袁健

【摘 要】在制備氫氧化亞鐵的實驗中，大多數(shù)除氧改進(jìn)實驗的效果不甚明顯，灰綠色物質(zhì)的產(chǎn)生原因一直有較大的爭議，筆者帶領(lǐng)學(xué)生在查閱大量數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的分析后，進(jìn)行反復(fù)的實驗探究，進(jìn)而驗證了灰綠色物質(zhì)產(chǎn)生的原因是氫氧化亞鐵膠體吸附了大量的亞鐵離子，并且還創(chuàng)新設(shè)計出微型化的氫氧化亞鐵制備的實驗裝置。

【關(guān)鍵詞】氫氧化亞鐵實驗改進(jìn);灰綠色;機(jī)理探究

一、問題的提出

在高中化學(xué)人教版必修一第三章第2節(jié)氫氧化亞鐵的制備中，通常描述成向盛有氫氧化鈉的溶液中滴加硫酸亞鐵溶液后，先產(chǎn)生白色絮狀沉淀，又迅速轉(zhuǎn)化為灰綠色，最終轉(zhuǎn)變成紅褐色沉淀。然而，在實際操作中，往往觀察不到白色沉淀，通常只出現(xiàn)灰綠色的情況。

對于此情況，許多學(xué)者展開了深入研究，認(rèn)為灰綠色的產(chǎn)生主要是氫氧化亞鐵沉淀被溶解氧迅速氧化成混合型氫氧化物所導(dǎo)致的，但大多數(shù)除氧改進(jìn)實驗的效果不甚明顯。也有學(xué)者認(rèn)為是所生成的氫氧化亞鐵沉淀形成金屬氫氧化物膠體，吸附了溶液中的大量亞鐵離子導(dǎo)致的，且和Fe2+濃度有關(guān)，濃度越大，則灰綠色越明顯，即和溶解氧氧化無必然關(guān)系。[1]

基于灰綠色物質(zhì)是由于氫氧化亞鐵白色沉淀被溶解氧氧化原理下，在實驗中，為了能明顯且長久觀察到白色沉淀的生成，學(xué)者設(shè)計了幾種常見的裝置改進(jìn)。

一是采取有機(jī)物液封和長滴管滴液法來減少溶解氧的氧化的實驗裝置，然而白色沉淀通常出現(xiàn)的時間過短，以致觀察不明顯。除外，F(xiàn)eSO4試劑的前期配制耗時過長，還有氫氧化鈉溶液需進(jìn)行加熱煮沸除溶解氧等預(yù)處理，都限制在課堂的演示或分組實驗的順利展開。二是制備氫氣除溶解氧后，形成還原性氣氛下制備氫氧化亞鐵，然而此裝置需要對氣密性有較高的要求，且試劑用量較大，較為浪費(fèi)試劑，還需對氫氣驗純，才能確定完全除氧。三是有機(jī)物液封下，以鐵作陽極材料，電解氯化鈉溶液，然而該裝置有用到有毒或污染較大的有機(jī)物如苯等作為液封試劑，且裝置復(fù)雜，反應(yīng)時間長，也不適宜在班級中進(jìn)行分組實驗。[2]

二、實驗的改進(jìn)及機(jī)理探究

1.實驗原理

不少學(xué)者認(rèn)為是溶解氧氧化導(dǎo)致產(chǎn)生了灰綠色，因而大多數(shù)報道都是采取除氧液封等形式來減少溶液溶解氧的因素，進(jìn)而制備氫氧化亞鐵沉淀。然而，為了驗證灰綠色物質(zhì)的出現(xiàn)主要由于生成的氫氧化亞鐵膠體吸附了大量的亞鐵離子，和溶解氧無關(guān)的結(jié)論，本實驗采取了對任何原材料不進(jìn)行去氧處理，即對氫氧化鈉溶液不進(jìn)行加熱煮沸除氧，也不用鐵屑和稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣來排盡氫氧化鈉溶液中的空氣，進(jìn)而與大多數(shù)報道采取除氧液封的方式形成明顯的對比。同時，采取不同濃度量化探究氫氧化鈉溶液對白色沉淀穩(wěn)定時間的影響，以及敞口，閉口下，較明顯的現(xiàn)象對比，來驗證灰綠色物質(zhì)的出現(xiàn)與溶解氧無關(guān)，而是由于生成的氫氧化亞鐵膠體吸附了大量的亞鐵離子的結(jié)論。具體的原理如下：

利用Y形三通連接管作為容器，在底端分別塞上橡皮塞，在其中一端加入少量的還原鐵粉，然后用注射器從底端中橡皮塞注入大量的稀硫酸，從而現(xiàn)配出FeSO4溶液，又從另一底端注射NaOH溶液，然后在頂端塞上橡皮塞，傾斜三通連接管，最后正立，形成“Y”型，即可出現(xiàn)大量的白色沉淀，且能保留較長的時間，涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

Fe + HSO? = FeSO + H ↑

FeSO? + 2NaOH? =? ?Fe（OH） ↓ + NaSO

2.實驗用品

裝置：三通管，注射器，橡皮管，止水夾，橡皮塞

藥品：還原鐵粉，0.1mol/L稀硫酸，不同濃度的氫氧化鈉溶液。

3.實驗步驟

（1）新制FeSO4溶液制備：

①用橡皮塞塞上三通管的底端，往其中一端加入少量還原鐵粉，上端用橡皮管套住，并套入止水夾到玻璃管處。

②用注射器往有還原鐵粉的一端注入稀硫酸。

（2）閉口環(huán)境下，不同濃度的NaOH溶液比較：

①用注射器往多個三通管另一底端分別注入不同濃度的氫氧化鈉溶液。②待兩端液體將接近三通管支點(diǎn)處，把上端的橡皮管用止水夾夾住。③傾斜三通管，使兩端液體交匯到上端的玻璃管處，正立三通管，觀察現(xiàn)象，并記錄時間。

（3）對比實驗（敞口環(huán)境）步驟

①用注射器往三通管另一底端注入5mol/L的氫氧化鈉溶液。②待兩端液體將接近三通管支點(diǎn)處，把上端的橡皮管用止水夾夾住。③傾斜三通管，使兩端液體交匯到上端的玻璃管處，正立三通管，觀察現(xiàn)象

④打開止水夾，觀察現(xiàn)象，并記錄時間。

4.實驗現(xiàn)象

氫氧化鈉溶液濃度對穩(wěn)定的影響表格如下：

5.實驗分析與結(jié)論

（1）閉口環(huán)境下，不同濃度的NaOH溶液現(xiàn)象分析。0.1mol/L沒白色沉淀生成，主要原因是氫氧化鈉溶液被過量酸中和掉。閉口環(huán)境下，2.5mol/L，5mol/L，以及粘稠狀的NaOH溶液現(xiàn)象對比可發(fā)現(xiàn)，氫氧化鈉的濃度影響白色沉淀生成的量和穩(wěn)定存在的時間，濃度越大，白色沉淀越明顯，穩(wěn)定的時間越長。另外，不同濃度的NaOH溶液還影響灰綠色出現(xiàn)的時間，一定條件下，濃度較稀時，其灰綠色出現(xiàn)的時間越快。

（2）相同濃度下，閉口與敞口環(huán)境下的現(xiàn)象分析。NaOH溶液都為5mol/L時，敞口與閉口出現(xiàn)白色沉淀和灰綠色的時間基本一致，不同的是，閉口下，15min后，灰綠色并沒變化，敞口下，10min后，溶液就已經(jīng)產(chǎn)生少量紅褐色的現(xiàn)象，即Fe2+已被空氣的氧氣氧化，由上述現(xiàn)象，說明灰綠色的產(chǎn)生和溶液的溶解氧濃度沒必然的聯(lián)系。

（3）實驗結(jié)論。在原試劑并沒采取除氧液封等操作下，同時采取不同濃度量化探究氫氧化鈉溶液對白色沉淀穩(wěn)定時間的影響，以及敞口，閉口下，較明顯的現(xiàn)象對比，初步能驗證灰綠色物質(zhì)與溶解氧沒必然關(guān)系，主要是氫氧化亞鐵膠體吸附了大量的Fe2+所導(dǎo)致的。

6.實驗的創(chuàng)新點(diǎn)

本實驗在細(xì)節(jié)處理上，有很多創(chuàng)新之處。

（1）儀器創(chuàng)新。本裝置使用玻璃三通管作為容器，較微型化，攜帶方便，節(jié)約試劑，且在實驗室為常見的玻璃儀器，注射試劑簡單，且現(xiàn)象能直觀觀察（普通試管會有大量的鐵粉阻礙觀察）。

（2）操作創(chuàng)新。不需任何原試劑除氧的預(yù)處理，試劑簡單，操作步驟較少，且隨時可以在班級進(jìn)行演示實驗，或者學(xué)生動手實驗，可行性高。

（3）綠色化學(xué)創(chuàng)新。不需用到有毒或?qū)Νh(huán)境有害的有機(jī)試劑來液封，且只需少量的藥品品種和用量，就能產(chǎn)生直觀的實驗現(xiàn)象，符合綠色化學(xué)的多快好省的思想。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳文中，氫氧化亞鐵變?yōu)榛揖G色的理論探究，化學(xué)教學(xué)，2016，（9），61-63.

[2]劉彩虹，張文蘭，劉麗君.氫氧化亞鐵制備實驗的設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2014，（9）： 52-53.