正交實(shí)驗(yàn)法探究課堂制備氫氧化亞鐵的最佳條件

鄒 靈 劉曉玲

江西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院(330022)

按照課本上的方法，新制成的氫氧化亞鐵會(huì)迅速變?yōu)榛揖G色，學(xué)生幾乎觀察不到白色沉淀。近年來(lái)，關(guān)于氫氧化亞鐵制備條件的相關(guān)研究很多，但適合課堂教學(xué)的卻很少。本文嘗試?yán)谜粚?shí)驗(yàn)法，力圖找出操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、便于觀察、適用于課堂教學(xué)的氫氧化亞鐵制備條件。

1 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的確定

本實(shí)驗(yàn)指標(biāo)設(shè)計(jì)為白色沉淀保存時(shí)間，即從有白色沉淀生成開(kāi)始計(jì)時(shí)，到沉淀周圍出現(xiàn)輕微淺綠色停止。

2 因素水平的確定

在參考大量文獻(xiàn)及考慮便于課堂實(shí)施，筆者選擇以下7個(gè)因素進(jìn)行探究：①氫氧化鈉溶液濃度；②溶劑是否煮沸；③Fe2+的來(lái)源；④Fe2+的濃度；⑤是否進(jìn)行液封；⑥溶液的滴加順序；⑦滴管是否伸到液面以下。

3 篩選實(shí)驗(yàn)

筆者先對(duì)這7個(gè)因素分別取2個(gè)水平進(jìn)行篩選實(shí)驗(yàn)，限于篇幅不做贅述。經(jīng)篩選發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉溶液濃度、Fe2+來(lái)源、Fe2+濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大影響，另外4個(gè)因素影響較小。為達(dá)到更好實(shí)驗(yàn)效果，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中次要因素固定為：溶劑煮沸、反應(yīng)時(shí)液封、氫氧化鈉溶液滴加到Fe2+溶液中、滴管伸到液面以下。

4 正交實(shí)驗(yàn)

4.1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

對(duì)氫氧化鈉溶液濃度、Fe2+來(lái)源、Fe2+濃度這3個(gè)主要因素，每個(gè)因素取4個(gè)水平進(jìn)行探究，具體情況見(jiàn)表1。配制Fe2+溶液均經(jīng)過(guò)量鐵粉處理，新制Fe2+溶液均由過(guò)量鐵粉與酸反應(yīng)制得。

表1 正交實(shí)驗(yàn)的因素和水

4.2 正交實(shí)驗(yàn)步驟

事先配制好所需的氫氧化鈉和Fe2+溶液，取Fe2+溶液于試管中，加石蠟油液封。再取氫氧化鈉溶液，在滴管伸到液面以下的情況下滴加到Fe2+溶液中。記錄白色沉淀保存時(shí)間。

4.3 實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果

實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果

4.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀分析

對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀分析，所得結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀分析

各因素影響順序?yàn)椋篎e2+來(lái)源> 氫氧化鈉溶液濃度> Fe2+濃度；最佳實(shí)驗(yàn)方案為：A4B4C3。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

與課本實(shí)驗(yàn)方案對(duì)比，在反應(yīng)均進(jìn)行2 min后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。本改進(jìn)方案不僅能觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，還能看到氫氧化亞鐵逐漸變色的過(guò)程，便于在課堂教學(xué)中實(shí)施，有利于學(xué)生的觀察和認(rèn)知。

圖1 改進(jìn)方案

圖2 課本方案

綜上所述，課堂制備氫氧化亞鐵的最佳條件為：氫氧化鈉溶液濃度8 mol/L、配制經(jīng)還原性鐵粉處理過(guò)的FeCl2溶液、Fe2+濃度0.4 mol/L。同時(shí)若想達(dá)到更佳實(shí)驗(yàn)效果，其他條件應(yīng)為：溶劑煮沸、反應(yīng)時(shí)液封、氫氧化鈉溶液滴加到Fe2+溶液中、滴管伸到液面以下。