硫化钠溶液与氯化铁溶液反应的本质的研究(育才中学李珊等)

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：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】Na2S溶液、FeCl3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：

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(OH3)↓+3H2S↑+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】Na2S溶液、FeCl3溶液

实验步骤和现象】

【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下一些资料：

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 和Fe(OH)3的混合物。理由除了“猜测一”中表述的还有：在“实验①”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①”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】FeCl3溶液、Na2S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

【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）

2. 过滤Ⅰ：过滤后滤液Ⅰ几乎为无色，但过一段时间后略变黄色。滤渣Ⅰ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：

分析：滤液Ⅰ可能有浓度极低的亚铁离子；滤渣Ⅰ的颜色变化说明了黑色沉淀含Fe2S3

3. 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Ⅱ：过滤后滤液Ⅱ为无色。滤渣Ⅱ为淡黄色。

分析：滤渣Ⅱ的成分很可能是硫

5. 滤渣Ⅱ：水洗晾干后放在燃烧匙点燃，当观察到有火星时，我们十分欣喜。如下图：

分析：滤渣Ⅱ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.

【分析与讨论】综合分析得出以下结论：

①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

②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：

2Fe 3++3S2-=Fe2S3 ↓ 2Fe 3++3S2-=2FeS↓+S↓Fe 2S3+4H+=2Fe2++ S↓+2H2S

③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、滤纸、铁架台、玻璃棒【实验试剂】Na2S溶液、FeCl3

溶液、HCL溶液、NaOH溶液、KSCN溶液、K3Fe（CN）6溶液

【实验操作和现象】如下表：

混合时图片】

分析与讨论】

实验现象表明：溶液碱性越强，生成黑色沉淀越多，即生成Fe2S3越多, 但碱性太强

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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。Fe3+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②的酸性条件比实验①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，Fe3+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？比铁离子氧化性弱的Cu2+、Fe2+、Al 3+呢？【实验仪器】试管、胶头滴管、量筒【实验试剂】Na2S溶液、FeCl3溶液、AgNO3溶液、FeCl 3溶液、CuCl2溶液、FeCl2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

①AgNO3②FeCl3③CuCl2④FeCl2⑤AlCl 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—=

Ag2S↓

2Fe3++3S2-=

Fe2 S 3↓

Cu

2+

+S

2-

=

CuS↓

Fe

2+

+S

2-

=

FeS↓

2Al 3++3S2- +6H2O=

2Al(OH) 3↓+3H2S

Al(OH) 3+OH-=AlO2-+2

H2O

2

溶液①AgNO

3②FeCl3③CuCl2④FeCl2⑤AlCl 3

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—=

Ag2S↓

2Fe3++3S2-=Fe2 S3 ↓

Fe2S3+4H+=2Fe2++ S

↓+2H2S

Cu

2+

+S

2-

=

CuS↓

Fe2++S2-=FeS

↓

2Al 3++3S2-

+6H2O=2

Al(OH) 3↓+3H2S

【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。