氫氧化亞鐵制備實驗的改進(jìn)實踐

饒慧伶 陳丹 曹桂禎

摘 要 氫氧化亞鐵的制備是中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的重點之一，在傳統(tǒng)的制備實驗中很難觀察到Fe（OH）2白色沉淀的生成以及在空氣中氧化變色的過程，教學(xué)功能難以發(fā)揮。利用硫酸亞鐵晶體（綠礬）與氫氧化鈉溶液反應(yīng)、用乙二胺四乙酸（EDTA）配制的硫酸亞鐵溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)兩種方法，容易成功并十分簡便地制備氫氧化亞鐵，且能明顯觀察到白色氫氧化亞鐵氧化先變成灰綠色再變成紅褐色的過程，能在課堂上獲得良好的實驗效果，充分發(fā)揮該實驗的教學(xué)功能。

關(guān)鍵詞 中學(xué)化學(xué) 氫氧化亞鐵制備 實驗改進(jìn)

一、問題的提出

氫氧化亞鐵的制備實驗是中學(xué)探究Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+的一種途徑，具有重要的教學(xué)功能。氫氧化亞鐵的制備成功率較低，原因是Fe（OH）2極易被氧化為紅褐色的Fe（OH）3，所以難以觀察到白色沉淀的生成以及在空氣中氧化變色的過程。這使得學(xué)生認(rèn)知Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+缺少有效的實驗證據(jù)，實驗的教學(xué)功能難以發(fā)揮。研究并改進(jìn)氫氧化亞鐵的制備既具有知識性的教學(xué)價值，又具有培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的深遠(yuǎn)意義，可以讓學(xué)生感受制備物質(zhì)的樂趣和艱辛，感受從理論到實踐的差異，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與科學(xué)素養(yǎng)。

目前，有不少對本實驗進(jìn)行改進(jìn)的案例[1]，我們對這些方法一一進(jìn)行嘗試后發(fā)現(xiàn)，大多改進(jìn)的案例存在以下幾個問題：（1）有的改進(jìn)成功率不高，F(xiàn)e（OH）2容易被氧化，難以觀察到白色的Fe（OH）2;（2）有的改進(jìn)需要現(xiàn)配硫酸亞鐵溶液，影響課堂效率;（3）有的改進(jìn)儀器復(fù)雜，對操作要求高，較為費事費時;（4）有的難以在課堂教學(xué)中演示白色沉淀先變?yōu)榛揖G色，再變成紅褐色。

只有簡便、高效、實驗效果好、成功率高的方法才能讓一線教師樂于在課堂上演示或進(jìn)行學(xué)生分組實驗，才能使實驗真正走入課堂。為達(dá)到該目的，我們經(jīng)過反復(fù)試驗，驗證了改進(jìn)后的實驗結(jié)果穩(wěn)定可靠。然后，將其作為演示實驗在教學(xué)實踐中接受檢驗，經(jīng)過一段時間的實踐，效果良好。至此，終于完成了對氫氧化亞鐵制備實驗的改進(jìn)。

二、用硫酸亞鐵晶體代替硫酸亞鐵溶液

氫氧化亞鐵變質(zhì)的原因是易被氧化，所以氫氧化亞鐵的制備關(guān)鍵是要有效“避氧”。通過平時的觀察發(fā)現(xiàn)，硫酸亞鐵溶液要比硫酸亞鐵晶體容易變質(zhì)得多。受到這一現(xiàn)象的啟發(fā)，我們對實驗用品和實驗操作進(jìn)行了改進(jìn)，改用硫酸亞鐵晶體（綠礬）代替硫酸亞鐵溶液。

1.實驗用品：氫氧化鈉、綠礬（FeSO4·7H2O）、鐵釘、鐵粉、試管、膠頭滴管、燒杯。

2.實驗操作：

（1）取少量綠礬晶體于試管或燒杯中，加入足量10 mol·L-1氫氧化鈉溶液，生成白色沉淀——氫氧化亞鐵（如圖1所示）。

（2）用玻璃棒蘸取白色沉淀涂在濾紙上，短時間就可觀察到顏色由白色變?yōu)榛揖G色，再變成紅褐色（如圖2，左側(cè)圓環(huán)為灰綠色，右側(cè)圓環(huán)為紅褐色）。

3.改進(jìn)的效果。用綠礬晶體（七水硫酸亞鐵晶體）代替硫酸亞鐵溶液來與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，只需要滿足氫氧化鈉溶液濃度大且足量，則無論怎樣改變滴加的順序，都能長時間觀察到生成的白色Fe（OH）2沉淀。演示實驗中我們用玻璃棒或毛筆將白色沉淀涂在濾紙上，向?qū)W生演示Fe（OH）2在氧化的過程中顏色變化的過程，讓學(xué)生獲得Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+的感性認(rèn)識。學(xué)生通過觀察演示實驗，普遍感覺實驗難度低、效果明顯、易于操作，更樂于動手進(jìn)行實驗操做。這樣，通過這項改進(jìn)，更加充分地發(fā)揮了實驗的教學(xué)功能，使學(xué)生在做中學(xué)，在做中體會實踐的樂趣和成就感，從而使學(xué)生樂于探究，不再對實驗操作產(chǎn)生畏難情緒，減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

三、用EDTA配制硫酸亞鐵

傳統(tǒng)方法用硫酸亞鐵溶液與氫氧化鈉溶液制備氫氧化亞鐵成功率低的原因之一是硫酸亞鐵溶液中的Fe2+在空氣中極易被氧化成Fe3+，相當(dāng)于硫酸亞鐵溶液剛配好就開始變質(zhì)，導(dǎo)致后續(xù)加入氫氧化鈉溶液后只能得到紅褐色的Fe（OH）3?？梢?，增強(qiáng)Fe2+的穩(wěn)定性，防止其被氧化，是制備Fe（OH）2的關(guān)鍵，也是改進(jìn)的突破口。我們經(jīng)過一段時間的摸索和試驗發(fā)現(xiàn)，采用絡(luò)合劑乙二胺四乙酸（EDTA）和綠礬晶體配制EDTA-Fe2+的演示實驗效果較好。EDTA在這里起到三個作用：一是作絡(luò)合劑，形成Fe2+的螯合物，增強(qiáng)Fe2+的穩(wěn)定性;二是作緩沖劑;三是產(chǎn)生鹽效應(yīng)，使生成的Fe（OH）2（膠體）更快速地沉降下來，減少與氧氣接觸。三個作用共同抑制了Fe（OH）2的氧化。

1.實驗用品：氫氧化鈉、綠礬（FeSO4·7H2O）、乙二胺四乙酸（EDTA）、鐵釘、鐵粉、試管、燒杯等。

2.實驗操作：

（1）配制溶液。先配制室溫下的飽和EDTA溶液，將稱量好的綠礬晶體溶解在量取好的EDTA溶液中，配制成1 mol·L-1的EDTA-Fe2+溶液，加入事先裝有少量鐵粉的試劑瓶中保存、備用。

（2）制備氫氧化亞鐵。取一小試管，先加入少量實驗操作（1）中已配制好的EDTA-Fe2+溶液，再向試管中加入足量10 mol·L-1氫氧化鈉溶液，生成白色絮狀沉淀——氫氧化亞鐵（如圖3所示）。

3.改進(jìn)的效果：（1）在反應(yīng)中，EDTA控制了亞鐵離子的釋放速率，在不影響Fe2+的化學(xué)性質(zhì)的同時，抑制了氫氧化亞鐵被氧化。利用此方法獲得的氫氧化亞鐵沉淀穩(wěn)定，保存時間長，5天后仍能觀察到白色沉淀，能滿足一線教師“連堂課”演示的需求。（2）操作非常簡便，極易成功。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，不需要加熱和復(fù)雜的實驗裝置，也沒有對試劑添加順序的嚴(yán)格要求，不管是氫氧化鈉溶液滴入硫酸亞鐵溶液中，還是反過來，都能做成功。（3）提供了制備穩(wěn)定的、不易被氧化的Fe2+的一種思路，可遷移、應(yīng)用至其他有關(guān)Fe2+的制備當(dāng)中。例如，在實驗中取兩個燒杯并分別編號，記為①②，在①中加入硫酸亞鐵溶液、②中加入已配制好的等量的EDTA-Fe2+溶液（均未放置鐵粉），靜置5分鐘后，觀察到①中溶液顏色已開始變?yōu)辄S色，②中溶液的顏色仍為淺綠色，靜置時間越長差別則越明顯;再取兩個試劑瓶，分別編號記為①②，在①中加入硫酸亞鐵溶液、②中加入已配制好的等量的EDTA-Fe2+溶液（均放置鐵粉），靜置48小時后，①中已觀察不到淺綠色，而是十分明顯的黃色（由于刊物印刷圖片為黑白色，直觀效果不明顯，因此，此處省略圖片）。

“用硫酸亞鐵晶體代替硫酸亞鐵溶液”和“用EDTA配制硫酸亞鐵”兩種方法改進(jìn)后的實驗現(xiàn)象都很明顯，生成的Fe（OH）2的白色可保持較長時間不變，并在蘸取Fe（OH）2后能觀察到其顏色由“白色→灰綠色→紅褐色”的變化過程。改進(jìn)后，實驗用時短，實驗器材簡單，試劑無毒，對操作要求低，十分簡便且成功率高，從而優(yōu)化了實驗教學(xué)，能充分發(fā)揮該實驗的教學(xué)功能，提高了教學(xué)效率。

實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新，是從課堂走向課外，再從課外回歸課堂，不僅可以提升教師的實驗技能和創(chuàng)新研學(xué)精神，使教師能夠不斷開發(fā)有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的實驗，而且也有利于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]張艷麗.氫氧化亞鐵制備實驗改進(jìn)方法的整合與創(chuàng)新[J].實驗教學(xué)與儀器，2020，37（11）：17-19.

（責(zé)任編輯：趙曉梅）