氢氧化亚铁制备实验的改进实践

摘 要 氢氧化亚铁的制备是中学化学实验教学的重点之一，在传统的制备实验中很难观察到Fe（OH）2白色沉淀的生成以及在空气中氧化变色的过程，教学功能难以发挥。利用硫酸亚铁晶体（绿矾）与氢氧化钠溶液反应、用乙二胺四乙酸（EDTA）配制的硫酸亚铁溶液与氢氧化钠溶液反应两种方法，容易成功并十分简便地制备氢氧化亚铁，且能明显观察到白色氢氧化亚铁氧化先变成灰绿色再变成红褐色的过程，能在课堂上获得良好的实验效果，充分发挥该实验的教学功能。

关键词 中学化学 氢氧化亚铁制备 实验改进

一、问题的提出

氢氧化亚铁的制备实验是中学探究Fe2+转化为Fe3+的一种途径，具有重要的教学功能。氢氧化亚铁的制备成功率较低，原因是Fe（OH）2极易被氧化为红褐色的Fe（OH）3，所以难以观察到白色沉淀的生成以及在空气中氧化变色的过程。这使得学生认知Fe2+转化为Fe3+缺少有效的实验证据，实验的教学功能难以发挥。研究并改进氢氧化亚铁的制备既具有知识性的教学价值，又具有培养学生学科核心素养的深远意义，可以让学生感受制备物质的乐趣和艰辛，感受从理论到实践的差异，从而培养学生的创新意识与科学素养。

目前，有不少对本实验进行改进的案例[1]，我们对这些方法一一进行尝试后发现，大多改进的案例存在以下几个问题：（1）有的改进成功率不高，Fe（OH）2容易被氧化，难以观察到白色的Fe（OH）2;（2）有的改进需要现配硫酸亚铁溶液，影响课堂效率;（3）有的改进仪器复杂，对操作要求高，较为费事费时;（4）有的难以在课堂教学中演示白色沉淀先变为灰绿色，再变成红褐色。

只有简便、高效、实验效果好、成功率高的方法才能让一线教师乐于在课堂上演示或进行学生分组实验，才能使实验真正走入课堂。为达到该目的，我们经过反复试验，验证了改进后的实验结果稳定可靠。然后，将其作为演示实验在教学实践中接受检验，经过一段时间的实践，效果良好。至此，终于完成了对氢氧化亚铁制备实验的改进。

二、用硫酸亚铁晶体代替硫酸亚铁溶液

氢氧化亚铁变质的原因是易被氧化，所以氢氧化亚铁的制备关键是要有效“避氧”。通过平时的观察发现，硫酸亚铁溶液要比硫酸亚铁晶体容易变质得多。受到这一现象的启发，我们对实验用品和实验操作进行了改进，改用硫酸亚铁晶体（绿矾）代替硫酸亚铁溶液。

1.实验用品：氢氧化钠、绿矾（FeSO4·7H2O）、铁钉、铁粉、试管、胶头滴管、烧杯。

2.实验操作：

（1）取少量绿矾晶体于试管或烧杯中，加入足量10 mol·L-1氢氧化钠溶液，生成白色沉淀——氢氧化亚铁（如图1所示）。

（2）用玻璃棒蘸取白色沉淀涂在滤纸上，短时间就可观察到颜色由白色变为灰绿色，再变成红褐色（如图2，左侧圆环为灰绿色，右侧圆环为红褐色）。

3.改进的效果。用绿矾晶体（七水硫酸亚铁晶体）代替硫酸亚铁溶液来与氢氧化钠溶液反应，只需要满足氢氧化钠溶液浓度大且足量，则无论怎样改变滴加的顺序，都能长时间观察到生成的白色Fe（OH）2沉淀。演示实验中我们用玻璃棒或毛笔将白色沉淀涂在滤纸上，向学生演示Fe（OH）2在氧化的过程中颜色变化的过程，让学生获得Fe2+转化为Fe3+的感性认识。学生通过观察演示实验，普遍感觉实验难度低、效果明显、易于操作，更乐于动手进行实验操做。这样，通过这项改进，更加充分地发挥了实验的教学功能，使学生在做中学，在做中体会实践的乐趣和成就感，从而使学生乐于探究，不再对实验操作产生畏难情绪，减轻了学生的学习负担。

三、用EDTA配制硫酸亚铁

传统方法用硫酸亚铁溶液与氢氧化钠溶液制备氢氧化亚铁成功率低的原因之一是硫酸亚铁溶液中的Fe2+在空气中极易被氧化成Fe3+，相当于硫酸亚铁溶液刚配好就开始变质，导致后续加入氢氧化钠溶液后只能得到红褐色的Fe（OH）3。可见，增强Fe2+的稳定性，防止其被氧化，是制备Fe（OH）2的关键，也是改进的突破口。我们经过一段时间的摸索和试验发现，采用络合剂乙二胺四乙酸（EDTA）和绿矾晶体配制EDTA-Fe2+的演示实验效果较好。EDTA在这里起到三个作用：一是作络合剂，形成Fe2+的螯合物，增强Fe2+的稳定性;二是作缓冲剂;三是产生盐效应，使生成的Fe（OH）2（胶体）更快速地沉降下来，减少与氧气接触。三个作用共同抑制了Fe（OH）2的氧化。

1.实验用品：氢氧化钠、绿矾（FeSO4·7H2O）、乙二胺四乙酸（EDTA）、铁钉、铁粉、试管、烧杯等。

2.实验操作：

（1）配制溶液。先配制室温下的饱和EDTA溶液，将称量好的绿矾晶体溶解在量取好的EDTA溶液中，配制成1 mol·L-1的EDTA-Fe2+溶液，加入事先装有少量铁粉的试剂瓶中保存、备用。

（2）制备氢氧化亚铁。取一小试管，先加入少量实验操作（1）中已配制好的EDTA-Fe2+溶液，再向试管中加入足量10 mol·L-1氢氧化钠溶液，生成白色絮状沉淀——氢氧化亚铁（如图3所示）。

3.改进的效果：（1）在反应中，EDTA控制了亚铁离子的释放速率，在不影响Fe2+的化学性质的同时，抑制了氢氧化亚铁被氧化。利用此方法获得的氢氧化亚铁沉淀稳定，保存时间长，5天后仍能观察到白色沉淀，能满足一线教师“连堂课”演示的需求。（2）操作非常简便，极易成功。经实验发现，不需要加热和复杂的实验装置，也没有对试剂添加顺序的严格要求，不管是氢氧化钠溶液滴入硫酸亚铁溶液中，还是反过来，都能做成功。（3）提供了制备稳定的、不易被氧化的Fe2+的一种思路，可迁移、应用至其他有关Fe2+的制备当中。例如，在实验中取两个烧杯并分别编号，记为①②，在①中加入硫酸亚铁溶液、②中加入已配制好的等量的EDTA-Fe2+溶液（均未放置铁粉），静置5分钟后，观察到①中溶液颜色已开始变为黄色，②中溶液的颜色仍为浅绿色，静置时间越长差别则越明显;再取两个试剂瓶，分别编号记为①②，在①中加入硫酸亚铁溶液、②中加入已配制好的等量的EDTA-Fe2+溶液（均放置铁粉），静置48小时后，①中已观察不到浅绿色，而是十分明显的黄色（由于刊物印刷图片为黑白色，直观效果不明显，因此，此处省略图片）。

“用硫酸亚铁晶体代替硫酸亚铁溶液”和“用EDTA配制硫酸亚铁”两种方法改进后的实验现象都很明显，生成的Fe（OH）2的白色可保持较长时间不变，并在蘸取Fe（OH）2后能观察到其颜色由“白色→灰绿色→红褐色”的变化过程。改进后，实验用时短，实验器材简单，试剂无毒，对操作要求低，十分简便且成功率高，从而优化了实验教学，能充分发挥该实验的教学功能，提高了教学效率。

实验的改进与创新，是从课堂走向课外，再从课外回归课堂，不仅可以提升教师的实验技能和创新研学精神，使教师能够不断开发有利于激发学生学习热情、培养学生学科核心素养的实验，而且也有利于促进学生的学。

[参 考 文 献]

[1]张艳丽.氢氧化亚铁制备实验改进方法的整合与创新[J].实验教学与仪器，2020，37（11）：17-19.

（责任编辑：赵晓梅）