《硫化钠溶液与氯化铁溶液反应的本质的研究(育才中学李珊等)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硫化钠溶液与氯化铁溶液反应的本质的研究(育才中学李珊等)（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、硫化钠溶液与氯化铁溶液反应本质的研究硫化钠溶液与氯化铁溶液反应本质的研究研究成员：李珊、李廷辉、彭紫君、汤瑞茵、邱杰、黄炜东学校：广州市育才中学 指导老师：姜宏飞一、研究目的一、研究目的 （1） 了解硫化钠、氯化铁分别在水溶液中发生水解反应的情况。 （2） 研究将硫化钠溶液加入氯化铁溶液中，将氯化铁溶液加入硫化钠溶液中，分别 发生什么现象，判断发生了哪些反应，总结两种溶液之间反应的本质。二、研究方案二、研究方案 我们首先通过了解硫化钠、氯化铁的性质，对两个反应物的反应进行猜测。再通 过一系列的方法设计实验，对可能生成的物质进行检验，继而反推发生了什么类型的 反应，再做出相关的总结。对此，我们在
2、摸索中相继设计了以下的实验： 实验一：硫化钠溶液和氯化铁溶液性质初探 实验二：硫化钠溶液和氯化铁溶液反应现象观察和分析 实验三：硫化钠溶液和氯化铁溶液反应产物的探究 实验四：探究溶液的酸碱性对硫化钠溶液和氯化铁溶液反应的影响 实验五：其他金属阳离子和硫化钠溶液的反应情况探究三、研究过程三、研究过程 实验一：硫化钠溶液和氯化铁溶液性质初探实验一：硫化钠溶液和氯化铁溶液性质初探 【实验仪器】PH 试纸、玻璃皿、玻璃棒 【实验试剂】Na2S 溶液、FeCl3溶液 【实验操作】观察未知浓度的硫化钠溶液和氯化铁溶液并分别测定其 PH，结果如下：物质外观PH解释Na2S 溶液无色透明液体，有臭 鸡蛋气味1
3、2Na2S 溶液发生水解，溶液呈碱性， 有少量硫化氢挥发出来。 S2+H2OHS+OH HS+H2OH2S+OHFeCl3溶 液黄褐色透明液体，无 气味2FeCl3溶液发生水解，溶液呈酸 性 Fe3+3H2OFe(OH)3+3H 【分析与讨论】 根据上述情况，我们预测硫化钠溶液和氯化铁溶液发生双水解反应，如下： 3Na2S+2FeCl3+6H2O=2Fe(OH)3+3H2S+6NaCl预测现象：有红棕色沉淀产生，有无色臭鸡蛋气味的气体产生。 事实情况如何呢？我们决定动手实验一下。实验二：硫化钠溶液和氯化铁溶液反应现象观察和分析实验二：硫化钠溶液和氯化铁溶液反应现象观察和分析 【实验仪器】试管、
4、胶头滴管、量筒 【实验试剂】Na2S 溶液、FeCl3溶液 【实验步骤和现象】编 号操作步骤现象实 验 取一支洁净的试管，加入 5mlPH=2 的氯化铁溶液，逐滴滴加 13 滴 PH=12 的硫化钠溶液，振荡试管。滴入两滴硫化钠溶液，立即产生黑色沉淀， 振荡后沉淀消失，溶液黄色变浅，有臭鸡 蛋气味；再滴入 1 滴硫化钠溶液，又产生 黑色沉淀，振荡后沉淀又消失，溶液变为 乳黄色，有臭鸡蛋气味 实 验 再取一支洁净的试管，加入 5mlPH=12 的硫化钠溶液，逐滴滴加 13 滴 PH=2 的氯化铁溶液，振 荡试管。滴入两滴 FeCl3溶液，立即产生黑色沉淀， 振荡后沉淀不消失；再滴入 1 滴 Fe
5、Cl3溶 液，黑色沉淀增多，振荡后沉淀不消失， 溶液变为墨绿色。没有明显的臭鸡蛋气味。【分析与讨论】沉淀颜色并不是我们预测的红棕色，而是黑色！黑色沉淀是什么呢？ 为此我们上网查找了到如下一些资料：物质溶度积（Ksp）外观相关性质FeS3.71019棕黑色/黑褐色块状物溶于酸有 H2S 产生，加 热容易氧化，熔点高， 高温加热可得 SFe2S31.01088黑色固体，常温下易转 变为黄绿色遇强热则分解成 FeS 和 S，遇酸有 H2S 产生Fe(OH)31.11036棕色或红褐色粉末/深 棕色絮状沉淀可溶于酸S淡黄色固体难溶于水，微溶于酒精， 易溶于二硫化碳等有机 溶剂，可燃。根据实验现象和资料
6、，我们有如下一些猜测： 猜测一：黑色沉淀是 FeS 和 S 的混合物，黑色遮住了黄色。没有 Fe2S3的理由是：它 如同碳酸铝一样在水中不存在。 猜测二：黑色沉淀是 FeS,S 和 Fe(OH)3的混合物。理由除了“猜测一”中表述的还有： 在“实验”中有臭鸡蛋气味，说明发生了“双水解” ，那就会产生 Fe(OH)3 猜测三：黑色沉淀是 Fe2S3 。理由是 Fe2S3的 Ksp 极小，远远小于 FeS 和 Fe(OH)3 到底哪种猜测正确呢？而且“实验”中产生的黑色沉淀振荡后为什么又消失了？另 外，滴入的顺序和用量不同，为什么现象不一样？我们决定继续设计实验方案探究。实验三：硫化钠溶液和氯化铁
7、溶液反应产物的探究实验三：硫化钠溶液和氯化铁溶液反应产物的探究 【实验仪器】锥形瓶、导管、漏斗、铁架台、烧杯、滤纸、PH 试纸、玻璃棒，有孔的 橡皮塞、胶头滴管，玻璃皿，药匙，量筒、燃烧匙、酒精灯 【实验药品】FeCl3溶液、Na2S 溶液、4mol/L H2SO4溶液、1mol/L KSCN 溶液、 K3Fe(CN)6溶液、饱和 CuSO4溶液、蒸馏水、NaOH 溶液、酸化的 AgNO3溶 液 【实验流程】蒸馏水 硫酸硫化钠溶液氯化铁溶液【实验操作、现象和分析】1. 混合：用量筒分别量取 10ml PH=2 氯化铁溶液和 10ml PH=12 硫化钠溶液，置于锥形瓶中，迅速盖上带有导管的橡皮
8、塞，导管插入装有 NaOH 溶液的试管中（吸收尾 气） 。现象 记录有黑色沉淀，有臭鸡蛋气味，液体为墨绿色的且 是浑浊的 原理 分析可能有 FeS 沉淀产生，我们猜测还有硫磺产生， 只是黑色遮住了，另外还有硫化氢气体产生。2.过滤：过滤后滤液几乎为无色，但过一段时间后略变黄色。滤渣开始时是黑色，大约过半个钟后变为黄绿色。 （这是一个重大发现！当时真是激动啊，好像居里夫 妇发现“镭”了） 。真实图片如下：大约半小时后混合过滤酸化滤渣滤液水洗过滤滤渣滤液 检测水洗晾干点燃分析：滤液可能有浓度极低的亚铁离子；滤渣的颜色变化说明了黑色沉淀含 Fe2S33.酸化：酸化时有强烈的臭鸡蛋气味，黑色沉淀很快变
9、为乳白色浑浊液（略带米黄色）。 分析：黑色沉淀和硫酸发生了反应，产生了硫化氢气体，浑浊液中的沉淀（估计是 硫）是原来就有的还是酸化时产生的呢？4.过滤：过滤后滤液为无色。滤渣为淡黄色。分析：滤渣的成分很可能是硫5.滤渣：水洗晾干后放在燃烧匙点燃，当观察到有火星时，我们十分欣喜。如下图：分析：滤渣中含硫磺。这说明硫化钠与氯化铁确实发生了氧化还原反应。6.检测：对滤液 I 和 II 进行检测的结果如下：滤液 I滤液 II用 PH 试纸测 H浓度62用 KSCN 检验 Fe3是否存在不变色血红色用铁氰化钾检验 Fe2是否存在：不变色蓝色沉淀用硫酸铜溶液检验 S2-是否存在：不变色不变色用硝酸酸化的硝
10、酸银溶液检验 Cl：白色沉淀无沉淀检测结果分析：结论分析滤液 I略显酸性，存在大量氯离 子，没有 Fe3、Fe2和 S2-硫离子和铁离子反应 完全了滤液 II强酸性，有 Fe3、Fe2，没有 S2-和 Cl-酸化时硫酸过量了， 滤渣和硫酸反应时产 生了 Fe3、Fe2【分析与讨论】综合分析得出以下结论： 等体积 PH=12 的硫化钠溶液和 PH=2 的氯化铁溶液混合产生的沉淀有 Fe2S3、FeS 和 S。不清楚是否含有 Fe(OH)3 等体积 PH=12 的硫化钠溶液和 PH=2 的氯化铁溶液混合时发生的反应有：2Fe3+3S2-=Fe2S3 2Fe3+3S2-=2FeS+S Fe2S3+4
11、H+=2Fe2+ S+2H2S 结合实验二，我们猜测硫离子和铁离子的反应与他们的用量、溶液的酸碱性有关。实验四：探究溶液的酸碱性对硫化钠溶液和氯化铁溶液反应的影响实验四：探究溶液的酸碱性对硫化钠溶液和氯化铁溶液反应的影响 【实验仪器】烧杯、胶头滴管、量筒、PH 试纸、漏斗、滤纸、铁架台、玻璃棒 【实验试剂】Na2S 溶液、FeCl3溶液、HCL 溶液、NaOH 溶液、KSCN 溶液、K3Fe(CN)6溶 液 【实验操作和现象】如下表：溶液步骤1 号：10mlFeCl3 2mlNa2S2 号：10mlFeCl3 2mlNa2S 2mlHCL3 号：10mlNaS2 2mlFeCl34 号：10m
12、lNaS2 2mlFeCl3 2mlNaOH溶液混合过程中及充 分混合后现象局部产生黑色固 体，震荡后黑色 固体消失，溶液 呈橘黄色，有黄 色絮状沉淀，有 刺激性气味生成局部产生黑色固 体，震荡后黑色 固体消失，溶液 呈橙色，有黄色 絮状沉淀，有刺 激性气味生成立刻产生大量黑 色沉淀，溶液呈 墨绿色，有刺激 性气味生成立刻产生大量黑 色沉淀，溶液呈 墨绿色，有刺激 性气味生成滤液 PH 值211313过滤后滤纸残留物灰色固体少量灰白色固体黑色固体 次日变黑绿色。黑色固体 次日变为红褐色过滤后滤纸颜色淡黄色黄色黑色黑色过滤后滤纸用盐酸酸 化，再用 KSCN 检验铁 离子存在存在存在存在过滤后滤纸
13、用盐酸酸 化，再用铁氰化钾检 验亚铁离子存在存在不明（起初检测 时黑色瞬间消失 溶液与铁氰化钾 同色，第二次实 验时，无明显现 象，机理不明。 ）不明（起初检测 时黑色瞬间消失 溶液与铁氰化钾 同色，第二次实 验时，无明显现 象，机理不明。 ）【混合时图片】【分析与讨论】 实验现象表明：溶液碱性越强，生成黑色沉淀越多，即生成 Fe2S3越多,但碱性太 强也伴随有氢氧化铁产生；酸性越强，生成硫越多（现象是“越白” ） 。 硫离子和铁离子的反应果然与溶液的酸碱性有关。Fe3+在酸性条件下其氧化性比在 碱性条件下强，会将 S2-氧化成 S，自身被还原为 Fe2+（实验的酸性条件比实验的 要强，因此被
14、还原的 Fe2+更多些，使得溶液颜色看起来比较绿） ；在碱性的条件下， Fe3+氧化性减弱，Fe3+和 S2-会结合成溶解度极小的 Fe2S3沉淀。实验五：其他金属阳离子和硫化钠溶液的反应情况探究实验五：其他金属阳离子和硫化钠溶液的反应情况探究 【问题的提出】铁离子和硫离子混合，存在复分解反应和氧化还原反应的竞争，那么 比铁离子氧化性强的 Ag+呢？比铁离子氧化性弱的 Cu2+、Fe2+、Al3+呢？ 【实验仪器】试管、胶头滴管、量筒 【实验试剂】Na2S 溶液、FeCl3溶液、AgNO3溶液、 FeCl3溶液、CuCl2溶液、FeCl2溶 液、AlCl3溶液 【实验操作】 1向 5ml PH
15、=12 的 Na2S 溶液中分别滴入 2 滴下列溶液：溶液AgNO3FeCl3 CuCl2 FeCl2 AlCl3现象溶液由无色变浅 褐色，产生黑色 沉淀溶液变成深 墨绿色，有 黑色沉淀底部为黑色 沉淀，上层 清液为浅绿 色溶液变为深 褐色，产生 黑色小颗粒产生白色沉淀，振 荡后沉淀立即溶解离子 方程 式2Ag+S2= Ag2S2Fe3+3S2-= Fe2 S3Cu2+S2- = CuSFe2+S2-= FeS2Al3+3S2-+6H2O= 2Al(OH)3+3H2S Al(OH)3+OH-=AlO2- +2H2O2.向 5ml 下列溶液中分别滴入 2 滴 PH=12 的 Na2S 溶液结果如
16、下：溶液AgNO3 FeCl3 CuCl2 FeCl2 AlCl3相关照片：【分析与讨论】硫离子与过渡元素的金属阳离子在溶液中相遇，通常会生成 Ksp 较小 的金属硫化合物沉淀，而硫离子与铝离子（主族元素）反应，则会发生双水解反应， 生成 Al(OH)3沉淀和 H2S 气体；另外，金属硫化物沉淀的溶解与溶液的 PH 有关。四、研究结果与分析 硫化钠溶液与氯化铁溶液混合，主要是氧化还原反应和复分解反应的竞争，而不发 生“双水解反应”。竞争的结果与反应物的用量、溶液的酸碱性有关。现结合“实验 二”总结硫化钠溶液与氯化铁溶液的本质，如下表：编 号操作步骤现象和解释实 验 取一支洁净的试管，加入 5mlPH=2 的氯化铁溶液，逐滴滴加 13 滴 PH=12 的硫化钠溶液，振荡试管。滴入硫化钠溶液，立即产生黑色沉淀，只 是在局部产生，发生反应 2Fe3
