的平面玻璃上進行，避免了點滴板或試管底部凹面對光線的影響，可以直視實驗部位[4]。所以對實驗現(xiàn)象進行拍照時需注意直視實驗顏色部位。

4 總結

目前，高中化學實驗中普遍存在一些問題：一是實驗藥品用量不明確，通常用“少量”、“適量”、“過量”、“幾滴”等較籠統(tǒng)的詞語概括，學生在實驗過程中，對實驗藥品的實際用量難以把握，易導致藥品浪費，使實驗成本升高，甚至會造成污染；二是實驗現(xiàn)象觀察不夠全面，有的只能觀察到起點與終點的變化，對于中間的反應過程則不易觀察到；三是實驗結果只能以文字形式保存，對有些直觀現(xiàn)象不能保留下來。而本文采用定量的方式對Fe3+和Fe2+進行鑒定，通過自制的正方形玻璃片作為點滴板，使用相機記錄溶液間反應的顏色變化，克服了上述存在的問題，對探索中學實驗中其他常見顯色離子的鑒定提供了新思路。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003：41.

[2]李猛等.中學化學實驗改進研究述評[J].中學化學，2016，（1）：6.

[3]楊興等.淀粉與碘水自然擴散顯色反應過程的研究[J].化學教學，2015，（10）：59.

[4]北京師范大學無機教研室等編.無機化學實驗（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2009：15.endprint