氯化钴溶液变色实验的定量控制及相关趣味实验介绍

文章编号：1005－6629(2008)10－0005－03中图分类号：G637.8文献标识码：C

全国普通高中化学新教材《实验化学―选修》(江苏教育出版社)P52专题四――反应条件对化学平衡的影响中对氯化钴溶液的变色原理进行了定性分析[1]。目的是让学生对温度和浓度对化学平衡的影响有一个初步的感性认识。但是在实际教学中教师如果不清楚氯化钴晶体、乙醇、水的具体配比及其变色的温度，就会浪费时间，并影响实验现象和课堂教学的效果。因此笔者针对影响氯化钴溶液变色的因素进行了定量控制并找出最佳配比。同时，介绍与其相关的趣味实验。

1实验仪器及药品

药品：六水合氯化钴晶体(玫瑰红色)、95%乙醇、蒸馏水、浓盐酸、0.5mol/L的氯化钴溶液。

仪器：托盘天平、温度计、250mL的烧杯若干、带橡皮塞的试管若干、铁架台、石棉网、煤气喷灯、10mL量筒若干、胶头滴管。

2实验步骤及现象

实验1：取一只洁净的试管加入3.0mL 0.5mol/L的氯化钴溶液(粉红色)，然后逐滴加入浓盐酸，当颜色恰好变为紫红色、紫色、和蓝色时分别记录所加入的盐酸的体积。然后将上述试管中的溶液一分为二，加入蒸馏水。

实验现象：

加入盐酸的体积：2.2mL3.2mL4.6mL

溶液的颜色： 紫红色紫色 蓝色

加入蒸馏水后颜色又逐渐变为粉红色。

实验2：(1)取两只试管分别加入0.1g的六水合氯化钴晶体、5.0mL的95%乙醇，振荡使其完全溶解(溶液显蓝色)，然后用胶头滴管在其中一支试管中逐滴加入蒸馏水使溶液变为紫色，两支试管的溶液颜色分别呈蓝色和紫色，盖上橡皮塞作为标准比色液(由于在实验中颜色的变化是渐进的，所以用标准颜色进行对照，增加实验的准确性)。

(2)取一只试管加入0.3g的六水合氯化钴晶体，6.0mL 95%乙醇，然后用胶头滴管滴加蒸馏水到溶液恰好变为粉红色时停止加入，记录加入蒸馏水的滴数，塞上橡皮塞。然后将试管放入盛有水浴的烧杯中加热，放入温度计，与标准颜色进行对照，当颜色变为紫色和蓝色时，分别记录此时水浴的温度。当溶液变为蓝色时，停止加热，使其冷却并记录颜色重新变为紫色时的温度。

(3)继续取不同质量的氯化钴晶体(CoCl2・6H2O)和一定体积的95%乙醇按照上述步骤进行实验，记录实验数据。

实验数据记录表

3 实验结论

(1)由实验1得到的结论

随着加入的浓盐酸体积的增多，溶液中的氯离子的浓度逐渐增大，平衡向逆反应方向进行，蓝色的CoCl42-的浓度增大，因此颜色从粉红色紫红色紫色蓝色渐变。加入蒸馏水后，蓝色的CoCl42-的浓度大幅下降，颜色又变为粉红色。

(2)由实验2得到的结论

在课堂演示实验中，为使实验现象明显，易操作，氯化钴溶液变为紫色的温度最好控制在40℃左右，这样加热时间短现象也明显。此外，为了环保和节约，氯化钴用量以小为宜。因此，选择实验7为最佳配比，该配比氯化钴晶体为0.1g，紫色的变色温度为40℃，蓝色的变色温度为53℃，加入的乙醇的量为5mL，现象明显，所需加热时间适当。

(3)从实验2的第1、2、3、6次实验中可以看出：当加入的乙醇的体积一定时，随着加入的氯化钴晶体的量的减少，紫色的变色温度逐渐降低。

(4)从实验2的第6、7、8、9次实验中可以看出：当加入的氯化钴晶体的质量一定时，随着加入的乙醇的体积的增加，紫色的变色温度逐渐降低。

4原理分析

(1)氯化钴溶液中存在如下平衡

CoCl42-+6H2OCo(H2O)62++4Cl-

蓝色粉红色

当溶液中加入浓盐酸或氯化钙等，由于氯离子浓度增大，使平衡向逆反应方向移动，溶液由粉红色变为蓝色；当溶液稀释时，平衡向正反应方向移动，溶液由蓝色变为粉红色。

(2)教材中还指出，氯化钴的水合物在加热时会逐步失去结晶水，并呈现不同的颜色(见下面方程式)[2]。

在此反应中由于Co2+水解能力比较弱，所以随着温度的升高CoCl2・6H2O并不发生水解反应，只是逐步的失去结晶水[2]。当加热时温度升高平衡右移，CoCl2・6H2O逐渐失去结晶水变为蓝色的CoCl2。失去的结晶水与乙醇互溶，冷却时平衡又左移，逐步的结合结晶水生成粉红色的CoCl2・6H2O。这样当温度发生改变时，颜色就在粉红色和蓝色之间变化。同样由于丙酮与水也可以任意比互溶，因此丙酮也可以使氯化钴晶体失去结晶水变成蓝色[3]。

CoCl2・6H2O晶体的颜色是由其本身晶体结构所决定的。CoCl2・6H2O为配合物属于单斜晶系，每个钴原子周围有四个水分子，这四个水分子分别占据在一个畸变的正方形的顶角位置，与两个氯原子形成畸变的八面体，其他两个水分子没有直接与钴原子成键[4]。反式CoCl2(H2O)4是组成粉红色CoCl2・6H2O的单元，所以CoCl2・6H2O显粉红色。只要加入能促使Co(H2O)62+ 失水或能以Cl-取代内界配位水分子的物质就可以使其呈现蓝色。另外，+2价的钴离子可以被氧化成+3价的钴离子，+2价的钴离子和+3价的钴离子不但可以和H2O形成配合物呈现不同的颜色，它们还可以和其它分子形成配合物。例如：[Co(NH3)6]2+为土黄色， [Co(NH3)6]3+为茶色。

5相关的趣味实验

根据氯化钴水合物在加热时逐步失水，不同温度下可以显示不同颜色，可以将其制成封管进行课堂演示，增加学生的学习兴趣及探索欲望。另外，教师也可以设计如下几个趣味小实验来进一步加强学生对氯化钴溶液变色的理解并提高学生的学习兴趣:

5.1显隐墨水

用毛笔蘸取氯化钴的稀溶液在白纸上写几个字，由于浓度很小几乎看出字迹，把此白纸在酒精灯上加热使钴盐脱水后即显出蓝色字迹，放置在空气中吸收水分后字迹又被隐去。

5.2自制晴雨花

先把纸用较浓的氯化钴溶液浸泡后，晾干，然后将纸折成纸花，插在花瓶中，即可做成晴雨花。该晴雨花在天气晴朗的时候是一朵蓝色的花，在将要下雨的时候就会变成紫色，下雨时又会变成粉红色。另外，在配制CoCl2溶液时加入适量的食盐晶体，并加热煮沸，可使制得的晴雨花颜色更加艳丽[5]。

5.3自制有色玻璃珠

在酒精喷灯的火焰上将玻璃拉成玻璃丝，把玻璃丝浸入硝酸钴溶液，取出后放在火焰的外焰部位灼烧使玻璃丝熔化，不停转动使熔化的玻璃收缩为球状，冷却后变为漂亮的蓝色玻璃珠[5]。

5.4变色温度计

取一粒氯化钴晶体(CoCl2・6H2O，玫瑰红色)放入试管中，逐滴加入95%的酒精使之溶解(显蓝色)。再滴加清水，边滴加边振荡，使之混合均匀，至溶液刚变为红色为止。记下此时溶液的温度(起始温度)。然后用水浴加热，当温度每上升五度，用颜料在图纸卡上绘下该温度时和溶液相同的颜色，并在相同颜色边上记下来对应的温度。继续升高温度直至溶液颜色逐渐由紫色变为蓝色为止。将试管口用塞子塞住，并用蜡封口，以保证管内溶液的含水量固定不变。这样随温度变化而发生颜色变化的“变色温度计”就制成了。为观察方便，可将试管及其对应于不同温度的比色卡固定在墙壁上。如需要制成其他量程的变色温度计，只需要重选起始温度进行调试即可[5]。

5.5带助手的氧化剂

向两只盛有15mL氯化钴溶液的烧杯中，各添加150mL的蒸馏水，溶液为粉红色。向其中一只烧杯中滴加氨水，有红色沉淀 Co(OH)2 产生，继续滴加沉淀全部溶解，溶液变为土黄色。然后向两只烧杯中通入氧气，由于[Co(NH3)6]2+比[Co(H2O)6]2+易被氧化， 所以土黄色的 [Co(NH3)6]2+溶液变为茶色 ([Co(NH3)6]3+)， 而另外一支依然是粉红色[3]。

5.6 魔力变色线

向盛有10mL水的小烧杯中加入大约8g的氯化钴晶体，制成浓度大约是40%的氯化钴溶液。把白线放在溶液中浸泡，取出后用滤纸吸干，再把它在空气中晾干直到显出浅蓝色。将线的一端握在手中对其呵气，会变成粉红色，而另一端仍为浅蓝色。重新放在空气中粉红色又会变成浅蓝色[3]。

5.7 白瓷涂色

取一个新的瓷坩埚，用毛笔蘸取氯化钴饱和液在瓷坩埚外壁上编一个号，或画个简单符号。晾干后将该瓷坩埚放进马弗炉内加热至1200℃，并维持半小时，冷却后取出瓷坩埚，坩埚外壁已涂上了蓝色字迹，用水无法洗去(见图2)。

参考文献：

[1]王祖浩.实验化学[M].江苏教育出版社.2004.

[2]北京化学试剂公司.化学试剂・精细化学品手册[M].化学工业出版社.2002.

[3]北京大学等四校.无机化学(下)(第四版)[M].高等教育出版社.2003.

[4]有趣的化学实验编写组.有趣的化学实验[M].地质出版社.2003.

[5]邵学俊等.有机化学(下)(第二版)[M].武汉大学出版社.2003.

[6]吴志玲等.中学化学课外活动指导[M].杭州大学出版社.1990.

[7]刘怀乐.中学化学教学实证与求索[M].西南师范大学出版社.2002.

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