吳正帥 蔣永勝

甘肅省蘭州市教育科學(xué)研究所(730046) 甘肅省蘭州市第三十四中學(xué)(730050)

1 問(wèn)題的提出

通常認(rèn)為，F(xiàn)eCl3溶液中通入SO2只發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，反應(yīng)后溶液呈淺綠色。筆者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此。取5 mL 0.05 mol/L FeCl3溶液于試管中，通入SO2氣體后，觀察到溶液很快由黃色變?yōu)榧t棕色；繼續(xù)通入SO2氣體，溶液顏色變化不大。為什么溶液會(huì)變?yōu)榧t棕色,所得到的紅棕色物質(zhì)又是什么呢？

2 實(shí)驗(yàn)探究

2.1 實(shí)驗(yàn)1

紅棕色溶液與Fe(OH)3膠體的性質(zhì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)表1。

表1 紅棕色溶液與Fe(OH)3膠體的性質(zhì)對(duì)比

實(shí)驗(yàn)1結(jié)論：

向Fe(OH)3膠體中通入少量SO2氣體，膠體顏色變淺并有少量沉淀生成，這是由于SO2氣體和水反應(yīng)生成電解質(zhì)H2SO3，致使膠體發(fā)生了聚沉。向紅棕色溶液中通入少量SO2氣體，無(wú)明顯變化。根據(jù)丁達(dá)爾現(xiàn)象知道紅棕色物質(zhì)不是Fe(OH)3膠體。

Fe(OH)3膠體是在加熱促進(jìn)Fe3+水解的條件下生成的。FeCl3溶液顯酸性，向其中通入酸性氣體SO2，會(huì)抑制Fe3+的水解，不利于膠體形成。

2.2 實(shí)驗(yàn)2

FeCl3溶液與SO2的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)表2。

表2 FeCl3溶液與SO2的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)2結(jié)論：

室溫條件下，反應(yīng)2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能進(jìn)行完全。

2.3 實(shí)驗(yàn)3

強(qiáng)酸性條件下，F(xiàn)eCl3溶液與SO2的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)表3。

表3 強(qiáng)酸性條件FeCl3溶液與SO2的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)3結(jié)論：

增強(qiáng)溶液的酸性可避免發(fā)生實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象，一定程度上能抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。

3 理論探究

假設(shè)一：紅棕色物質(zhì)可能是Fe3+與SO2形成的配合物。假設(shè)二：紅棕色可能是多種有色物質(zhì)混合而成的。

3.1 假設(shè)一

通過(guò)對(duì)紅棕色物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究和分析，紅棕色物質(zhì)可能是Fe3+與SO2形成的配合物。

3.1.1 理論分析

Fe3+和SO2既可以發(fā)生配位反應(yīng)生成棕紅色的Fe(SO2)63+，又能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe2+、SO42-和H+。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度看，配位反應(yīng)速率快；從反應(yīng)熱力學(xué)角度看，配合物穩(wěn)定性差，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的趨勢(shì)大。向FeCl3溶液中通入SO2，開(kāi)始時(shí)溶液出現(xiàn)棕紅色，可能的原因是配位反應(yīng)速率大于氧化還原反應(yīng)的速率，主要發(fā)生配位反應(yīng)。放置相當(dāng)長(zhǎng)的一段的間，紅棕色逐漸變淺直至淺綠色，可能的原因是氧化還原反應(yīng)的趨勢(shì)大于配位反應(yīng)的趨勢(shì)，在此過(guò)程中緩慢發(fā)生了氧化反應(yīng)，使配位反應(yīng)的程度不斷減弱。因此，F(xiàn)e3+和SO2的反應(yīng)現(xiàn)象是熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)共同作用的結(jié)果。

3.2 假設(shè)二

紅粽色可能是由多種有色物質(zhì)混合而成的。

3.2.1 理論分析

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)SO2氣體與FeCl3溶液反應(yīng)時(shí)，溶液顏色先變深(紅棕色)，一段時(shí)間后再變淺(淺綠色)，分析可能的原因：紅粽色可能是由多種有色物質(zhì)混合而成。

3.2.2 理論假設(shè)

(4)2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++ SO42-+4H+

反應(yīng)(4)若要完全進(jìn)行，需較長(zhǎng)時(shí)間。在此期間，反應(yīng)產(chǎn)物Fe2+與反應(yīng)體系中的SO32-發(fā)生反應(yīng)(5)，紅棕色就是FeSO3(墨綠色)和FeCl3(黃色)的混合色。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，H2SO3分子逐漸減少，SO32-隨之減少，反應(yīng)(5)中的平衡向左移動(dòng)，于是FeSO3逐漸減少并最終消失；與此同時(shí)Fe3+也逐漸減少，直至完全轉(zhuǎn)化為Fe2+。最后，混合溶液的顏色就變成了Fe2+的顏色(淺綠色)。