意外現象的意外收獲-KSCN與HNO3反應奇特現象的探究與研

畢業(yè)論文

1、問(wèn)題的提出 化學(xué)實(shí)驗中“意外”現象的出現是常有的事，“意外”現象卻能較大程度地激起學(xué)生的“好奇心”和求知欲，因勢利導利用“意外”現象帶來(lái)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(shū)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(gè)實(shí)驗，在盛有新制FeSO₄溶液的試管中滴入2滴KSCN溶液，觀(guān)察現象，然后再加入幾滴濃HNO₃，溶液的顏色有什么變化？實(shí)驗結果是不言而喻的，但是將紅色溶液放置1會(huì )兒則發(fā)現溶液由紅色快速變?yōu)樗{色并產(chǎn)生紅棕色氣體。這1“意外”現象被許多同學(xué)發(fā)現，激起了莫大的好奇心與求知欲望，對此我們設計了KSCN與HNO₃反應的探究性實(shí)驗與研究性學(xué)習的教學(xué)活動(dòng)。 紅色絡(luò )離子的形成反應為：。溶液紅色消失說(shuō)明了什么問(wèn)題呢？是溶液中過(guò)量的Fe²⁺還是其它什么離子與NO₃^-反應產(chǎn)生了紅棕色的NO₂除外，還有什么物質(zhì)生成呢？請同學(xué)們查閱資料結合已有知識設計1套實(shí)驗方案探究其中的原因。 2、實(shí)驗方案的探究 紅色消失說(shuō)明Fe(SCN)_n^(3-n+)+離子被破壞，紅棕色NO₂的產(chǎn)生說(shuō)明某些離子與HNO₃發(fā)生了氧化還原反應。為了排除Fe²⁺的干擾，同學(xué)們設計了諸多方案。經(jīng)過(guò)比較、分析，我們取其下列的方案。為保護環(huán)境、特準備了1套尾氣吸收裝置見(jiàn)圖，供學(xué)生選用。 方案1加過(guò)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(shí)經(jīng)理性分析，可排除Fe²⁺的干擾(因Fe²⁺與HNO₃是1個(gè)快反應，不會(huì )等到紅色溶液褪色時(shí)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(guò)分析認定不是Fe²⁺而是SCN^-與HNO₃反應的結果而直接用實(shí)驗驗證。這是思維活動(dòng)的1次飛躍。方案5和方案6設計意圖是什么呢？顯然，這是用實(shí)驗驗證Fe(SCN)_n^(3-n+)+或SCN^-還原性相對強弱的，這是思維活動(dòng)的更進(jìn)1步的飛躍。 3、實(shí)驗探究 方案1：在含FeSO₄、KSCN的溶液中滴入濃硝酸，溶液變?yōu)榧t色，產(chǎn)生少量的NO₂，當滴入1定量的濃硝酸后，突然劇烈反應，產(chǎn)生大量氣泡(NO₂氣體等)，溶液由紅色變?yōu)辄S色。繼續滴入濃硝酸，則產(chǎn)生無(wú)色氣體，氣體由上而下逐漸變?yōu)榧t棕色，說(shuō)明反應中有NO氣體產(chǎn)生。 方案2：實(shí)驗開(kāi)始時(shí)無(wú)明顯現象，1段時(shí)間后溶液慢慢變紅色至深紅色，突然激烈反應產(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)。反應平靜后，振蕩試管，則產(chǎn)生無(wú)色氣體并伴有白霧，再振蕩再反應，不振蕩則看不到明顯變化，若加熱則發(fā)生同樣的現象；若此時(shí)再滴入KSCN溶液，發(fā)現溶液立即變紅色并快速消失，同時(shí)產(chǎn)生大量氣體和白霧，溶液變?yōu)闇\藍色最后變?yōu)闊o(wú)色。將氣體通入過(guò)量的石灰水中，石灰水變渾濁，向反應后溶液中滴入BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀。 方案3：實(shí)驗現象與方案2略有不同的是，HNO₃滴入1定量后反應停止。 方案4：在KSCN中滴入少量稀HNO₃時(shí)，溶液中有少量氣泡產(chǎn)生，過(guò)較長(cháng)1段時(shí)間后可發(fā)現淺黃色沉淀生成。 方案5：分別加入過(guò)量氯水、溴水，溶液的紅色均消失變?yōu)辄S色，而加入碘水時(shí)溶液的顏色基本不變。 方案6：溶液由無(wú)色變?yōu)闇\紅色。 由于實(shí)驗現象多變(奇)，學(xué)生興趣盎然，強烈的激發(fā)了學(xué)生的求知欲望。 4、結果分析，理論探究 SCN^-對高3學(xué)生來(lái)說(shuō)還是1種陌生的離子，對其結構和性質(zhì)還不了解。然而根據上述實(shí)驗結果結合化合價(jià)和共價(jià)鍵理論，引導學(xué)生分析、探究可推出其結構和部分性質(zhì)。 首先引導學(xué)生回憶C、S、N的原子結構和共價(jià)鍵的相關(guān)知識，鼓勵同學(xué)大膽推測SCN^-的結構，結果寫(xiě)出了的兩種結構式：^-S—C≡N、S＝S＝N^—。 然后分析兩種結構中C、S、N3種元素的化合價(jià)，推測其氧化性、還原性。在兩種結構中碳元素均最高價(jià)正4價(jià)，故其無(wú)還原性；而硫元素、氮元素均呈最低價(jià)，它們均具有還原性，都應能被HNO₃氧化，其反應方程式為： 與稀HNO₃反應為： SCN^—+2H⁺+2NO₃^—=2NO↑+KHSO₄+HCN↑ 溶液的溫度升高，說(shuō)明上述反應為放熱反應。隨溫度不斷升高，反應速率加快至劇烈反應。與實(shí)驗現象吻合。 隨反應物濃度變小，反應速率變小至觀(guān)察不到明顯現象；當振蕩或加熱給其能量，反應加快，又看到明顯現象。 實(shí)驗方案2，HNO₃過(guò)量繼續滴入KSCN溶液，則繼續反應由于反應放熱，溶液的溫度升高，反應劇烈。 實(shí)驗方案3，由于KSCN已反應完，繼續加入HNO₃則不再反應。 實(shí)驗方案4，因HNO₃濃度降低且量少，故反應緩慢，且S^2—只停留在被氧化成S階段。 實(shí)驗方案5現象可引導學(xué)生進(jìn)行分析歸納。 5、探究中幾個(gè)問(wèn)題的處理 限于中學(xué)階段的局限性，不可能把所有問(wèn)題都11弄清楚。實(shí)驗中產(chǎn)生的白霧是什么？我們讓學(xué)生利用課余時(shí)間查有關(guān)資料結合已有知識解決。KSCN遇HNO₃、氯水為什么變紅的問(wèn)題可作為后續研究的課題，以激起學(xué)生更長(cháng)久的求知欲，增強他們繼續學(xué)習的內部動(dòng)力。 6、探究的結論與啟示 通過(guò)本次的實(shí)驗探究和研究性學(xué)習，可得出以下幾點(diǎn)重要結論： 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(shí)，氯水、HNO₃等強氧化劑不能過(guò)量。 ③與SCN^—反應使溶液變紅的不1定是Fe³⁺。 該探究實(shí)驗試劑少，操作簡(jiǎn)單均為試管操作易行。事后，學(xué)生感言：看似簡(jiǎn)單的實(shí)驗，但反應產(chǎn)物、實(shí)驗現象卻隨反應條件、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(wú)窮。

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