電解制備氫氧化亞鐵除氧方式探究

張愛菊+陶鎖軍+張小林

摘要：基于電解法制備氫氧化亞鐵的便捷優(yōu)勢，構(gòu)建了一種無氧體系用于氫氧化亞鐵制備。結(jié)果表明，采用維生素C和苯聯(lián)合除氧機制，可制得氫氧化亞鐵純白色絮狀沉淀，保留時間達(dá)1小時以上。聯(lián)合除氧電解制備氫氧化亞鐵，操作簡便，現(xiàn)象明顯，可調(diào)控性強。

關(guān)鍵詞：電解法；制備氫氧化亞鐵；實驗探究；演示實驗改進(jìn)

文章編號：1005–6629（2014）6–0056–02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題提出

傳統(tǒng)方法制備氫氧化亞鐵較難讓學(xué)生觀察到氫氧化亞鐵白色絮狀沉淀。電解法[1][2][3]制備簡便易行，現(xiàn)象明顯，其成功的關(guān)鍵也是有效除氧隔氧。關(guān)于除氧方法文獻(xiàn)[4][5]已有報道，但各執(zhí)一詞，未做全面對比分析。筆者從加熱除氧、覆蓋有機層除氧、化學(xué)除氧、通氣除氧、聯(lián)合除氧五個方面設(shè)計系列實驗，對電解制備氫氧化亞鐵進(jìn)行了深入研究，旨在找出電解制備氫氧化亞鐵的最佳除氧方案。

2 實驗材料

Na2SO4·10H2O（分析純），亞硫酸鈉（分析純），維生素C（藥用片劑），10%鹽酸羥胺溶液（新配制）；三孔橡皮塞（100 mL廣口瓶），導(dǎo)線，學(xué)生電源（J1202-1），碳棒（L=75 mm，d=4 mm），鐵釘（L=75 mm，d=2 mm），導(dǎo)氣管（輸液管代替）；實驗用水為煮沸冷卻蒸餾水

3 實驗裝置圖

將除氧處理過的50 mL Na2SO4溶液，倒入廣口瓶中，加蓋，以鐵釘為陽極，碳棒為陰極，在4V電壓下電解（裝置見圖1）。

4 實驗操作及現(xiàn)象

4.1 加熱法除氧

采取不同加熱方式對Na2SO4溶液進(jìn)行處理，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表1。

4.2 化學(xué)法除氧

在Na2SO4溶液中加入不同類型除氧劑，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表2。

4.3 通氣除氧

以0.1 mol/L Na2SO4溶液為電解液，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備，電解前通氣除氧3分鐘，電解時將導(dǎo)氣管移至溶液表面繼續(xù)通氣?，F(xiàn)象記錄見表3。

4.5 聯(lián)合除氧

以0.1 mol/L Na2SO4溶液為電解液，采用化學(xué)物理聯(lián)合除氧機制，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表5。

5 討論分析

由表1可以看出，熱沸狀態(tài)下電解制備氫氧化亞鐵更有優(yōu)勢。溫度升高，水溶氧降低，50℃時，水中氧氣溶解度為15 mL，僅僅是常溫下的二分之一，達(dá)到100℃煮沸狀態(tài)時，水溶氧基本消失，這種環(huán)境有利于氫氧化亞鐵絮狀沉淀穩(wěn)定存在。同時，高溫可有效抑制膠狀物形成，促使白色絮狀沉淀達(dá)到最大，聚集度更高。白色絮狀沉淀，從上到下遞增，保留1 h不變（圖2a）。

表2顯示化學(xué)除氧優(yōu)勢明顯。當(dāng)溶液中含有2 g/L Vc時，白色絮狀沉淀不受任何影響，保留時間可達(dá)1 h以上（圖2b）。在Na2SO4和Vc混合溶液中，理論上有四個電對存在：

φθ（C6H6O6/C6H8O6）=0.180V，φθ（Fe2+/Fe）=-0.440V，φθ（Fe3+/Fe2+）=0.770V，φθ（O2/H2O）=1.229V

從電極電勢值來看，除Fe之外，Vc還原性最強，陰極產(chǎn)生的氫氧根離子更有利于電極反應(yīng)C6H8O6-2e-=C6H6O6+2H+發(fā)生。

在此環(huán)境下，Vc具有雙重功能，一是消除水溶氧，2C6H8O6+O2=2C6H6O6+2H2O

二是還原陽極副反應(yīng)產(chǎn)生的Fe3+，克服黃色干擾，避免Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3紅褐色沉淀。

2Fe2+-2e-=2Fe3+

C6H8O6+2Fe3+=C6H6O6+2Fe2++2H+

通氣無法達(dá)到有效除氧的目的，受氣流影響，新生成的沉淀處于無形分散狀態(tài)，其作用適得其反。

溶液上方鋪一層有機物以隔絕空氣，效果明顯。Fe（OH）2白色絮狀沉淀生成量增加，保留時間延長，濃度越低，現(xiàn)象越明顯（表4）；相對而言，乙酸乙酯和苯更有優(yōu)勢，這可能緣于二者高穩(wěn)定性、低水溶性和比重小等優(yōu)勢。實驗證實，如果將覆蓋有機層隔氧和添加還原劑化學(xué)除氧聯(lián)合使用，則效果更理想（圖2c）。

6 結(jié)論

要得到穩(wěn)定、顏色純正Fe（OH）2白色絮狀沉淀，應(yīng)該選擇0.1 mol/L Na2SO4作電解質(zhì)溶液，采用外加Vc和覆蓋有機苯聯(lián)合除氧方式；考慮苯揮發(fā)性和Vc不穩(wěn)定性的特點，Na2SO4溶液應(yīng)是燒煮后再次冷卻至室溫即用；有機苯5 mL為宜，Vc濃度擬定為2 g/L。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁非.電解法制氫氧化亞鐵[J].化學(xué)教學(xué)，1999，（5）：7.

[2][4]丁強. Fe（OH）2的制取[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2000，（10）：41.

[3][5]鄭雅敏.關(guān)于用電解原理制取白色氫氧化亞鐵的研究[J].化學(xué)教學(xué)，2007，（4）：7.

摘要：基于電解法制備氫氧化亞鐵的便捷優(yōu)勢，構(gòu)建了一種無氧體系用于氫氧化亞鐵制備。結(jié)果表明，采用維生素C和苯聯(lián)合除氧機制，可制得氫氧化亞鐵純白色絮狀沉淀，保留時間達(dá)1小時以上。聯(lián)合除氧電解制備氫氧化亞鐵，操作簡便，現(xiàn)象明顯，可調(diào)控性強。

關(guān)鍵詞：電解法；制備氫氧化亞鐵；實驗探究；演示實驗改進(jìn)

文章編號：1005–6629（2014）6–0056–02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題提出

傳統(tǒng)方法制備氫氧化亞鐵較難讓學(xué)生觀察到氫氧化亞鐵白色絮狀沉淀。電解法[1][2][3]制備簡便易行，現(xiàn)象明顯，其成功的關(guān)鍵也是有效除氧隔氧。關(guān)于除氧方法文獻(xiàn)[4][5]已有報道，但各執(zhí)一詞，未做全面對比分析。筆者從加熱除氧、覆蓋有機層除氧、化學(xué)除氧、通氣除氧、聯(lián)合除氧五個方面設(shè)計系列實驗，對電解制備氫氧化亞鐵進(jìn)行了深入研究，旨在找出電解制備氫氧化亞鐵的最佳除氧方案。

2 實驗材料

Na2SO4·10H2O（分析純），亞硫酸鈉（分析純），維生素C（藥用片劑），10%鹽酸羥胺溶液（新配制）；三孔橡皮塞（100 mL廣口瓶），導(dǎo)線，學(xué)生電源（J1202-1），碳棒（L=75 mm，d=4 mm），鐵釘（L=75 mm，d=2 mm），導(dǎo)氣管（輸液管代替）；實驗用水為煮沸冷卻蒸餾水

3 實驗裝置圖

將除氧處理過的50 mL Na2SO4溶液，倒入廣口瓶中，加蓋，以鐵釘為陽極，碳棒為陰極，在4V電壓下電解（裝置見圖1）。

4 實驗操作及現(xiàn)象

4.1 加熱法除氧

采取不同加熱方式對Na2SO4溶液進(jìn)行處理，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表1。

4.2 化學(xué)法除氧

在Na2SO4溶液中加入不同類型除氧劑，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表2。

4.3 通氣除氧

以0.1 mol/L Na2SO4溶液為電解液，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備，電解前通氣除氧3分鐘，電解時將導(dǎo)氣管移至溶液表面繼續(xù)通氣?，F(xiàn)象記錄見表3。

4.5 聯(lián)合除氧

以0.1 mol/L Na2SO4溶液為電解液，采用化學(xué)物理聯(lián)合除氧機制，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表5。

5 討論分析

由表1可以看出，熱沸狀態(tài)下電解制備氫氧化亞鐵更有優(yōu)勢。溫度升高，水溶氧降低，50℃時，水中氧氣溶解度為15 mL，僅僅是常溫下的二分之一，達(dá)到100℃煮沸狀態(tài)時，水溶氧基本消失，這種環(huán)境有利于氫氧化亞鐵絮狀沉淀穩(wěn)定存在。同時，高溫可有效抑制膠狀物形成，促使白色絮狀沉淀達(dá)到最大，聚集度更高。白色絮狀沉淀，從上到下遞增，保留1 h不變（圖2a）。

表2顯示化學(xué)除氧優(yōu)勢明顯。當(dāng)溶液中含有2 g/L Vc時，白色絮狀沉淀不受任何影響，保留時間可達(dá)1 h以上（圖2b）。在Na2SO4和Vc混合溶液中，理論上有四個電對存在：

φθ（C6H6O6/C6H8O6）=0.180V，φθ（Fe2+/Fe）=-0.440V，φθ（Fe3+/Fe2+）=0.770V，φθ（O2/H2O）=1.229V

從電極電勢值來看，除Fe之外，Vc還原性最強，陰極產(chǎn)生的氫氧根離子更有利于電極反應(yīng)C6H8O6-2e-=C6H6O6+2H+發(fā)生。

在此環(huán)境下，Vc具有雙重功能，一是消除水溶氧，2C6H8O6+O2=2C6H6O6+2H2O

二是還原陽極副反應(yīng)產(chǎn)生的Fe3+，克服黃色干擾，避免Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3紅褐色沉淀。

2Fe2+-2e-=2Fe3+

C6H8O6+2Fe3+=C6H6O6+2Fe2++2H+

通氣無法達(dá)到有效除氧的目的，受氣流影響，新生成的沉淀處于無形分散狀態(tài)，其作用適得其反。

溶液上方鋪一層有機物以隔絕空氣，效果明顯。Fe（OH）2白色絮狀沉淀生成量增加，保留時間延長，濃度越低，現(xiàn)象越明顯（表4）；相對而言，乙酸乙酯和苯更有優(yōu)勢，這可能緣于二者高穩(wěn)定性、低水溶性和比重小等優(yōu)勢。實驗證實，如果將覆蓋有機層隔氧和添加還原劑化學(xué)除氧聯(lián)合使用，則效果更理想（圖2c）。

6 結(jié)論

要得到穩(wěn)定、顏色純正Fe（OH）2白色絮狀沉淀，應(yīng)該選擇0.1 mol/L Na2SO4作電解質(zhì)溶液，采用外加Vc和覆蓋有機苯聯(lián)合除氧方式；考慮苯揮發(fā)性和Vc不穩(wěn)定性的特點，Na2SO4溶液應(yīng)是燒煮后再次冷卻至室溫即用；有機苯5 mL為宜，Vc濃度擬定為2 g/L。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁非.電解法制氫氧化亞鐵[J].化學(xué)教學(xué)，1999，（5）：7.

[2][4]丁強. Fe（OH）2的制取[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2000，（10）：41.

[3][5]鄭雅敏.關(guān)于用電解原理制取白色氫氧化亞鐵的研究[J].化學(xué)教學(xué)，2007，（4）：7.

摘要：基于電解法制備氫氧化亞鐵的便捷優(yōu)勢，構(gòu)建了一種無氧體系用于氫氧化亞鐵制備。結(jié)果表明，采用維生素C和苯聯(lián)合除氧機制，可制得氫氧化亞鐵純白色絮狀沉淀，保留時間達(dá)1小時以上。聯(lián)合除氧電解制備氫氧化亞鐵，操作簡便，現(xiàn)象明顯，可調(diào)控性強。

關(guān)鍵詞：電解法；制備氫氧化亞鐵；實驗探究；演示實驗改進(jìn)

文章編號：1005–6629（2014）6–0056–02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題提出

傳統(tǒng)方法制備氫氧化亞鐵較難讓學(xué)生觀察到氫氧化亞鐵白色絮狀沉淀。電解法[1][2][3]制備簡便易行，現(xiàn)象明顯，其成功的關(guān)鍵也是有效除氧隔氧。關(guān)于除氧方法文獻(xiàn)[4][5]已有報道，但各執(zhí)一詞，未做全面對比分析。筆者從加熱除氧、覆蓋有機層除氧、化學(xué)除氧、通氣除氧、聯(lián)合除氧五個方面設(shè)計系列實驗，對電解制備氫氧化亞鐵進(jìn)行了深入研究，旨在找出電解制備氫氧化亞鐵的最佳除氧方案。

2 實驗材料

Na2SO4·10H2O（分析純），亞硫酸鈉（分析純），維生素C（藥用片劑），10%鹽酸羥胺溶液（新配制）；三孔橡皮塞（100 mL廣口瓶），導(dǎo)線，學(xué)生電源（J1202-1），碳棒（L=75 mm，d=4 mm），鐵釘（L=75 mm，d=2 mm），導(dǎo)氣管（輸液管代替）；實驗用水為煮沸冷卻蒸餾水

3 實驗裝置圖

將除氧處理過的50 mL Na2SO4溶液，倒入廣口瓶中，加蓋，以鐵釘為陽極，碳棒為陰極，在4V電壓下電解（裝置見圖1）。

4 實驗操作及現(xiàn)象

4.1 加熱法除氧

采取不同加熱方式對Na2SO4溶液進(jìn)行處理，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表1。

4.2 化學(xué)法除氧

在Na2SO4溶液中加入不同類型除氧劑，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表2。

4.3 通氣除氧

以0.1 mol/L Na2SO4溶液為電解液，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備，電解前通氣除氧3分鐘，電解時將導(dǎo)氣管移至溶液表面繼續(xù)通氣?，F(xiàn)象記錄見表3。

4.5 聯(lián)合除氧

以0.1 mol/L Na2SO4溶液為電解液，采用化學(xué)物理聯(lián)合除氧機制，按原裝置完成Fe（OH）2電解制備?，F(xiàn)象記錄見表5。

5 討論分析

由表1可以看出，熱沸狀態(tài)下電解制備氫氧化亞鐵更有優(yōu)勢。溫度升高，水溶氧降低，50℃時，水中氧氣溶解度為15 mL，僅僅是常溫下的二分之一，達(dá)到100℃煮沸狀態(tài)時，水溶氧基本消失，這種環(huán)境有利于氫氧化亞鐵絮狀沉淀穩(wěn)定存在。同時，高溫可有效抑制膠狀物形成，促使白色絮狀沉淀達(dá)到最大，聚集度更高。白色絮狀沉淀，從上到下遞增，保留1 h不變（圖2a）。

表2顯示化學(xué)除氧優(yōu)勢明顯。當(dāng)溶液中含有2 g/L Vc時，白色絮狀沉淀不受任何影響，保留時間可達(dá)1 h以上（圖2b）。在Na2SO4和Vc混合溶液中，理論上有四個電對存在：

φθ（C6H6O6/C6H8O6）=0.180V，φθ（Fe2+/Fe）=-0.440V，φθ（Fe3+/Fe2+）=0.770V，φθ（O2/H2O）=1.229V

從電極電勢值來看，除Fe之外，Vc還原性最強，陰極產(chǎn)生的氫氧根離子更有利于電極反應(yīng)C6H8O6-2e-=C6H6O6+2H+發(fā)生。

在此環(huán)境下，Vc具有雙重功能，一是消除水溶氧，2C6H8O6+O2=2C6H6O6+2H2O

二是還原陽極副反應(yīng)產(chǎn)生的Fe3+，克服黃色干擾，避免Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3紅褐色沉淀。

2Fe2+-2e-=2Fe3+

C6H8O6+2Fe3+=C6H6O6+2Fe2++2H+

通氣無法達(dá)到有效除氧的目的，受氣流影響，新生成的沉淀處于無形分散狀態(tài)，其作用適得其反。

溶液上方鋪一層有機物以隔絕空氣，效果明顯。Fe（OH）2白色絮狀沉淀生成量增加，保留時間延長，濃度越低，現(xiàn)象越明顯（表4）；相對而言，乙酸乙酯和苯更有優(yōu)勢，這可能緣于二者高穩(wěn)定性、低水溶性和比重小等優(yōu)勢。實驗證實，如果將覆蓋有機層隔氧和添加還原劑化學(xué)除氧聯(lián)合使用，則效果更理想（圖2c）。

6 結(jié)論

要得到穩(wěn)定、顏色純正Fe（OH）2白色絮狀沉淀，應(yīng)該選擇0.1 mol/L Na2SO4作電解質(zhì)溶液，采用外加Vc和覆蓋有機苯聯(lián)合除氧方式；考慮苯揮發(fā)性和Vc不穩(wěn)定性的特點，Na2SO4溶液應(yīng)是燒煮后再次冷卻至室溫即用；有機苯5 mL為宜，Vc濃度擬定為2 g/L。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁非.電解法制氫氧化亞鐵[J].化學(xué)教學(xué)，1999，（5）：7.

[2][4]丁強. Fe（OH）2的制取[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2000，（10）：41.

[3][5]鄭雅敏.關(guān)于用電解原理制取白色氫氧化亞鐵的研究[J].化學(xué)教學(xué)，2007，（4）：7.