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變變變---溫度及濃度影響鈷錯合物的化學平衡
by yangsp, 2011-06-30 20:57:26, 人氣(4862)

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:顏美芳  E424026


變變變---溫度及濃度影響鈷錯合物的化學平衡

簡介

這個平衡系統牽涉到鈷的錯合物的含水物和不含水物(dehydrated-hydrated Cobalt complex)之間的轉變。當此系統加熱時,顏色會從粉紅色變成藍色,這表示平衡向右移動;當此溶液冷卻後,顏色會從藍色變粉紅色,這表示平衡向左移動。改變反應式中試劑的濃度,顏色會在藍色與粉紅色間轉變。

示範步驟

1. 取 100 mL 的氯化亞鈷溶液於 250 mL 的燒杯中,加入無水氯化鈣固體,直到溶液變為藍色。等分成 5 杯:A、B、C、D和E,如圖一、圖二所示。
2. 溫度的影響:
           A:放入熱水中。(數分鐘後,變成更深的藍色)
           B:放入冷水中。(數分鐘後,變成較淺的粉紅色)
           C:放在室溫中,當作對照,如圖三所示。
3. 濃度的影響:
           D:加入 20 mL 的蒸餾水,藍色變成粉紅色,如圖四所示。
           E:滴加硝酸銀溶液,直到有沉澱產生,藍色變成粉紅色,如圖五所
                示。

圖一

圖二 圖三

圖四

圖五

溶液和器材

1. 0.4 M 氯化亞鈷溶液:每 100 mL 的水溶解 5.2 g 氯化亞鈷(CoCl2,cobalt (Ⅱ) chloride)。
2. 0.1 M 硝酸銀溶液:每 100 mL 的蒸餾水溶解 1.7 g 硝酸銀(AgNO3,silver nitrate),只能用去離子的蒸餾水配製。
3. CoCl2、AgNO3、無水CaCl2、熱水、冷水、蒸餾水。
4. 滴管數支、量筒一個、燒杯二個。

原理和概念

1. 這個實驗所涉及的反應式為:
heat + [Co(H2O)6] Cl2 = [CoCl2(H2O)2] + 4 H2O
         pink (hydrated)      blue (dehydrated)
2. 加熱會讓平衡向右移動,而有藍色產生。
3. 冷卻會讓平衡向左移動,而產生了粉紅色含水錯合物 hydrated complex。
4. 加水會讓平衡向左移動,而產生了更多的粉紅色 hexaaquacobalt(Ⅱ) complex。
5. AgNO3 會和 Cl作用,生成 AgCl 沉澱,Cl濃度減少,所以平衡向左移動,形成更多粉紅色 complex。

教學提示

1. 步驟1是利用無水的 CaCl2 固體去除結晶水,亦可用濃鹽酸代替之,但使用時要更加小心(應在抽氣櫃中進行)。無論使用哪一種試劑來去水,所需的量都頗多。
2. 藍色溶液含 tetrachlorocobalt(Ⅱ) complex,而粉紅色溶液含 hexaaquacobalt(Ⅱ) complex。
3. 你也可以將 CoCl2 溶液直接加熱至藍色。再取其少許放入試管中,若置於冰浴中,使之冷卻,則溶液呈粉紅色。
4. 此示範實驗的濃度影響平衡方面可在 OHP 上呈現。

問題和參考答案

1. 寫出此平衡系統的反應式。
答: heat + [Co(H2O)6] Cl2 = [CoCl2(H2O)2] + 4 H2O
2.  為什麼要加入無水的CaCl2固體?
答: 用來去除 CoCl2 所含的結晶水,促使反應向右進行,導致有藍色產生。除此之外,無水的 CaCl2 固體加入 CoCl2 溶液之後,也會產生 Cl,促使反應向右進行。
3. 加熱時與冷卻時,其平衡分別如何移動?為什麼?
答: 加熱會讓平衡向右移動,導致有藍色hydrated complex產生,冷卻會讓平衡向左移動,導致產生了 pink hydrated complex。
4. 為什麼配製 AgNO3 溶液時,只能用蒸餾水?
答: 因為水中可能含有 Cl,而與 AgNO3 產生 AgCl 沉澱,而呈現混濁。
5. 加入蒸餾水之後,平衡如何移動?為什麼?
答: 加水會讓平衡向左移動,產生更多的 pink hexaaquacobalt(Ⅱ) complex。
6. 加入 AgNO3 之後,平衡如何移動?為什麼?
答: AgNO3 會和 Cl作用,生成 AgCl 沉澱,Cl濃度減少,所以平衡向左移動,形成  pink complex。
7. 由步驟 2,你知道這反應是放熱反應還是吸熱反應?
答: 吸熱反應。

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 79~82, Washington, D.C., American Chemical Society.
2. Ebbing, General Chemistry, third edition, 1990, p 620, Houghton Mifflin
Company, Boston.

適用程度

國民小學 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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