氫氧化亞鐵制備實驗的設(shè)計

劉彩虹+張文蘭+劉麗君

摘要：針對氫氧化亞鐵易被氧化，難于明顯觀察到其白色絮狀且更難較長時間保存等問題，對制備氫氧化亞鐵的裝置進行了改進與設(shè)計。利用醫(yī)用輸液器和注射器采用復(fù)分解反應(yīng)制備氫氧化亞鐵。改進后的實驗具有材料環(huán)保易得、裝置簡單、操作方便、實驗快速、氫氧化亞鐵保存長久等優(yōu)點，非常適合課堂實驗。

關(guān)鍵詞：氫氧化亞鐵；制備實驗；化學實驗教學

文章編號：1005–6629（2014）9–0052–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

氫氧化亞鐵極易被氧氣氧化，用一般的方法制備很難觀察到白色的氫氧化亞鐵沉淀，所以改進氫氧化亞鐵的制備一直是中學化學實驗研究的熱點[1～4]，但參考文獻上報道的改進方法還有一些不盡如人意的地方。如吳名勝老師的制備方法[5]耗時較長，制備低氧水需30分鐘、配置硫酸亞鐵和氫氧化鈉溶液并除去其中的溶解氧需要約20分鐘；所用油脂對實驗后儀器的清洗帶來不便，油脂一般不回收而直接倒入下水道，與環(huán)境不友好；還要用到多數(shù)中學化學實驗室沒有的離心機。梁峻峰老師的方法[6]僅制備低氧水及低氧水中溶解氯化鈉和氫氧化鈉需要約35分鐘，也用到油脂等有機物。周紅杰等[7]的方案一，觀察到白色沉淀一般需要20分鐘左右，且不能確保實驗每次都能成功，不適合作為課堂實驗；方案二和三用煤油存在清洗不便和造成環(huán)境污染等不足，也不能確保每次實驗都能觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀（可能在加煤油和投入鈉時會有少量空氣進入）。唐悅[8]的電解法在燒杯中進行實驗，需要的油脂量更大；所需儀器多、反應(yīng)原理復(fù)雜，不適合新授課教學。因此對該實驗作進一步的改進是很有必要的。筆者經(jīng)認真思考、討論與反復(fù)實踐，設(shè)計了以下的制備方法，取得了非常好的實驗效果。

2 設(shè)計方案

將鐵粉和稀硫酸在配有特制雙孔塞的試管中反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣排盡生成的硫酸亞鐵溶液及試管中空氣；用注射器抽取硫酸亞鐵溶液后，再抽取新配制的濃氫氧化鈉溶液，反應(yīng)在注射器中進行；注射器針頭插入橡膠塞中，確保注射器中的物質(zhì)與空氣隔絕。

2.1 實驗儀器和藥品

一次性注射器（10mL）1支、玻璃注射器（10mL）1支、注射器針頭一個、100mL錐形瓶2個、小試管2個、靜脈輸液器導管1支、橡膠塞2個、1把剪刀

1 mol/L的稀硫酸溶液、少量鐵粉、20%氫氧化鈉濃溶液

2.2 制備硫酸亞鐵溶液和氫氧化鈉溶液

制備硫酸亞鐵溶液的裝置是本實驗的創(chuàng)新點和關(guān)鍵，如圖1和圖2所示。

制備硫酸亞鐵溶液的裝置由試管和帶導管的雙孔塞組成（如圖1所示），雙孔塞中的長導管是從輸液器導管上剪下來（保留注射器能注入液體的部件，圖中的A部分）的塑料管，這一部件能方便地用注射器抽取和注射液體。用注射器注射液體時，可將導管中的空氣全部排出，用注射器抽取液體時，可做到注射器中無氣體；短導管可以用玻璃管也可用從輸液器導管上剪下的塑料管，短導管用于保持試管內(nèi)壓強與外界一致。

操作步驟：準備好如圖2所示的帶導管的雙孔塞；在小試管中放入小半藥匙的鐵粉，塞緊塞子，用一次性注射器從A處加入約占試管3/4左右（該用量可完成3個班級的演示實驗）的稀硫酸（用注射器加硫酸，導管里的空氣可被硫酸排出），將試管放入盛有熱水的錐形瓶中（注射器始終與A處相連，使導管內(nèi)液體不與空氣接觸，熱水浴是為了加快鐵與稀硫酸反應(yīng)的速度，若環(huán)境溫度較高，也可不用熱水?。?；制備硫酸亞鐵溶液的操作如圖3所示，配制過程約需10～12分鐘。

將氫氧化鈉固體溶于熱蒸餾水中，配制成20%的濃溶液，氫氧化鈉固體溶解在熱蒸餾水中時，放出大量的熱且溶液中離子濃度增大，使水中氧氣的含量降低[9]，此過程約需3分鐘。將配好的溶液放在熱水浴中，減少氧氣溶解，同時熱的溶液中易得到白色的氫氧化亞鐵絮狀沉淀。

2.3 制備氫氧化亞鐵

當試管中氫氣的生成量減少后，用一個玻璃注射器替換原先的塑料注射器（玻璃注射器透明，比塑料注射器更便于觀察顏色），從A處先抽約1 mL硫酸亞鐵溶液，快速潤洗注射器，再用該注射器從A處抽約3 mL左右的硫酸亞鐵溶液，安上針頭，推注射器活塞使溶液充滿針頭，再用該注射器抽約3 mL左右的氫氧化鈉溶液，立即看到白色絮狀沉淀生成。迅速將針頭插入橡膠塞中封住，十分鐘后，依然還保持其白色。

2.4 氫氧化亞鐵轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸F

將針筒里的氫氧化亞鐵溶液滴到濾紙上。約一分鐘后，氫氧化亞鐵沉淀變?yōu)檩^明顯的紅褐色的氫氧化鐵沉淀。

在另一個班級做實驗時，只需換一只干凈的玻璃注射器，從2.3開始操作即可。

3 本實驗的優(yōu)點

（1）實驗裝置簡易、操作簡單、耗時短，適合課堂實驗。第一個班級上課前配制硫酸亞鐵和氫氧化鈉溶液的時間不超過15分鐘。上課實驗時，看到白色氫氧化亞鐵沉淀只需2～3分鐘；

（2）實驗現(xiàn)象非常明顯，能較長時間保持氫氧化亞鐵的白色，可全班學生傳閱注射器觀察氫氧化亞鐵；

（3）能夠讓學生感受到Fe（OH）2易于被氧化為紅褐色的Fe（OH）3；

（4）一次配制的溶液可以在較多班級做平行實驗，非常方便。

（5）本實驗所用器材廉價、易得，并可反復(fù)使用；

（6）實驗后儀器清洗簡單，只需用注射器抽取稀鹽酸即可除去其中的沉淀，洗滌液主要是氯化鐵溶液，可回收、不浪費，對環(huán)境友好。

參考文獻：

[1][5]吳名勝.探究制備氫氧化亞鐵的實驗方法[J].化學教育，2010，（9）：79～80.

[2][6][9]梁峻峰.氫氧化亞鐵制備實驗的再改進[J].化學教育，2010，（9）：82.

[3][7]周紅杰，李立芬.氫氧化亞鐵制備實驗的探究[J].化學教學，2003，（6）：9～10.

[4][8]唐悅.氫氧化亞鐵制備實驗的探究[J].化學教學，2010，（5）：14～15.