淺談氫氧化亞鐵實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

葉子

摘 要：利用碘元素的氧化方法獲取亞鐵狀離子，在較弱堿性環(huán)境下制取Fe（OH）2，強(qiáng)化課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)品質(zhì)。其實(shí)驗(yàn)器具及原料包括還原型鐵粉，晶狀碘固體，氨化合物與氯化銨組成的緩沖型溶液，離心型玻璃試管，小型玻璃試管，盛藥勺匙，長型膠狀滴定管。

關(guān)鍵詞：制備手段 氫氧化亞鐵 氧化過程 灰綠色晶體 白色絮狀析出物

中圖分類號：G634 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（a）-0245-02

1 問題的構(gòu)建

Fe（OH）2產(chǎn)品的制作試驗(yàn)過程中白色狀態(tài)的Fe（OH）2要逐步轉(zhuǎn)換成灰綠色狀態(tài)的Fe（OH）3，讓同學(xué)們誤以為Fe（OH）2的本體顏色是屬于灰綠色狀態(tài)。現(xiàn)有很多科研人士均由排出氧氣的方式對此試驗(yàn)實(shí)施了優(yōu)化過程。

其中的一種情況是把燒堿溶液用酒精燈加熱達(dá)到煮沸狀態(tài)從而除掉其溶液中所含有的溶解態(tài)氧分子。這種措施會產(chǎn)生相當(dāng)?shù)膬艋羧芤褐腥芙鈶B(tài)氧的效果，然而僅利用煮沸過程不可能把溶解態(tài)的氧整體清除干凈，因此白色狀態(tài)的沉淀物可存在的時(shí)間必然長一些，但是其也只有數(shù)分鐘的時(shí)間。

另一種方法是選取洋油、石蠟型油等油質(zhì)物對這一反應(yīng)裝置實(shí)施液體封閉。因?yàn)樵诜磻?yīng)過程中其反應(yīng)介質(zhì)體系不能夠和外部大氣產(chǎn)生接觸情況，即可在一定程度上緩解Fe（OH）3被氧化作用的速度。最為常用的一種改進(jìn)方式通常是把此幾類思考路徑實(shí)施融合，把他們各自的反應(yīng)優(yōu)勢實(shí)施匹配，從而實(shí)現(xiàn)最好的除氧品質(zhì)，減低氧化幅度。然而此類實(shí)驗(yàn)工藝改進(jìn)過程都不能實(shí)現(xiàn)最佳的試驗(yàn)效果，其白色狀態(tài)沉淀物留存時(shí)間依然很短暫。

另外也有一種是依托離心分離工藝來最大限度地凈化反應(yīng)系統(tǒng)中所溶解了的氧氣成分。通常運(yùn)用在試管內(nèi)產(chǎn)生的氫氧化亞鐵來除掉燒堿、綠礬溶液中所溶解狀態(tài)的氧。第一是在已出現(xiàn)氫氧化亞鐵沉淀物的玻璃試管內(nèi)放入過剩燒堿溶液，依靠氫氧化亞鐵膠體物質(zhì)來除去燒堿溶液中的溶解狀態(tài)氧；再有就是亦在已出現(xiàn)氫氧化亞鐵膠體沉淀物的玻璃試管內(nèi)放入過剩的硫酸溶液。依托氫氧化亞鐵除掉硫酸鐵溶液中所含的溶解狀態(tài)的氧。爾后取兩種溶液進(jìn)行彼此滴定過程，如此處置之后所生成的氫氧化亞鐵總體上是處在無氧成份液態(tài)條件中，故其不容易受到氧化作用，其白色狀態(tài)的沉淀的延續(xù)時(shí)間最高能維持到2 h之上。然而實(shí)施如此改進(jìn)的最大不足之處即在于其操作過程繁雜，不容易在教學(xué)課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的演示過程，從而失去它的真正價(jià)值。

基于前述多類優(yōu)化手段，筆者亦由降低氧氣生成量的思想去考慮，依照煮沸辦法從而除去溶液中溶解態(tài)的氧，并且把橫斷面積低于玻璃試管橫截面積的軟膠管當(dāng)作反應(yīng)器皿，以降低反應(yīng)過程中所可能接觸到的氧氣成分。在此基礎(chǔ)上，亦變更了反應(yīng)進(jìn)行模式，利用二價(jià)鐵離子和碳酸氫根離子的復(fù)水解反應(yīng)以制出CO2并排放O2，從而加大白色狀態(tài)沉淀的留存時(shí)間。而且因?yàn)榇朔磻?yīng)過程機(jī)理是復(fù)合型水解反應(yīng)，且其反應(yīng)始終處在動態(tài)轉(zhuǎn)化過程之中，其受外界的干擾程度很小。利用透明型軟膠管把該實(shí)驗(yàn)實(shí)施小型化規(guī)模設(shè)計(jì)，縮短了試驗(yàn)流程，提高了實(shí)驗(yàn)過程的情趣性，可大力促進(jìn)課堂型實(shí)驗(yàn)過程的操作及實(shí)驗(yàn)效果的觀注。

2 實(shí)驗(yàn)機(jī)理研究

2.1 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

依托碘被氧化的方法獲取二價(jià)鐵離子，在低堿性環(huán)境下生成Fe（OH）2，強(qiáng)化課堂中的試驗(yàn)示范品質(zhì)。

2.2 實(shí)驗(yàn)器具及材料

還原型精細(xì)鐵粉，固體狀碘，氨化合物一氯化鐵雙組份緩沖液體，離心型玻璃試管，小型玻璃試管，盛藥勺匙，長膠頭型滴定管。

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置

在試管中加入石蠟油進(jìn)行液封，用膠頭滴管直接將FeSO4溶液注入石蠟油下部，再用另一膠頭滴管直接將NaHCO3或Na2CO3溶液注入FeSO4溶液中，以此避免氧氣的進(jìn)入。見圖1。

2.4 實(shí)驗(yàn)程序

（1）在裝有2 g固體碘的玻璃試管內(nèi)，放人4 g還原型精細(xì)鐵粉，讓其覆蓋在固體態(tài)碘上，壓入4 mL經(jīng)過煮沸并進(jìn)行冷卻之后的涼蒸餾水，等反應(yīng)完全之后充分振蕩此玻璃試管，靜態(tài)放置一段時(shí)間，就可獲取淺綠色狀態(tài)的碘化亞鐵鹽類溶液。

（2）在離心型玻璃試管中放入4 mL利用經(jīng)煮沸過的純凈蒸餾水調(diào)配的氨分子-氯化鐵雙組分緩沖型液體物質(zhì)。

（3）利用長膠頭型滴定管吸入適量碘化亞鐵鹽類溶液，把其尖嘴部位插進(jìn)氨-氯化鐵雙組份緩沖型液體中的液面之下，緩慢用手?jǐn)D住膠頭，就能觀察到在其尖嘴部位會產(chǎn)生并析出白色絮狀物沉淀。

2.5 問題解釋

（1）此試驗(yàn)過程是利用固體碘的氧化方法制取碘化亞鐵鹽類物質(zhì)，并取代過去的利用硫酸溶液和鐵單質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來制取硫酸亞鐵這一強(qiáng)酸弱堿鹽，因?yàn)榈怆x子本身所具備的極強(qiáng)還原性，所以碘化亞鐵這種鹽類物質(zhì)能靜置很長時(shí)間而不產(chǎn)生氧化過程，從而讓實(shí)驗(yàn)過程簡單便捷。

（2）由于二價(jià)鐵離子在溶液酸堿性pH=7.7上下時(shí)即可呈現(xiàn)Fe（OH）2膠狀形態(tài)的沉淀由溶液中析出，因此pH過大或過小都無助于Fe（OH）2的制備過程，使用氨-氯化鐵緩沖溶液便于將pH控制在弱堿性條件下，而且使用緩沖溶液可以控制其穩(wěn)定在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)。

（3）利用這種方法制備的氫氧化亞鐵沉淀白色可保持1～2個(gè)小時(shí)，若用特殊方法處理（例如：加液體石蠟液封）白色可保持42個(gè)小時(shí)，將氫氧化亞鐵沉淀上層清液倒出，加人自來水，白色沉淀很快變?yōu)榛揖G色，最終變?yōu)榧t褐色。

3 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。

4 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）使用雙水解的原理，將反應(yīng)維持在動態(tài)平衡中，延長了白色沉淀的穩(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，省去液封這一步驟，簡化了實(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）可以將該實(shí)驗(yàn)用于雙水解的知識新授課。

參考文獻(xiàn)

[1] 湯國柱.專題十四 氫氧化亞鐵制備[J].廣東教育：高中版，2015（11）：183.

[2] 穆新巧.制備氫氧化亞鐵實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2007（10）：69-70.

[3] 謝國儀.氫氧化亞鐵的制備和保存[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，1991（5）：110.

[4] 宣文權(quán)，金淑泓.氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2002（4）：172-173.