李艷蘭，孫曉春，付海蘭

(1.劍川縣民族中學(xué)，云南 大理 671300；2.云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650000)

1 問題的提出

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的探究型學(xué)科，可以使學(xué)生直觀看到物質(zhì)變化過程中的現(xiàn)象，在體會(huì)化學(xué)美的同時(shí)獲得知識(shí)學(xué)習(xí)的事實(shí)性證據(jù)。教師在實(shí)際教學(xué)中一般采用演示實(shí)驗(yàn)法。能否讓學(xué)生有足夠的時(shí)間觀察，能否讓學(xué)生觀察到明顯的現(xiàn)象，將直接影響教學(xué)的效果。比如，氫氧化亞鐵的制備。按照普通高中教材人教版化學(xué)必修第一冊第三章第一節(jié)【實(shí)驗(yàn)3-1】(如圖1)[1]，用長膠頭吸管吸取一定量的NaOH溶液，深入盛有FeSO4溶液的試管底部，并滴入NaOH溶液來制備Fe(OH)2。生成的白色Fe(OH)2沉淀通常會(huì)迅速變?yōu)榛揖G色，一段時(shí)間就被氧化為紅褐色的Fe(OH)3沉淀，白色沉淀只存在時(shí)間5～30 s，不能長時(shí)間觀察Fe(OH)2的顏色的變化。為明了目前已有的改進(jìn)研究，本文以“中國知網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，以“氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)”為關(guān)鍵詞，將檢索時(shí)間選定為2009—2021年，對(duì)比分析《化學(xué)教育》《化學(xué)教學(xué)》《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》《實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器》《廣州化工》《中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備》六個(gè)期刊中相關(guān)的文獻(xiàn)，并進(jìn)行了篩選整理。

圖1 氫氧化亞鐵制備教材中的實(shí)驗(yàn)

2 相關(guān)氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

查閱了30多篇的文獻(xiàn)，總體改進(jìn)措施為：①加有機(jī)物進(jìn)行液封；②煮沸溶劑趕走溶解氧；③使用長滴管并將滴管伸入液面以下，避免亞鐵離子與氧氣接觸；④加人鐵粉防氧化，或?qū)⒈谎趸腇e3+還原為Fe2+；⑤改變反應(yīng)原理，制得反應(yīng)物或生成物的同時(shí)趕走氧氣，創(chuàng)造無氧環(huán)境。目前的改進(jìn)多采用融合多種思路進(jìn)行優(yōu)選的方式，以達(dá)到最佳的除氧化性氧元素的效果，延長白色沉淀的存在時(shí)間。

2.1 用硫酸亞鐵和氫氧化鈉制備氫氧化亞鐵的原理及裝置改進(jìn)

聶素云[2]的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置如圖2，邢泰宇[3]的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置如圖3。其方法是：先用還原鐵粉與10～ 15 mL 2 mol/L H2SO4反應(yīng)制備硫酸亞鐵，同時(shí)產(chǎn)生氫氣，可以趕走溶解氧。氫氧化鈉是通過煮沸除氧。本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氫氣，可以創(chuàng)造無氧環(huán)境，棉花上方為現(xiàn)配的硫酸亞鐵溶液，滴加經(jīng)處理后的氫氧化鈉溶液，10多分鐘便可觀察到白色的Fe(OH)2沉淀，可操作性強(qiáng)、現(xiàn)象明顯，易觀察，不僅可以用于教師演示實(shí)驗(yàn)，也可以作為學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

① Fe粉與H2SO4溶液混合;②向試管內(nèi)塞入棉花; ③向FeSO4溶液中快速加NaOH溶液

王玉珍[5]的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置如圖5。開啟磁力攪拌器即可看到產(chǎn)生大量的氫氧化亞鐵白色沉淀，白色沉淀可持續(xù) 40 min。該實(shí)驗(yàn)中加入鐵絲，既作為還原劑，又作為磁力攪拌器的磁子。磁力攪拌器的使用，避免由于Fe2+濃度局部過高而加快被氧化的速度。此方法雖精度高、快速高效，但對(duì)設(shè)備要求較高，現(xiàn)階段許多中學(xué)還沒有相關(guān)設(shè)施，特別是在部分偏遠(yuǎn)地區(qū)，故其普適性不高。

圖3 氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)2

①吸水排氧;②吸取堿液;③吸取FeSO4溶液;④觀察圖4 氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)3

趙云[6]通過利用鈉和水的反應(yīng)來制備NaOH，產(chǎn)生的氫氣可以除去溶劑中的溶解氧來創(chuàng)造無氧環(huán)境。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)裝置為圖6進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以在試管中形成多條較長時(shí)間內(nèi)不變色穩(wěn)定的白色絮狀沉淀，打開橡膠塞，稍稍搖晃具支試管，白色沉淀頃刻間逐漸變成灰綠色，最終變成紅褐色沉淀。

2.2 用硫酸亞鐵和氨氣制備氫氧化亞鐵的實(shí)驗(yàn)原理及裝置改進(jìn)

郭軍民[7]在新制硫酸亞鐵中通入氨氣，如圖7所示。

圖6 氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)5

圖7 氫氧化亞鐵制備改進(jìn)6

新配制硫酸亞鐵溶液，并滴入幾滴食用油，形成油膜，以防溶解氧氣；在另一只試管中裝入足量的氯化銨和氫氧化鈣的固體混合物，塞上具支試管的橡膠塞保證氣密性號(hào)，將試管向下傾斜一定的角度固定在鐵架臺(tái)上，預(yù)熱并加熱致使試管中產(chǎn)生氣體能均勻的有氣泡冒出時(shí)，將氣體導(dǎo)入硫酸亞鐵溶液中。當(dāng)有較多白色沉淀時(shí)，取下小試管，用蘸有稀硫酸的棉花放在導(dǎo)氣管口，以防氨氣污染環(huán)境。運(yùn)用圖8裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能使產(chǎn)生的白色氫氧化亞鐵的絮狀沉淀在較長時(shí)間內(nèi)不變色，接下來還可以在其中加入過氧化氫觀察其變色過程，同時(shí)驗(yàn)證氫氧化亞鐵的還原性。此實(shí)驗(yàn)將產(chǎn)生的氨氣溶于水制備氨水溶液代替堿溶液，有效消減了溶解氧對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的干擾。

圖8 氫氧化亞鐵制備改進(jìn)7

圖9 氫氧化亞鐵制備改進(jìn)8

2.3 用硫酸亞鐵和碳酸氫鈉制備氫氧化亞鐵的實(shí)驗(yàn)原理及裝置改進(jìn)

圖10 氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)9

圖11 氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)10

圖12 氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)11

3 總結(jié)

本文分析和總結(jié)出各個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)氫氧化亞鐵的實(shí)驗(yàn)主要從配置和選擇藥品、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置兩個(gè)角度進(jìn)行。對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合并加以拓展，促使學(xué)生通過氫氧化亞鐵的制備實(shí)驗(yàn)，主動(dòng)構(gòu)建氫氧化亞鐵的制備和性質(zhì)知識(shí)框架、觸類旁通的能力。氫氧化亞鐵由于Fe2+極不穩(wěn)定，易被實(shí)驗(yàn)環(huán)境中具有氧化性的氧元素影響，在實(shí)驗(yàn)室制備過程中常常需要絞盡腦汁最低程度的減少具有氧化性的氧氣對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響。以上方法均能立竿見影的減少氧化性物質(zhì)氧氣的影響，可制得長時(shí)間停留在白色的氫氧化亞鐵絮狀沉淀，實(shí)驗(yàn)效果明顯。其中，簡便可行、便于演示的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2、圖8、圖9所示。以上經(jīng)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，也將加深學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。相信在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，未來會(huì)有更加完善的實(shí)驗(yàn)方案。