Fe(OH)2被氧化时颜色变化探索课件.ppt
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- 关 键 词:
- Fe OH 氧化 颜色 变化 探索 课件
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1、Fe(OH)2被氧化时的颜色变化的探索 真理往往隐藏在复杂的表面现象背后,它有待我们去真理往往隐藏在复杂的表面现象背后,它有待我们去发现,但是真理又只往往掌握在少数人手中,只有那些具发现,但是真理又只往往掌握在少数人手中,只有那些具有敏锐观察力和敢于向困难挑战的人才能取得胜利,笑到有敏锐观察力和敢于向困难挑战的人才能取得胜利,笑到最后。最后。 写在前面的话写在前面的话问题的由来 全日制普通高级中教科书化学 (人教版实验修订版)第二册全日制普通高级中教科书化学 (人教版实验修订版)第二册 95 页,清楚地写页,清楚地写着这样的话: “生成的白色絮状沉淀着这样的话: “生成的白色絮状沉淀 Fe(O
2、H)2迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。这是因为迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。这是因为白色的白色的 Fe(OH)2(为(为+2 价)被空气中的氧气氧化生成了红褐色的价)被空气中的氧气氧化生成了红褐色的 Fe(OH)3(为(为+3 价) 。发生价) 。发生反应:反应: 4Fe(OH)2 + O2 +2H2O=4 Fe(OH)3” 老师按惯例一句话就带过了。但是由此也引起了我们的疑问:为什么不直接变成红褐色而老师按惯例一句话就带过了。但是由此也引起了我们的疑问:为什么不直接变成红褐色而出现了中间颜色灰绿色?就算是一种复合颜色,也应该为白色与红褐色的复合,绿色由何出现了中间颜色灰绿色?就算是一种复合
3、颜色,也应该为白色与红褐色的复合,绿色由何而来?我们顿时感觉到:问题绝而来?我们顿时感觉到:问题绝不那么简单!下课后,我们跑去问老师,老师迟疑了一会,不那么简单!下课后,我们跑去问老师,老师迟疑了一会,然后说: “现在大家都认为是一种过渡颜色。至于怎么过渡,我也不太清楚。 ”于是我们感然后说: “现在大家都认为是一种过渡颜色。至于怎么过渡,我也不太清楚。 ”于是我们感觉到,问题可能很复杂哩!我们又跑去问了别的化学老师,他们也都说不上来。看来,即觉到,问题可能很复杂哩!我们又跑去问了别的化学老师,他们也都说不上来。看来,即使是作为学习基础的教科书,也存在着让人不解的疑问。使是作为学习基础的教科书
4、,也存在着让人不解的疑问。 我们讨论了很久,也未能给出一个让自己满意的答案。但是我们决定在这条探索之路上走我们讨论了很久,也未能给出一个让自己满意的答案。但是我们决定在这条探索之路上走下去,即使不成功,至少自己曾经思考过,探索过下去,即使不成功,至少自己曾经思考过,探索过 我们通过讨论,对我们通过讨论,对 Fe(OH)2被氧化时出现灰绿色提出了以下被氧化时出现灰绿色提出了以下设想:设想: 灰绿色为灰绿色为 Fe(OH)2和和 Fe(OH)3的复合颜色的复合颜色 杂质离子(如反应时带入的杂质离子(如反应时带入的 SO42- 、Cl-、Na+ 、K+等等 )带)带来的颜色影响来的颜色影响 碱的浓度
5、和强弱对该反应颜色的影响碱的浓度和强弱对该反应颜色的影响 氧气(或其他氧化剂)的通入量对颜色变化的影响氧气(或其他氧化剂)的通入量对颜色变化的影响 Fe(OH)2的胶体及的胶体及 Fe(OH)3的胶体对颜色变化的影响的胶体对颜色变化的影响 Fe(OH)2被氧化时产生的变体被氧化时产生的变体(-Fe2O3、- Fe2O3)颜色颜色变化的影响变化的影响 对于对于设想,限于我们所学及学校实验条件,只能进行理设想,限于我们所学及学校实验条件,只能进行理论论证。论论证。 变体对颜色变化的影响:变体对颜色变化的影响:Fe(OH)3的沉淀,实际上可写成的沉淀,实际上可写成Fe2O3H2O 而而 Fe2O3有
6、有-Fe2O3(顺磁性物质)(顺磁性物质)- Fe2O3(逆(逆磁性物质)两种变体。磁性物质)两种变体。它们是否会对反应后的混合物的颜色产生它们是否会对反应后的混合物的颜色产生影响呢?查阅高等无机化学 :影响呢?查阅高等无机化学 :-Fe2O3是绿色,是绿色,- Fe2O3是是黄色。而它们无论是和白色絮状物(黄色。而它们无论是和白色絮状物(Fe(OH)2沉淀)混合或是和沉淀)混合或是和红褐色沉淀物(红褐色沉淀物(Fe(OH)3沉淀)混合都不会产生灰绿色。所以由沉淀)混合都不会产生灰绿色。所以由此可以证明变体不会对该实验产生影响。此可以证明变体不会对该实验产生影响。可以排除。可以排除。 实验部分
7、实验部分实验部分实验部分实验部分实验部分 请点击图片,分别对应实验请点击图片,分别对应实验(1)实验(实验(5) 实实 验验 目目 的的 处处 理理 方方 法法 实实 验验 现现 象象 实实 验验 结结 论论 实实 验验 1 观观 察察Fe (O H )2被被空空 气气 氧氧 化化 的的 全全 过过程程 。 Fe SO4+N aO H 沉沉 淀淀 颜颜 色色 变变 化化 为为 :白白 色色 絮絮 状状 浅浅 绿绿 色色 灰灰 绿绿 色色 红红 褐褐色色 。 现现 象象 确确 如如 书书 上上所所 说说 。 实实 验验 2 观观 察察 及及 验验 证证 杂杂 质质离离 子子 对对 灰灰 绿绿 色
8、色 的的影影 响响 。 Fe C l2+N aO H Fe C l2+KO H Fe SO4+N aO H Fe SO4+N aO H 4支支 试试 管管 中中 的的 现现 象象均均 为为 : 白白 色色 絮絮 状状 浅浅 绿绿 色色 灰灰 绿绿 色色 红红 褐褐 色色 。 杂杂 质质 离离 子子 对对 实实验验 不不 影影 响响 。 实实 验验 3 观观 察察 及及 验验 证证 碱碱 的的浓浓 度度 对对 颜颜 色色 的的 影影响响 。 50 N aO H +Fe SO4 30 N aO H +Fe SO4 0.5 N aO H +Fe SO4 3支支 试试 管管 的的 现现 象象 一一致致
9、 。 碱碱 的的 浓浓 度度 对对 灰灰绿绿色色 没没有有 影影响响 。 实验实验 4 观察及验证温观察及验证温度对颜色的影度对颜色的影响。响。 反应置于常温下;反应反应置于常温下;反应置于置于 5060水浴下;水浴下;反应后加热至沸腾。反应后加热至沸腾。 常温下沉淀的颜色常温下沉淀的颜色变化最快;变化最快;5060次之;次之;100的最的最慢。慢。 温度对反应速率可能温度对反应速率可能存在影响。存在影响。 实验实验 5 研究氧化剂的研究氧化剂的强弱对该反应强弱对该反应进程的影响。进程的影响。 反应在注射器中进行;反应在注射器中进行;反应置于平常条件下;反应置于平常条件下;反应后通入氧气;反应
10、反应后通入氧气;反应后加入双氧水。后加入双氧水。 注射器中的变化最注射器中的变化最慢;通入氧气的较慢;通入氧气的较平常条件下快;加平常条件下快;加入双氧水的最快。入双氧水的最快。 氧化剂的强弱及用量氧化剂的强弱及用量会影响反应速率。会影响反应速率。 对实验现象的解释在做的上述实验中, 只有温度和氧化剂及碱性强弱对该实验在做的上述实验中, 只有温度和氧化剂及碱性强弱对该实验造成影响,其中温度的影响又可归纳到氧化剂的影响中,因为加造成影响,其中温度的影响又可归纳到氧化剂的影响中,因为加热时,氧化剂(氧气)溶解较少,所以变化慢。氧化剂的加入可热时,氧化剂(氧气)溶解较少,所以变化慢。氧化剂的加入可影
11、响反应的历程,而无其他现象产生,但这似乎对我们研究其中影响反应的历程,而无其他现象产生,但这似乎对我们研究其中间产物提供材料。间产物提供材料。 似乎我们的实验似乎陷入困境了, 难道我们还有什么问题没似乎我们的实验似乎陷入困境了, 难道我们还有什么问题没有考虑到?还有什么东西落了呢?我们再次陷入沉思之中。有考虑到?还有什么东西落了呢?我们再次陷入沉思之中。 通过查找资料,在老师的帮助下,我们又提出了三种假设:通过查找资料,在老师的帮助下,我们又提出了三种假设: 反应中,溶液中存在反应中,溶液中存在 Fe2(浅绿色) ;(浅绿色) ; 难溶物变成配位化合物时,必须以离子的形式进行配位,例如:难溶物
12、变成配位化合物时,必须以离子的形式进行配位,例如:AgCl 溶于溶于氨水时,变成了氨水时,变成了 Ag(NH3)2Cl。机理为:。机理为: AgCl Ag+Cl-(Ksp=1.810-10) Ag+2NH3Ag(NH3)2+ 根据勒夏特列原理,由于根据勒夏特列原理,由于应而使应而使平衡向右移动,平衡向右移动,AgCl 溶解,同理,当溶解,同理,当把把 Fe(H2O)62+变成变成 Fe(NH3)62+后, 由于后, 由于 NH3的配位能力强而使的配位能力强而使 Fe2+的溶解度的溶解度增大。增大。 水溶液中,某物质被氧水溶液中,某物质被氧化,是由于该物质的某一种或多种离子被氧化而使化,是由于该
13、物质的某一种或多种离子被氧化而使平衡向正方向移动而造成的。 如平衡向正方向移动而造成的。 如 Fe(OH)2被空气中的氧气氧化成被空气中的氧气氧化成 Fe(OH)3,实质是由于实质是由于 Fe2+Fe3+过程过程 查阅无机化学上册 (武汉,吉林大学编) ,知查阅无机化学上册 (武汉,吉林大学编) ,知 Fe(OH)2的溶解积的溶解积Ksp=810-16,即在,即在 1mol/L 的的 Fe(OH)2 溶 液 中溶 液 中Fe2+的 浓 度 只 有的 浓 度 只 有9.2810-6mol/L,这似乎对灰绿色不会有什么影响。,这似乎对灰绿色不会有什么影响。可排除。可排除。 对于对于假设,无法从实验
14、中得到论证,只好请教湖南师大的化学系教授假设,无法从实验中得到论证,只好请教湖南师大的化学系教授了。薛教授做了如下解答:在了。薛教授做了如下解答:在 Fe(OH)2的反应溶液中,的反应溶液中,Fe2+存在非常少,以存在非常少,以Fe(OH)2形式存在,如果加入形式存在,如果加入 NH3的话,不会形成的话,不会形成 Fe(NH3)2+,而直接形成,而直接形成Fe(OH)2沉淀。在由沉淀。在由 Fe(OH)2变为变为 Fe(OH)3的过程中,也不的过程中,也不是以是以 Fe2+的形式进的形式进行的,而是以沉淀物的形式进行的。行的,而是以沉淀物的形式进行的。 上面的三条假设都已否定。我们的课题又一次
15、陷入了困境,而现在我们又上面的三条假设都已否定。我们的课题又一次陷入了困境,而现在我们又无从下手了,难道真的是一种过渡色?我们都不相信,况且它是怎样过渡的无从下手了,难道真的是一种过渡色?我们都不相信,况且它是怎样过渡的呢?利用我们高中所学的所有知识,实验都无法解决这个问题,如果是一种中呢?利用我们高中所学的所有知识,实验都无法解决这个问题,如果是一种中间产物,那是怎样的呢?能不能用实验检测出来。看来,我们只好从资料下手间产物,那是怎样的呢?能不能用实验检测出来。看来,我们只好从资料下手了。了。 功夫不负有心人,我们在大学普通化学下册 (付鹰编)的功夫不负有心人,我们在大学普通化学下册 (付鹰
16、编)的 637 面找面找到这样一段话:在完全与空气隔离的情况下加碱或氨水于到这样一段话:在完全与空气隔离的情况下加碱或氨水于 Fe2+溶液,即得白色溶液,即得白色的的 Fe(OH)2沉淀。 倘若溶液中溶有氧气, 此沉淀即被氧化成微绿色的沉淀。 倘若溶液中溶有氧气, 此沉淀即被氧化成微绿色的 Fe3(OH)8。此两种氢氧化铁盐能吸收氧气而成棕色的此两种氢氧化铁盐能吸收氧气而成棕色的 Fe(OH)3或或 Fe2O3xH2O。 看来我们的实验终于可以落下帷幕了,但是接下来,又有问题了:看来我们的实验终于可以落下帷幕了,但是接下来,又有问题了: (1)Fe3(OH)8的的 Fe 的价态是怎样?的价态是
17、怎样? (2)它属于复盐,络合物,还是聚合物?亦或是其他物质?)它属于复盐,络合物,还是聚合物?亦或是其他物质? (3)它的结构怎样?)它的结构怎样? (4)为什么会有微绿色?)为什么会有微绿色? 我们又问了一下教授,教授回答说: “这个问题比较复杂,我们又问了一下教授,教授回答说: “这个问题比较复杂,Fe3(OH)8中的中的Fe 既不是既不是2 价又不是价又不是3 价而是中间价态。它是一种聚合物, 结构比较复杂,价而是中间价态。它是一种聚合物, 结构比较复杂,必须用光谱或是其他的仪器分析,至于颜色则是结构决定性质”必须用光谱或是其他的仪器分析,至于颜色则是结构决定性质” 更多发现更多发现
18、物质的显色是可见光作用到物质上后,物质对可见光产生选择性的吸收、反射、透物质的显色是可见光作用到物质上后,物质对可见光产生选择性的吸收、反射、透射、折射、散射的结果。在可见光范围内(如下表) ,波长等于射、折射、散射的结果。在可见光范围内(如下表) ,波长等于 400730 nm(相当于相当于波数为波数为 25000cm-113800 cm-1,能量,能量 E 相当相当 3.10 eV1.71 eV), 波长(波长(nm) 频率频率(1014Hz) 波数波数(104cm-1) eV 红红 770620 3.94.8 1.31.163 1.1122 橙橙 620600 4.85.0 1.1631
19、.67 22.07 黄黄 600580 5.05.2 1.671.724 2.072.137 绿绿 580490 5.26.1 1.7242.04 2.1372.529 蓝蓝靛靛 490450 6.16.7 2.042.22 2.5292.752 紫紫 450400 6.716.5 2.222.5 2.7523.099 若选择性地吸收部分可见光后,它就会呈现出与之互补的可见光部分的颜色。 (下图即为若选择性地吸收部分可见光后,它就会呈现出与之互补的可见光部分的颜色。 (下图即为互补色环)互补色环) 物质对光能够选择性吸收是由物质的微观结构决定的, 即由物质对光能够选择性吸收是由物质的微观结构决
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