化学实验平台 - 实验十一 · 铁及其化合物的性质

实验目的

探究 Fe、Fe²⁺、Fe³⁺ 之间的相互转化关系
掌握 Fe³⁺ 的检验方法（KSCN 显色反应）
理解氧化还原反应中铁元素的价态变化规律

实验器材

铁粉（还原铁粉）
稀 H₂SO₄（1 mol/L）
0.1 mol/L FeCl₃ 溶液
0.1 mol/L FeSO₄ 溶液（新配）
0.1 mol/L KSCN 溶液
氯水（或新制 Cl₂ 水）
锌粒
试管若干支

实验原理

铁是变价元素，常见的化合价为 +2 和 +3。Fe 单质在氧化性较弱的氧化剂作用下被氧化为 Fe²⁺，在较强氧化剂作用下被氧化为 Fe³⁺。Fe³⁺ 可被还原剂还原为 Fe²⁺ 或 Fe。Fe³⁺ 与 KSCN 反应生成血红色配合物 Fe(SCN)₃，用于 Fe³⁺ 的灵敏检验。

① Fe 与稀 H₂SO₄ 反应
Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑

② Fe³⁺ 的检验（显色反应）
Fe³⁺ + 3SCN^- = Fe(SCN)₃（血红色）

③ Fe³⁺ 被 Fe 还原
2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺（血红色褪去）

④ Fe²⁺ 被 Cl₂ 氧化
2Fe²⁺ + Cl₂ = 2Fe³⁺ + 2Cl^-（溶液变为血红色）

实验步骤

一、Fe 与酸反应生成 Fe²⁺

取少量铁粉于试管中，加入 2 mL 稀 H₂SO₄（1 mol/L）。
观察现象：铁粉溶解，产生大量气泡（H₂），溶液呈浅绿色（Fe²⁺）。
向反应后的溶液中滴加几滴 KSCN 溶液，观察颜色是否变化（应为无色或极浅，说明主要生成 Fe²⁺）。

二、Fe³⁺ 的检验（显色反应）

取 1 mL FeCl₃ 溶液于试管中，观察溶液颜色（棕黄色）。
向试管中滴加 2~3 滴 KSCN 溶液，轻轻振荡。
观察溶液变为血红色（Fe(SCN)₃ 的生成）。

三、Fe³⁺ 转化为 Fe²⁺

取 2 mL FeCl₃ 溶液于试管中，加入少量铁粉，振荡。
观察溶液颜色变化（棕黄色逐渐变为浅绿色）。
滴加几滴 KSCN 溶液，观察血红色是否褪去（说明 Fe³⁺ 被还原为 Fe²⁺）。
另取 2 mL FeCl₃ 溶液，加入几颗锌粒，观察变化（Zn 还原性更强，可看到溶液颜色变化更快）。

四、Fe²⁺ 转化为 Fe³⁺

取 2 mL 新配制的 FeSO₄ 溶液（浅绿色）于试管中，滴加几滴 KSCN 溶液（此时应无色）。
向试管中加入 1~2 mL 氯水，振荡。
观察溶液变为血红色（Fe²⁺ 被氯水氧化为 Fe³⁺）。

数据记录

实验内容	试剂	现象	离子方程式
Fe + 稀 H₂SO₄	Fe、H₂SO₄
Fe³⁺ 检验	FeCl₃ + KSCN
Fe³⁺ → Fe²⁺	FeCl₃ + Fe 粉
Fe²⁺ → Fe³⁺	FeSO₄ + 氯水

交流与评价

Fe³⁺ 和 Fe²⁺ 在溶液中分别呈现什么颜色？如何用化学方法区分它们？
在 FeCl₃ 溶液中加入铁粉后，血红色褪去，说明 Fe³⁺ 发生了什么变化？铁粉起什么作用？
为什么 FeSO₄ 溶液需要现配现用？放置时间长了会有什么变化？
氯水和铁粉分别是什么剂（氧化剂/还原剂）？在反应中各自起什么作用？
通过本实验，总结 Fe、Fe²⁺、Fe³⁺ 三者之间的转化关系，画出"铁三角"转化图。

注意事项

FeSO₄ 溶液必须现配现用，放置过久会被空气中的氧气氧化为 Fe³⁺，影响实验效果。
为防止 Fe²⁺ 被空气氧化，可在 FeSO₄ 溶液中加入少量铁粉或滴加几滴稀 H₂SO₄。
KSCN 溶液用量不宜过多，2~3 滴即可，过量会影响颜色观察。
氯水须新配或使用近期配制的，久置后会失效。

安全警示

稀 H₂SO₄ 具有腐蚀性，避免与皮肤接触。
氯水具有强氧化性和刺激性气味，操作时注意通风，避免吸入。
KSCN 溶液虽毒性较小，但仍需避免入口和接触伤口。
实验废液应统一收集处理，尤其是含铁废液，不可直接倒入水槽。