制備氫氧化亞鐵的中學(xué)教學(xué)實驗改進

摘 要：本實驗利用試管裝置進行了簡易的實驗改進，通過實驗研究，在得到白色沉淀的同時又有效地在短時間內(nèi)觀察到不同階段沉淀的顏色變化，更貼近了中學(xué)有關(guān)氫氧化亞鐵制備的實驗教學(xué)。

關(guān)鍵詞：氫氧化亞鐵的制備；試管實驗；階段顏色現(xiàn)象

一、 問題情景

“鐵的氫氧化物”是人教版高一化學(xué)必修1“幾種重要的金屬化合物”中一個非常重要的演示實驗，體現(xiàn)了Fe（OH）2與Fe（OH）3在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上的區(qū)別，更能加深學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的理解。在空氣中，白色的Fe（OH）2沉淀會迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的Fe（OH）3，但是在真正演示實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)，用教材上示范的方法很難得到白色沉淀，在亞鐵鹽溶液和NaOH溶液混合的一瞬間基本上看到的都是灰綠色，這和教材上給出的實驗結(jié)論有些不一致，難以令學(xué)生信服。

二、 查閱資料，收集信息

如何制備可長時間保存的白色Fe（OH）2沉淀？許多教師都對此進行了實驗探究，根據(jù)二價鐵易被氧化的性質(zhì)，大家的方向都指向了怎樣盡可能地除去裝置和溶液中混有的氧氣。

目前，可查閱到的已經(jīng)成熟的改進實驗裝置有以下幾種：

雖然教師們對實驗進行了改進，但是卻都忽略了在課堂上的可使用性。例如，圖（1），F(xiàn)e（OH）2的白色仍不明顯并且很長時間觀察不到紅褐色沉淀；圖（2）和圖（3），前期準(zhǔn)備時間略長，例如用氫氣除去溶液中的氧，需通入氫氣十多分鐘，而且，其裝置和操作過程相對復(fù)雜，這在只有40分鐘的一堂課上是行不通的。其中，效果較好的是上圖（4），但可惜的是學(xué)生在高一的時候尚未學(xué)習(xí)電解池的知識，所以課堂上的演示實驗也無法選擇這種方法。此外，以上四種裝置都不利于進行深入的定量分析。

經(jīng)文獻報道，不存在可永久保存的Fe（OH）2白色沉淀，而且根據(jù)課標(biāo)的要求，這個實驗更注重的是讓學(xué)生觀察整個過程的顏色變化，單純追求白色沉淀的長時間性并沒有太大的意義。所以，簡單的操作、明顯的階段實驗現(xiàn)象更為重要。

三、 設(shè)計實驗方案

在課堂上，試管實驗是教師比較推崇的，其優(yōu)點是簡單易行、展示方便、有利于設(shè)計學(xué)生分組實驗。所以，本實驗也在此基礎(chǔ)之上設(shè)計了用試管實驗來探究氫氧化亞鐵的制備過程，力求在有效時間內(nèi)觀察到明顯的階段顏色變化。利用了注射器進行溶液混合的好處是能夠控制FeSO4的用量，進行定量的實驗分析。

根據(jù)前人經(jīng)驗，為了除去水中溶解的氧氣，可以用煮沸后的蒸餾水來配置溶液。可是，如果溫度恢復(fù)到室溫，一段時間內(nèi)氧氣又會重新溶解進來，而等到真正在課堂上做演示實驗的時候可能仍然會有氧氣的干擾。所以，本實驗提出一個設(shè)想，NaOH的熱穩(wěn)定性較好，可不可以顛倒一下順序，在演示實驗的時候直接加熱裝有NaOH溶液的試管呢？如果可行的話，這種方式是最快捷的方法，其效率要遠(yuǎn)比通氫氣更高，也防止了氧氣重新溶解，而且試管上部的空氣也會因為升溫而往外逸出。

至于亞鐵鹽溶液，本實驗選擇用FeSO4晶體粉末和煮沸后的蒸餾水直接配制。為了防止部分Fe2+被氧化，在配制好之后加入一些還原性鐵粉。

四、 操作過程及實驗步驟

（一） 實驗藥品和儀器

50mL1mol/L新制FeSO4溶液；50mL2mol/LNaOH溶液；鐵粉；小試管2支（配套橡膠塞）；試管夾；試管架；酒精燈；小藥匙；秒表；2.5mL注射器2支。

（二） 實驗步驟

①用注射器取出1mLNaOH溶液，注入小試管中。 ②預(yù)熱試管并加熱至溶液沸騰約10秒，立刻塞緊橡膠塞。 ③再用注射器吸取1mLFeSO4溶液，穿透過橡膠塞一次性注入加熱后的NaOH溶液試管中。（見下圖表）④計時，觀察實驗現(xiàn)象。

五、 實驗反思

通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，白色的Fe（OH）2沉淀能夠持續(xù)大概2秒左右，主要的原因可能是在短時間內(nèi)氧氣并沒有完全除盡。雖然時間較短，但是已經(jīng)足夠?qū)W生觀察到白色的現(xiàn)象，也可以更好的說明Fe（OH）2極易被氧化的性質(zhì)。經(jīng)過3分鐘的等待，我們可以很好的觀察到不同階段的顏色變化。在第3分鐘，濁液的上層沉淀已經(jīng)少量地轉(zhuǎn)化為紅褐色，有力證明了Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3。

此外，按照上述的步驟，我們同時進行了定量的實驗分析，在保證NaOH用量不變的前提下，分別取用了0.5mL和1.5mLFeSO4。實驗結(jié)果顯示，恰好反應(yīng)和亞鐵鹽過量的實驗現(xiàn)象相似，白色沉淀相對更明顯并且變色的速度較慢，均好于堿過量的情況，這也和前人得出的結(jié)論一致。

綜上所述，本改進實驗達(dá)到了當(dāng)初的設(shè)想，可以有效地應(yīng)用在中學(xué)的實驗教學(xué)中。為了取得最佳的實驗效果，在用量上，教師應(yīng)該盡可能保證堿完全反應(yīng)。

參考文獻：

[1]胡巧北.氫氧化亞鐵制備的實驗改進[J].化學(xué)教育，1997（8）：35.

作者簡介：

傅援賀，遼寧省鞍山市，鞍山市第一中學(xué)。