意外現(xiàn)象的意外收獲-KSCN與HNO3反應(yīng)奇特現(xiàn)象的探究與研

畢業(yè)論文

1、問題的提出 化學(xué)實驗中“意外”現(xiàn)象的出現(xiàn)是常有的事，“意外”現(xiàn)象卻能較大程度地激起學(xué)生的“好奇心”和求知欲，因勢利導(dǎo)利用“意外”現(xiàn)象帶來的意外情景能獲得“意外”的收獲。 人民教育出版社出版的《全日制普通高級中學(xué)教科書必修加選修化學(xué)》第3冊P26安排了關(guān)于HNO₃氧化性的1個實驗，在盛有新制FeSO₄溶液的試管中滴入2滴KSCN溶液，觀察現(xiàn)象，然后再加入幾滴濃HNO₃，溶液的顏色有什么變化？實驗結(jié)果是不言而喻的，但是將紅色溶液放置1會兒則發(fā)現(xiàn)溶液由紅色快速變?yōu)樗{色并產(chǎn)生紅棕色氣體。這1“意外”現(xiàn)象被許多同學(xué)發(fā)現(xiàn)，激起了莫大的好奇心與求知欲望，對此我們設(shè)計了KSCN與HNO₃反應(yīng)的探究性實驗與研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)活動。 紅色絡(luò)離子的形成反應(yīng)為：。溶液紅色消失說明了什么問題呢？是溶液中過量的Fe²⁺還是其它什么離子與NO₃^-反應(yīng)產(chǎn)生了紅棕色的NO₂除外，還有什么物質(zhì)生成呢？請同學(xué)們查閱資料結(jié)合已有知識設(shè)計1套實驗方案探究其中的原因。 2、實驗方案的探究 紅色消失說明Fe(SCN)_n^(3-n+)+離子被破壞，紅棕色NO₂的產(chǎn)生說明某些離子與HNO₃發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。為了排除Fe²⁺的干擾，同學(xué)們設(shè)計了諸多方案。經(jīng)過比較、分析，我們?nèi)∑湎铝械姆桨�。為保護環(huán)境、特準(zhǔn)備了1套尾氣吸收裝置見圖，供學(xué)生選用。 方案1加過量的HNO₃是為了把Fe²⁺完全氧化以排除其干擾，還有的方案中直接用FeCl₃溶液代替溶液，以防止Fe²⁺干擾，在比較方案時經(jīng)理性分析，可排除Fe²⁺的干擾(因Fe²⁺與HNO₃是1個快反應(yīng)，不會等到紅色溶液褪色時才產(chǎn)生NO₂)。 方案2、3、4直接用KSCN與HNO₃作用，這是同學(xué)經(jīng)過分析認定不是Fe²⁺而是SCN^-與HNO₃反應(yīng)的結(jié)果而直接用實驗驗證。這是思維活動的1次飛躍。方案5和方案6設(shè)計意圖是什么呢？顯然，這是用實驗驗證Fe(SCN)_n^(3-n+)+或SCN^-還原性相對強弱的，這是思維活動的更進1步的飛躍。 3、實驗探究 方案1：在含F(xiàn)eSO₄、KSCN的溶液中滴入濃硝酸，溶液變?yōu)榧t色，產(chǎn)生少量的NO₂，當(dāng)?shù)稳?定量的濃硝酸后，突然劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡(NO₂氣體等)，溶液由紅色變?yōu)辄S色。繼續(xù)滴入濃硝酸，則產(chǎn)生無色氣體，氣體由上而下逐漸變?yōu)榧t棕色，說明反應(yīng)中有NO氣體產(chǎn)生。 方案2：實驗開始時無明顯現(xiàn)象，1段時間后溶液慢慢變紅色至深紅色，突然激烈反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，放出紅棕色氣體，而溶液紅色消失變?yōu)闇\綠色，溶液的溫度升高(放熱)。反應(yīng)平靜后，振蕩試管，則產(chǎn)生無色氣體并伴有白霧，再振蕩再反應(yīng)，不振蕩則看不到明顯變化，若加熱則發(fā)生同樣的現(xiàn)象；若此時再滴入KSCN溶液，發(fā)現(xiàn)溶液立即變紅色并快速消失，同時產(chǎn)生大量氣體和白霧，溶液變?yōu)闇\藍色最后變?yōu)闊o色。將氣體通入過量的石灰水中，石灰水變渾濁，向反應(yīng)后溶液中滴入BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀。 方案3：實驗現(xiàn)象與方案2略有不同的是，HNO₃滴入1定量后反應(yīng)停止。 方案4：在KSCN中滴入少量稀HNO₃時，溶液中有少量氣泡產(chǎn)生，過較長1段時間后可發(fā)現(xiàn)淺黃色沉淀生成。 方案5：分別加入過量氯水、溴水，溶液的紅色均消失變?yōu)辄S色，而加入碘水時溶液的顏色基本不變。 方案6：溶液由無色變?yōu)闇\紅色。 由于實驗現(xiàn)象多變(奇)，學(xué)生興趣盎然，強烈的激發(fā)了學(xué)生的求知欲望。 4、結(jié)果分析，理論探究 SCN^-對高3學(xué)生來說還是1種陌生的離子，對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)還不了解。然而根據(jù)上述實驗結(jié)果結(jié)合化合價和共價鍵理論，引導(dǎo)學(xué)生分析、探究可推出其結(jié)構(gòu)和部分性質(zhì)。 首先引導(dǎo)學(xué)生回憶C、S、N的原子結(jié)構(gòu)和共價鍵的相關(guān)知識，鼓勵同學(xué)大膽推測SCN^-的結(jié)構(gòu)，結(jié)果寫出了的兩種結(jié)構(gòu)式：^-S—C≡N、S＝S＝N^—。 然后分析兩種結(jié)構(gòu)中C、S、N3種元素的化合價，推測其氧化性、還原性。在兩種結(jié)構(gòu)中碳元素均最高價正4價，故其無還原性；而硫元素、氮元素均呈最低價，它們均具有還原性，都應(yīng)能被HNO₃氧化，其反應(yīng)方程式為： 與稀HNO₃反應(yīng)為： SCN^—+2H⁺+2NO₃^—=2NO↑+KHSO₄+HCN↑ 溶液的溫度升高，說明上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)。隨溫度不斷升高，反應(yīng)速率加快至劇烈反應(yīng)。與實驗現(xiàn)象吻合。 隨反應(yīng)物濃度變小，反應(yīng)速率變小至觀察不到明顯現(xiàn)象；當(dāng)振蕩或加熱給其能量，反應(yīng)加快，又看到明顯現(xiàn)象。 實驗方案2，HNO₃過量繼續(xù)滴入KSCN溶液，則繼續(xù)反應(yīng)由于反應(yīng)放熱，溶液的溫度升高，反應(yīng)劇烈。 實驗方案3，由于KSCN已反應(yīng)完，繼續(xù)加入HNO₃則不再反應(yīng)。 實驗方案4，因HNO₃濃度降低且量少，故反應(yīng)緩慢，且S^2—只停留在被氧化成S階段。 實驗方案5現(xiàn)象可引導(dǎo)學(xué)生進行分析歸納。 5、探究中幾個問題的處理 限于中學(xué)階段的局限性，不可能把所有問題都11弄清楚。實驗中產(chǎn)生的白霧是什么？我們讓學(xué)生利用課余時間查有關(guān)資料結(jié)合已有知識解決。KSCN遇HNO₃、氯水為什么變紅的問題可作為后續(xù)研究的課題，以激起學(xué)生更長久的求知欲，增強他們繼續(xù)學(xué)習(xí)的內(nèi)部動力。 6、探究的結(jié)論與啟示 通過本次的實驗探究和研究性學(xué)習(xí)，可得出以下幾點重要結(jié)論： ①SCN^—具有較強的還原性其還原能力介于Br^—和I^—之間。 ②用SCN^—間接檢驗Fe²⁺時，氯水、HNO₃等強氧化劑不能過量。 ③與SCN^—反應(yīng)使溶液變紅的不1定是Fe³⁺。 該探究實驗試劑少，操作簡單均為試管操作易行。事后，學(xué)生感言：看似簡單的實驗，但反應(yīng)產(chǎn)物、實驗現(xiàn)象卻隨反應(yīng)條件、試劑濃度、試劑相對量的不同而不同，化學(xué)變化真是奧妙無窮。

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