巧设装置利用二氧化碳排空气法制备氢氧化亚铁

山东省聊城市第一实验学校(252000) 杨志义

1 问题的提出

Fe(OH)2的制备是人教版高中化学必修第一册第3章第1节的重要内容，也是高中阶段重要的实验。此实验有利于学生理解Fe(OH)2和Fe(OH)3的相关化学性质，有利于学生从元素化合价的角度认识物质之间的转化。

Fe(OH)2制备的一般原理是：Fe粉和稀H2SO4反应生成FeSO4，FeSO4溶液再与NaOH溶液反应制备Fe(OH)2，即H2SO4+Fe=FeSO4+H2↑,FeSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe(OH)2↓。传统的演示实验中，学生观察到的往往是灰绿色沉淀，误认为Fe(OH)2是灰绿色。产生这种现象的主要原因：制备FeSO4溶液时放置时间过长，部分Fe2+被氧化成Fe3+，与NaOH溶液反应后生成Fe(OH)3；制备Fe(OH)2时，没有注意排除装置内的空气和溶液中的氧气，导致实验过程中Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3。一般的实验改进侧重于利用H2排出装置内的空气，但是从原理分析，H2并不适合利用向上排空气法排出装置内的空气。有些实验在试剂中加入Na2SO3溶液，利用其容易被氧气氧化的特点，除去溶液中的氧气，但是此知识已经超出了学生的认知范围。基于此，笔者结合相关文献和实践，设计了以下实验方案。

2 实验用品与实验设计

2.1 实验用品

实验器材主要有：小试管1个、带支管口的大试管2个、中间挖有小孔的塑料小试管1个、25 mL注射器4支、烧杯1个、导管1个、止水夹1个、橡胶塞和橡皮管若干。

实验药品主要有：铁粉、煮沸过的稀H2SO4溶液、煮沸过的NaOH溶液(浓度为5 mol/L)、Na2CO3溶液、紫色石蕊试液。

2.2 实验设计

本改进方案中实验装置分两部分，分别是FeSO4溶液制备装置(图1)和Fe(OH)2制备装置(图2)。如图1所示，过量的Fe粉和稀H2SO4反应后，溶液是浑浊的，因此需要过滤后得到清澈的FeSO4溶液，为了避免因FeSO4溶液放置时间过长而被氧化，笔者采用抽滤的方法，过滤后用注射器抽取，并将针尖插入到橡胶塞中隔绝空气进行保存。如图2所示，组装好实验仪器后，稀H2SO4先与Na2CO3溶液反应，产生的CO2将装置内的空气排出，为FeSO4溶液和NaOH溶液的反应提供了无氧环境，查阅文献得知Fe2+在碱性条件下更容易被氧化，因此笔者采用NaOH溶液滴加FeSO4溶液的方法，反应后便可以得到白色絮状沉淀Fe(OH)2。如图3所示，之所以选择CO2排空气法是因为CO2的密度比空气大，稀H2SO4与Na2CO3溶液反应，产生的CO2从小试管的小孔中溢出，CO2会先沉到大试管底部将空气排出试管。如果使用H2排空气法存在两点不足：

图1 抽滤法获取FeSO4溶液

图2 制备氢氧化亚铁的装置图

图3 CO2和H2排空气法原理示意图

①稀H2SO4和Fe粉反应速度适中，产生H2速率不足以短时间内将空气排净；②H2的密度相对于空气更小，产生的H2会直接通过支管口排出装置内，无法将装置内的空气排净。综上所述，笔者选用CO2排空气法创设无氧环境。

3 操作步骤

(1)准备适量药品和实验器材，按照图1和图2连接实验装置并进行装置气密性的检测。

(2)如图1所示，足量的铁粉和稀H2SO4反应后，当气泡不再产生时，按照图示装置进行抽滤，得到清澈的FeSO4溶液，并用注射器抽取后备用。

(3)如图2所示，先将稀硫酸溶液注射到Na2CO3溶液中，产生气体CO2，当紫色石蕊试液变红时，证明装置内的空气已经排净，再向大试管中注射FeSO4溶液，最后注射NaOH溶液，产生白色絮状沉淀。

4 注意事项

(1)小试管中小孔尽量设置在靠上的位置，但是要低于大试管支管口的位置，注射稀硫酸时，速率尽可能缓慢，防止稀硫酸和Na2CO3溶液反应过于猛烈，反应物沿着小孔冲出小试管。

(2)注射器的针头要小心放置，防止扎伤学生，造成安全事故。

5 总结

许多实验为了防止氧气的氧化设置了排空气的实验装置或步骤，从原理分析利用CO2排空气的方法要优于利用H2排空气的方法，此实验装置分为两个系统，排气系统和反应系统，可以制备较为纯净的物质。