氫氧化亞鐵制備中灰綠色物質成分探究

賈佩霖 張丹丹 趙麗娜

(吉林省四平市吉林師范大學化學學院 136000)

氫氧化亞鐵的制備實驗是學生在高中必修階段學習鐵及其化合物時教材安排的實驗，通過實驗中產生的沉淀顏色變化，即由白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變?yōu)榧t褐色，讓學生認識到鐵的氫氧化物的性質和Fe2+與Fe3+的之間的轉化關系，構建認知模型.但是，依據(jù)教材中的步驟進行實驗時，并不會得到白色的氫氧化亞鐵沉淀，而是直接生成絮狀灰綠色沉淀.針對教材實驗所出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象,本文分別通過實驗設計和理論分析的方式對氫氧化亞鐵制備中產生的灰綠色物質進行了探究.

1 氫氧化亞鐵制備實驗的教學地位及教學情況分析

鐵及其化合物是高中化學必修階段元素化學部分的主要學習內容，通過鐵及其化合物的學習，學生不僅要掌握單質鐵、鐵的氧化物、鐵的氫氧化物和不同價態(tài)鐵離子的鹽等知識內容，同時在學習過程中復習與應用氧化還原反應和離子反應等基本化學原理.在講授鐵的氫氧化物的性質時，教材中指出：在嚴格無氧的條件下，F(xiàn)e2+與OH-反應生成Fe(OH)2，如果反應體系中有O2，則Fe(OH)2會被氧化生成Fe(OH)3.為了讓學生掌握這一知識，強化對Fe2+還原性的認識，教材設置了氫氧化亞鐵制備實驗.以人教版化學必修第一冊實驗3-1為例，在試管中加入少量的FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液，觀察現(xiàn)象.理論上來說，當NaOH溶液加入后會先生成白色絮狀沉淀，之后迅速變成灰綠色，最后有紅褐色沉淀生成.但長期以來，無論是學生還是教師在進行實驗時，按照教材所寫的步驟進行實驗，得不到白色的氫氧化亞鐵，而是直接生成灰綠色產物.為此，不少教師圍繞這一問題進行研究.本文從實驗中制取的灰綠色沉淀入手，用實驗方法對灰綠色沉淀中所含有的離子進行檢驗，再從理論上分析了灰綠色沉淀可能的結構.

2 氫氧化亞鐵中灰綠色物質的制備與檢驗

2.1 氫氧化亞鐵中灰綠色物質的制備

2.1.1 實驗藥品與儀器

1 mol/L FeSO4溶液、5 mol/L NaOH溶液、試管、膠頭滴管

2.1.2 實驗操作與現(xiàn)象

在試管中先加入5 mol/L NaOH溶液5mL，用膠頭滴管吸取3mL 1 mol/L FeSO4溶液，將膠頭滴管深入至試管液面下方，硫酸亞鐵被擠入氫氧化鈉溶液內，在加入后會發(fā)現(xiàn)試管中有灰綠色的絮狀沉淀生成.發(fā)生了反應：

2.2 氫氧化亞鐵中灰綠色物質的檢驗

2.2.1 實驗猜想

2.2.2 實驗藥品與儀器

酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、稀H2SO4、BaCl2溶液、稀HCl、試管、膠頭滴管

2.2.3 實驗流程

根據(jù)實驗猜想和實驗藥品與儀器的選擇，設計了如圖1所示的檢驗流程.

圖1

實驗現(xiàn)象和反應的離子方程式見表1.

表1

實驗制取的灰綠色物質和離子檢驗實驗的圖片如圖2所示.

圖2

3 氫氧化亞鐵中灰綠色物質的分析

在查閱大量關于鐵氧化物的文獻后可知，在制備氫氧化亞鐵過程中產生的灰綠色物質可能是“綠銹”(Green Rust，GR)，因其呈現(xiàn)墨綠色而得名.本文將從綠銹的組成、結構出發(fā)解釋沉淀呈現(xiàn)灰綠色的原因.

3.1 綠銹的組成

3.2 綠銹的結構

圖3

3.3 實驗中綠銹產生的原因分析