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        氫氧化亞鐵制備的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究

        2018-01-02 02:33:15
        數(shù)理化解題研究 2017年31期
        關(guān)鍵詞:絮狀亞鐵水合

        宋 玥

        (山東省青島第二中學(xué) 266000)

        氫氧化亞鐵制備的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究

        宋 玥

        (山東省青島第二中學(xué) 266000)

        采用液體混合法、電解法和固體混合法分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并擇優(yōu)對固體混合法進(jìn)行改進(jìn)探究,探索穩(wěn)定制取氫氧化亞鐵的方法.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),按4∶1的比例將七水合硫酸亞鐵晶體與氫氧化鈉固體加入蒸餾水中進(jìn)行反應(yīng),可制取純凈的氫氧化亞鐵.

        氫氧化亞鐵;制備;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        氫氧化亞鐵是一種常用的還原劑,但因其易被氧化,實(shí)驗(yàn)室中往往不能穩(wěn)定制取與保存.本研究根據(jù)化學(xué)教材提供的方法結(jié)合已有研究,進(jìn)行多種方法實(shí)驗(yàn)探究與對比分析,并對其中成功率較高的固體混合法進(jìn)行方法改進(jìn),通過多次重復(fù)試驗(yàn),探究氫氧化亞鐵制備的有效方案.

        一、實(shí)驗(yàn)方法

        采用液體混合法、電解法和固體混合法分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn),探究每種方法制備氫氧化亞鐵的優(yōu)缺點(diǎn),并擇優(yōu)進(jìn)行改進(jìn)探究,通過重復(fù)實(shí)驗(yàn)確定其可行性.

        二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

        1.液體混合法實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果

        按2∶1的比例分別配置好硫酸亞鐵和氫氧化鈉溶液.將硫酸亞鐵溶液加入試管并立即倒入少量煤油以隔離氧氣,用長滴管吸入氫氧化鈉溶液并伸入煤油層以下將之緩慢擠壓加入.經(jīng)多次實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)此法的氫氧化鈉分散不及時(shí),而且不能有效避免氧化問題,因而無法得到純凈的白色氫氧化亞鐵.

        2.電解法實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果

        首先向配置的氯化鈉溶液迅速倒入煤油,形成保護(hù)層.然后,將磨好的鐵釘和碳棒用導(dǎo)線一端與電源的正負(fù)極相連,另一端伸入氯化鈉溶液中,接通電源如圖1.負(fù)極的鐵釘失電子變成亞鐵離子,正極附近水得電子,生成氫氣和氫氧根離子.氫氧根離子和亞鐵離子結(jié)合,生成氫氧化亞鐵絮狀沉淀.需注意磨鐵釘時(shí)一定要磨干凈,切勿留有鐵銹,防止發(fā)生副反應(yīng).多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),若有鐵銹無法得到純凈的氫氧化亞鐵,從鐵釘末端一直電解出黃色物質(zhì).

        3.固體混合法實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果

        首先,打開細(xì)口瓶(滴瓶)迅速加入適量七水合硫酸亞鐵晶體和氫氧化鈉固體,立即迅速加入蒸餾水至溢出,蓋上瓶塞,靜置,直至觀察到出現(xiàn)白色粒狀沉淀.然后,在乳膠管中灌滿水,制成虹吸管,打開瓶塞后迅速插入并開始虹吸,直至綠色、黃色、紅色物質(zhì)全部被吸出,液體變無色,同時(shí),向瓶中持續(xù)加入蒸餾水至溢出,迅速蓋上瓶塞.需注意的事項(xiàng)有:

        (1)將兩種固體加入細(xì)口瓶之后立即倒入蒸餾水.

        (2)蒸餾水加至溢出以隔絕空氣.

        (3)靜置過程中不能打開瓶塞.

        本實(shí)驗(yàn)在第一次實(shí)驗(yàn)較為成功的基礎(chǔ)上,多次重復(fù)并進(jìn)行改進(jìn).由張婉佳等通過控制反應(yīng)體系的pH值與反應(yīng)溶液密度得到的啟發(fā),考慮加入不同比例的七水合硫酸亞鐵與氫氧化鈉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究.

        (1)第一次:以1∶1的比例加入兩種固體物質(zhì),最初觀察到無明顯反應(yīng)現(xiàn)象,經(jīng)振蕩后出現(xiàn)大量黃色絮狀物質(zhì),瓶底附著一些白色粒狀沉淀,如圖2(a),且在空氣中很快被氧化成綠色,分析認(rèn)為應(yīng)是氫氧化亞鐵.

        (2)第二次:按1.25∶1的比例加入七水合硫酸亞鐵和氫氧化鈉固體.如圖2(b)所示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了白色沉淀物,但混有綠色絮狀沉淀物,用濾紙過濾后得到綠色粉末狀物質(zhì),一天后變成了紅褐色,說明實(shí)驗(yàn)得到了氫氧化亞鐵,但純度不夠.

        (3)第三次:2∶1的比例加入硫酸亞鐵和氫氧化鈉固體,反應(yīng)生成了灰綠色絮狀物質(zhì),隨后變?yōu)樯罹G色,上層液體變?yōu)辄S色,如圖2(c).靜置一段時(shí)間后,瓶底產(chǎn)生了白色粒狀固體,判斷應(yīng)是氫氧化亞鐵,但不排除存在未反應(yīng)完全的氫氧化鈉固體.為排除這一問題,決定進(jìn)行第四次實(shí)驗(yàn).

        (4)第四次:實(shí)驗(yàn)有三個(gè)目的,一是通過重復(fù)實(shí)驗(yàn),觀察能否穩(wěn)定制取氫氧化亞鐵;二是證明白色粒狀固體不含有氫氧化鈉;三是探究硫酸亞鐵和氫氧化鈉固體混合的合適比例.

        實(shí)驗(yàn)按4∶1的比例加入硫酸亞鐵與氫氧化鈉固體.觀察到氫氧化鈉固體完全溶解后,瓶中產(chǎn)生大量綠色絮狀物質(zhì),均勻地分布在整瓶溶液中,其顏色更淺,分布更均勻.靜置一段時(shí)間,瓶底產(chǎn)生了較多的白色粒狀固體.通過虹吸除去綠色、黃色絮狀物質(zhì),使白色沉淀完全顯露出來,如圖2(d)所示.為了驗(yàn)證這些固體是氫氧化亞鐵,將其倒入濾紙,用玻璃棒蘸取少量固體靜置,發(fā)現(xiàn)玻璃棒上的白色固體表面迅速變?yōu)榫G色,如圖2(e).一天后,濾紙和玻璃棒上固體變紅褐色.觀察到這些固體成球形顆粒狀,用硬物敲擊發(fā)現(xiàn)其為空心.分析認(rèn)為,白色固體先變灰綠色,又變紅褐色,這一反應(yīng)特征說明其為氫氧化亞鐵.關(guān)于這些固體成薄層的球形的原因,推測是氫氧化亞鐵先在瓶中生成,并附著在瓶底未溶解的七水合硫酸亞鐵晶體上,后硫酸亞鐵逐漸溶解,球狀固體變?yōu)榭招?

        用同樣的方法再次重復(fù)實(shí)驗(yàn),得到了同樣的結(jié)果.至此,可以發(fā)現(xiàn),加入過量的硫酸亞鐵和相對少量的氫氧化鈉,有利于氫氧化鈉固體完全溶解并充分反應(yīng),采用該法可以成功制備純凈的呈白色球狀固體形狀的氫氧化亞鐵.

        三、結(jié)論

        1.采用改進(jìn)后的固體混合法可制備出氫氧化亞鐵,改進(jìn)的要點(diǎn)為:加入的七水合硫酸亞鐵固體量應(yīng)成倍大于氫氧化鈉固體量.

        2.實(shí)驗(yàn)室條件下,用改進(jìn)的固體混合法成功制備氫氧化亞鐵的步驟:(1)準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的儀器和藥品;(2)打開細(xì)口瓶瓶塞,迅速按4∶1的比例加入七水合氫氧化亞鐵晶體和氫氧化鈉固體;(3)快速倒入煮沸并冷卻的蒸餾水至溢出,迅速塞上瓶塞,靜置一段時(shí)間;(4)注意觀察,一段時(shí)間后瓶底未溶解的七水合硫酸亞鐵綠色固體上附著了一些白色固體,白色固體越來越多,最終形成了白色球形固體,即制得純凈的氫氧化亞鐵.

        [1]穆新巧. 制備氫氧化亞鐵實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2007,23(10): 17.

        [2]梁俊峰.氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)的再改進(jìn)[J]. 化學(xué)教育,2010,31(9):82.

        [3]張婉佳,董洪霞,黃監(jiān)民. 制備氫氧化亞鐵的理論探討及實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 化學(xué)世界, 2014, 55(8): 468-471.

        [4]朱先翠. 氫氧化亞鐵制備的實(shí)驗(yàn)改進(jìn) [J]. 科技信息, 2011(2): 114-114.

        G632

        A

        1008-0333(2017)31-0095-02

        2017-07-01

        宋玥(2000.11- ),女,青島人,山東省青島第二中學(xué),高中在讀.

        閆久毅]

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