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严宣申:铁(Ⅲ)和碘(I-)的反应——选择实验条件的依据
作者:严宣申    文章来源:《化学实验的启示与科学思维的训练》    点击数:    更新时间:2007-1-22

Fe3+I-间作用生成Fe2+I2是读者熟知的一个不完全的氧化还原反应

2Fe3+3I-2Fe2+I3-

现在讨论Fe(CN)63-(Fe氧化态为Ⅲ)KI间能否发生氧化还原反应。如果能发生反应的话,则方程式将是

2Fe(CN)63-2I-2Fe(CN)64-I2

这也是一个Fe()I-间的反应,可以依用Fe3+I-反应为基点进行讨论。

由于CN-Fe2+Fe3+间发生强配位作用。可以把这个反应想象为:往Fe3+I-反应达平衡的体系中(还有Fe2+I2)加适量KCN,即生成Fe(CN)64-Fe(CN)63-[注:Fe3+不能直接和CN-络合成Fe(CN)63-,这里暂且认为两者相互间反应生成了Fe(CN)63-],而CN-不和I2I-发生明显作用。生成Fe(CN)64-Fe(CN)63-均导致Fe2+Fe3+浓度下降,若络离子越稳定,则Fen+浓度下降越明显,因此可通过对Fe(CN)63-Fe(CN)64-稳定性分析(Fe3+Fe2+浓度下降的程度)判断Fe()I-平衡移动的方向。

●若Fe(CN)64-Fe(CN)63-更稳定,即Fe2+浓度下降值超过Fe3+浓度的下降值,将促进平衡向着生成I2的方向移动。即K3Fe(CN)6能氧化I-,反应后,溶液中I2的含量(颜色)将比Fe3+I-反应结果的还要大(颜色深)

●若Fe(CN)63-的稳定性和Fe(CN)64-相同,即在加入KCN液后,溶液中Fe3+Fe2+的浓度以同等比例下降,其结果将和未加KCN前的相同,即Fe(CN)63-I-混合体系的颜色()应和Fe3+I-反应体系的相同;

●若Fe(CN)63-Fe(CN)64-更稳定,即在加KCN后,Fe3+浓度下降得更明显,将使平衡向着生成I-方向移动,表明I-不易或不可能被Fe(CN)63-氧化,溶液中只能看到浅的(碘的)颜色或看不到碘的颜色。

实验1

混合K3Fe(CN)6KI,混合液中未见到碘的颜色,即使在加入淀粉后也未见到明显的颜色。由实验结果可知:Fe(CN)63-是比Fe(CN)64-更稳定的络离子。究竟络合物稳定性强了多少倍,只能查阅参考书。从手册上查得Fe(CN)63-Fe(CN)64-的稳定常数分别为10421035,两者相差107。在CN-浓度固定时,Fe3+浓度比Fe2+浓度降得更低,相差7个数量级。

上述实验的启示是:改变了某些物质的配位情况——实验中“原先”是F e 2+ (aq)后来变为Fe(CN)64-——其性质将发生相应改变。这类实验是很多的。如Co3+(aq)氧化Cl-生成Co2+Cl2是一个非常完全的反应,但Co(NH3) 63+却氧化不了Cl-。表明Co(NH3) 63+是比Co(NH3) 62+稳定得多的络离子,查得它们的稳定常数分别为1032105(两者相差了1027)。又,Cu在水中不容易被空气中O2所氧化,但在NH3·H2OCu较易被O2氧化成深蓝色溶液,后者显然和生成Cu(NH3) 42+ (β41012)有关。由此可以想象并推论:若具备生成更稳定络离子的条件,如Cu(CN)2 -Au(CN)2-的稳定常数依次为10241038,则CuAu更易被O2氧化(氰化法提取金就是利用了这个性质)

接着要讨论一个饶有兴趣的问题。

(命题)如何设法使Fe(CN)63-氧化I-的反应得以实现。从原则上讲,只要能做到降低生成物Fe(CN)64-I2浓度或使Fe(CN)64-浓度下降的幅度大于Fe(CN)63-下降的幅度,就有可能达到命题的要求。改变溶液中某些物质浓度可供选择的途径,是从酸碱平衡、沉淀、氧化还原及配位平衡方面着手。

(1)配位平衡

设法加入另一种配位体以改变原先配位的情况,从而达到实验要求。这种设想对于Fe(CN)63-I-的反应是不可取的。原因有两点:

●氰络离子往往是有关络离子中最稳定的,很难找到比CN-更强的配位体,因此很难使氰络离子转变为其他络离子。

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