探究一種適用于課堂教學Fe₃O₄與HCl反應的條件

摘要：通過實驗探究Fe3O4與HCl反應，得出適合于課堂教學的最優反應條件及Fe3O4與HCl反應后生成物中同時含有Fe2+和Fe3+的檢測方法的改進。

關鍵詞：四氧化三鐵;課堂教學;實驗探究

一、研究問題的提出：

人教版化學（必修1）第三章第二節《幾種重要的金屬化合物》鐵的重要化合物是高中無機化合物知識的重點內容，該節內容分別探究鐵的幾種氧化物：氧化亞鐵（FeO）、氧化鐵（Fe2O3）、四氧化三鐵（Fe3O4）和鹽酸（HCl）反應。FeO與HCl反應可先加硫氰化鉀（KSCN）再加入一定量新置氯水通過溶液顏色變化判斷FeO與HCl生成Fe2+; Fe2O3與HCl反應可加KSCN通過觀察溶液顏色判斷Fe2O3與HCl生成了Fe3+; 而Fe3O4與HCl即有Fe2+又有Fe3+生成，在檢測的實驗過程中，發現一些問題：

①在實驗的過程中發現Fe3O4與HCl反應，有時Fe3O4不溶解，加入KSCN后也基本很難觀察到溶液變成紅色。有時Fe3O4溶解后溶液變成黃色再加入KSCN溶液后可觀察到溶液變成紅色，這種不確定的實驗結果是不能呈現給學生，如果實驗不成功會給學生帶來疑惑。

②在檢測含Fe3+中的Fe2+時，按傳統的方法進行時存在以下問題：方法一，Fe3O4和酸反應后先在試管中用KSCN溶液檢驗有Fe3+的存在，然后再取待測液于另一只試管中加人酸性KMnO4溶液，如果溶液顏色褪去就可說明有Fe2+存在，Fe2+將酸性KMnO4還原使其褪色，但在實驗過程中常常會由于Fe2+的量的比較少或KMnO4溶液加的太多，待測溶液不褪色或由于KMnO4自身紫色從而形成顏色干擾;按傳統的方法二，在待測液滴KSCN溶液，觀察到溶液顯紅色，再向其中滴加H2O2使Fe2+轉化Fe3+，如果可以觀察到溶液紅色加深即可說明溶液中既有Fe3+又有Fe2+。但我們在實驗過程中發現紅色加深這一現象的捕捉比較困難，特別是Fe2+較少時就更不容易做出準確判斷。

因此在講解這個知識點時僅僅從Fe3O4中鐵原子顯兩種價態，一個鐵原子顯+2價，兩個鐵原顯+3價，所以把Fe3O4看成是由FeO與Fe2O3組成的化合物，表示為FeO·Fe2O3，從而判斷Fe3O4與HCl反應即有Fe2+又有Fe3+生成，并要求學生死記硬背這個知識點，這樣不利于學生對此知識的掌握和學習，影響學生感性認識的建立。

針對以上教學中出現的問題，查閱相關資料文獻發現對Fe3O4與HCl反應的探究很少，但實驗時而成功時而失敗很不利于教學，如何保證實驗成功？對其實驗條件進行探究。

二、實驗探究

（一）實驗用品

Fe3O4 （AR 天津市福晨化學試劑廠）、KSCN（天市津凱通化學試劑有限公司）、鐵氰化鉀（K3[Fe（CN）6]）（AR 天市津化學試劑有限公司）、HCl、蒸餾水

（二）實驗準備

1.分別配置濃度為（0.1、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、7.0、8.0、10.0、 12.0）mol.L-1的HCl備用

2.配置0.1mol.L-1的KSCN備用。

3.配置0.1mol.L-1的K3[Fe（CN）6]備用。

4.用分析天平稱分別稱取10份2.0g的Fe3O4

（三）實驗操作及現象：

1.Fe3+的檢驗

在10只試管中加入等量的Fe3O4，分別取10mL不同濃度的HCl分別于試管中，震蕩試管使Fe3O4與HCl充分反應后靜置，分別取其上清液2mL如圖1.1-1所示，當HCl濃度小于6mol.L-1時溶液幾乎沒有顏色變化，當HCl濃度為6mol.L-1時溶液呈淺綠色，HCl濃度大于8mol.L-1以后溶液呈黃色;加入2滴0.1mol.L-1的KSCN溶液顏色變化如圖1.1-2所示：HCl濃度為0.1～4mol.L-1溶液呈淺紅色，HCl濃度為4～6mol.L-1溶液顏色從淺粉色逐漸加，HCl濃度為12mol.L-1顏色幾乎沒有改變;繼續加入大量的KSCN顏色變化如圖1.1-2所示：發現HCl濃度為4～6mol.L-1的溶液的顏色均有不同程度的加深，從紅色改變成紅黑色。

2.Fe2+的檢驗

取用7mol.L-1HCl溶解的Fe3O4上清液2mL，滴加 2 滴 0.1mol.L-1 K3[Fe（CN）6] 溶液，試管中立即產生藍色沉淀。

三、結論

等量且過量Fe3O4與不同濃度的HCl反應的現象可知;Fe3O4能與HCl反應，HCl濃度小于6mol.L-1時現象微弱顏色變化不明顯，當HCl濃度大于6mol.L-1時實驗現象比較明顯，可是當是濃HCl時加入少量的KCSN時顏色基本不變化，只有加入過量的KCSN才會有顏色的變化。HCl濃度太低或是濃HCl時實驗現象都不明顯，HCl濃度太高具有揮發性對身體有危害，接觸其蒸氣或煙霧，可引起急性中毒，出現眼結膜炎，鼻及口腔粘膜有燒灼感，鼻衄、齒齦出血，氣管炎等危害。本著實驗效果明顯，保證每次課堂實驗都成功，節約環保，對身體無害的角度，濃度為6～8mol.L-1的HCl作為溶劑比較合適，用 K3[Fe（CN）6] 溶液檢測含Fe3+中的Fe2+時直接產生藍色沉淀，可判斷溶液中含有Fe2+，相比較與酸性KMnO4和H2O2作為Fe2+檢測試劑，該的實驗現象明顯且能排Fe3+的干擾。

參考文獻：

[1]王偉.實驗讓學生的思維插上翅膀——從 Fe2+的檢驗說起 [J].中小學實驗與裝備，2010，（2）：42.

作者簡介：

阮琴（1993.09.21—），女，貴州貴陽人，安順市西秀區高級中學，碩士研究生， 研究方向：分析化學。