亞鐵鹽與氫氧化鈉溶液反應的實驗改進

李周平 龐立霞

摘要： 制備氫氧化亞鐵實驗，用采樣器的拭子頭蘸取硫酸亞鐵溶液，伸入到氫氧化鈉溶液中并不斷捻動拭子棒，當溶液中產生明顯的白色沉淀時，把拭子頭從溶液中拿出露置在空氣中，拭子頭上的白色固體迅速轉化為灰綠色，2分鐘左右整個拭子頭的表面變為紅褐色。改進后的實驗具有操作簡便、用時短、現象明顯等優點，便于課堂實施。

關鍵詞： 亞鐵鹽； 氫氧化鈉； 實驗改進； 采樣拭子

文章編號： 1005-6629（2023）04-0071-03

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 問題提出

氫氧化亞鐵的制備是《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》［1］要求的必做實驗，并且課標對該實驗的教學提出了活動建議。魯科版、人教版和蘇教版等各種版本的教材，都設計了氫氧化亞鐵的制備實驗。設計該實驗旨在引導學生了解Fe（OH）2易被空氣中O2氧化的事實，控制實驗條件完成Fe（OH）2的制備，培養學生嚴謹求實的科學態度，激發創造性思維。由于氫氧化亞鐵有強還原性難以穩定存在，傳統的制備方法只能觀察到灰綠色沉淀。人教版教材對該實驗的設計為［2］：在試管中加入少量的FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液，觀察并描述發生的現象。教材中對該實驗現象的描述及解釋為：生成的白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，過一段時間后還會有紅褐色物質生成，這是因為白色的氫氧化亞鐵被溶解在溶液中的氧氣氧化成了紅褐色的氫氧化鐵。筆者按照教材的方法進行了多次實驗，振蕩試管后，只能在液面上的試管內壁看到少量的紅褐色固體，溶液中的沉淀由灰綠色變為墨綠色，短時間內很難觀察到紅褐色沉淀。這些現象與教材中的描述存在一定差異，使學生對Fe（OH）2的真實顏色以及Fe（OH）2能否被氧氣氧化為紅褐色固體產生了質疑。

教師應引導學生提出疑問，并進一步設計改進的實驗方案，讓學生感受到探究的樂趣，這既能鍛煉學生的實驗能力，又能開拓學生的思維、提升創造力。

2? 氫氧化亞鐵制備實驗改進的文獻簡介

查閱了近幾年制備氫氧化亞鐵實驗的文獻資料，梳理后發現，文獻中涉及的改進措施主要有：（1）采用煤油、植物油和苯等有機物進行液封，防止氧氣進入到溶液中；（2）加熱煮沸溶液趕走溶解在溶液中的氧氣；（3）利用長膠頭滴管或注射器伸入液面以下實施化學反應，避免生成的氫氧化亞鐵與氧氣接觸；（4）在硫酸亞鐵溶液中加入鐵粉，防止Fe2+被氧化；（5）改變反應原理，利用碳酸氫鈉和硫酸亞鐵反應產生氫氧化亞鐵，同時利用反應產生的CO2趕走氧氣，制造無氧環境;（6）利用金屬鈉和水反應生成氫氧化鈉和氫氣，用生成的氫氣趕走裝置中的空氣，再加入硫酸亞鐵溶液發生反應;（7）采用融合多種思路進行優選的方式，以達到最佳的除氧效果，從而延長白色沉淀的存在時間［3～5］。上述多數實驗除去氧氣的過程比較復雜，有些改進還存在一定的安全隱患，不利于課堂實驗和分組實驗的開展，且對如何短時間內清晰呈現出“白色沉淀→灰綠色→紅褐色”的實驗現象研究不多。因此，很有必要再設計一種簡單有效的實驗方法，使學生能清晰地看到氫氧化亞鐵的制備及其被氧化的全過程。

3? 實驗改進的思路

在制備氫氧化亞鐵的實驗中，主要看到的是灰綠色的沉淀，很難看到紅褐色沉淀。其原因是生成的氫氧化亞鐵吸附了溶液中的二價鐵離子，形成了灰綠色沉淀［6～8］。如果減少二價鐵離子的濃度及用量，增大氫氧化鈉溶液的濃度及用量，就會減少灰綠色沉淀的生成。由于溶液中溶解的氧氣較少，因此很難看到有紅褐色沉淀。當振蕩試管后，在液面以上的試管內壁看到有少量紅褐色固體產生，是由于試管內壁的氫氧化亞鐵與空氣中的氧氣接觸所致。如果把生成的氫氧化亞鐵沉淀直接露置在空氣中，如置于濾紙上，氫氧化亞鐵就可以和氧氣充分接觸，可快速看到灰綠色沉淀轉化為紅褐色［9］。

核酸檢測采樣拭子有一定的吸水性，用拭子頭蘸取硫酸亞鐵溶液，在拭子頭的表面吸附了一定量的硫酸亞鐵。將蘸有硫酸亞鐵的拭子伸入到盛有氫氧化鈉溶液的試管中并不斷捻動拭子棒，使拭子頭表面吸附的硫酸亞鐵甩入溶液中，進入溶液的硫酸亞鐵與氫氧化鈉溶液充分接觸，在試管中生成Fe（OH）2白色沉淀，由于試管中的氫氧化鈉相對過量，因此在試管中可以較長時間看到白色沉淀。拭子頭表面生成白色的Fe（OH）2，吸附殘留的二價鐵離子，在拭子頭表面形成灰綠色固體。當溶液中看到有明顯的白色沉淀時，將拭子從溶液中取出露置在空氣中，拭子頭表面生成的固體和氧氣充分接觸，快速被氧化為氫氧化鐵，可迅速看到灰綠色固體轉變為紅褐色固體。

4? 實驗部分

4.1? 實驗用品

核酸檢測的一次性使用采樣器（拭子）、氫氧化鈉溶液（飽和）、硫酸亞鐵溶液（0.5mol·L-1）、小試管

4.2? 實驗步聚

（1） 在兩支試管中分別加入硫酸亞鐵溶液和飽和氫氧化鈉溶液，使溶液略沒過拭子頭。

（2） 取一支核酸檢測采樣拭子，將其插入到硫酸亞鐵溶液中浸泡3～5秒后，伸入到氫氧化鈉溶液的底部，用手捻動拭子棒，使拭子在溶液中快速轉動。

（3） 當觀察到溶液中產生白色沉淀時，將拭子從溶液中取出，露置在空氣中，觀察試管中和拭子上固體顏色的變化。

4.3? 實驗現象

當用手捻動采樣棒時，溶液中產生白色沉淀，拭子頭表面有白色或灰綠色固體產生。將拭子從溶液中取出露置在空氣中，拭子頭上灰綠色固體逐漸變為墨綠色，30秒左右，拭子的根部紅褐色逐漸增多，2分鐘左右整個拭子表面都變為紅褐色。試管中產生的白色沉淀慢慢沉降在試管的底部，稍長時間后才轉變為紅褐色。

4.4? 實驗注意事項

（1） 控制濃度。為了使生成白色沉淀的現象更加明顯，須用較濃的氫氧化鈉溶液和較稀的硫酸亞鐵溶液。

（2） 快速旋轉。為了在溶液中看到有明顯的白色沉淀生成，采樣拭子伸入溶液后，要用手快速捻動采樣棒，使拭子在溶液中快速轉動。拭子在轉動的過程中把硫酸亞鐵甩入氫氧化鈉溶液中，使進入溶液中的硫酸亞鐵與氫氧鈉溶液充分反應，避免生成的氫氧化亞鐵吸附二價鐵離子。

（3） 迅速取出。當溶液中產生明顯的白色固體后，停止轉動采樣桿，迅速將拭子從溶液中取出，否則溶液中會看到灰綠色的固體，影響對白色固體的觀察。

（4） 不宜用普通棉簽代替核酸檢測拭子。由于普通棉簽的吸水性較強，用普通棉簽蘸取硫酸亞鐵時，棉簽上吸附的硫酸亞鐵的量較多，會影響實驗效果。

（5） 該實驗對溶液濃度的要求比較低，用飽和的氫氧化鈉溶液和濃度小于1mol·L-1硫酸亞鐵溶液均可產生明顯的現象。通過筆者多次實驗，硫酸亞鐵溶液為0.5mol·L-1時實驗效果最好。

4.5? 改進后實驗的優點

（1） 操作簡便，只需拭子蘸取溶液即可完成實驗，適合開展學生的分組實驗或演示實驗。

（2） 速度快、效率高，2分鐘即可觀察到灰綠色全部變為紅褐色。

（3） 分階段清楚地顯示了Fe（OH）2的制備過程及顏色的變化，使學生加深了對白色沉淀迅速轉化為灰綠色，最后變為紅褐色固體知識的感知，符合化學教學實際需求。

（4） 實驗的成功率幾乎為100%。

（5） 拭子頭表面的氫氧化亞鐵和被吸附的二價鐵離子與空氣的接觸面積較大，學生可以清晰地看到“白色→灰綠色→紅褐色”的完整現象，與教材中的描述完全一致。

（6） 用采樣拭子完成實驗，使實驗變得更加生活化和趣味化。然后再用拭子把余下的部分沉淀從溶液中取出，觀察和分析實驗現象，進一步培養學生的創新思維和科學探究意識。

5? 結語

本文對氫氧化亞鐵的制備及被氧化實驗的改進是從教學中遇到的實際問題出發，巧妙利用采樣拭子對該實驗進行重新設計與改進，

使實驗變得既方便又實用，且效果良好，

為中學化學教師的教學提供新的參考。教師在教學中應引導學生關注實驗的每一個細節，當實驗現象與預期效果不一致時，要多加思考，堅持不懈地繼續探究，或許會有意外的收獲。利用采樣拭子還可以開發出更多簡潔化、直觀化、可視性較強的化學實驗，如借助采樣拭子還開發了醋酸和鹽酸電離程度的比較、碳酸鈉溶液與稀鹽酸的反應等系列實驗，實驗現象和效果都非常好。這些實驗通過對教材實驗的優化與改進，從而為化學實驗落實立德樹人的根本任務提供簡易實用的儀器裝備。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 16.

［2］王晶， 鄭長龍主編. 普通高中教科書·化學·必修第一冊［M］. 北京： 人民教育出版社， 2019： 67.

［3］陳彩鳳， 陳迪妹， 胡加烽， 沈怡. 氫氧化亞鐵制備實驗的改進與創新［J］. 化學教學， 2016， （9）： 46～48.

［4］張婧， 趙萌， 李明雪. 氫氧化亞鐵制備實驗的改進［J］. 廣州化工， 2018， （16）： 145～146， 160.

［5］李艷蘭， 孫曉春， 付海蘭. 氫氧化亞鐵制備實驗改進的文獻綜述［J］. 云南化工， 2022， （8）： 10～13.

［6］吳文中. 氫氧化亞鐵變為灰綠色的理論探究——由一次意外的實驗引起的思考與分析［J］. 化學教學， 2016， （9）： 60～63.

［7］張宏艷. 基于X射線衍射分析方法改進氫氧化亞鐵制備實驗［J］. 化學教學， 2021， （5）： 77～81.

［8］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.

［9］楊曉東. 氫氧化亞鐵制備實驗的再探究［J］. 化學教學， 2015， （2）： 56～58.