制取氢氧化亚铁实验的探讨
贵州省德江县平原中学 张羽能
摘要：掌握制取Fe(OH)2的关键环节，从而对制取Fe(OH)2的实验裝置、操作顺序以及药品的运用进行合理化、科学化、绿色化，让“三化”有机的融为一体。 使整套实验由繁化简，由难化易，操作起来得心应手，实验效果明显增强，使制 取的Fe(OH)2能延缓更长时间的白色状态保质期，从而进一步提高了实验的质量。
关键词：中学化学 制取氢氧化亚铁 实验探究 优化设计。
1、前言
制取Fe(OH)2实验课题是高二化学[4]（人教版）中第四章第二节里面的内容。Fe(OH)2是由可溶性的亚铁盐与强碱作用而成，但由于铁元素具有可变化合价（+2价和+3价），因此使制得的Fe(OH)2白色絮状沉淀中的+2价铁离子在含有少量氧气的环境下就能很快地被氧化成+3价铁离子。即生成Fe(OH)3，呈红褐色沉淀。但事实上往往制取的Fe(OH)2既不是白色沉淀也不是红褐色沉淀而呈灰绿色。原因就是当Fe(OH)2与Fe(OH)3在一定比例范围内混合存在时，就呈灰绿色。即制得的产品中既有+2价铁离子又有+3价铁离子的原故，使实验效果并不理想。
正是这样，才有探究制取Fe(OH)2实验价值的必要性和重要意义。通过寻求合理化、科学化、绿色化三者为一体的实验设计，让制得的Fe(OH)2效果更加明显，实验质量进一步提高这是该课题探究的最终目的。
通过查阅相关资料，他们都不同程度的存在不足之处。如《氢氧化亚铁的制备》[1] 《氢氧化亚铁的制备实验的探究》[2]、《化学实验教学研究》[3]中的《氢氧化亚铁的制取和红砖中Fe2O3成分的检验》等文献中都谈判“……加热煮沸蒸馏水至冷却再配FeSO4（aq）…………”以及“煮沸NaoH（aq）…………”等等字样。其实“煮沸”就是排尽它们中溶解的氧气。
那么，配制亚铁盐溶液在蒸馏水煮沸冷却到什么程度才最佳呢？同样，煮沸的NaoH（aq）具体冷却到什么时候使用最适宜呢？等等这些问题现有资料没有确切的数据显示出来。
其次，在隔绝空气的复分解反应法中，多数笔者用苯、煤油、石蜡油等有机物作液封。这些有机物部分有毒性但都污染环境。
再次，在隔绝空气的复分解反应法中，使用溶液的量较大，应当尽可能减少溶剂量的使用，从而减小氧气的含量。
最后，多数资料表明：对氢气环境下的复分解反应法的实验装置比较繁琐，按“三化”作了改进。
综上所述：至于整套具体实验理论指导和操作过程将详细阐述于下文。
2、实验原理分析
物质：Fe(OH)2 → Fe(OH)2、Fe(OH)3 → Fe(OH)3
（颜色）白色絮状 （在一定比例范围内混合）红褐色絮状
灰绿色
Fe(OH)2反应生成Fe(OH)3的原理：
4 Fe(OH)2+O2+2H2O=4 Fe(OH)3
由以上反应方程式可分析：要制得白色的Fe(OH)2沉淀，并使Fe(OH)2沉淀能长时间保持白色的状态，关键在于减少溶液中O2的含量，要隔绝好溶液与空气的接触，尽可能减少中间过程，减少溶液中溶解O2的机会，达到充分减少溶液中O2的含量。
3、实验部分
3.1、仪器及试剂名称
3.1.1、主要仪器名称
小试管（若干支）、胶头滴管（长、短各若干支）、温度计（2支）、电子天平（1台）、量筒（3支）、铁架台（2台）、大试管（2支）。
3.1.2、主要试剂名称
氢氧化钠(分析纯)：成都金山化学试剂有限公司
硫酸（分析纯）：重庆川江化学试剂厂
硫酸亚铁（分析纯）：重庆北碚化学试剂厂
硫酸亚铁铵（分析纯）：重庆北碚化学试剂厂
硫酸亚铁铵2（分析纯）：北京化学试剂厂
钠（分析纯）：上海化学试剂厂
花生油：山东鲁花集团
花椒油：贵州息峰
3.2、FeSO4(aq)的制取及处理方法(需用迅配)
3.2.1、配制FeSO4(aq)
用一试管取约4ml蒸馏水加热煮沸2-3min后冷却至6O℃左右，把已称好的FeSO4.7H2O盐O.2g沿着管口内壁缓缓滑下，立刻用花椒油2ml液封，轻轻振荡试管内的液体，让FeSO4.7H2O溶解(不能把油层振破)，保持FeSO4溶液的温度在6O℃左右为宜，然后塞上塞子以备用。
3.2.2、新制FeSO4(aq)
用一试管取5ml浓度为8mol/L的稀H2SO4(aq)加热煮沸2-3 min，冷却至65℃左右放入稍过量的铁让它反应，在气泡缓慢时，用花生油2ml液封，恒温保持FeSO4(aq)的温度在60℃，立即用塞子塞住试管口以备用。
3.3、NaOH(aq)的配制及处理方法(需用迅配)
取一试管量3ml蒸馏水加热煮沸2-3min，冷却至70℃左右把称量好的0.2g NaOH块状固体沿试管内壁缓缓滑入试管底，立即用花生油液封，轻轻振荡试管内液体让NaOH固体溶解(不能把油层振破)，恒温在70℃左右为宜。
3．4、制取Fe(OH)2的三种方案
3．4．1、方案设计(隔绝空气反应法的3个小方案比较)
小方案(1)原理：溶液+溶液(反应)
操作过程：
(1)加热煮沸8ml蒸馏水2.3 min，冷却在70℃左右时恒温备用。
(2)取上述蒸馏水配制3mL NaOH(aq)，温度在70℃左右恒温备用。
(3)再取上述蒸馏水配制3ml FeSO4(aq)，恒温在6O℃左右备用。
(4)取一洁净试管，并注入2ml花椒油，用一支特制的干净长滴管吸取满滴管
FeSO4(aq)伸入试管底部慢慢挤出FeSO4(aq)。但滴管内保留部分溶液，这样不至于带入有空气在试管的溶液里。
(5)又另取一支特制干净的长滴管吸取满滴管的NaOH(aq)伸入FeSO4(aq)底部缓缓挤出NaOH(aq)，同时观察此时溶液中发生现象，长滴管内应保留部分NaOH(aq)，以免长滴管内有空气进入试管里的溶液中，然后慢慢抽出长滴管。
观察到的现象：在试管的底部附近有少量棉絮似的白色下沉物，但保留的时问不长，只有2--3min左右，就逐渐变成灰绿色。
小方案（2）原理：溶液+固体（反应）
操作过程：
（1）用前面所述方法配制60℃左右的FeSO4(aq)3ml。
（2）取一试管放入1-2块NaoH固体于试管里，再注入2ml花生油。
（3）用一特制的长滴管吸满滴管FeSO4(aq)伸入花生油的下方慢慢挤出FeSO4(aq)，并保留部分FeSO 4(aq)在滴管内抽出长滴管，然后轻轻振荡(不要破坏油层)。
观察现象：NaOH固体逐渐溶解，在未溶解的NaOH下方有白色小点物生成，最后慢慢沉积于试管底，这种生成物可保留1天左右。
小方案（3）原理：溶液+固体单质（钠）转化（反应）
操作步骤：
（1）取一洁净试管加入2g硫酸亚铁铵晶体，再加入5m1煮沸后冷却至65℃左右的蒸馏水，制成硫酸亚铁铵溶液，并恒温在60℃左右。
（2）向试管中注入2ml花椒油作液封。
（3）切取黄豆粒大小的钠粒，吸净煤油后沿试管内壁滑入试管里。
（4）待钠粒消失后，用胶塞塞紧管口。
观察现象：有白色下沉物于试管底，这种生成物可保持2—3天不变色。
小结：由上述三个小方案实验效果不难看出，小方案（1）的效果最差，小方案（3）的实验效果相对理想。至于什么原因所致呢?这在文尾的结果与讨论中阐述其道理。
3.4.2、方案设计
操作步骤：
（1）先将铁稍(过量)和稀H2SO4（aq）（温度60℃左右）加入b管，两者反应，产生H2(图一甲)。
（2）将b管逆时针旋转120°；利用b管中产生的H2赶走C管中的空气（图一乙）。
（3）将(图一乙)，顺时针旋转120；沿a管滴入70℃左右NaOH4(aq)于C管，待b管反应转缓慢时，在a管口系上一掐瘪的气球(图一丙)。
（4）将(图一丙)，顺时针旋转60°；b管反应后生成的FeSO4(aq)部分进入c管，这样在c管中就能长时间内观察。到纯正的Fe(OH)2白色絮状物。
实验特点：操作简便，现象明显，Fe(OH)2可保存较长时间。
3.4.3、方案设计
操作过程（如下图）：
（1）将该装置固定在两台铁架台上，在试管B中加入煮沸过后冷却至65℃左右的NaOH(aq)，并使之浸没过试管B中的长玻璃导管口。
（2）在试管A中加入铁粉（过量），再加入稀H2SO4(aq)（温度为6O℃左右）并使液面浸没过试管A中长玻璃导管口。
（3）打开止水夹，这样产生的H2得以顺利进入试管B中，可在试管B的导气口收集H2，通过检验H2的纯度来检验氢气是否收集满。
（4）如果检验H2的纯度时，发出“噗”的响声，可关闭止水夹，这样不断产生的H2使试管A中的压强增大，从而使试管A中新制的FeSO4(aq)进入试管B中，这样在试管B中长玻璃导管口可观察到白色Fe(OH)2沉淀。
实验特点：避免因亚铁盐的氧化而得到含高价铁离子，从而对实验现象产生干扰，而且得到的Fe(OH)2沉淀可保持更长时间。
4、结果与讨论
4．1、水溶剂和配制各种水溶液温度的控制
在全套方案设计中，凡涉及反应物在溶液中进行，就有控制溶液温度的必要性，否则就会给实验效果带来干扰，现在对方案中各种反应溶液或溶剂的温度控制加以讨论。
4．1．1、蒸馏水
加热煮沸再冷却到70℃左右恒温备用。
理由是：当蒸馏水的温度越高，水解产生的OH一离子浓度就越大，不宜配制或制取FeSO4(aq) ，当温度过低，空气中的O2容易进入蒸馏水也不利于配制各种溶液。如：FeSO4(aq)、FeSO4·(NH4)2 SO4(aq)、NaOH(aq)、H2SO4(aq)等。
4.1.2、FeSO4(aq)
配制FeSO4(aq)应选在蒸馏水沸腾后冷却到6O℃左右进行为宜并恒温保存备用。
讨论：尽管蒸馏水煮沸排出O2是相对的而不是绝对的排尽。当蒸馏水的温度越高，则越容易水解，产生OH一离子的浓度越大，这样OH-与Fe2+就越容易生成Fe(OH)2，这时Fe(OH)2遇到少量O2就容易被氧化成Fe(OH)3，会干扰实验效果。这一反应系列 过程为：
  H 2O OH - + H + Fe2+ + 2 OH- = Fe(OH)2
4Fe(HO)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)3
当温度过低了O2就容易溶解于FeSO4(aq)中，也会使制取的Fe(OH)2遇到O2就容易被氧化成+3价铁离子，同样干扰实验效果。
4.1.3、FeSO4·(NH4)2SO4(aq)
配制FeSO4·(NH4)2SO4(aq)温度控制在65℃左右为宜。
讨论：硫酸亚铁铵晶体中的亚铁离子与铵根离子形成络合物的形式，它不能在硫酸亚铁铵溶液中容易电离出许多单个的Fe2+，而FeSO4(aq)中就容易电离出许多单个的Fe2+，故硫酸亚铁铵中的Fe2+稳定性比硫酸亚铁中的Fe2+的稳定性要强。所以采用硫酸亚铁铵做该实验，有利于Fe(OH)2的制备。实验效果比用FeSO4效果要好，这就是让“3.4.1方案设计”中“小方案3”效果理想的本质原因。
4.1.4、NaOH(aq)
配制NaOH(aq)的温度可比亚铁盐溶液的温度稍高，控制在70℃左右为宜，恒温备用。
理由：NaOH(aq)稍高是为了提高溶液的反应温度，使生成的Fe(OH)2在较高温度下尽快陈化。温度过低，O2容易溶解在NaOH溶液中，干扰实验效果。
4.1.5、H2SO4(aq)
稀H2SO4(aq)的配制温度可控制在65℃左右为宜，恒温备用。
理由：温度稍高可提高制得FeSO4溶液的温度让制得的Fe(OH)2在较高温度下尽快陈化，过低了O2容易溶解在FeSO4溶液中，干扰制得Fe(OH)2的实验效果。
4.2、溶液体积量减少运用
在该实验中尽量做到减少溶液的体积，采用反应物固体溶解在另一反应物的溶液中，从而减小溶液中微氧含量的副面影响。
如：小方案（1）FeS04（溶液）+NaOH（溶液）反应
小方案（2）FeS04(溶液)+NaOH(固体)反应
小方案（3）FeS04(NH4)2S04(溶液)+Na(固体)转化反应
从以上3个小方案容易看出：小方案（2）、（3）分别巧妙地把NaOH溶解在FeSO4(aq)中的水里和Na先与水反应生成NaOH，然后NaOH存在于FeS04·(NH4)2S04(aq)中。这样不难看出小方案（2）、（3）都减少溶剂水的用量，从而减少O2溶在这部分蒸馏水中的微氧含量。
4.3、隔绝空气作液封物的选择
资料显示：大多数笔者用苯、煤油、石蜡油作隔绝空气复分解反应法的液封物。
分析：这些液封物有的有毒性，有的无毒性。但它们都是有机物，不利于回收会污染环境。从绿色化学角度考虑，不但让液封物达到实验目的还要从环保角度出发，在不污染环境的条件下可选择食用油。如：花生油、花椒油、芝麻油等。来代替苯、煤油、石蜡油从而达到两全其美的目的。
5、结论
通过该方案的精心设计和具体操作，掌握了制取Fe(OH)2的一些基本技能，总结为以下几点：
（1）各种溶液在排出O2的前提下，恒温备用时的温度控制不太相同：FeS04(aq)在60℃左右，FeSO4(NH4)2SO4(aq)在65℃左右，NaOH(aq)在70℃左右。H2S04 (aq)在65℃左右。
（2）减少溶液的总体积量，从而减少了微氧溶解在溶液中的误差含量。努力做到让一种反应物的固体溶解在另一种反应物的溶液中进行反应。这样避免多用溶剂影响实验效果。
（3）作液封物应选择无公害的液体食用油。如：花生油、花椒油、菜籽油等。
参考文献：
[1]郝金声《中学化学实验研究》，贵州人民出版社，2004.6
[2]周红杰·李立芬《实验与创新思维》，2003.6
[3]文庆城《化学实验教学研究》，科学出版社，2003.9
[4]高二化学（人教版）人民教育出版社，2003.6
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