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神奇的四個杯子---不同鐵離子的顏色
by yangsp, 2011-06-28 23:17:26, 人氣(6919)
 

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:劉玉嬌  E424017


神奇的四個杯子---不同鐵離子的顏色

簡介

準備四個杯子,依序倒入不同的杯子,則顏色會由原來的淡黃色,轉變為紅色、黑色,最後又恢復原色了!

示範步驟

1. 先準備四個燒杯,分別在不同的燒杯裡加入不同的試液。如圖一所示。
2. 第一個燒杯:30 mL 硫氰化鉀的蒸餾水和5滴氯化鐵溶液。
第二個燒杯:3 滴硫氫化鉀溶液。
第三個燒杯:5 mL 已煮好的濃烏龍茶液。
第四個燒杯:10 mL 的飽和草酸溶液。
3. 依序從第一個燒杯倒到第四個燒杯,觀察各溶液顏色的變化。如圖二至圖五所示。
圖一
圖二 圖三 圖四 圖五

溶液和器材

1. 燒杯四個。
2. 煮好的烏龍茶液若干。
3. 飽和草酸溶液:取約 20 g 的草酸(H2C2O4,oxalic acid)溶於 100 mL 的蒸餾水中。
4. 氯化鐵溶液的配製:取約 30 g 的氯化鐵(FeCl3.6H2O,ferricchloride , hexahydrate)溶於 100 mL的蒸餾水中。
5. 硫氰化鉀溶液的配製:取約 20 g 的硫氰化鉀(KSCN,potassium thiocyanate)溶於 100 mL 的蒸餾水中。

原理和概念

1. 從第一個燒杯倒到第四個燒杯,依序的主要反應式如下:
氯化鐵水溶液為淡黃色
Fe3+(aq) + SCN-(aq) → FeSCN2+
                                       (紅色)
Fe3+(aq) + tannic acid(aq) → Fe(III) tannate(aq)
                                                      (黑色)
2 Fe3+(aq) + 3 C2O42-(aq) → Fe2(C2O4)3(aq)
                                                  (黃色)

教學提示

1. 此實驗所配製之溶液,若用瓶蓋蓋緊,則可使用很長的時間。
2. 教師可視情況自行改變此四個燒杯裡溶液的量,調整到你得到最佳的顏色。
3. 此實驗教師可自行構思一個主題,增加“笑”果。例如:我是一位賣膏藥的高手,我賣的是專門解毒的秘方,尤其是蛇毒我最內行了!看我今天怎麼表演〝如何解各位客官所中過的蛇毒〞,不管您中的是什麼毒,我皆有辦法解。看清楚,我現在準備好四個燒杯,我把第一個燒杯倒入第二個燒杯,各位客官的血就是現在這個樣子,這是各位客官尚未中毒的血,而現在我再把它倒進第三個燒杯,原本鮮紅的血呈現黑色污濁的樣子,客官您看中毒多深啊!但自從有我這獨門解毒秘方之後,您所中的毒一定在瞬間化解,不信我現在把它倒入第四個燒杯(解毒秘方),請各位客官仔細瞧瞧發生啥事了?
4. 筆者在做本實驗時,由於實驗室缺乏單寧酸 (tannic acid),所以我使用約 10 g 的烏龍茶葉加上100 mL 的蒸餾水去煮沸,而得到單寧酸溶液,由於是經由茶葉而得到的,所以溶液顏色較偏向黃色。
5. 單寧酸  (tannic acid) 的分子式為 C76H52O46

問題和參考答案

1. 請寫出此實驗的所有反應式。
答: Fe3+(aq) + SCN-(aq) → FeSCN2+
                                       (紅色)
Fe3+(aq) + tannic acid(aq) → Fe(III) tannate(aq)
                                                      (黑色)
2 Fe3+(aq) + 3 C2O42-(aq) → Fe2(C2O4)3(aq)
                                                  (黃色)
2.  上題1之反應式是否為氧化還原反應?
答: 皆不是氧化還原反應。
3. 如果我把燒杯的順序改變或從第四個燒杯倒回第一個燒杯,結果還會相同?為什麼?
答: 結果不會相同(各燒杯溶液的顏色幾乎無變化)。因鐵離子 (Fe3+) 與草酸 (H2C2O4) 的結合力較強,所以若鐵離子碰到草酸即先形成黃色的草酸鐵 Fe2(C2O4)3,相較之下,較不易與其他溶液 (tannic acid、KSCN) 反應。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd ed., 1988, Volume 1, p 46, Washington, D.C., American Chemical Society.

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 ˇ大學普通化學

安全

 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 ● 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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