李周平 龐立霞

摘要： 制備氫氧化亞鐵實(shí)驗(yàn)，用采樣器的拭子頭蘸取硫酸亞鐵溶液，伸入到氫氧化鈉溶液中并不斷捻動(dòng)拭子棒，當(dāng)溶液中產(chǎn)生明顯的白色沉淀時(shí)，把拭子頭從溶液中拿出露置在空氣中，拭子頭上的白色固體迅速轉(zhuǎn)化為灰綠色，2分鐘左右整個(gè)拭子頭的表面變?yōu)榧t褐色。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)具有操作簡(jiǎn)便、用時(shí)短、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點(diǎn)，便于課堂實(shí)施。

關(guān)鍵詞： 亞鐵鹽； 氫氧化鈉； 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)； 采樣拭子

文章編號(hào)： 1005-6629（2023）04-0071-03

中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1? 問(wèn)題提出

氫氧化亞鐵的制備是《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》［1］要求的必做實(shí)驗(yàn)，并且課標(biāo)對(duì)該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提出了活動(dòng)建議。魯科版、人教版和蘇教版等各種版本的教材，都設(shè)計(jì)了氫氧化亞鐵的制備實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)旨在引導(dǎo)學(xué)生了解Fe（OH）2易被空氣中O2氧化的事實(shí)，控制實(shí)驗(yàn)條件完成Fe（OH）2的制備，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)創(chuàng)造性思維。由于氫氧化亞鐵有強(qiáng)還原性難以穩(wěn)定存在，傳統(tǒng)的制備方法只能觀(guān)察到灰綠色沉淀。人教版教材對(duì)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)為［2］：在試管中加入少量的FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液，觀(guān)察并描述發(fā)生的現(xiàn)象。教材中對(duì)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述及解釋為：生成的白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，過(guò)一段時(shí)間后還會(huì)有紅褐色物質(zhì)生成，這是因?yàn)榘咨臍溲趸瘉嗚F被溶解在溶液中的氧氣氧化成了紅褐色的氫氧化鐵。筆者按照教材的方法進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，振蕩試管后，只能在液面上的試管內(nèi)壁看到少量的紅褐色固體，溶液中的沉淀由灰綠色變?yōu)槟G色，短時(shí)間內(nèi)很難觀(guān)察到紅褐色沉淀。這些現(xiàn)象與教材中的描述存在一定差異，使學(xué)生對(duì)Fe（OH）2的真實(shí)顏色以及Fe（OH）2能否被氧氣氧化為紅褐色固體產(chǎn)生了質(zhì)疑。

教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生提出疑問(wèn)，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生感受到探究的樂(lè)趣，這既能鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ帜荛_(kāi)拓學(xué)生的思維、提升創(chuàng)造力。

2? 氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的文獻(xiàn)簡(jiǎn)介

查閱了近幾年制備氫氧化亞鐵實(shí)驗(yàn)的文獻(xiàn)資料，梳理后發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)中涉及的改進(jìn)措施主要有：（1）采用煤油、植物油和苯等有機(jī)物進(jìn)行液封，防止氧氣進(jìn)入到溶液中；（2）加熱煮沸溶液趕走溶解在溶液中的氧氣；（3）利用長(zhǎng)膠頭滴管或注射器伸入液面以下實(shí)施化學(xué)反應(yīng)，避免生成的氫氧化亞鐵與氧氣接觸；（4）在硫酸亞鐵溶液中加入鐵粉，防止Fe2+被氧化；（5）改變反應(yīng)原理，利用碳酸氫鈉和硫酸亞鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化亞鐵，同時(shí)利用反應(yīng)產(chǎn)生的CO2趕走氧氣，制造無(wú)氧環(huán)境;（6）利用金屬鈉和水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，用生成的氫氣趕走裝置中的空氣，再加入硫酸亞鐵溶液發(fā)生反應(yīng);（7）采用融合多種思路進(jìn)行優(yōu)選的方式，以達(dá)到最佳的除氧效果，從而延長(zhǎng)白色沉淀的存在時(shí)間［3～5］。上述多數(shù)實(shí)驗(yàn)除去氧氣的過(guò)程比較復(fù)雜，有些改進(jìn)還存在一定的安全隱患，不利于課堂實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，且對(duì)如何短時(shí)間內(nèi)清晰呈現(xiàn)出“白色沉淀→灰綠色→紅褐色”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象研究不多。因此，很有必要再設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單有效的實(shí)驗(yàn)方法，使學(xué)生能清晰地看到氫氧化亞鐵的制備及其被氧化的全過(guò)程。

3? 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思路

在制備氫氧化亞鐵的實(shí)驗(yàn)中，主要看到的是灰綠色的沉淀，很難看到紅褐色沉淀。其原因是生成的氫氧化亞鐵吸附了溶液中的二價(jià)鐵離子，形成了灰綠色沉淀［6～8］。如果減少二價(jià)鐵離子的濃度及用量，增大氫氧化鈉溶液的濃度及用量，就會(huì)減少灰綠色沉淀的生成。由于溶液中溶解的氧氣較少，因此很難看到有紅褐色沉淀。當(dāng)振蕩試管后，在液面以上的試管內(nèi)壁看到有少量紅褐色固體產(chǎn)生，是由于試管內(nèi)壁的氫氧化亞鐵與空氣中的氧氣接觸所致。如果把生成的氫氧化亞鐵沉淀直接露置在空氣中，如置于濾紙上，氫氧化亞鐵就可以和氧氣充分接觸，可快速看到灰綠色沉淀轉(zhuǎn)化為紅褐色［9］。

核酸檢測(cè)采樣拭子有一定的吸水性，用拭子頭蘸取硫酸亞鐵溶液，在拭子頭的表面吸附了一定量的硫酸亞鐵。將蘸有硫酸亞鐵的拭子伸入到盛有氫氧化鈉溶液的試管中并不斷捻動(dòng)拭子棒，使拭子頭表面吸附的硫酸亞鐵甩入溶液中，進(jìn)入溶液的硫酸亞鐵與氫氧化鈉溶液充分接觸，在試管中生成Fe（OH）2白色沉淀，由于試管中的氫氧化鈉相對(duì)過(guò)量，因此在試管中可以較長(zhǎng)時(shí)間看到白色沉淀。拭子頭表面生成白色的Fe（OH）2，吸附殘留的二價(jià)鐵離子，在拭子頭表面形成灰綠色固體。當(dāng)溶液中看到有明顯的白色沉淀時(shí)，將拭子從溶液中取出露置在空氣中，拭子頭表面生成的固體和氧氣充分接觸，快速被氧化為氫氧化鐵，可迅速看到灰綠色固體轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色固體。

4? 實(shí)驗(yàn)部分

4.1? 實(shí)驗(yàn)用品

核酸檢測(cè)的一次性使用采樣器（拭子）、氫氧化鈉溶液（飽和）、硫酸亞鐵溶液（0.5mol·L-1）、小試管

4.2? 實(shí)驗(yàn)步聚

（1） 在兩支試管中分別加入硫酸亞鐵溶液和飽和氫氧化鈉溶液，使溶液略沒(méi)過(guò)拭子頭。

（2） 取一支核酸檢測(cè)采樣拭子，將其插入到硫酸亞鐵溶液中浸泡3～5秒后，伸入到氫氧化鈉溶液的底部，用手捻動(dòng)拭子棒，使拭子在溶液中快速轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3） 當(dāng)觀(guān)察到溶液中產(chǎn)生白色沉淀時(shí)，將拭子從溶液中取出，露置在空氣中，觀(guān)察試管中和拭子上固體顏色的變化。

4.3? 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

當(dāng)用手捻動(dòng)采樣棒時(shí)，溶液中產(chǎn)生白色沉淀，拭子頭表面有白色或灰綠色固體產(chǎn)生。將拭子從溶液中取出露置在空氣中，拭子頭上灰綠色固體逐漸變?yōu)槟G色，30秒左右，拭子的根部紅褐色逐漸增多，2分鐘左右整個(gè)拭子表面都變?yōu)榧t褐色。試管中產(chǎn)生的白色沉淀慢慢沉降在試管的底部，稍長(zhǎng)時(shí)間后才轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色。

4.4? 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1） 控制濃度。為了使生成白色沉淀的現(xiàn)象更加明顯，須用較濃的氫氧化鈉溶液和較稀的硫酸亞鐵溶液。

（2） 快速旋轉(zhuǎn)。為了在溶液中看到有明顯的白色沉淀生成，采樣拭子伸入溶液后，要用手快速捻動(dòng)采樣棒，使拭子在溶液中快速轉(zhuǎn)動(dòng)。拭子在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中把硫酸亞鐵甩入氫氧化鈉溶液中，使進(jìn)入溶液中的硫酸亞鐵與氫氧鈉溶液充分反應(yīng)，避免生成的氫氧化亞鐵吸附二價(jià)鐵離子。

（3） 迅速取出。當(dāng)溶液中產(chǎn)生明顯的白色固體后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)采樣桿，迅速將拭子從溶液中取出，否則溶液中會(huì)看到灰綠色的固體，影響對(duì)白色固體的觀(guān)察。

（4） 不宜用普通棉簽代替核酸檢測(cè)拭子。由于普通棉簽的吸水性較強(qiáng)，用普通棉簽蘸取硫酸亞鐵時(shí)，棉簽上吸附的硫酸亞鐵的量較多，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。

（5） 該實(shí)驗(yàn)對(duì)溶液濃度的要求比較低，用飽和的氫氧化鈉溶液和濃度小于1mol·L-1硫酸亞鐵溶液均可產(chǎn)生明顯的現(xiàn)象。通過(guò)筆者多次實(shí)驗(yàn)，硫酸亞鐵溶液為0.5mol·L-1時(shí)實(shí)驗(yàn)效果最好。

4.5? 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 操作簡(jiǎn)便，只需拭子蘸取溶液即可完成實(shí)驗(yàn)，適合開(kāi)展學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)。

（2） 速度快、效率高，2分鐘即可觀(guān)察到灰綠色全部變?yōu)榧t褐色。

（3） 分階段清楚地顯示了Fe（OH）2的制備過(guò)程及顏色的變化，使學(xué)生加深了對(duì)白色沉淀迅速轉(zhuǎn)化為灰綠色，最后變?yōu)榧t褐色固體知識(shí)的感知，符合化學(xué)教學(xué)實(shí)際需求。

（4） 實(shí)驗(yàn)的成功率幾乎為100%。

（5） 拭子頭表面的氫氧化亞鐵和被吸附的二價(jià)鐵離子與空氣的接觸面積較大，學(xué)生可以清晰地看到“白色→灰綠色→紅褐色”的完整現(xiàn)象，與教材中的描述完全一致。

（6） 用采樣拭子完成實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)變得更加生活化和趣味化。然后再用拭子把余下的部分沉淀從溶液中取出，觀(guān)察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)探究意識(shí)。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)氫氧化亞鐵的制備及被氧化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)是從教學(xué)中遇到的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，巧妙利用采樣拭子對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與改進(jìn)，

使實(shí)驗(yàn)變得既方便又實(shí)用，且效果良好，

為中學(xué)化學(xué)教師的教學(xué)提供新的參考。教師在教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期效果不一致時(shí)，要多加思考，堅(jiān)持不懈地繼續(xù)探究，或許會(huì)有意外的收獲。利用采樣拭子還可以開(kāi)發(fā)出更多簡(jiǎn)潔化、直觀(guān)化、可視性較強(qiáng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如借助采樣拭子還開(kāi)發(fā)了醋酸和鹽酸電離程度的比較、碳酸鈉溶液與稀鹽酸的反應(yīng)等系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和效果都非常好。這些實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化與改進(jìn)，從而為化學(xué)實(shí)驗(yàn)落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)提供簡(jiǎn)易實(shí)用的儀器裝備。

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