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Fe(OH)2的制备是人教版普通高中课程标准化学必修1第三章第二节《几种重要的金属化合物》中的一个重要的实验。但由于Fe(OH)2极易被空气中的O2氧化,如果按照教材中所给出的实验方案进行实验,学生基本看不到白色絮状沉淀,而只能看到灰绿色沉淀,继而变为红褐色。这样的实验结果会令学生质疑Fe(OH)2的颜色。如果可以将教材中的实验方案做一些改进,在保证安全、绿色化学的前提下,将Fe(OH)2的制备实验改进成简单易行的学生实验,这样不仅能够让学生亲自动手操作,增加学生探究实验的学习兴趣,还可以体会Fe(OH)2制备过程中的注意事项及产生误差可能的原因,熟练掌握相关实验操作技能。本文介绍一些对教材中的实验进行改进的方案。
方案一:电解原理制取Fe(OH)2
实验装置:见图1。
实验操作:在16V的工作电压下,以铁为阳极,石墨为阴极,电解4mol/L的NaCl和1mol/L的NaOH的混合物(在混合物上方再放一层苯)。
实验优点:方法简便,现象明显。
方案二:氢气氛围中的复分解反应法
实验装置:见图2。
图1 图2
实验操作:①按图连接好实验装置并检查气密性;②在装置试管A中装入还原铁粉,分液漏斗中加入约1/3体积稀H2SO4,试管B中加入约1/3体积的NaOH溶液;③关闭活塞,打开活塞,然后打开分液漏斗旋塞,使稀H2SO4完全加入到试管A后,迅速关闭分液漏斗旋塞;④待反应约20s左右后在试管B的尖嘴导管处点火,若平稳燃烧则说明装置中的氧气已排完;⑤打开活塞并同时关闭活塞,使试管A中的液体通过导管流进试管B,此时便有大量的白色沉淀产生(封上尖嘴导管可使沉淀较长时间不变色)。
实验优点:①操作简便,可免去煮沸NaOH以降低溶解于其中O2的量;②生成的Fe(OH)2可长时间保持白色,不会对学生产生误导,而且现象十分明显;③符合科学性、安全性、可行性、简约性的实验设计原则。可用于学生实验,提高其积极思考、动手操作的能力,培养其创新意识,激发其发散思维。
方案三:隔绝空气的复分解反应法1
实验装置:见图3。
实验操作:①称取约2.0g纯FeSO4晶体,加适量蒸馏水溶解于烧杯中,同时滴入几滴稀硫酸,加入稍过量的还原Fe粉,静置使其充分反应;②取一个分液漏斗,加入适量(大约2/3)步骤①中制得的溶液,然后用石蜡液封;③用一次性针管吸取已经制备好的NaOH溶液,并迅速将针头插入到石蜡层下,挤出NaOH溶液,观察并记录实验现象;④打开分液漏斗的旋塞,将下层液体放出到小烧杯中,观察烧杯中的实验现象。
实验优点:①本实验能否取得成功的关键就在于配置不含Fe3+的FeSO4溶液和不含O2的NaOH溶液。因此,我们直接采用纯FeSO4晶体配置FeSO4溶液,并利用稀硫酸和Fe粉反应生成的H2赶走溶解在溶液中的O2,Fe粉稍过量可以抑制Fe2+被氧化。如何配置和保存不含O2的NaOH溶液也是本实验的关键问题,利用加热煮沸的方法可以除去溶解的O2,在Fe(OH)2制备实验开始前半个小时才制备NaOH溶液可以提高实验效果。②以往改进实验会采用胶头滴管吸取NaOH溶液插入到石蜡层下,以减少NaOH溶液与空气中O2的接触,但是胶头滴管的操作是错误的。本实验用一次性注射器代替胶头滴管,可以避免误导学生形成错误的实验操作概念,同时可以提高实验的成功率。③改进后的实验方案所采用的实验仪器简单易得,且操作简便,现象明显,成功率高,适合课堂演示及学生操作。
方案四:隔绝空气的复分解反应法2
实验装置:见图4。
图3 图4
实验操作:①煮沸蒸馏水50毫升备用。②取两粒金属钠送入20毫升针筒内,用此针筒吸入煮沸过的蒸馏水3毫升,使其充分反应,生成的氢气把空气排除,用胶帽封住出口处。③取2克FeSO4晶体于另一只50毫升针筒中,吸入煮沸过的蒸馏水3毫升,振荡使其溶解,安上针头,如图4:把针头插入下部注射器内,慢慢挤压活塞,使FeSO4溶液和NaOH溶液充分接触,观察现象,进行记录。
实验优点:①用煮沸的蒸馏水和Na制取NaOH溶液,溶液中溶解氧少。②此装置操作简便,现象明显。
方案一:电解原理制取Fe(OH)2
实验装置:见图1。
实验操作:在16V的工作电压下,以铁为阳极,石墨为阴极,电解4mol/L的NaCl和1mol/L的NaOH的混合物(在混合物上方再放一层苯)。
实验优点:方法简便,现象明显。
方案二:氢气氛围中的复分解反应法
实验装置:见图2。
图1 图2
实验操作:①按图连接好实验装置并检查气密性;②在装置试管A中装入还原铁粉,分液漏斗中加入约1/3体积稀H2SO4,试管B中加入约1/3体积的NaOH溶液;③关闭活塞,打开活塞,然后打开分液漏斗旋塞,使稀H2SO4完全加入到试管A后,迅速关闭分液漏斗旋塞;④待反应约20s左右后在试管B的尖嘴导管处点火,若平稳燃烧则说明装置中的氧气已排完;⑤打开活塞并同时关闭活塞,使试管A中的液体通过导管流进试管B,此时便有大量的白色沉淀产生(封上尖嘴导管可使沉淀较长时间不变色)。
实验优点:①操作简便,可免去煮沸NaOH以降低溶解于其中O2的量;②生成的Fe(OH)2可长时间保持白色,不会对学生产生误导,而且现象十分明显;③符合科学性、安全性、可行性、简约性的实验设计原则。可用于学生实验,提高其积极思考、动手操作的能力,培养其创新意识,激发其发散思维。
方案三:隔绝空气的复分解反应法1
实验装置:见图3。
实验操作:①称取约2.0g纯FeSO4晶体,加适量蒸馏水溶解于烧杯中,同时滴入几滴稀硫酸,加入稍过量的还原Fe粉,静置使其充分反应;②取一个分液漏斗,加入适量(大约2/3)步骤①中制得的溶液,然后用石蜡液封;③用一次性针管吸取已经制备好的NaOH溶液,并迅速将针头插入到石蜡层下,挤出NaOH溶液,观察并记录实验现象;④打开分液漏斗的旋塞,将下层液体放出到小烧杯中,观察烧杯中的实验现象。
实验优点:①本实验能否取得成功的关键就在于配置不含Fe3+的FeSO4溶液和不含O2的NaOH溶液。因此,我们直接采用纯FeSO4晶体配置FeSO4溶液,并利用稀硫酸和Fe粉反应生成的H2赶走溶解在溶液中的O2,Fe粉稍过量可以抑制Fe2+被氧化。如何配置和保存不含O2的NaOH溶液也是本实验的关键问题,利用加热煮沸的方法可以除去溶解的O2,在Fe(OH)2制备实验开始前半个小时才制备NaOH溶液可以提高实验效果。②以往改进实验会采用胶头滴管吸取NaOH溶液插入到石蜡层下,以减少NaOH溶液与空气中O2的接触,但是胶头滴管的操作是错误的。本实验用一次性注射器代替胶头滴管,可以避免误导学生形成错误的实验操作概念,同时可以提高实验的成功率。③改进后的实验方案所采用的实验仪器简单易得,且操作简便,现象明显,成功率高,适合课堂演示及学生操作。
方案四:隔绝空气的复分解反应法2
实验装置:见图4。
图3 图4
实验操作:①煮沸蒸馏水50毫升备用。②取两粒金属钠送入20毫升针筒内,用此针筒吸入煮沸过的蒸馏水3毫升,使其充分反应,生成的氢气把空气排除,用胶帽封住出口处。③取2克FeSO4晶体于另一只50毫升针筒中,吸入煮沸过的蒸馏水3毫升,振荡使其溶解,安上针头,如图4:把针头插入下部注射器内,慢慢挤压活塞,使FeSO4溶液和NaOH溶液充分接触,观察现象,进行记录。
实验优点:①用煮沸的蒸馏水和Na制取NaOH溶液,溶液中溶解氧少。②此装置操作简便,现象明显。