氫氧化亞鐵制備實驗的改進與創(chuàng)新

陳彩鳳 陳迪妹 胡加烽 沈怡

摘要：傳統(tǒng)化學教材氫氧化亞鐵的制備實驗中難以保證“白色”沉淀這一現(xiàn)象的穩(wěn)定性，影響學生對實驗現(xiàn)象的觀察。本研究主要對氫氧化亞鐵制備原理和實驗裝置作改進。根據(jù)雙水解反應原理，通過定性實驗比較Fe2+與碳酸根或碳酸氫根的雙水解，通過定量實驗探究最佳濃度，以提高實驗成功率。同時對實驗裝置進行了微型化設計，增強了實驗的趣味性。

關鍵詞：氫氧化亞鐵制備；微型化實驗；雙水解；實驗改進

文章編號：1005–6629（2016）9–0046–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

氫氧化亞鐵的制備實驗中白色的氫氧化亞鐵會逐漸轉變?yōu)榛揖G色的氫氧化鐵，使學生誤認為氫氧化亞鐵的顏色是灰綠色。有不少研究者都從避開氧氣的角度對該實驗進行了改進。

其中一類是將NaOH溶液煮沸以除去其中的溶解氧[1]。此方法有一定效果，但是煮沸難以將溶解氧全部除盡，所以白色沉淀能維持的時間要略長一些，但僅幾分鐘而已。

另一類是利用煤油、石蠟油等有機物對反應體系進行液封。由于反應時體系難以與外界空氣接觸，就會相應延緩氫氧化亞鐵被氧化的速率。最常見到的改進一般是將這幾種思路進行混合，將各自的優(yōu)點進行融合，以達到更佳的除氧效果，延緩氧化速率[2]。但這些改進均不是很理想，白色沉淀存在時間仍比較短。

還有一類是通過離心技術來盡可能地除去反應體系中的氧氣。一般利用試管中生成的Fe（OH）2除去NaOH、FeSO4溶液中的溶解氧。首先是在已生成Fe（OH）2沉淀的試管中加入過量NaOH溶液，利用Fe（OH）2除去NaOH溶液中的溶解氧；另外也在已生成Fe（OH）2沉淀的試管中加入過量FeSO4溶液，利用Fe（OH）2除去FeSO4溶液中的溶解氧。接著取2種溶液相互滴加，這樣處理之后生成的Fe（OH）2基本上處于無氧環(huán)境中，不易被氧化[3]，白色沉淀的維持時間最長可達2h以上。但是這樣改進的最大缺點就在于操作復雜，很難在課堂上實施演示，失去其實際意義。

鑒于以上種種改進方法，本文也從減少氧氣的角度出發(fā)，結合煮沸除去溶解氧，而且將橫截面積小于試管的軟管作為反應容器，來減少反應中接觸到的氧氣。除此之外，還改變了反應方式，利用Fe2+與HCO3-的雙水解產(chǎn)生二氧化碳以排出氧氣，以延長白色沉淀的存在時間。同時由于該反應原理為雙水解，反應處于動態(tài)平衡之中，受外界干擾較小。通過透明軟管將此實驗進行微型化設計，簡化了步驟，增強了趣味性，有利于課堂實驗的展開與實驗現(xiàn)象的觀察。

2 實驗原理探究

2.1 產(chǎn)生淺綠色的原理

Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓

該反應生成的氫氧化亞鐵是白色膠狀沉淀，因吸附了溶液中淺綠色的亞鐵離子，而使白色沉淀變成淺綠色。氫氧化亞鐵沉淀的顏色與吸附過量的淺綠色的亞鐵離子有關[4，5]。通過雙水解促進亞鐵離子水解生成白色氫氧化亞鐵，從而使沉淀變成較純白色，便于觀察。

2.2 雙水解的原理

2.2.1 實驗原理

2.2.3 實驗內(nèi)容

（1）液封：用石蠟油將試管液封，用滴管分別在9支試管底部注入2mL 0.5 mol/L的FeSO4溶液。

（2）不同濃度Na2CO3溶液對比：用滴管分別將2mL的0.1 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L的Na2CO3溶液注入上述4支FeSO4溶液中，使其發(fā)生反應，分別觀察實驗現(xiàn)象。

（3）不同濃度NaHCO3溶液對比：用滴管分別將2mL的0.1 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.0 mol/L的NaHCO3溶液注入上述另5支FeSO4溶液中，使其發(fā)生反應，分別觀察實驗現(xiàn)象并進行對比。

（4）實驗現(xiàn)象對比：

不同濃度Na2CO3溶液對比：隨著濃度的增大，白色沉淀的存在時間增長。

不同濃度NaHCO3溶液對比：隨著濃度的增大，白色沉淀的存在時間增長。

從實驗過程與現(xiàn)象可以看出，在相同處理的情況下，同濃度的NaHCO3溶液的反應效果要優(yōu)于Na2CO3溶液。因此，我們選用NaHCO3溶液進行實驗。

3 實驗試劑最佳濃度探究

分別用2mL的0.1 mol/L、0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.0 mol/L NaHCO3溶液與FeSO4溶液反應，實驗現(xiàn)象見表1。

從實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)中可以看到反應物濃度偏大時白色沉淀較純，且維持時間較長。但當濃度大于2 mol/L時，由于溶液在常溫下達到過飽和狀態(tài)會產(chǎn)生干擾現(xiàn)象。于是得出最佳濃度是NaHCO3溶液：1.0～2.0 mol/L；FeSO4溶液：1.0～1.5 mol/L。

4 新實驗設計方案

4.2 實驗儀器和試劑

（1）實驗儀器：長15cm白色透明橡膠管、2支50mL注射器、酒精燈、150mL燒杯、三腳架、石棉網(wǎng)、火柴

（2）實驗試劑：1.5 mol/L NaHCO3溶液、1.5 mol/L FeSO4溶液（含還原鐵）

4.3 實驗裝置

4.4 實驗步驟

（1）除去溶解氧：點燃酒精燈，將1.5 mol/L NaHCO3溶液加熱至80℃左右，以除去溶液中的溶解氧。

（2）搭建裝置：將長15cm白色透明橡膠管卡在150mL燒杯口，呈“V”形。兩支注射器分別吸取2mL 1.5 mol/L熱NaHCO3溶液和2mL 1.5 mol/L FeSO4溶液。

（3）加料：將2mL 1.5 mol/L熱NaHCO3溶液從管口注射入橡膠管中，另一只注射器在橡膠管中部刺入，將2mL FeSO4溶液注射入NaHCO3溶液中（如圖2所示），使其發(fā)生反應。

（4）觀察實驗現(xiàn)象：從中部開始逐漸產(chǎn)生白色沉淀，且維持時間較長，2min左右橡膠管兩端的沉淀開始轉變?yōu)榛揖G色。

4.5 實驗注意事項

（1）FeSO4溶液中加入少量還原鐵粉，防止實驗過程中被氧化，避免溶液中產(chǎn)生Fe3+。

（2）NaHCO3溶液加熱時要注意溫度，盡可能將溶解氧除去，但是要避免沸騰再次溶入氧氣。

（3）注射溶液時注意速度，避免從另一管口溢出。

5 實驗創(chuàng)新點

（1）使用雙水解的原理，將反應維持在動態(tài)平衡中，延長了白色沉淀的穩(wěn)定時間，克服了這個實驗的最大難點，同時也便于學生觀察與記錄現(xiàn)象。

（2）加熱NaHCO3溶液除去溶解氧，直接將FeSO4溶液注入NaHCO3溶液中部，省去了液封這一步驟，簡化了實驗。

（3）反應生成的二氧化碳將氧氣排出軟管，減少并延緩產(chǎn)物Fe（OH）2被氧化。

（4）設計成微型化實驗，既增強趣味性，又減少實驗試劑的用量，使實驗更加環(huán)保。還可以安排讓學生分組實驗。

（5）可以將本實驗用于雙水解的知識新授課。

參考文獻：

[1]趙亭.氫氯混合氣體光照爆炸實驗和氫氧化亞鐵制備實驗的再改進[J].化學教育，2012，（12）：77.

[2]程偉平.氫氧化亞鐵的制備實驗改進[J].化學教育，2013，（4）：75.

[3]吳名勝.再議制備氫氧化亞鐵的實驗改進[J].化學教育，2010，（6）：84.

[4]徐建飛，張平，杜淑賢.制備氫氧化亞鐵實驗方案再探究[J].化學教學，2015，（7）：54～57.

[5]劉彩虹，張文蘭，劉麗君.氫氧化亞鐵制備實驗的設計[J].化學教學，2014，（9）：52～54.