氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

陳彩鳳 陳迪妹 胡加烽 沈怡

摘要：傳統(tǒng)化學(xué)教材氫氧化亞鐵的制備實(shí)驗(yàn)中難以保證“白色”沉淀這一現(xiàn)象的穩(wěn)定性，影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。本研究主要對(duì)氫氧化亞鐵制備原理和實(shí)驗(yàn)裝置作改進(jìn)。根據(jù)雙水解反應(yīng)原理，通過(guò)定性實(shí)驗(yàn)比較Fe2+與碳酸根或碳酸氫根的雙水解，通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)探究最佳濃度，以提高實(shí)驗(yàn)成功率。同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了微型化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性。

關(guān)鍵詞：氫氧化亞鐵制備；微型化實(shí)驗(yàn)；雙水解；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2016）9–0046–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問(wèn)題的提出

氫氧化亞鐵的制備實(shí)驗(yàn)中白色的氫氧化亞鐵會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛揖G色的氫氧化鐵，使學(xué)生誤認(rèn)為氫氧化亞鐵的顏色是灰綠色。有不少研究者都從避開(kāi)氧氣的角度對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

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(shí)間要略長(zhǎng)一些，但僅幾分鐘而已。

另一類是利用煤油、石蠟油等有機(jī)物對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行液封。由于反應(yīng)時(shí)體系難以與外界空氣接觸，就會(huì)相應(yīng)延緩氫氧化亞鐵被氧化的速率。最常見(jiàn)到的改進(jìn)一般是將這幾種思路進(jìn)行混合，將各自的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行融合，以達(dá)到更佳的除氧效果，延緩氧化速率[2]。但這些改進(jìn)均不是很理想，白色沉淀存在時(shí)間仍比較短。

還有一類是通過(guò)離心技術(shù)來(lái)盡可能地除去反應(yīng)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(guò)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(guò)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(wú)氧環(huán)境中，不易被氧化[3]，白色沉淀的維持時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)2h以上。但是這樣改進(jìn)的最大缺點(diǎn)就在于操作復(fù)雜，很難在課堂上實(shí)施演示，失去其實(shí)際意義。

鑒于以上種種改進(jìn)方法，本文也從減少氧氣的角度出發(fā)，結(jié)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(yīng)容器，來(lái)減少反應(yīng)中接觸到的氧氣。除此之外，還改變了反應(yīng)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(zhǎng)白色沉淀的存在時(shí)間。同時(shí)由于該反應(yīng)原理為雙水解，反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡之中，受外界干擾較小。通過(guò)透明軟管將此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了步驟，增強(qiáng)了趣味性，有利于課堂實(shí)驗(yàn)的展開(kāi)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。

2 實(shí)驗(yàn)原理探究

2.1 產(chǎn)生淺綠色的原理

Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓

該反應(yīng)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(guò)量的淺綠色的亞鐵離子有關(guān)[4，5]。通過(guò)雙水解促進(jìn)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(shí)驗(yàn)原理

2.2.3 實(shí)驗(yàn)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(duì)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(yīng)，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（3）不同濃度NaHCO3溶液對(duì)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(yīng)，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行對(duì)比。

（4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比：

不同濃度Na2CO3溶液對(duì)比：隨著濃度的增大，白色沉淀的存在時(shí)間增長(zhǎng)。

不同濃度NaHCO3溶液對(duì)比：隨著濃度的增大，白色沉淀的存在時(shí)間增長(zhǎng)。

從實(shí)驗(yàn)過(guò)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(yīng)效果要優(yōu)于Na2CO3溶液。因此，我們選用NaHCO3溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)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(yīng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見(jiàn)表1。

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)中可以看到反應(yīng)物濃度偏大時(shí)白色沉淀較純，且維持時(shí)間較長(zhǎng)。但當(dāng)濃度大于2 mol/L時(shí)，由于溶液在常溫下達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)會(huì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

4.2 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

（1）實(shí)驗(yàn)儀器：長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)試劑：1.5 mol/L NaHCO3溶液、1.5 mol/L FeSO4溶液（含還原鐵）

4.3 實(shí)驗(yàn)裝置

4.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）除去溶解氧：點(diǎn)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(zhǎng)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(yīng)。

（4）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：從中部開(kāi)始逐漸產(chǎn)生白色沉淀，且維持時(shí)間較長(zhǎng)，2min左右橡膠管兩端的沉淀開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)榛揖G色。

4.5 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）FeSO4溶液中加入少量還原鐵粉，防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被氧化，避免溶液中產(chǎn)生Fe3+。

（2）NaHCO3溶液加熱時(shí)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(shí)注意速度，避免從另一管口溢出。

5 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）使用雙水解的原理，將反應(yīng)維持在動(dòng)態(tài)平衡中，延長(zhǎng)了白色沉淀的穩(wěn)定時(shí)間，克服了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的最大難點(diǎn)，同時(shí)也便于學(xué)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(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)。

（3）反應(yīng)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(shè)計(jì)成微型化實(shí)驗(yàn)，既增強(qiáng)趣味性，又減少實(shí)驗(yàn)試劑的用量，使實(shí)驗(yàn)更加環(huán)保。還可以安排讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

（5）可以將本實(shí)驗(yàn)用于雙水解的知識(shí)新授課。

參考文獻(xiàn)：

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