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.