意外现象的意外收获——KSCN 与HNO3反应奇特现象的探究与研

1、问题的提出化学实验中“意外”现象的出现是常有的事，“意外”现象却能较大程度地激起学生的“好奇心”和求知欲，因势利导利用“意外”现象带来的意外情景能获得“意外”的收获。人民教育出版社出版的《全日制普通高级中学教科书必修加选修化学》第3册P26安排了关于HNO₃氧化性的1个实验，在盛有新制FeSO₄溶液的试管中滴入2滴KSCN溶液，观察现象，然后再加入几滴浓HNO₃，溶液的颜色有什么变化？实验结果是不言而喻的，但是将红色溶液放置1会儿则发现溶液由红色快速变为蓝色并产生红棕色气体。这1“意外”现象被许多同学发现，激起了莫大的好奇心与求知欲望，对此我们设计了KSCN与HNO₃反应的探究性实验与研究性学习的教学活动。红色络离子的形成反应为：。溶液红色消失说明了什么问题呢？是溶液中过量的Fe²⁺还是其它什么离子与NO₃^-反应产生了红棕色的NO₂除外，还有什么物质生成呢？请同学们查阅资料结合已有知识设计1套实验方案探究其中的原因。2、实验方案的探究红色消失说明Fe(SCN)_n^(3-n+)+离子被破坏，红棕色NO₂的产生说明某些离子与HNO₃发生了氧化还原反应。为了排除Fe²⁺的干扰，同学们设计了诸多方案。经过比较、分析，我们取其下列的方案。为保护环境、特准备了1套尾气吸收装置见图，供学生选用。方案1加过量的HNO₃是为了把Fe²⁺完全氧化以排除其干扰，还有的方案中直接用FeCl₃溶液代替溶液，以防止Fe²⁺干扰，在比较方案时经理性分析，可排除Fe²⁺的干扰(因Fe²⁺与HNO₃是1个快反应，不会等到红色溶液褪色时才产生NO₂)。方案2、3、4直接用KSCN与HNO₃作用，这是同学经过分析认定不是Fe²⁺而是SCN^-与HNO₃反应的结果而直接用实验验证。这是思维活动的1次飞跃。方案5和方案6设计意图是什么呢？显然，这是用实验验证Fe(SCN)_n^(3-n+)+或SCN^-还原性相对强弱的，这是思维活动的更进1步的飞跃。3、实验探究方案1：在含FeSO₄、KSCN的溶液中滴入浓硝酸，溶液变为红色，产生少量的NO₂，当滴入1定量的浓硝酸后，突然剧烈反应，产生大量气泡(NO₂气体等)，溶液由红色变为黄色。继续滴入浓硝酸，则产生无色气体，气体由上而下逐渐变为红棕色，说明反应中有NO气体产生。方案2：实验开始时无明显现象，1段时间后溶液慢慢变红色至深红色，突然激烈反应产生大量气泡，放出红棕色气体，而溶液红色消失变为浅绿色，溶液的温度升高(放热)。反应平静后，振荡试管，则产生无色气体并伴有白雾，再振荡再反应，不振荡则看不到明显变化，若加热则发生同样的现象；若此时再滴入KSCN溶液，发现溶液立即变红色并快速消失，同时产生大量气体和白雾，溶液变为浅蓝色最后变为无色。将气体通入过量的石灰水中，石灰水变浑浊，向反应后溶液中滴入BaCl₂溶液，产生白色沉淀。方案3：实验现象与方案2略有不同的是，HNO₃滴入1定量后反应停止。方案4：在KSCN中滴入少量稀HNO₃时，溶液中有少量气泡产生，过较长1段时间后可发现浅黄色沉淀生成。方案5：分别加入过量氯水、溴水，溶液的红色均消失变为黄色，而加入碘水时溶液的颜色基本不变。方案6：溶液由无色变为浅红色。由于实验现象多变(奇)，学生兴趣盎然，强烈的激发了学生的求知欲望。4、结果分析，理论探究SCN^-对高3学生来说还是1种陌生的离子，对其结构和性质还不了解。然而根据上述实验结果结合化合价和共价键理论，引导学生分析、探究可推出其结构和部分性质。首先引导学生回忆C、S、N的原子结构和共价键的相关知识，鼓励同学大胆推测SCN^-的结构，结果写出了的两种结构式：^-S—C≡N、S＝S＝N^—。然后分析两种结构中C、S、N3种元素的化合价，推测其氧化性、还原性。在两种结构中碳元素均最高价正4价，故其无还原性；而硫元素、氮元素均呈最低价，它们均具有还原性，都应能被HNO₃氧化，其反应方程式为：与稀HNO₃反应为：SCN^—+2H⁺+2NO₃^—=2NO↑+KHSO₄+HCN↑溶液的温度升高，说明上述反应为放热反应。随温度不断升高，反应速率加快至剧烈反应。与实验现象吻合。随反应物浓度变小，反应速率变小至观察不到明显现象；当振荡或加热给其能量，反应加快，又看到明显现象。实验方案2，HNO₃过量继续滴入KSCN溶液，则继续反应由于反应放热，溶液的温度升高，反应剧烈。实验方案3，由于KSCN已反应完，继续加入HNO₃则不再反应。实验方案4，因HNO₃浓度降低且量少，故反应缓慢，且S^2—只停留在被氧化成S阶段。实验方案5现象可引导学生进行分析归纳。5、探究中几个问题的处理限于中学阶段的局限性，不可能把所有问题都11弄清楚。实验中产生的白雾是什么？我们让学生利用课余时间查有关资料结合已有知识解决。KSCN遇HNO₃、氯水为什么变红的问题可作为后续研究的课题，以激起学生更长久的求知欲，增强他们继续学习的内部动力。6、探究的结论与启示通过本次的实验探究和研究性学习，可得出以下几点重要结论：①SCN^—具有较强的还原性其还原能力介于Br^—和I^—之间。②用SCN^—间接检验Fe²⁺时，氯水、HNO₃等强氧化剂不能过量。③与SCN^—反应使溶液变红的不1定是Fe³⁺。该探究实验试剂少，操作简单均为试管操作易行。事后，学生感言：看似简单的实验，但反应产物、实验现象却随反应条件、试剂浓度、试剂相对量的不同而不同，化学变化真是奥妙无穷。

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