山東省聊城市第一實(shí)驗(yàn)學(xué)校(252000) 楊志義

1 問題的提出

Fe(OH)2的制備是人教版高中化學(xué)必修第一冊第3章第1節(jié)的重要內(nèi)容，也是高中階段重要的實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生理解Fe(OH)2和Fe(OH)3的相關(guān)化學(xué)性質(zhì)，有利于學(xué)生從元素化合價(jià)的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化。

Fe(OH)2制備的一般原理是：Fe粉和稀H2SO4反應(yīng)生成FeSO4，F(xiàn)eSO4溶液再與NaOH溶液反應(yīng)制備Fe(OH)2，即H2SO4+Fe=FeSO4+H2↑,FeSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe(OH)2↓。傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生觀察到的往往是灰綠色沉淀，誤認(rèn)為Fe(OH)2是灰綠色。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因：制備FeSO4溶液時(shí)放置時(shí)間過長，部分Fe2+被氧化成Fe3+，與NaOH溶液反應(yīng)后生成Fe(OH)3；制備Fe(OH)2時(shí)，沒有注意排除裝置內(nèi)的空氣和溶液中的氧氣，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3。一般的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)側(cè)重于利用H2排出裝置內(nèi)的空氣，但是從原理分析，H2并不適合利用向上排空氣法排出裝置內(nèi)的空氣。有些實(shí)驗(yàn)在試劑中加入Na2SO3溶液，利用其容易被氧氣氧化的特點(diǎn)，除去溶液中的氧氣，但是此知識(shí)已經(jīng)超出了學(xué)生的認(rèn)知范圍。基于此，筆者結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)踐，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)方案。

2 實(shí)驗(yàn)用品與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)器材主要有：小試管1個(gè)、帶支管口的大試管2個(gè)、中間挖有小孔的塑料小試管1個(gè)、25 mL注射器4支、燒杯1個(gè)、導(dǎo)管1個(gè)、止水夾1個(gè)、橡膠塞和橡皮管若干。

實(shí)驗(yàn)藥品主要有：鐵粉、煮沸過的稀H2SO4溶液、煮沸過的NaOH溶液(濃度為5 mol/L)、Na2CO3溶液、紫色石蕊試液。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本改進(jìn)方案中實(shí)驗(yàn)裝置分兩部分，分別是FeSO4溶液制備裝置(圖1)和Fe(OH)2制備裝置(圖2)。如圖1所示，過量的Fe粉和稀H2SO4反應(yīng)后，溶液是渾濁的，因此需要過濾后得到清澈的FeSO4溶液，為了避免因FeSO4溶液放置時(shí)間過長而被氧化，筆者采用抽濾的方法，過濾后用注射器抽取，并將針尖插入到橡膠塞中隔絕空氣進(jìn)行保存。如圖2所示，組裝好實(shí)驗(yàn)儀器后，稀H2SO4先與Na2CO3溶液反應(yīng)，產(chǎn)生的CO2將裝置內(nèi)的空氣排出，為FeSO4溶液和NaOH溶液的反應(yīng)提供了無氧環(huán)境，查閱文獻(xiàn)得知Fe2+在堿性條件下更容易被氧化，因此筆者采用NaOH溶液滴加FeSO4溶液的方法，反應(yīng)后便可以得到白色絮狀沉淀Fe(OH)2。如圖3所示，之所以選擇CO2排空氣法是因?yàn)镃O2的密度比空氣大，稀H2SO4與Na2CO3溶液反應(yīng)，產(chǎn)生的CO2從小試管的小孔中溢出，CO2會(huì)先沉到大試管底部將空氣排出試管。如果使用H2排空氣法存在兩點(diǎn)不足：

圖1 抽濾法獲取FeSO4溶液

圖2 制備氫氧化亞鐵的裝置圖

圖3 CO2和H2排空氣法原理示意圖

①稀H2SO4和Fe粉反應(yīng)速度適中，產(chǎn)生H2速率不足以短時(shí)間內(nèi)將空氣排凈；②H2的密度相對于空氣更小，產(chǎn)生的H2會(huì)直接通過支管口排出裝置內(nèi)，無法將裝置內(nèi)的空氣排凈。綜上所述，筆者選用CO2排空氣法創(chuàng)設(shè)無氧環(huán)境。

3 操作步驟

(1)準(zhǔn)備適量藥品和實(shí)驗(yàn)器材，按照圖1和圖2連接實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行裝置氣密性的檢測。

(2)如圖1所示，足量的鐵粉和稀H2SO4反應(yīng)后，當(dāng)氣泡不再產(chǎn)生時(shí)，按照圖示裝置進(jìn)行抽濾，得到清澈的FeSO4溶液，并用注射器抽取后備用。

(3)如圖2所示，先將稀硫酸溶液注射到Na2CO3溶液中，產(chǎn)生氣體CO2，當(dāng)紫色石蕊試液變紅時(shí)，證明裝置內(nèi)的空氣已經(jīng)排凈，再向大試管中注射FeSO4溶液，最后注射NaOH溶液，產(chǎn)生白色絮狀沉淀。

4 注意事項(xiàng)

(1)小試管中小孔盡量設(shè)置在靠上的位置，但是要低于大試管支管口的位置，注射稀硫酸時(shí)，速率盡可能緩慢，防止稀硫酸和Na2CO3溶液反應(yīng)過于猛烈，反應(yīng)物沿著小孔沖出小試管。

(2)注射器的針頭要小心放置，防止扎傷學(xué)生，造成安全事故。

5 總結(jié)

許多實(shí)驗(yàn)為了防止氧氣的氧化設(shè)置了排空氣的實(shí)驗(yàn)裝置或步驟，從原理分析利用CO2排空氣的方法要優(yōu)于利用H2排空氣的方法，此實(shí)驗(yàn)裝置分為兩個(gè)系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)，可以制備較為純凈的物質(zhì)。