關于用電解原理制取白色氫氧化亞鐵的研究

摘要：從電源電壓、電流密度、電解質溶液濃度等方面，對制取氫氧化亞鐵進行了研究，并探索到了電解制取氫氧化亞鐵較為理想的實驗條件。

關鍵詞：電解原理；制取氫氧化亞鐵

文章編號：1005－6629(2007)04－0007－03中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

1 問題的提出

新配制的Fe(OH)2 是一種白色沉淀，其顏色變化先由白色到灰綠色再到紅褐色，可謂“曇花一現”。因此，有關怎樣制取白色的Fe(OH)2成了很多學生和教師的棘手問題，也成為他們積極探究的熱點問題。目前，制取白色的Fe(OH)2 的實驗方法主要有兩種：一是利用復分解反應制取；二是利用電解原理制取。用電解原理來制取Fe(OH)2，很多參考書上提出：用鐵做陽極，用石墨或其它金屬做陰極，然后電解NaOH或Na2SO4溶液；在實驗中若適當地縮短兩極間的距離、增大電源電壓或增大電解質溶液的濃度，都會加快Fe(OH)2 的生成速率。但筆者在多次實驗中發現，按照上述的做法，這個實驗容易失敗。為了從中查找出原因，筆者對用電解原理來制取Fe(OH)2 的條件進行了深入研究，試圖探索出一種制備方便、快捷、且白色盡可能穩定的Fe(OH)2 的實驗方法。

2實驗探索

2.1 探索制備白色Fe(OH)2的條件

很多人認為，Fe(OH)2變成灰綠色是其被部分氧化的結果，因此在制備過程中建議用煮沸過的蒸餾水來配制溶液，并在溶液上方鋪一層有機物以隔絕空氣。筆者在實驗中發現，在沒有任何保護措施的情況下，Fe(OH)2 沉淀更容易變灰綠色，但由灰綠色變紅褐色卻需要更長時間。如果說Fe(OH)2 變紅褐色是被氧化的結果，那么由此推斷它變成灰綠色也是被氧化的結果似乎太牽強，因為從調色的角度看，從白色到紅褐色，中間應沒有灰綠色這個過渡色。因此，筆者認為Fe(OH)2 由白色變成灰綠色和由灰綠色變成紅褐色可能是不同的化學反應原理在起作用，要制得白色的Fe(OH)2，除了要考慮如何防止被氧化外，還要考慮其他一些因素。筆者通過以下四個實驗對如何通過復分解反應制取較白的Fe(OH)2的實驗條件作了探索。(以下實驗使用的溶液均用煮沸過的蒸餾水配制)

實驗1：將吸有飽和FeSO4溶液的滴管直接伸入到濃的NaOH溶液中(上面鋪有一層乙酸乙酯)， 較快地擠壓， 生成白色的Fe(OH)2，能較長時間不變綠。

實驗2：在一支試管中加入5mL飽和的FeSO4溶液和3滴FeCl3的稀溶液(上面鋪有一層乙酸乙酯)，較快地滴入NaOH的濃溶液。生成白色沉淀，沉淀的顏色與實驗1所得沉淀相差無幾，且沒有明顯的灰綠色物質生成。

實驗3：將兩支分別吸有稀的NaOH溶液和稀的FeSO4溶液的滴管伸入到盛有200mL水(上面鋪有一層乙酸乙酯)的燒杯中，同時緩慢地滴入，一開始就生成灰綠色沉淀。

實驗4：將兩支分別吸有飽和的NaOH溶液和飽和的FeSO4溶液的滴管伸入到盛有20mL水的燒杯中(上面鋪有一層乙酸乙酯)，同時滴入，生成沉淀的顏色與溶液的滴加速率有關，滴加速率越快，沉淀顏色越白，滴加越緩慢，顏色越綠。

上述實驗表明：Fe(OH)2 由白色變為灰綠色并不是其部分被氧化的結果，灰綠色沉淀的生成，應該與反應液的濃度及滴加速率有關，亞鐵鹽和NaOH的濃度越大，滴加的速率越快，得到的沉淀就越不容易變灰綠。

2.2 探索電解條件

鑒于白色Fe(OH)2的生成條件，用電解原理制取Fe(OH)2 時筆者用較高的電源電壓來電解較濃的NaOH溶液，并在5個濃度各不相同的溶液中進行，以進一步探索電解的最佳條件。具體操作如下：

2.2.1 實驗儀器與試劑

WYJ-15J-1型直流穩壓電源、鐵釘(d=2mm，其組成為Fe:>99%、Cu: <0.1%、Mn: <0.5%、Ni: <0.5%)、石墨電極；100mL U型管。

10mol/L NaOH、5mol/L NaOH、1mol/L NaOH、0.1mol/L NaOH、0.01mol/L NaOH、0.001mol/L NaOH、飽和Na2SO4、乙酸乙酯、3mol/L H2SO4、飽和NH4SCN、飽和食鹽水、2%鄰二氮菲溶液。

2.2.2實驗方案及現象

3 實驗思考和結論

通過對上述實驗現象和實驗原理的深入分析，可以進一步引發以下思考：

(1)不能用單純的NaOH溶液做電解液。在16V的工作電壓下，電解制取Fe(OH)2時，若用濃度太大的NaOH溶液，會生成FeO42-；若用濃度中等或稀的NaOH溶液，鐵會鈍化；若電解極稀的NaOH溶液(pH接近中性)，雖然可以防止鐵的鈍化，但因電流密度太小，生成Fe2+速率就慢，得到的是灰綠色的沉淀，結果不理想。

(2)不能用Na2SO4溶液做電解液。若電解飽和的Na2SO4溶液(如實驗6)，雖然Fe2+與OH-的生成速率較快，但兩者結合太慢，得到的也是灰綠色的沉淀，結果也不理想。

(3)解決鐵的鈍化成為制備 Fe(OH)2的重要因素。因為制取白色的Fe(OH)2的首要條件是讓Fe在陽極較快溶解，又能讓溶解下來的Fe2+與較高濃度的OH-快速結合，而鐵在一般濃度的堿液中要鈍化，因此彌補這個實驗的不足，就要解決好鐵的鈍化問題。

(4)在中等濃度的NaOH溶液中加入適量的NaCl能制得白色的Fe(OH)2。因為一方面，Cl-的存在對鈍化膜有破化作用，它可以穿過鈍化膜內極小的孔隙，與鈍化膜中金屬離子相互作用生成可溶性化合物，能使Fe在陽極正常溶解。另一方面，溶液中有較高濃度的OH-，它能與陽極溶解下來的Fe2+快速結合，從而生成白色的Fe(OH)2。

總的來看，電解制備Fe(OH)2 時以下條件較為理想：在16V的工作電壓下，以鐵為陽極，石墨為陰極，電解4mol/L的NaCl和1mol/L的NaOH的混合物(在混合物上方再放一層乙酸乙酯)，5分鐘之內，就可以在鐵極上看到大量白色沉淀，且能保存較長時間而不變色。那種認為只要以鐵為陽極，電解NaOH溶液或Na2SO4溶液就能制得白色的Fe(OH)2 是紙上談兵，是純粹的理論分析。在積極傳播和實踐新課程教育基本理念的今天，我們要發揮化學實驗的教育教學功能，要通過實驗培養學生實事求是、嚴謹細致的科學態度，及批判精神和創新意識，這類完全與實驗事實相違背的題目應在新課程中得以糾正。

參考文獻：

[1]南京大學物理化學教研室. 物理化學下冊[S]. 北京：高等教育出版社.1995.

[2]朱華英.制備Fe(OH)2 過程中出現的綠色物質究竟是什么[J].化學教育.2004.8.

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