Действие четвертое, “теоретическое”.

А теперь давайте попробуем объяснить, что же происходит при взаимодействии ионов Fe3+ и тиоцианат-ионов.

Рассмотрим реакцию более подробно.

Запишем уравнение реакции между ионами железа(III) и тиоцианат-ионами.

Fe3+ + 3 NCS– = Fe(NCS)3

Составим молекулярное уравнение этой реакции.

FeCl3 + 3 KNCS = Fe(NCS)3 + 3 KCl

Найдите уравнение этой реакции в учебнике. Все ли правильно у нас записано?

Дайте полную классификационную характеристику этой реакции.

Реакция обмена, протекает без изменения степеней окисления атомов, гомогенная, обратимая, некаталитическая.

Какой продукт реакции имеет окраску?

Хлорид калия – белое кристаллическое вещество, следовательно Fe(NCS)3 придает окраску раствору.

Так как эта реакция обратима, в реакционной среде устанавливается состояние равновесия, т.е. в растворе одновременно присутствуют как ионы исходных веществ, так и ионы продуктов реакции, то есть, чтобы получить более окрашенный раствор (увеличить концентрацию Fe(NCS)3), нужно сместить состояние равновесия вправо.

Какие условия влияют на состояние химического равновесия?

Температура, давление, концентрация веществ.

Какие из перечисленных факторов будут влиять на протекание рассматриваемой реакции?

Температура и концентрация веществ.

Для изучения механизма реакции исследуем влияние концентрации исходных веществ и продуктов реакции на состояние химического равновесия.

Демонстрация 3.

К раствору хлорида железа(III) добавить раствор тиоцианата калия, полученный раствор разбавить и разлить в четыре пробирки.

В первую пробирку добавить раствор хлорида железа(III), во вторую – тиоцинат калия, в третью – хлорид калия.

Наблюдения: в первой и во второй пробирках интенсивность окраски раствора увеличилась, следовательно, произошло повышение концентрации Fe(NCS)3, т.е. равновесие реакции сместилось вправо. В третьей пробирке интенсивность окраски раствора ослабла, следовательно, концентрация Fe(NCS)3 понизилась, т.е. равновесие реакции сместилось влево.

Таким образом, мы экспериментально подтвердили выполнение принципа Ле Шателье, определяющего направление смещения химического равновесия в результате внешних воздействий на реакционную систему.

Теперь давайте рассмотрим данную реакцию с точки зрения теории электролитической диссоциации. Запишем ионные уравнения.

Чтобы правильно выполнить это задание, нужно вспомнить правило Бертолле, которое определяет условия протекания реакций ионного обмена.

Реакции ионного обмена протекают, если ионы исходных веществ выводятся из сферы реакции в виде нерастворимого, газообразного или малодиссоциирующего вещества.

В рассматриваемой реакции не наблюдается ни выделение газа, ни образование осадка. Следовательно, условием ее протекания является образование малодиссоциирующего вещества. Какой из продуктов реакции Fe(NCS)3 или КCl является слабым электролитом.

Хлорид калия – сильный электролит, т.к. это соль с большой долей ионной связи и хорошо растворима в воде. Значит слабый электролит – Fe(NCS)3.

Полученное сокращенное ионное уравнение отражает сущность рассматриваемой реакции, т.е. происходит связывание ионов железа Fe3+ и тиоцианат-ионов в малодиссоциирующее вещество. Это уравнение хорошо объясняет смещение равновесия вправо при добавлении в систему веществ, содержащих Fe3+ и NCS – .

Почему же тогда добавление хлорида калия приводит к кажущемуся смещению равновесия реакции влево?

Учащиеся выдвигают свои гипотезы.

Все гипотезы можно записать на доске, а затем организовать их обсуждение.

Хлорид калия при растворении в воде диссоциирует на ионы К+ и Cl –. Может быть, имеет смысл выяснить, какой из этих ионов влияет на смещение равновесия и, следовательно изменение окраски раствора.

Как следует поступить?

Можно взять соли, содержащие по одному из этих ионов.

Демонстрация 4.

К исследуемой системе добавить хлорид натрия (ионы хлора) и сульфат калия (ионы калия).

В обоих случаях наблюдается снижение интенсивности окраски исходного раствора.

Проверим влияние соли, не содержащей ионов К+ и Cl –.

К реакционной системе добавить сульфат натрия.

Наблюдается снижение интенсивности окраски исходного раствора.

Попробуем добавить в реакционную среду соль, не содержащую одинаковых с хлоридом калия ионов, например нитрат натрия, сульфат натрия.

Демонстрация 5.

Эксперимент проводится в несколько параллелей. К реакционной системе добавить нитрат натрия, сульфат натрия. Можно использовать другие соли.

Результат оказывается тем же самым – происходит ослабление окраски раствора.

Введение любой соли, кроме солей железа и тиоцианатов, приводит к тому же результату – окраска раствора ослабляется.

В чем же дело? Почему во всех случаях наблюдается изменение окраски раствора? Может быть принцип Ле Шателье не применим к данной реакции.

Чтобы разобраться в возникшей неопределенности, необходимо составить теоретическую модель процессов, происходящих в ходе реакции.

В водном растворе ионы железа находятся в гидратированной форме в виде комплексной частицы с лигандами – молекулами воды.

При внесении в раствор тиоцианат-ионов они, как более сильные лиганды, вытесняют молекулы воды.

Присутствие даже одного тиоцианат-иона во внутренней сфере комплекса [Fe(NCS)(H2O)5]2+ приводит к появлению окраски раствора. Чем больше тиоцианат-ионов войдет во внутреннюю сферу комплекса, тем интенсивнее будет окраска раствора. Число тиоцианат-ионов во внутренней сфере комплекса зависит от силы находящихся в растворе лигандов и их концентрации.

Таким образом, при введении в раствор KCl, NaCl происходит частичное замещение NCS – на Cl –. Но NCS – более сильные лиганды, чем Cl –, поэтому мы наблюдаем лишь ослабление окраски раствора. Если ввести в систему ионы F – , то мы увидим полное обесцвечивание раствора, т.к. лиганды F – значительно сильнее, чем NCS – .

Демонстрация 6.

К исследуемой системе добавить раствор NaF.

Происходит полное обесцвечивание раствора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: