亚铁盐与氢氧化钠溶液反应的实验改进

李周平 庞立霞

摘要： 制备氢氧化亚铁实验，用采样器的拭子头蘸取硫酸亚铁溶液，伸入到氢氧化钠溶液中并不断捻动拭子棒，当溶液中产生明显的白色沉淀时，把拭子头从溶液中拿出露置在空气中，拭子头上的白色固体迅速转化为灰绿色，2分钟左右整个拭子头的表面变为红褐色。改进后的实验具有操作简便、用时短、现象明显等优点，便于课堂实施。

关键词： 亚铁盐； 氢氧化钠； 实验改进； 采样拭子

文章编号： 1005-6629（2023）04-0071-03

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  问题提出

氢氧化亚铁的制备是《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》［1］要求的必做实验，并且课标对该实验的教学提出了活动建议。鲁科版、人教版和苏教版等各种版本的教材，都设计了氢氧化亚铁的制备实验。设计该实验旨在引导学生了解Fe（OH）2易被空气中O2氧化的事实，控制实验条件完成Fe（OH）2的制备，培养学生严谨求实的科学态度，激发创造性思维。由于氢氧化亚铁有强还原性难以稳定存在，传统的制备方法只能观察到灰绿色沉淀。人教版教材对该实验的设计为［2］：在试管中加入少量的FeSO4溶液，然后滴入NaOH溶液，观察并描述发生的现象。教材中对该实验现象的描述及解释为：生成的白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，过一段时间后还会有红褐色物质生成，这是因为白色的氢氧化亚铁被溶解在溶液中的氧气氧化成了红褐色的氢氧化铁。笔者按照教材的方法进行了多次实验，振荡试管后，只能在液面上的试管内壁看到少量的红褐色固体，溶液中的沉淀由灰绿色变为墨绿色，短时间内很难观察到红褐色沉淀。这些现象与教材中的描述存在一定差异，使学生对Fe（OH）2的真实颜色以及Fe（OH）2能否被氧气氧化为红褐色固体产生了质疑。

教师应引导学生提出疑问，并进一步设计改进的实验方案，让学生感受到探究的乐趣，这既能锻炼学生的实验能力，又能开拓学生的思维、提升创造力。

2  氢氧化亚铁制备实验改进的文献简介

查阅了近几年制备氢氧化亚铁实验的文献资料，梳理后发现，文献中涉及的改进措施主要有：（1）采用煤油、植物油和苯等有机物进行液封，防止氧气进入到溶液中；（2）加热煮沸溶液赶走溶解在溶液中的氧气；（3）利用长胶头滴管或注射器伸入液面以下实施化学反应，避免生成的氢氧化亚铁与氧气接触；（4）在硫酸亚铁溶液中加入铁粉，防止Fe2+被氧化；（5）改变反应原理，利用碳酸氢钠和硫酸亚铁反应产生氢氧化亚铁，同时利用反应产生的CO2赶走氧气，制造无氧环境;（6）利用金属钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，用生成的氢气赶走装置中的空气，再加入硫酸亚铁溶液发生反应;（7）采用融合多种思路进行优选的方式，以达到最佳的除氧效果，从而延长白色沉淀的存在时间［3～5］。上述多数实验除去氧气的过程比较复杂，有些改进还存在一定的安全隐患，不利于课堂实验和分组实验的开展，且对如何短时间内清晰呈现出“白色沉淀→灰绿色→红褐色”的实验现象研究不多。因此，很有必要再设计一种简单有效的实验方法，使学生能清晰地看到氢氧化亚铁的制备及其被氧化的全过程。

3  实验改进的思路

在制备氢氧化亚铁的实验中，主要看到的是灰绿色的沉淀，很难看到红褐色沉淀。其原因是生成的氢氧化亚铁吸附了溶液中的二价铁离子，形成了灰绿色沉淀［6～8］。如果减少二价铁离子的浓度及用量，增大氢氧化钠溶液的浓度及用量，就会减少灰绿色沉淀的生成。由于溶液中溶解的氧气较少，因此很难看到有红褐色沉淀。当振荡试管后，在液面以上的试管内壁看到有少量红褐色固体产生，是由于试管内壁的氢氧化亚铁与空气中的氧气接触所致。如果把生成的氢氧化亚铁沉淀直接露置在空气中，如置于滤纸上，氢氧化亚铁就可以和氧气充分接触，可快速看到灰绿色沉淀转化为红褐色［9］。

核酸检测采样拭子有一定的吸水性，用拭子头蘸取硫酸亚铁溶液，在拭子头的表面吸附了一定量的硫酸亚铁。将蘸有硫酸亚铁的拭子伸入到盛有氢氧化钠溶液的试管中并不断捻动拭子棒，使拭子头表面吸附的硫酸亚铁甩入溶液中，进入溶液的硫酸亚铁与氢氧化钠溶液充分接触，在试管中生成Fe（OH）2白色沉淀，由于试管中的氢氧化钠相对过量，因此在试管中可以较长时间看到白色沉淀。拭子头表面生成白色的Fe（OH）2，吸附残留的二价铁离子，在拭子头表面形成灰绿色固体。当溶液中看到有明显的白色沉淀时，将拭子从溶液中取出露置在空气中，拭子头表面生成的固体和氧气充分接触，快速被氧化为氢氧化铁，可迅速看到灰绿色固体转变为红褐色固体。

4  实验部分

4.1  实验用品

核酸检测的一次性使用采样器（拭子）、氢氧化钠溶液（饱和）、硫酸亚铁溶液（0.5mol·L-1）、小试管

4.2  实验步聚

（1） 在两支试管中分别加入硫酸亚铁溶液和饱和氢氧化钠溶液，使溶液略没过拭子头。

（2） 取一支核酸检测采样拭子，将其插入到硫酸亚铁溶液中浸泡3～5秒后，伸入到氢氧化钠溶液的底部，用手捻动拭子棒，使拭子在溶液中快速转动。

（3） 当观察到溶液中产生白色沉淀时，将拭子从溶液中取出，露置在空气中，观察试管中和拭子上固体颜色的变化。

4.3  实验现象

当用手捻动采样棒时，溶液中产生白色沉淀，拭子头表面有白色或灰绿色固体产生。将拭子从溶液中取出露置在空气中，拭子头上灰绿色固体逐渐变为墨绿色，30秒左右，拭子的根部红褐色逐渐增多，2分钟左右整个拭子表面都变为红褐色。试管中产生的白色沉淀慢慢沉降在試管的底部，稍长时间后才转变为红褐色。

4.4  实验注意事项

（1） 控制浓度。为了使生成白色沉淀的现象更加明显，须用较浓的氢氧化钠溶液和较稀的硫酸亚铁溶液。

（2） 快速旋转。为了在溶液中看到有明显的白色沉淀生成，采样拭子伸入溶液后，要用手快速捻动采样棒，使拭子在溶液中快速转动。拭子在转动的过程中把硫酸亚铁甩入氢氧化钠溶液中，使进入溶液中的硫酸亚铁与氢氧钠溶液充分反应，避免生成的氢氧化亚铁吸附二价铁离子。

（3） 迅速取出。当溶液中产生明显的白色固体后，停止转动采样杆，迅速将拭子从溶液中取出，否则溶液中会看到灰绿色的固体，影响对白色固体的观察。

（4） 不宜用普通棉签代替核酸检测拭子。由于普通棉签的吸水性较强，用普通棉签蘸取硫酸亚铁时，棉签上吸附的硫酸亚铁的量较多，会影响实验效果。

（5） 该实验对溶液浓度的要求比较低，用饱和的氢氧化钠溶液和浓度小于1mol·L-1硫酸亚铁溶液均可产生明显的现象。通过笔者多次实验，硫酸亚铁溶液为0.5mol·L-1时实验效果最好。

4.5  改进后实验的优点

（1） 操作简便，只需拭子蘸取溶液即可完成实验，适合开展学生的分组实验或演示实验。

（2） 速度快、效率高，2分钟即可观察到灰绿色全部变为红褐色。

（3） 分阶段清楚地显示了Fe（OH）2的制备过程及颜色的变化，使学生加深了对白色沉淀迅速转化为灰绿色，最后变为红褐色固体知识的感知，符合化学教学实际需求。

（4） 实验的成功率几乎为100%。

（5） 拭子头表面的氢氧化亚铁和被吸附的二价铁离子与空气的接触面积较大，学生可以清晰地看到“白色→灰绿色→红褐色”的完整现象，与教材中的描述完全一致。

（6） 用采样拭子完成实验，使实验变得更加生活化和趣味化。然后再用拭子把余下的部分沉淀从溶液中取出，观察和分析实验现象，进一步培养学生的创新思维和科学探究意识。

5  结语

本文对氢氧化亚铁的制备及被氧化实验的改进是从教学中遇到的实际问题出发，巧妙利用采样拭子对该实验进行重新设计与改进，

使实验变得既方便又实用，且效果良好，

为中学化学教师的教学提供新的参考。教师在教学中应引导学生关注实验的每一个细节，当实验现象与预期效果不一致时，要多加思考，坚持不懈地继续探究，或许会有意外的收获。利用采样拭子还可以开发出更多简洁化、直观化、可视性较强的化学实验，如借助采样拭子还开发了醋酸和盐酸电离程度的比较、碳酸钠溶液与稀盐酸的反应等系列實验，实验现象和效果都非常好。这些实验通过对教材实验的优化与改进，从而为化学实验落实立德树人的根本任务提供简易实用的仪器装备。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 16.

［2］王晶， 郑长龙主编. 普通高中教科书·化学·必修第一册［M］. 北京： 人民教育出版社， 2019： 67.

［3］陈彩凤， 陈迪妹， 胡加烽， 沈怡. 氢氧化亚铁制备实验的改进与创新［J］. 化学教学， 2016， （9）： 46～48.

［4］张婧， 赵萌， 李明雪. 氢氧化亚铁制备实验的改进［J］. 广州化工， 2018， （16）： 145～146， 160.

［5］李艳兰， 孙晓春， 付海兰. 氢氧化亚铁制备实验改进的文献综述［J］. 云南化工， 2022， （8）： 10～13.

［6］吴文中. 氢氧化亚铁变为灰绿色的理论探究——由一次意外的实验引起的思考与分析［J］. 化学教学， 2016， （9）： 60～63.

［7］张宏艳. 基于X射线衍射分析方法改进氢氧化亚铁制备实验［J］. 化学教学， 2021， （5）： 77～81.

［8］徐建飞， 张平， 杜淑贤. 制备氢氧化亚铁实验方案再探究［J］. 化学教学， 2015， （7）： 54～57.

［9］杨晓东. 氢氧化亚铁制备实验的再探究［J］. 化学教学， 2015， （2）： 56～58.