氢氧化亚铁制备及氧化实验的改进

李周平

摘要： 用传统的方法制备氢氧化亚铁，白色沉淀快速转变成灰绿色，但又不能迅速生成红褐色，不利于学生对白色沉淀和红褐色沉淀的观察。为此改进了实验：在玻璃片上先后滴加1～2滴硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液，然后将另一玻璃片盖到溶液上，在两玻璃片之间产生白色沉淀，当揭开上面的玻璃片，可看到玻璃片上的白色沉淀立即转化为灰绿色，大约25～30秒后灰绿色已全部转化为红褐色。改进实验操作简单，实验现象清晰、直观。

关键词： 氢氧化亚铁制备； 氢氧化亚铁氧化； 实验改进

文章编号： 1005-6629（2023）02-0068-04    中图分类号： G633.8    文献标识码： B

1  问题提出

铁及其化合物的性质是《普通高中化学课程标准（2017版2020年修订）》［1］要求的必做实验，同时课标对“制备氢氧化亚铁”的教学提出了活动建议。制备氢氧化亚铁要产生白色沉淀是一个难度较大的实验。人教版教材对该实验的设计为［2］：在试管中加入少量的FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液，观察并描述发生的现象。笔者按照教材中的方法对该实验进行了反复操作，在反应开始时观察到灰绿色的絮状沉淀中夹杂着少量的白色沉淀，且生成的沉淀逐渐浮于液面上，随后沉淀的颜色迅速加深变成深绿色，溶液中的絮状沉淀长时间处于深绿色状态。只有振荡试管后，在试管内壁上和深绿色沉淀的表面夹杂着少量的红色颗粒，即使长时间也难以观察到明显的红褐色沉淀。实验现象与教材中的描述存在一定差异，使学生对Fe（OH）2的真实颜色以及Fe（OH）3的生成产生了质疑。

2  文献中对氢氧化亚铁制备实验改进的案例简介

程素芳［3］在真空采血管中加入铁粉和稀硫酸，用铁粉与稀硫酸反应产生的氢气排出采血管中的空气后，用注射器在真空采血管中注入氢氧化钠溶液，该方法虽新颖，但实验时排出采血管中空气的过程较慢，操作比较繁琐，不利于课堂演示实验或分组实验的开展，而且该实验可以看到白色沉淀的生成，但很难看到红褐色沉淀的生成。陈彩凤等［4］也撰文提及难以看到全白的氢氧化亚铁和红褐色沉淀生成的问题，以及温度对该反应现象的影响。于燕国［5］则是用氮气排出装置中的空气，由于纯净的氮气在中学化学实验室难以制备，且氮气的密度与空气密度接近，很难排净装置中的空气，实验效果并不理想。徐建飞等［6］及吴文中［7］分别撰文提到氢氧化亚铁变为灰绿色的原因和使氢氧化亚铁变白的方法：减少亚铁盐用量、向氢氧化钠溶液中逐滴滴加亚铁盐溶液。张宏艳［8］撰文提到实验中的灰绿色物质并非氢氧化亚铁，而是亚铁离子的多水合物。张元双等［9］用棉线系住一块硫酸亚铁晶体，慢慢伸入到盛有氢氧化钠浓溶液的烧杯中，在硫酸亚铁晶体表面附着一层白色固体，把棉线上的固体从溶液中提出，白色固体逐渐变为灰绿色，最后变为红褐色。该实验操作简单、比较新颖，但在实验过程中提取棉线时，硫酸亚铁晶体很容易从棉线上脱落。加上硫酸亚铁晶体很容易发生变质，伸入到氢氧化钠溶液后，其表面也有红褐色物质生成，影响了实验的效果。周红杰等人［10］在试管中加入硫酸亚铁铵晶体配成溶液，在试管中加入2mL苯，然后取一小块钠加入试管中，当钠块消失后，立即用橡胶塞塞住试管口。该实验钠与水反应时会放出大量的热，导致溶液上层的苯迅速挥发，整个教室弥漫着苯的气味，不利于学生的身心健康。

上述文献报道了对该实验的相关研究和改进措施，但严谨性和简便性等方面还不够理想：有些操作比较复杂或组装时需要一些特殊的仪器；有的忽视了生成Fe（OH）2沉淀之后，沉淀颜色的变化以及现象的观察。因此很有必要设计一种更简单、更有效的方法制备Fe（OH）2，以及对其颜色由白变灰、变绿、变红褐色的一系列后续变化的完整观察，从而客观准确地传授知识，引导学生不断地思考和探究。

3  实验改进的思路

文献案例中对实验改进的共同点是在除氧和防止氧化上做了不少研究与改进。对照课标和教材的要求，该实验的目的是氢氧化亚铁的制备及其被氧化为氢氧化铁的原理。实验现象不但要看到白色氢氧化亚铁沉淀的生成，还要观察到白色沉淀如何转化为灰绿色，最后变为红褐色的过程。能否寻找一个更简单的除氧方法呢？

受“玻璃板上氢氧化亚铁的制备及转化”一文［11］启迪，笔者尝试在玻璃板上进行试验。一次偶然将洗净的两玻璃片放在一起，当再次拿起玻璃片时，两个玻璃片紧紧粘在了一起，明显看到两玻璃片之间夹着一层液体，即使竖起粘在一起的两块玻璃片，夹在其间的液体也不会流下。转动上面一块玻璃片时，夹在两玻璃片之间的液体也随之发生移动，并且上层玻璃片也难以揭开，需轻轻推动上面的玻璃片便可轻松揭开。这不是大气压的原理吗？两片玻璃片粘在一起时排出了玻璃片之间的空气，能否用这种方法来制备氢氧化亚铁呢？若在两块玻璃片之间将氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液混合，两块玻璃片合在一起排出了空气，生成的氢氧化亚铁就能稳定存在，揭开上面的玻璃片后，玻璃片上的氢氧化亚铁与空气接触，便可氧化为红褐色的氢氧化铁。笔者经过大量的实验，在两块玻璃片上成功地完成了白色的氢氧化亚铁的制备；揭开上面的玻璃片，可以增大氢氧化亚铁与氧气的接触面积，加快白色沉淀转化为灰绿色，最后灰绿色迅速转变为红褐色。该方法实验操作简单、现象明显，且实验的效率和成功率非常高。

4  实验部分

4.1  实验仪器

玻璃片（2块）、氢氧化钠溶液、硫酸亚铁溶液、胶头滴管

4.2  实验步骤

（1） 取2块玻璃片，用蒸馏水洗干净后，用滤纸擦干。

（2） 在一块玻璃片上滴2滴氢氧化钠溶液（为了便于观察白色沉淀，在玻璃片下面放一张黑色的纸或布条），然后在氢氧化钠溶液邊上滴加1滴硫酸亚铁溶液（也可在玻璃片中央先滴入1滴硫酸亚铁溶液，然后把3滴氢氧化钠溶液分多次均匀地滴在硫酸亚铁溶液的周围），为了得到纯白色沉淀，要控制好硫酸亚铁溶液的浓度和用量［12～14］，滴加时两种溶液靠近但不发生接触，如图1所示。

（3） 迅速将另一块玻璃片盖在氢氧化钠和硫酸亚铁溶液的上面，轻轻地旋转上面的玻璃片。

（4） 充分反应后，揭开上层的玻璃片，观察实验现象。

4.3  实验现象

将另一块玻璃片盖在氢氧化钠和硫酸亚铁溶液的上面略加旋转，在两块玻璃片之间立即产生Fe（OH）2白色固体。未揭开盖在上面的玻璃时，两块玻璃片之间的固体一直呈白色，再转动上面玻璃片，两玻璃片之间的白色固体逐渐增多，实验现象如图2所示。揭开上面的玻璃片后，玻璃片上的白色固体迅速转变为灰绿色，在玻璃片的外围有少量的红褐色固体产生。25～30秒左右灰绿色固体几乎全部转变为红褐色Fe（OH）3固体，实验现象如图3所示。

4.4  实验注意事项

（1） 为了使实验现象更加明显，用浓度较大的氢氧化钠溶液（或饱和溶液）和浓度较小的硫酸亚铁溶液。

（2） 为了能使灰绿色快速且全部转化为红褐色，加入1滴硫酸亚铁溶液和大约2滴氢氧化钠溶液，使氢氧化钠溶液过量。

（3） 在玻璃片上滴加氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液时，两种液滴不能接触，两者之间的距离为4～5mm时，实验效果最佳。

（4） 要快速将第二块玻璃片盖在氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液上。

（5） 为了使两种溶液充分混合发生反应，需要把上面的玻璃片轻轻旋转2～3圈。

（6） 先轻轻推动上面的玻璃片，才容易揭开。

4.5  实验改进后的优点

（1） 实验现象清晰、直观。利用玻璃片代替试管作为反应的容器，学生视野不受容器的限制，能更加直观地观察到氢氧化亚铁的颜色与状态。

（2） 实验操作简洁明了，适合开展学生的分组实验或演示实验。

（3） 分阶段显示了Fe（OH）2制备实验的反应过程及颜色变化，使学生加深了对白色沉淀转化为灰绿色，最后变为红褐色知识的理解，符合化学教学实际需求。

（4） 减少了复杂的去除氧的操作，实验的成功率高。

（5） 实验速度快、效率高，完成分组实验大约只需要1分钟。

（6） 耗材少、有益环保，做完一次实验只需要几滴溶液就可以完成，同时不产生污染。

（7） 玻璃片上生成的氢氧化亚铁与空气的接触面积大，学生可清晰地看到白色沉淀在空气中转化为灰绿色，最后生成红褐色的全过程，达到实验现象与教材中的描述完全一致的目的。

5  结语

在两块玻璃片之间制备氢氧化亚铁的原理非常简单，两玻璃片接触时能排出空气，整个实验的可靠性、安全性和可操作性都非常高。实验装置与操作简便，不需要教师过多的演示和指导，学生即可独立完成。依托玻璃片还可以开发出更多简洁化、直观化、可视性强的化学实验，如笔者借助玻璃片还开发了铜与浓、稀硝酸的反应，原电池和电解等一系列的实验，实验现象和效果都非常好。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 16.

［2］王晶， 郑长龙主编. 普通高中教科书·化学必修第一册［M］. 北京： 人民教育出版社， 2019： 67.

［3］程素芳. 氢氧化亚铁制备实验的改进与创新［J］. 中小学实验与装备， 2021，（1）： 31～32.

［4］陈彩凤， 陈迪妹， 胡加烽等. 氢氧化亚铁制备实验的改进与创新［J］. 化学教学， 2016， （9）： 46～48.

［5］于燕国. 用玻璃针筒改进氢氧化亚铁的制备实验［J］. 中学化学教学参考， 2020，（8）： 52～53.

［6］［12］徐建飞， 张平， 杜淑贤. 制备氢氧化亚铁实验方案再探究［J］. 化学教学， 2015， （7）： 54～57.

［7］［13］吴文中. 氢氧化亚铁变为灰绿色的理论探究——由一次意外的实验引起的思考与分析［J］. 化学教学， 2016， （9）： 60～63.

［8］［14］张宏艳. 基于X射线衍射分析方法改进氢氧化亚铁制备实验［J］. 化学教学， 2021， （5）： 77～81.

［9］张元双， 许九奎， 马薇. 氢氧化亚铁的制备与氧化方法实验创新［J］. 中学化学教学参考， 2020，（21）： 47～48.

［10］周红杰， 李立芬. 氢氧化亚铁制备实验的探究［J］. 化學教学， 2003，（6）： 9～10.

［11］石月， 李悦迪， 王喜贵. 玻璃板上氢氧化亚铁的制备及转化［J］. 化学教学， 2022，（6）： 81～84.