探究一种适用于课堂教学Fe3O4与HCl反应的条件

摘要：通过实验探究Fe3O4与HCl反应，得出适合于课堂教学的最优反应条件及Fe3O4与HCl反应后生成物中同时含有Fe2+和Fe3+的检测方法的改进。

关键词：四氧化三铁;课堂教学;实验探究

一、研究问题的提出：

人教版化学（必修1）第三章第二节《几种重要的金属化合物》铁的重要化合物是高中无机化合物知识的重点内容，该节内容分别探究铁的几种氧化物：氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）、四氧化三铁（Fe3O4）和盐酸（HCl）反应。FeO与HCl反应可先加硫氰化钾（KSCN）再加入一定量新置氯水通过溶液颜色变化判断FeO与HCl生成Fe2+; Fe2O3与HCl反应可加KSCN通过观察溶液颜色判断Fe2O3与HCl生成了Fe3+; 而Fe3O4与HCl即有Fe2+又有Fe3+生成，在检测的实验过程中，发现一些问题：

①在实验的过程中发现Fe3O4与HCl反应，有时Fe3O4不溶解，加入KSCN后也基本很难观察到溶液变成红色。有时Fe3O4溶解后溶液变成黄色再加入KSCN溶液后可观察到溶液变成红色，这种不确定的实验结果是不能呈现给学生，如果实验不成功会给学生带来疑惑。

②在检测含Fe3+中的Fe2+时，按传统的方法进行时存在以下问题：方法一，Fe3O4和酸反应后先在试管中用KSCN溶液检验有Fe3+的存在，然后再取待测液于另一只试管中加人酸性KMnO4溶液，如果溶液颜色褪去就可说明有Fe2+存在，Fe2+将酸性KMnO4还原使其褪色，但在实验过程中常常会由于Fe2+的量的比较少或KMnO4溶液加的太多，待测溶液不褪色或由于KMnO4自身紫色从而形成颜色干扰;按传统的方法二，在待测液滴KSCN溶液，观察到溶液显红色，再向其中滴加H2O2使Fe2+转化Fe3+，如果可以观察到溶液红色加深即可说明溶液中既有Fe3+又有Fe2+。但我们在实验过程中发现红色加深这一现象的捕捉比较困难，特别是Fe2+较少时就更不容易做出准确判断。

因此在讲解这个知识点时仅仅从Fe3O4中铁原子显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原显+3价，所以把Fe3O4看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，表示为FeO·Fe2O3，从而判断Fe3O4与HCl反应即有Fe2+又有Fe3+生成，并要求学生死记硬背这个知识点，这样不利于学生对此知识的掌握和学习，影响学生感性认识的建立。

针对以上教学中出现的问题，查阅相关资料文献发现对Fe3O4与HCl反应的探究很少，但实验时而成功时而失败很不利于教学，如何保证实验成功？对其实验条件进行探究。

二、实验探究

（一）实验用品

Fe3O4 （AR 天津市福晨化学试剂厂）、KSCN（天市津凯通化学试剂有限公司）、铁氰化钾（K3[Fe（CN）6]）（AR 天市津化学试剂有限公司）、HCl、蒸馏水

（二）实验准备

1.分别配置浓度为（0.1、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、7.0、8.0、10.0、 12.0）mol.L-1的HCl备用

2.配置0.1mol.L-1的KSCN备用。

3.配置0.1mol.L-1的K3[Fe（CN）6]备用。

4.用分析天平称分别称取10份2.0g的Fe3O4

（三）实验操作及现象：

1.Fe3+的检验

在10只试管中加入等量的Fe3O4，分别取10mL不同浓度的HCl分别于试管中，震荡试管使Fe3O4与HCl充分反应后静置，分别取其上清液2mL如图1.1-1所示，当HCl浓度小于6mol.L-1时溶液几乎没有颜色变化，当HCl浓度为6mol.L-1时溶液呈浅绿色，HCl浓度大于8mol.L-1以后溶液呈黄色;加入2滴0.1mol.L-1的KSCN溶液颜色变化如图1.1-2所示：HCl浓度为0.1～4mol.L-1溶液呈浅红色，HCl浓度为4～6mol.L-1溶液颜色从浅粉色逐渐加，HCl浓度为12mol.L-1颜色几乎没有改变;继续加入大量的KSCN颜色变化如图1.1-2所示：发现HCl浓度为4～6mol.L-1的溶液的颜色均有不同程度的加深，从红色改变成红黑色。

2.Fe2+的检验

取用7mol.L-1HCl溶解的Fe3O4上清液2mL，滴加 2 滴 0.1mol.L-1 K3[Fe（CN）6] 溶液，试管中立即产生蓝色沉淀。

三、结论

等量且过量Fe3O4与不同浓度的HCl反应的现象可知;Fe3O4能与HCl反应，HCl浓度小于6mol.L-1时现象微弱颜色变化不明显，当HCl浓度大于6mol.L-1时实验现象比较明显，可是当是浓HCl时加入少量的KCSN时颜色基本不变化，只有加入过量的KCSN才会有颜色的变化。HCl浓度太低或是浓HCl时实验现象都不明显，HCl浓度太高具有挥发性对身体有危害，接触其蒸气或烟雾，可引起急性中毒，出现眼结膜炎，鼻及口腔粘膜有烧灼感，鼻衄、齿龈出血，气管炎等危害。本着实验效果明显，保证每次课堂实验都成功，节约环保，对身体无害的角度，浓度为6～8mol.L-1的HCl作为溶剂比较合适，用 K3[Fe（CN）6] 溶液检测含Fe3+中的Fe2+时直接产生蓝色沉淀，可判断溶液中含有Fe2+，相比较与酸性KMnO4和H2O2作为Fe2+检测试剂，该的实验现象明显且能排Fe3+的干扰。

参考文献：

[1]王伟.实验让学生的思维插上翅膀——从 Fe2+的检验说起 [J].中小学实验与装备，2010，（2）：42.

作者簡介：

阮琴（1993.09.21—），女，贵州贵阳人，安顺市西秀区高级中学，硕士研究生， 研究方向：分析化学。