SO2通入FeCl3溶液的實證探索

吳正帥 蔣永勝

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

1 問題的提出

通常認為，FeCl3溶液中通入SO2只發生氧化還原反應，反應的化學方程式為2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，反應后溶液呈淺綠色。筆者進行實驗，發現事實并非如此。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為紅棕色；繼續通入SO2氣體，溶液顏色變化不大。為什么溶液會變為紅棕色,所得到的紅棕色物質又是什么呢？

2 實驗探究

2.1 實驗1

紅棕色溶液與Fe(OH)3膠體的性質對比實驗過程見表1。

表1 紅棕色溶液與Fe(OH)3膠體的性質對比

實驗1結論：

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氣體和水反應生成電解質H2SO3，致使膠體發生了聚沉。向紅棕色溶液中通入少量SO2氣體，無明顯變化。根據丁達爾現象知道紅棕色物質不是Fe(OH)3膠體。

Fe(OH)3膠體是在加熱促進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，會抑制Fe3+的水解，不利于膠體形成。

2.2 實驗2

FeCl3溶液與SO2的反應實驗過程見表2。

表2 FeCl3溶液與SO2的反應

實驗2結論：

室溫條件下，反應2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+需要較長的時間才能進行完全。

2.3 實驗3

強酸性條件下，FeCl3溶液與SO2的反應實驗過程見表3。

表3 強酸性條件FeCl3溶液與SO2的反應

實驗3結論：

增強溶液的酸性可避免發生實驗異?，F象，一定程度上能抑制副反應的進行。

3 理論探究

假設一：紅棕色物質可能是Fe3+與SO2形成的配合物。假設二：紅棕色可能是多種有色物質混合而成的。

3.1 假設一

通過對紅棕色物質進行實驗探究和分析，紅棕色物質可能是Fe3+與SO2形成的配合物。

3.1.1 理論分析

Fe3+和SO2既可以發生配位反應生成棕紅色的Fe(SO2)63+，又能發生氧化還原反應生成Fe2+、SO42-和H+。從反應動力學角度看，配位反應速率快；從反應熱力學角度看，配合物穩定性差，發生氧化還原反應的趨勢大。向FeCl3溶液中通入SO2，開始時溶液出現棕紅色，可能的原因是配位反應速率大于氧化還原反應的速率，主要發生配位反應。放置相當長的一段的間，紅棕色逐漸變淺直至淺綠色，可能的原因是氧化還原反應的趨勢大于配位反應的趨勢，在此過程中緩慢發生了氧化反應，使配位反應的程度不斷減弱。因此，Fe3+和SO2的反應現象是熱力學和動力學共同作用的結果。

3.2 假設二

紅粽色可能是由多種有色物質混合而成的。

3.2.1 理論分析

通過對比實驗的方法，對SO2氣體與FeCl3溶液反應時，溶液顏色先變深(紅棕色)，一段時間后再變淺(淺綠色)，分析可能的原因：紅粽色可能是由多種有色物質混合而成。

3.2.2 理論假設

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

反應(4)若要完全進行，需較長時間。在此期間，反應產物Fe2+與反應體系中的SO32-發生反應(5)，紅棕色就是FeSO3(墨綠色)和FeCl3(黃色)的混合色。隨著反應的進行，H2SO3分子逐漸減少，SO32-隨之減少，反應(5)中的平衡向左移動，于是FeSO3逐漸減少并最終消失；與此同時Fe3+也逐漸減少，直至完全轉化為Fe2+。最后，混合溶液的顏色就變成了Fe2+的顏色(淺綠色)。