探究一種適用于課堂教學(xué)Fe₃O₄與HCl反應(yīng)的條件

摘要：通過實(shí)驗(yàn)探究Fe3O4與HCl反應(yīng)，得出適合于課堂教學(xué)的最優(yōu)反應(yīng)條件及Fe3O4與HCl反應(yīng)后生成物中同時含有Fe2+和Fe3+的檢測方法的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：四氧化三鐵;課堂教學(xué);實(shí)驗(yàn)探究

一、研究問題的提出：

人教版化學(xué)（必修1）第三章第二節(jié)《幾種重要的金屬化合物》鐵的重要化合物是高中無機(jī)化合物知識的重點(diǎn)內(nèi)容，該節(jié)內(nèi)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(yīng)。FeO與HCl反應(yīng)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(yīng)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(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)一些問題：

①在實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)Fe3O4與HCl反應(yīng)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果是不能呈現(xiàn)給學(xué)生，如果實(shí)驗(yàn)不成功會給學(xué)生帶來疑惑。

②在檢測含F(xiàn)e3+中的Fe2+時，按傳統(tǒng)的方法進(jìn)行時存在以下問題：方法一，F(xiàn)e3O4和酸反應(yīng)后先在試管中用KSCN溶液檢驗(yàn)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，F(xiàn)e2+將酸性KMnO4還原使其褪色，但在實(shí)驗(yàn)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(tǒng)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(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)紅色加深這一現(xiàn)象的捕捉比較困難，特別是Fe2+較少時就更不容易做出準(zhǔn)確判斷。

因此在講解這個知識點(diǎn)時僅僅從Fe3O4中鐵原子顯兩種價態(tài)，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(yīng)即有Fe2+又有Fe3+生成，并要求學(xué)生死記硬背這個知識點(diǎn)，這樣不利于學(xué)生對此知識的掌握和學(xué)習(xí)，影響學(xué)生感性認(rèn)識的建立。

針對以上教學(xué)中出現(xiàn)的問題，查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)對Fe3O4與HCl反應(yīng)的探究很少，但實(shí)驗(yàn)時而成功時而失敗很不利于教學(xué)，如何保證實(shí)驗(yàn)成功？對其實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行探究。

二、實(shí)驗(yàn)探究

（一）實(shí)驗(yàn)用品

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

（二）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象：

1.Fe3+的檢驗(yàn)

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(yīng)后靜置，分別取其上清液2mL如圖1.1-1所示，當(dāng)HCl濃度小于6mol.L-1時溶液幾乎沒有顏色變化，當(dāng)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(xù)加入大量的KSCN顏色變化如圖1.1-2所示：發(fā)現(xiàn)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(yàn)

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(chǎn)生藍(lán)色沉淀。

三、結(jié)論

等量且過量Fe3O4與不同濃度的HCl反應(yīng)的現(xiàn)象可知;Fe3O4能與HCl反應(yīng)，HCl濃度小于6mol.L-1時現(xiàn)象微弱顏色變化不明顯，當(dāng)HCl濃度大于6mol.L-1時實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯，可是當(dāng)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都不明顯，HCl濃度太高具有揮發(fā)性對身體有危害，接觸其蒸氣或煙霧，可引起急性中毒，出現(xiàn)眼結(jié)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(shí)驗(yàn)效果明顯，保證每次課堂實(shí)驗(yàn)都成功，節(jié)約環(huán)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F(xiàn)e3+中的Fe2+時直接產(chǎn)生藍(lán)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯且能排Fe3+的干擾。

參考文獻(xiàn)：

[1]王偉.實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生的思維插上翅膀——從 Fe2+的檢驗(yàn)說起 [J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)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(qū)高級中學(xué)，碩士研究生， 研究方向：分析化學(xué)。