氫氧化亞鐵制備及氧化實驗的改進

李周平

摘要： 用傳統(tǒng)的方法制備氫氧化亞鐵，白色沉淀快速轉變成灰綠色，但又不能迅速生成紅褐色，不利于學生對白色沉淀和紅褐色沉淀的觀察。為此改進了實驗：在玻璃片上先后滴加1～2滴硫酸亞鐵溶液和氫氧化鈉溶液，然后將另一玻璃片蓋到溶液上，在兩玻璃片之間產生白色沉淀，當揭開上面的玻璃片，可看到玻璃片上的白色沉淀立即轉化為灰綠色，大約25～30秒后灰綠色已全部轉化為紅褐色。改進實驗操作簡單，實驗現象清晰、直觀。

關鍵詞： 氫氧化亞鐵制備； 氫氧化亞鐵氧化； 實驗改進

文章編號： 1005-6629（2023）02-0068-04? ??中圖分類號： G633.8? ??文獻標識碼： B

1? 問題提出

鐵及其化合物的性質是《普通高中化學課程標準（2017版2020年修訂）》［1］要求的必做實驗，同時課標對“制備氫氧化亞鐵”的教學提出了活動建議。制備氫氧化亞鐵要產生白色沉淀是一個難度較大的實驗。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(fā)生的現象。筆者按照教材中的方法對該實驗進行了反復操作，在反應開始時觀察到灰綠色的絮狀沉淀中夾雜著少量的白色沉淀，且生成的沉淀逐漸浮于液面上，隨后沉淀的顏色迅速加深變成深綠色，溶液中的絮狀沉淀長時間處于深綠色狀態(tài)。只有振蕩試管后，在試管內壁上和深綠色沉淀的表面夾雜著少量的紅色顆粒，即使長時間也難以觀察到明顯的紅褐色沉淀。實驗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）3的生成產生了質疑。

2? 文獻中對氫氧化亞鐵制備實驗改進的案例簡介

程素芳［3］在真空采血管中加入鐵粉和稀硫酸，用鐵粉與稀硫酸反應產生的氫氣排出采血管中的空氣后，用注射器在真空采血管中注入氫氧化鈉溶液，該方法雖新穎，但實驗時排出采血管中空氣的過程較慢，操作比較繁瑣，不利于課堂演示實驗或分組實驗的開展，而且該實驗可以看到白色沉淀的生成，但很難看到紅褐色沉淀的生成。陳彩鳳等［4］也撰文提及難以看到全白的氫氧化亞鐵和紅褐色沉淀生成的問題，以及溫度對該反應現象的影響。于燕國［5］則是用氮氣排出裝置中的空氣，由于純凈的氮氣在中學化學實驗室難以制備，且氮氣的密度與空氣密度接近，很難排凈裝置中的空氣，實驗效果并不理想。徐建飛等［6］及吳文中［7］分別撰文提到氫氧化亞鐵變?yōu)榛揖G色的原因和使氫氧化亞鐵變白的方法：減少亞鐵鹽用量、向氫氧化鈉溶液中逐滴滴加亞鐵鹽溶液。張宏艷［8］撰文提到實驗中的灰綠色物質并非氫氧化亞鐵，而是亞鐵離子的多水合物。張元雙等［9］用棉線系住一塊硫酸亞鐵晶體，慢慢伸入到盛有氫氧化鈉濃溶液的燒杯中，在硫酸亞鐵晶體表面附著一層白色固體，把棉線上的固體從溶液中提出，白色固體逐漸變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色。該實驗操作簡單、比較新穎，但在實驗過程中提取棉線時，硫酸亞鐵晶體很容易從棉線上脫落。加上硫酸亞鐵晶體很容易發(fā)生變質，伸入到氫氧化鈉溶液后，其表面也有紅褐色物質生成，影響了實驗的效果。周紅杰等人［10］在試管中加入硫酸亞鐵銨晶體配成溶液，在試管中加入2mL苯，然后取一小塊鈉加入試管中，當鈉塊消失后，立即用橡膠塞塞住試管口。該實驗鈉與水反應時會放出大量的熱，導致溶液上層的苯迅速揮發(fā)，整個教室彌漫著苯的氣味，不利于學生的身心健康。

上述文獻報道了對該實驗的相關研究和改進措施，但嚴謹性和簡便性等方面還不夠理想：有些操作比較復雜或組裝時需要一些特殊的儀器；有的忽視了生成Fe（OH）2沉淀之后，沉淀顏色的變化以及現象的觀察。因此很有必要設計一種更簡單、更有效的方法制備Fe（OH）2，以及對其顏色由白變灰、變綠、變紅褐色的一系列后續(xù)變化的完整觀察，從而客觀準確地傳授知識，引導學生不斷地思考和探究。

3? 實驗改進的思路

文獻案例中對實驗改進的共同點是在除氧和防止氧化上做了不少研究與改進。對照課標和教材的要求，該實驗的目的是氫氧化亞鐵的制備及其被氧化為氫氧化鐵的原理。實驗現象不但要看到白色氫氧化亞鐵沉淀的生成，還要觀察到白色沉淀如何轉化為灰綠色，最后變?yōu)榧t褐色的過程。能否尋找一個更簡單的除氧方法呢？

受“玻璃板上氫氧化亞鐵的制備及轉化”一文［11］啟迪，筆者嘗試在玻璃板上進行試驗。一次偶然將洗凈的兩玻璃片放在一起，當再次拿起玻璃片時，兩個玻璃片緊緊粘在了一起，明顯看到兩玻璃片之間夾著一層液體，即使豎起粘在一起的兩塊玻璃片，夾在其間的液體也不會流下。轉動上面一塊玻璃片時，夾在兩玻璃片之間的液體也隨之發(fā)生移動，并且上層玻璃片也難以揭開，需輕輕推動上面的玻璃片便可輕松揭開。這不是大氣壓的原理嗎？兩片玻璃片粘在一起時排出了玻璃片之間的空氣，能否用這種方法來制備氫氧化亞鐵呢？若在兩塊玻璃片之間將氫氧化鈉溶液和硫酸亞鐵溶液混合，兩塊玻璃片合在一起排出了空氣，生成的氫氧化亞鐵就能穩(wěn)定存在，揭開上面的玻璃片后，玻璃片上的氫氧化亞鐵與空氣接觸，便可氧化為紅褐色的氫氧化鐵。筆者經過大量的實驗，在兩塊玻璃片上成功地完成了白色的氫氧化亞鐵的制備；揭開上面的玻璃片，可以增大氫氧化亞鐵與氧氣的接觸面積，加快白色沉淀轉化為灰綠色，最后灰綠色迅速轉變?yōu)榧t褐色。該方法實驗操作簡單、現象明顯，且實驗的效率和成功率非常高。

4? 實驗部分

4.1? 實驗儀器

玻璃片（2塊）、氫氧化鈉溶液、硫酸亞鐵溶液、膠頭滴管

4.2? 實驗步驟

（1） 取2塊玻璃片，用蒸餾水洗干凈后，用濾紙擦干。

（2） 在一塊玻璃片上滴2滴氫氧化鈉溶液（為了便于觀察白色沉淀，在玻璃片下面放一張黑色的紙或布條），然后在氫氧化鈉溶液邊上滴加1滴硫酸亞鐵溶液（也可在玻璃片中央先滴入1滴硫酸亞鐵溶液，然后把3滴氫氧化鈉溶液分多次均勻地滴在硫酸亞鐵溶液的周圍），為了得到純白色沉淀，要控制好硫酸亞鐵溶液的濃度和用量［12～14］，滴加時兩種溶液靠近但不發(fā)生接觸，如圖1所示。

（3） 迅速將另一塊玻璃片蓋在氫氧化鈉和硫酸亞鐵溶液的上面，輕輕地旋轉上面的玻璃片。

（4） 充分反應后，揭開上層的玻璃片，觀察實驗現象。

4.3? 實驗現象

將另一塊玻璃片蓋在氫氧化鈉和硫酸亞鐵溶液的上面略加旋轉，在兩塊玻璃片之間立即產生Fe（OH）2白色固體。未揭開蓋在上面的玻璃時，兩塊玻璃片之間的固體一直呈白色，再轉動上面玻璃片，兩玻璃片之間的白色固體逐漸增多，實驗現象如圖2所示。揭開上面的玻璃片后，玻璃片上的白色固體迅速轉變?yōu)榛揖G色，在玻璃片的外圍有少量的紅褐色固體產生。25～30秒左右灰綠色固體幾乎全部轉變?yōu)榧t褐色Fe（OH）3固體，實驗現象如圖3所示。

4.4? 實驗注意事項

（1） 為了使實驗現象更加明顯，用濃度較大的氫氧化鈉溶液（或飽和溶液）和濃度較小的硫酸亞鐵溶液。

（2） 為了能使灰綠色快速且全部轉化為紅褐色，加入1滴硫酸亞鐵溶液和大約2滴氫氧化鈉溶液，使氫氧化鈉溶液過量。

（3） 在玻璃片上滴加氫氧化鈉溶液和硫酸亞鐵溶液時，兩種液滴不能接觸，兩者之間的距離為4～5mm時，實驗效果最佳。

（4） 要快速將第二塊玻璃片蓋在氫氧化鈉溶液和硫酸亞鐵溶液上。

（5） 為了使兩種溶液充分混合發(fā)生反應，需要把上面的玻璃片輕輕旋轉2～3圈。

（6） 先輕輕推動上面的玻璃片，才容易揭開。

4.5? 實驗改進后的優(yōu)點

（1） 實驗現象清晰、直觀。利用玻璃片代替試管作為反應的容器，學生視野不受容器的限制，能更加直觀地觀察到氫氧化亞鐵的顏色與狀態(tài)。

（2） 實驗操作簡潔明了，適合開展學生的分組實驗或演示實驗。

（3） 分階段顯示了Fe（OH）2制備實驗的反應過程及顏色變化，使學生加深了對白色沉淀轉化為灰綠色，最后變?yōu)榧t褐色知識的理解，符合化學教學實際需求。

（4） 減少了復雜的去除氧的操作，實驗的成功率高。

（5） 實驗速度快、效率高，完成分組實驗大約只需要1分鐘。

（6） 耗材少、有益環(huán)保，做完一次實驗只需要幾滴溶液就可以完成，同時不產生污染。

（7） 玻璃片上生成的氫氧化亞鐵與空氣的接觸面積大，學生可清晰地看到白色沉淀在空氣中轉化為灰綠色，最后生成紅褐色的全過程，達到實驗現象與教材中的描述完全一致的目的。

5? 結語

在兩塊玻璃片之間制備氫氧化亞鐵的原理非常簡單，兩玻璃片接觸時能排出空氣，整個實驗的可靠性、安全性和可操作性都非常高。實驗裝置與操作簡便，不需要教師過多的演示和指導，學生即可獨立完成。依托玻璃片還可以開發(fā)出更多簡潔化、直觀化、可視性強的化學實驗，如筆者借助玻璃片還開發(fā)了銅與濃、稀硝酸的反應，原電池和電解等一系列的實驗，實驗現象和效果都非常好。

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］程素芳. 氫氧化亞鐵制備實驗的改進與創(chuàng)新［J］. 中小學實驗與裝備， 2021，（1）： 31～32.

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

［5］于燕國. 用玻璃針筒改進氫氧化亞鐵的制備實驗［J］. 中學化學教學參考， 2020，（8）： 52～53.

［6］［12］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.

［7］［13］吳文中. 氫氧化亞鐵變?yōu)榛揖G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.

［8］［14］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.

［9］張元雙， 許九奎， 馬薇. 氫氧化亞鐵的制備與氧化方法實驗創(chuàng)新［J］. 中學化學教學參考， 2020，（21）： 47～48.

［10］周紅杰， 李立芬. 氫氧化亞鐵制備實驗的探究［J］. 化學教學， 2003，（6）： 9～10.

［11］石月， 李悅迪， 王喜貴. 玻璃板上氫氧化亞鐵的制備及轉化［J］. 化學教學， 2022，（6）： 81～84.