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（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，我们在摸索中相继设计了以下的实验：实验一：
2、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】Na 2S 溶液、FeCl 3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12 Na2S 溶液发生水解，溶液呈碱性，有少量硫化氢挥发出来。S2 +H2O HS +OHHS +
3、H2O H2S+OHFeCl3溶液黄褐色透明液体，无气味2 FeCl3溶液发生水解，溶液呈酸性Fe3 +3H2O Fe(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+3H 2S+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【实验仪器】试管、胶头滴管、量筒【实验试剂】Na 2S 溶液、FeCl 3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
4、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 FeCl3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
5、下一些资料：物质 溶度积（Ksp） 外观 相关性质FeS 3.71019 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 SFe2S3 1.01088 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)3 1.11036 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，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
6、 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】FeCl 3溶液、Na
7、2S 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
8、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
9、，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 6 2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 、Fe 2 和S2-硫离子和铁离子反应完全了滤液 II强酸性，有Fe3 、Fe 2 ，没有 S2-和Cl-酸
10、化时硫酸过量了，滤渣和硫酸反应时产生了 Fe3 、Fe 2【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 2Fe 3+3S2-=2FeS+S Fe 2S3+4H+=2Fe2+ S+2H 2S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【实验仪器】烧杯、胶头滴管、量筒、PH 试纸、漏斗
11、、滤纸、铁架台、玻璃棒【实验试剂】Na 2S 溶液、FeCl 3溶液、HCL 溶液、NaOH 溶液、KSCN 溶液、K 3Fe(CN)6溶液【实验操作和现象】如下表：溶液步骤1 号：10mlFeCl 3 2mlNa2S2 号：10mlFeCl 3 2mlNa2S 2mlHCL3 号：10mlNaS 22mlFeCl34 号：10mlNaS 22mlFeCl3 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
12、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 2 1 13 13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
13、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。Fe 3+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，Fe 3+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【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
14、弱的 Cu2+、Fe 2+、Al 3+呢？【实验仪器】试管、胶头滴管、量筒【实验试剂】Na 2S 溶液、FeCl 3溶液、AgNO 3溶液、 FeCl 3溶液、CuCl 2溶液、FeCl 2溶液、AlCl 3溶液【实验操作】1向 5ml PH=12 的 Na2S 溶液中分别滴入 2 滴下列溶液：溶液 AgNO 3 FeCl 3 CuCl 2 FeCl 2 AlCl 3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 S3Cu
15、2+S2- =CuSFe2+S2-=FeS2Al3+3S2-+6H2O=2Al(OH)3+3H 2SAl(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O2.向 5ml 下列溶液中分别滴入 2 滴 PH=12 的 Na2S 溶液结果如下：溶液 AgNO 3 FeCl 3 CuCl 2 FeCl 2 AlCl 3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
16、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+3S2-=Fe2 S3 振荡后，由于氯化铁过量，溶液呈酸性，Fe 2S3+4H+=2Fe2+ S+2H 2S，黑色沉淀消失，溶液变为乳黄色（S） ，有臭鸡蛋气味 H2S。反应总式为：2Fe 3+3S2-+4H+=2Fe2+ S+
17、2H 2S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 FeCl3溶液，产生黑色沉淀，发生反应 2Fe3+3S2-=Fe2 S3 ,振荡后沉淀不消失,没有明显的臭鸡蛋气味,是因为硫化钠过量，溶液呈碱性，黑色沉淀不溶解。五、研究体会汤瑞茵：这次的实验跟以往的截然不同，因为以前我们都只是在一旁看着老师演示，现象溶液颜色呈浅褐色，产生黑色沉淀局部有黑色沉淀，震荡后沉淀消失溶液变深蓝绿色，有黑色小颗粒产生黑色沉淀，溶液由浅绿色变为黄灰色溶液变浑浊，有白色沉淀离子方程式2Ag +S2=Ag2S2Fe3+3S2-=Fe2 S3 Fe2
18、S3+4H+=2Fe2+ S+2H 2SCu2+S2-=CuSFe2+S2-=FeS2Al3+3S2-+6H2O=2Al(OH)3+3H 2S我们却在一旁看的惊讶。然而这次是我们亲自动手，亲力亲为的完成实验。所以说，在这个美妙的过程里，我们获益良多，不仅一览了化学世界里的奥妙与精彩，还学会了团结。我们之所以能在短短的时间内做出如此惊人的成果，归根到底都是因为大家的付出。如果没有大家团结的劳动，没有大家分工合作，相互帮忙，那么实验的结果便是可望不可即。这次研究的是 Na2S 和 FeCl3的反应。一开始思考它们的反应原理时，我们利用过往所学的知识写出了总式，看着总式里那熟悉的物质，都以为这个实验
19、都是很简单的。但经过一个多星期的探究与实验，才真正的体会到化学中暗含的奥妙！这个反应原来并不简单，实验起来才体会到事实原来不能单凭想象。在实验前，我们都以为看到的现象会是有红褐色的沉淀，结果实验起来才发现，生成的是黑色沉淀。原来只靠单一的想象是错误的，实践才是真理！这次实验，我看到了很多奇妙的现象，真是耳目一新，每把两种不同的试剂混合时都能看到意想不到的现象。这次实验，我获得了很多，有化学的新知识和对学过的知识的巩固，比如看这个实验吧，物质的反应不只是单一的氧化还原在进行，也可以是双水解同时进行，二者在相互竞争，而最后表现出来的便是比较强的反应了！神奇的化学世界给予了我们无穷的乐趣！让我们更加
20、热爱化学生活！彭紫君：活动后，感到最重要的两个字还是“用心” 。老实说来，在这次活动中，我投入了很多心血。最开始的实验猜测误差处理的练习，那些繁琐让我不禁有些受打击，但真正开始做实验之后，才渐渐发现其中的快乐。起初是亦步亦趋，对着课本研究，没什么自己的想法；渐渐地开始在预习的时候去网上查阅资料，有时还可以看到同一实验可以采用的不同方法，通过比较与分析，我既能感觉化学反应的奥妙，又常常能够得到不少收获。亲手实验确实给我的化学课学习带来了巨大的变化，从被动变为主动，从完成任务到用心发掘。在实验过程中， “用心”二字，再加上乐意动手也同样重要。当老师教给我们怎样操作时，要想想到底为什么这样做。继而在
21、动手后，能从根本上记住实验的原理，令我受益匪浅。最后的一点总结就是，提前做好功课，不是简单的预习完就了事，而是真正地深入地去思考，熟悉之后才会热爱。李珊：这次研究让我体会到了什么叫“研究” 。 “研究”是一个“假设验证再假设再验证”的复杂过程， “研究”是一个“肯定否定再肯定再否定再肯定”的发现过程。这样一步步地探索，深入地研究，终于摸到了些眉目。一开始我们都以为是反应的实质就是双水解，但后来通过两种溶液互滴的实验来看，事实远不止如此。于是我们决定继续往下研究。我们不断地假设，不断地实验，不断地猜想，又不断地验证，通过做实验这种最直接的方法，终于知道两种溶液混合后到底是以哪种反应类型为主。在这
22、过程中， “肯定”与“否定”的不断反复地辩证着我们的想法，让我们逐渐理清了该反应的实质。通过亲身参与实验当中，使我们更加清楚地看到的实验中真实的反应现象，也培养了我们动手的能力，还有收集、分析和利用信息的能力。通过实验中的交流与讨论，同学们各抒己见的同时也学会了分享和合作。这将对我们今后的学习非常有帮助，从这次的实验研究中，我们收获到了一些课本上没有的知识。亲自动手做实验，使我们最直接地感受化学变化，体验到化学的魅力和学习化学的无穷乐趣。黄炜东：硫化钠和氯化铁的反应本质网上众说纷纭，没有一个统一明确的答案，即使是我们的姜老师也说“不清楚”。因此，本课题我们真的是要靠自己“摸索”了。研究当中，最
23、让我们惊喜的发现是“三硫化二铁”。刚开始查资料显示：三硫化二铁为黄绿色。所以开始时我们毫不犹豫的认为生成的黑色沉淀是硫化亚铁。但是三硫化二铁的溶度积如此之小，不得不让我们再查他的性质。结果发现它刚生成时是黑色，放置一段时间后才变为黄绿色！再用电脑翻看做实验时的相片，发现确实有一张滤渣相片上显示大片黄绿色。当时真是激动啊，好像居里夫妇发现“镭”了。李廷辉：通过这次硫化钠溶液与氯化铁溶液反应本质的研究，让我对于化学的认识从以前的只局限于课本发展到亲身的实践中去。书本上的每一个实验每一个反应都是建立在科学家的亲身实验和探究的，所以只有理论知识是不够的，我们还必须亲身投入到这个实验中去，去发掘、体会这
24、个实验的本质及其原理。就好像这次的硫化钠溶液与氯化铁溶液反应本质的研究的活动中，我们一开始对于这个实验的猜测都是凭着自己的课本知识去进行判断，但一做起实验，才发现我们推论上的不足。在不断深入的实验和检测中，在老师的细心指引下，我们越来越发现这个反应的复杂，体会到科学家发掘反应本质的艰辛历程。通过这次亲身实验，我对化学的认识又更深了一层：光局限于课本的知识是不够的，那只是纸上谈兵，要通过自己亲身的探究，抱着严谨的精神去发现，去推测，才能获得理想中的结果。邱杰:通过这次化学实践活动,我明白了许多道理。任何理论都脱离不能脱离实际,这就要求我们要养成事实求作风，不能一味地相信书本相信老师,要从实际出发
25、,大胆的挑战权威,大胆通过实践去寻找答案。往常看老师做实验,总觉的很简单,这次活动我也亲身做了检验离子的实验,我发现这比我想象中的要难的多,单有理论是不足够的,做实验经常会碰到许多突发的状况,这就要求我们要有临场应变能力,我想这就是大概这次活动的意义所在. 化学实践活动，是通过亲自实践获取直接经验，养成科学精神和科学态度，掌握基本的科学方法，提高综合运用所学知识解决实际问题的能力的学习活动。化学实践活动使我受益匪浅,我对化学这门学科更感兴趣了,在此活动中我学到了更多平常书本没有的知识,这更验证了那句话,读万卷书不如走万里路。六、参考文献1. 川北教育学院学报三硫化二铁的制取方法 http:/ http:/ http:/ 年，189 页。5.大连教育学院-大连教师网-大连教育学院高中教师教育中心 http:/ 题 研 究 活 动 记 录 表周次 第 1 周 时间 2011 年 2 月 22 日中午指导老师 姜宏飞 地点 育才中学化学实验室活动成员：李珊，彭紫君，汤瑞茵，李廷辉，邱杰，黄炜东
