高中化学中颜色变化的探究

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1、高中化学中颜色变化的探究一、研究背景　　化学是一门以实验为基础的自然学科，颜色的变化在化学物质的鉴定上起着举足轻重的作用。化学课上，我们可以用硫氰化钾溶液来检验三价铁离子的存在。酸碱中和滴定实验中用指示剂的颜色变化可以用来判断滴定终点。根据对化合物溶液灼烧时火焰颜色的不同来检验各种不同的碱金属离子。生活中，漂亮的烟火把节假日的夜空点缀的五彩缤纷，各种各样的颜色把平凡的生活变成五彩斑斓的缤纷世界。那么究竟是什么原因引起各种颜色的变化呢？通过对各种大学资料的认真查阅，我对各种颜色变化的实质进行了如下探究。　　二、探究过

2、程　　通过对高中化学的学习，我们知道钠离子和钾离子不能与其他离子形成沉淀，因此对钠离子和钾离子的检验只能用焰色反应。钠离子的火焰颜色为黄色，钾离子的火焰透过蓝色钴玻璃片观察为紫色。某些金属或它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应。灼烧金属或它们的挥发性化合物时，原子核外的电子吸收一定的能量，从基态跃迁到具有较高能量的激发态，激发态的电子回到基态时，会以一定波长的光谱线的形式释放出多余的能量，从焰色反应的实验中所看到的特殊焰色，就是光谱谱线的颜色。每种元素的光谱都有一些特征谱线，发出特征的颜色

3、而使火焰着色，根据焰色可以判断某种元素的存在。如焰色洋红色含有锶元素，焰色玉绿色含有铜元素，焰色黄色含有钠元素等。焰色反应只是电子的来回跃迁运动，没有电子的得失，没有新物质的生成，因此焰色反应是一种物理变化。　　三价铁离子通常是用硫氰化钾溶液检验，加入硫氰化钾能显血红色。通过对大学课本的查阅，才知道显血红色的原因是生成了新的络合物K[Fe(S)6]，红色是K[Fe(S)6]的颜色。　　[Fe(H2O)6]36S-==[Fe(S)6]3-6H20　　根据化学课程的学习，我们知道硫酸铜溶液显蓝色，氯化铜溶液为绿色。为什

4、么同样是铜盐，但他们的颜色却截然不同呢？如果仅仅用酸根离子不同作理由来解释，是不足以服人的。要透彻解释颜色的不同应该从Cu2的络离子说起。Cu2有配位数2、4、6的络离子。胆矾能够呈蓝色是因为[Cu(H2O)4]2呈蓝色。CuSO4·5H2O溶于水后，[Cu(H2O)4]2存在于溶液中，若溶于过量水，还会形成[Cu(H2O)6]2，无论[Cu(H2O)4]2还是[Cu(H2O)6]2络离子，都是蓝色的，所以硫酸铜溶液呈蓝色。无水氯化铜呈棕黄色，常以CuCl2的形式存在，溶于少量水时形成[Cu(H2O)4]2和[Cu

5、Cl4]2-络离子：　　(CuCl2)24H2O==[Cu(H2O)4]2[CuCl4]2-　　[Cu(H2O)4]2显蓝色，[CuCl4]2-显绿色，它们共存时的混合色则为蓝绿色，所以浓的CuCl2溶液显绿色。稀释时由于水增加，电离平衡向右移动，[CuCl4]2-离子减少，[Cu(H2O)4]2离子增加，绿色向蓝色变化。当溶液相当稀时，几乎均为[Cu(H2O)4]2，[CuCl4]2-很少，所以显蓝色。　　银氨Ag(NH3)2OH溶液是无色的，究其原因Ag价电子构型5s0，电子不会受到激发，所以银氨Ag(NH3)

6、2OH溶液是无色。　　晶体场理论是研究过渡元素（络合物）化学键的理论。电子从分裂后的低能量d轨道向高能量d轨道的迁移称为d-d跃迁。由于不同的配合物晶体场分裂能不同，d-d跃迁所需要的能量也就不同，所以吸收光的波长不同，而显示出不同的颜色。组态为d1～d9的配合物，一般有颜色，基本都是由d-d跃迁造成的。如Ti(H2O)63　　Ti3的3d1电子在分裂后的d轨道中的排列为：　　　　在自然光的照射下，吸收了能量相当于△O波长的部分，使电子排布变为　　　　这种吸收在紫区和红区最少，故显紫红色。　　常用酸碱指示剂的颜色变

7、化在酸碱滴定中有重要作用，石蕊试液酸性显红色，中性显紫色，碱性显蓝色。酚酞在酸性或中性时显无色，而在碱性时显红色。因此石蕊和酚酞常作为酸碱中和的指示剂。石蕊(Litmus)是一种弱的有机酸，在酸碱溶液的不同作用下，发生共轭结构的改变而变色。也就是说，在溶液中，随着溶液酸碱性的变化，其分子结构发生改变而呈现出不同的颜色变化。在酸性溶液里，分子是其存在的主要形式，使溶液呈红色;（由于[H]增大，平衡向左移），在碱性溶液里，石蕊水解发生的电离平衡向右移动，电离产生的酸根离子是其存在的主要形式，故使溶液呈蓝色;（由于[OH

8、-]增大，平衡右移），在中性溶液里，分子和酸根离子共存，因而溶液呈紫色。　　酚酞是一种弱有机酸，在pH＜8.2的溶液里为无色的内酯式结构，当pH＞8.2时为红色的醌式结构。酚酞的醌式或醌式酸盐，在碱性介质中很不稳定，它会慢慢地转化成无色羧酸盐式；遇到较浓的碱液，会立即转变成无色的羧酸盐式。所以，酚酞试剂滴入浓碱液时，酚酞开始变红，很快红色退去变成无色。　　三