Fe(OH)2氢氧化亚铁

Fe(OH) 关于化学课上的氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的实验中,出现了不明物质的绿色沉淀。老师的解释是两种氢氧化物的混合物,作为代表2,我不得不说这太误人子弟了。

事实上关于绿色沉淀的化学式,是化学界尚未有定论的物质,一般认为是缓慢氧化的反应中间体。共有几种说法。即,Fe3(OH)8,Fe(OH)2.nFe(OH)3,Fe(OH)2.H2O与Fe(OH)2.H2O。 在网上搜索到的个人认为最好的结果当属《化学教育》2005年10期的一篇文章。兹全文转引如下。

用Fe2++2OH-反应生成白色Fe(OH)2 沉淀是高中化学的一个传统实验,也是一个难点实验。为此,教材和教学参考书从反应原理到实验方法都作了详细介绍,但从统计资料和实验结果反映出的情况来看,还有许多尚待研究和解决的理论问题和实际问题。 一、资料统计 表1 资料统计(书名) 页数 对Fe(OH)2性质的叙述 物理性质 化学性质 《化学词典》,顾翼东编,1989年版 637 白色无定形粉末或白色至淡绿色六方晶体 与空气接触已被氧化。将细粉喷射与空气中,则立即燃烧出火花 《大学普通话学》(下册)傅鹰著 637 白色沉淀 此沉淀易被氧化成微绿色Fe2(OH)8 《普通化学教程》(下册) 788 白色的 能强烈吸收O2,迅速变成棕色Fe(OH)3。这时成为氧化的中间产物为土绿色……其中含有两价和三价的铁 《半微量定性分析》BR阿列科谢夫著 259 白色沉淀 通常情况下由于部分氧化的结果沉淀为污绿色 《中学化学课程实验》(下册)金立藩等编著 40 絮状白色沉淀 在空气里很容易氧化,立即转变成淡黄色,在变成淡绿色,最后变成红褐色Fe(OH)3 《高中化学》(必修加选修)第二册,2004年6月版 90 白色絮状沉淀 迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。这是因为Fe(OH)2被空气氧化成了红褐色的Fe(OH)3 几乎所有的资料(见表1)都显示了2个基本结论:第一,Fe(OH)2是一种白色或浅绿色晶体;第二,那浅绿色的物质是部分Fe(OH)2被空气氧化的产物,其化学成分是Fe3(OH)8(或写成Fe(OH)22Fe(OH)3,或写成FeO2Fe2O34 nH2 O)。特别是那浅绿色物质是部分Fe(OH)2 被氧化的中间产物,几乎是化学界都承认的“真理”,这已是不争的事实。 二、实验探索 为了使实验具有定量和半定量的效果,以下各实验都以室温下饱和的FeSO4、NaOH溶液作为起始操作溶液去探索那特征绿色物质的化学组成。 [实验1]在7个试管里都装相同体积(5 mL~6 mL)的水,按表2所列操作顺序实验观察。 表2 试管序号 1 2 3 4 5 6 7 加水体积/mL 6 6 6 6 6 6 6 FeSO4(滴) 1 2 4 8 16 32 64 NaOH(滴) 1 1 1 1 1 1 1 沉淀的色泽 绿 浅绿 淡绿 白绿 白 白 白 沉淀颜色变化趋势 绿色变为浅绿后最后变为白色(绿→白) [实验2] 在7个试管里都装相同体积(5 mL~6 mL)的水,按表2所列操作顺序实验观察。 表3 试管序号 1 2 3 4 5 6 7 加水体积/mL 6 6 6 6 6 6 6 NaOH (滴) 1 2 4 8 16 32 64 FeSO4 (滴) 1 1 1 1 1 1 1 沉淀的色泽 绿 浅绿 淡绿 白绿 白 白 白 沉淀颜色变化趋势 绿色变为浅绿后最后变为白色(绿→白) [实验3]2个试管,一个装入NaOH溶液,另一个装入FeSO4 溶液,按图1所示将滴管尖端插入 试管里溶液底部,慢慢挤出FeSO4 (或NaOH)溶液,观察发生的现象。 (图1) 开始时生成的白色氢氧化亚铁沉淀都十分洁白,稍后略显灰绿色,特别是第一个试管在过量碱中生成的氢氧化亚铁,它的白色更加纯正、稳定,不易氧化变色。 [实验4]试管里注入1/2体积的硫酸亚铁溶液(显酸性),如图2所示:将氢氧化钠2~3滴加入硫酸亚铁溶液中,观察非常浓稠的絮状白色氢氧化亚铁沉淀,此时硫酸亚铁溶液过剩,溶液仍然呈酸性,表明Fe(OH)2 沉淀可以在pH

沉淀。 看来,反应溶液的温度明显影响着Fe(OH)2颜色。 [实验6]在实验5的白色浊液中,用滴管不断挤入空气(鼓空气泡),浊液会逐渐变成棕褐色,中间无明显绿色出现。 [实验7]按实验5的操作,在沸水中加入l滴~2滴饱和FeSO4溶液后,再加入1滴~2滴较稀的FeCl3溶液,在这含有少量的Fe3+的FeSO4溶液中滴人1滴~2滴NaOH溶液观察,生成的Fe(OH)2 沉淀中不见有浅绿色的迹象。 实验6、7表明,FeSO4溶液中的Fe3+和溶解在反应溶液中的空气(O2)不是使Fe(OH)2变成为绿色的原因。 [实验8]把刚刚生成的呈绿色Fe(OH)2 沉淀在酒精灯焰上小心加热(不宜煮沸!),可以观察到沉淀由浅绿一灰白一白色。尽管这白色不是那么纯正,但那由绿变白的趋势是非常醒目的。 三、对Fe(OH)2 制法、组成、性质的理性思考 所有上面的实验使我们对传统Fe(OH)2的制法、组成和某些性质产生了一些挑战性思考: 第一,Fe(OH)2无疑是一种白色的沉淀,如果说它是一种“淡绿色晶体”似乎还缺少依据。 第二,Fe(OH)2可以在碱性环境中生成,实验4表明Fe(OH)2也可以在弱酸性(溶液)条件下生成。 第三,在溶液中生成Fe(OH)2 的过程中总会有或多或少的浅绿色物质生成。这浅绿色物质是什么?是Fe(OH)2被空气氧化的中间产物Fe3(OH)8呈绿色?如果是,根据绘画调色的常识,由白调棕应当是白中加红和黑,中间不可能出现绿! 实验6、7告诉我们,Fe2+中溶解的O2和Fe2+ 中杂含的Fe3+ 都不会使生成的Fe(OH)2呈浅绿色。 第四,几乎所有的事实都告诉我们,那绿色物质不是Fe(OH)2 被空气氧化生成的什么中间产物Fe3(OH)8,而是Fe(OH)2的水合物呈绿色。 实验1、2表明,FeSO4和NaOH两者之一的浓度越大,Fe(OH)2的水合程度小,白色明显; 实验5表明,反应溶液温度越高,Fe(OH)2水合程度小,白色明显; 实验8表明,已经水合成绿色的Fe(OH)2n H2 O加热会失水,生成白色的Fe(OH)2 第五,理论和实践告诉我们,课堂演示制白色Fe(OH)2最好采用实验3,把FeSO4注人较浓的NaOH溶液中,或采用实验5的方法在加热的稀溶液中进行(注意!这里先将水煮沸的主要目的不是为了赶走溶解在水中的空气)。不过提醒实验者注意,尽管Fe(OH)2是白色,Fe(OH)2nH2 O又不稳定,实验又是在水溶液中进行的,所以要想绝对防止Fe(OH)2的水化,制成像BaSO4、AgCl、CaCO3那样的白色沉淀客观上是不现实的。因此,通常条件下采用实验3、5的方法制得的Fe(OH)2略显绿色是完全正常的;过分追求白色将是徒劳无益的。 真理的长河是永远流动不停的,现象和本质像一对孪生兄妹,也像形影相随的东西,任何一种新的事实、新的现象,它们都是有源之水,有本之木,我们有理由有责任有根有据地还原它们的本来面目一白色氢氧化亚铁所呈现的浅绿色不是Fe(OH)2被空气氧化所致,而是Fe(OH)2水化生成Fe(OH)2nH2 O的结果,当然是否确有其物(Fe(OH)2nH2 O),它的n值及其他物理化学常数又是多少,都有待进一步研究。 在60摄氏度加热时褪去的绿色是对水合物的最有力证明。然而在查阅资料时,发现结合水的数目应当为1而不为n(当然,这一点有待证实)

按照杂化轨道理论,Fe的最外层电子排布4s23d6,考虑成键时发生sp5杂化,则有6个杂化轨道。在被(OH)-以离子键形式夺走两个电子后,达到了半充满的理论稳定结构。 在有水参加反应后,又有了进一步的反应

此时Fe的最外层为sp5,有六个电子。六个电子在量子隧道效应下借用能量(由其后反应补偿)或吸收能量双双成对,留下了3个可以配位的空轨道。两个(OH)-首当其冲,分别给出一对孤电子对,形成两个配位键。剩下的一个理所当然还有接受电子对的能力,因此可以与水分子结合,形成三个配位键。因此,浅绿色物质实为Fe(OH)2·H2O。

当然,这个理论仍有它的不足之处,它的来源和实验依据不够充分。然而在目前情况下,它是最好的解释了。

Fe(OH) 关于化学课上的氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的实验中,出现了不明物质的绿色沉淀。老师的解释是两种氢氧化物的混合物,作为代表2,我不得不说这太误人子弟了。

事实上关于绿色沉淀的化学式,是化学界尚未有定论的物质,一般认为是缓慢氧化的反应中间体。共有几种说法。即,Fe3(OH)8,Fe(OH)2.nFe(OH)3,Fe(OH)2.H2O与Fe(OH)2.H2O。 在网上搜索到的个人认为最好的结果当属《化学教育》2005年10期的一篇文章。兹全文转引如下。

用Fe2++2OH-反应生成白色Fe(OH)2 沉淀是高中化学的一个传统实验,也是一个难点实验。为此,教材和教学参考书从反应原理到实验方法都作了详细介绍,但从统计资料和实验结果反映出的情况来看,还有许多尚待研究和解决的理论问题和实际问题。 一、资料统计 表1 资料统计(书名) 页数 对Fe(OH)2性质的叙述 物理性质 化学性质 《化学词典》,顾翼东编,1989年版 637 白色无定形粉末或白色至淡绿色六方晶体 与空气接触已被氧化。将细粉喷射与空气中,则立即燃烧出火花 《大学普通话学》(下册)傅鹰著 637 白色沉淀 此沉淀易被氧化成微绿色Fe2(OH)8 《普通化学教程》(下册) 788 白色的 能强烈吸收O2,迅速变成棕色Fe(OH)3。这时成为氧化的中间产物为土绿色……其中含有两价和三价的铁 《半微量定性分析》BR阿列科谢夫著 259 白色沉淀 通常情况下由于部分氧化的结果沉淀为污绿色 《中学化学课程实验》(下册)金立藩等编著 40 絮状白色沉淀 在空气里很容易氧化,立即转变成淡黄色,在变成淡绿色,最后变成红褐色Fe(OH)3 《高中化学》(必修加选修)第二册,2004年6月版 90 白色絮状沉淀 迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。这是因为Fe(OH)2被空气氧化成了红褐色的Fe(OH)3 几乎所有的资料(见表1)都显示了2个基本结论:第一,Fe(OH)2是一种白色或浅绿色晶体;第二,那浅绿色的物质是部分Fe(OH)2被空气氧化的产物,其化学成分是Fe3(OH)8(或写成Fe(OH)22Fe(OH)3,或写成FeO2Fe2O34 nH2 O)。特别是那浅绿色物质是部分Fe(OH)2 被氧化的中间产物,几乎是化学界都承认的“真理”,这已是不争的事实。 二、实验探索 为了使实验具有定量和半定量的效果,以下各实验都以室温下饱和的FeSO4、NaOH溶液作为起始操作溶液去探索那特征绿色物质的化学组成。 [实验1]在7个试管里都装相同体积(5 mL~6 mL)的水,按表2所列操作顺序实验观察。 表2 试管序号 1 2 3 4 5 6 7 加水体积/mL 6 6 6 6 6 6 6 FeSO4(滴) 1 2 4 8 16 32 64 NaOH(滴) 1 1 1 1 1 1 1 沉淀的色泽 绿 浅绿 淡绿 白绿 白 白 白 沉淀颜色变化趋势 绿色变为浅绿后最后变为白色(绿→白) [实验2] 在7个试管里都装相同体积(5 mL~6 mL)的水,按表2所列操作顺序实验观察。 表3 试管序号 1 2 3 4 5 6 7 加水体积/mL 6 6 6 6 6 6 6 NaOH (滴) 1 2 4 8 16 32 64 FeSO4 (滴) 1 1 1 1 1 1 1 沉淀的色泽 绿 浅绿 淡绿 白绿 白 白 白 沉淀颜色变化趋势 绿色变为浅绿后最后变为白色(绿→白) [实验3]2个试管,一个装入NaOH溶液,另一个装入FeSO4 溶液,按图1所示将滴管尖端插入 试管里溶液底部,慢慢挤出FeSO4 (或NaOH)溶液,观察发生的现象。 (图1) 开始时生成的白色氢氧化亚铁沉淀都十分洁白,稍后略显灰绿色,特别是第一个试管在过量碱中生成的氢氧化亚铁,它的白色更加纯正、稳定,不易氧化变色。 [实验4]试管里注入1/2体积的硫酸亚铁溶液(显酸性),如图2所示:将氢氧化钠2~3滴加入硫酸亚铁溶液中,观察非常浓稠的絮状白色氢氧化亚铁沉淀,此时硫酸亚铁溶液过剩,溶液仍然呈酸性,表明Fe(OH)2 沉淀可以在pH

沉淀。 看来,反应溶液的温度明显影响着Fe(OH)2颜色。 [实验6]在实验5的白色浊液中,用滴管不断挤入空气(鼓空气泡),浊液会逐渐变成棕褐色,中间无明显绿色出现。 [实验7]按实验5的操作,在沸水中加入l滴~2滴饱和FeSO4溶液后,再加入1滴~2滴较稀的FeCl3溶液,在这含有少量的Fe3+的FeSO4溶液中滴人1滴~2滴NaOH溶液观察,生成的Fe(OH)2 沉淀中不见有浅绿色的迹象。 实验6、7表明,FeSO4溶液中的Fe3+和溶解在反应溶液中的空气(O2)不是使Fe(OH)2变成为绿色的原因。 [实验8]把刚刚生成的呈绿色Fe(OH)2 沉淀在酒精灯焰上小心加热(不宜煮沸!),可以观察到沉淀由浅绿一灰白一白色。尽管这白色不是那么纯正,但那由绿变白的趋势是非常醒目的。 三、对Fe(OH)2 制法、组成、性质的理性思考 所有上面的实验使我们对传统Fe(OH)2的制法、组成和某些性质产生了一些挑战性思考: 第一,Fe(OH)2无疑是一种白色的沉淀,如果说它是一种“淡绿色晶体”似乎还缺少依据。 第二,Fe(OH)2可以在碱性环境中生成,实验4表明Fe(OH)2也可以在弱酸性(溶液)条件下生成。 第三,在溶液中生成Fe(OH)2 的过程中总会有或多或少的浅绿色物质生成。这浅绿色物质是什么?是Fe(OH)2被空气氧化的中间产物Fe3(OH)8呈绿色?如果是,根据绘画调色的常识,由白调棕应当是白中加红和黑,中间不可能出现绿! 实验6、7告诉我们,Fe2+中溶解的O2和Fe2+ 中杂含的Fe3+ 都不会使生成的Fe(OH)2呈浅绿色。 第四,几乎所有的事实都告诉我们,那绿色物质不是Fe(OH)2 被空气氧化生成的什么中间产物Fe3(OH)8,而是Fe(OH)2的水合物呈绿色。 实验1、2表明,FeSO4和NaOH两者之一的浓度越大,Fe(OH)2的水合程度小,白色明显; 实验5表明,反应溶液温度越高,Fe(OH)2水合程度小,白色明显; 实验8表明,已经水合成绿色的Fe(OH)2n H2 O加热会失水,生成白色的Fe(OH)2 第五,理论和实践告诉我们,课堂演示制白色Fe(OH)2最好采用实验3,把FeSO4注人较浓的NaOH溶液中,或采用实验5的方法在加热的稀溶液中进行(注意!这里先将水煮沸的主要目的不是为了赶走溶解在水中的空气)。不过提醒实验者注意,尽管Fe(OH)2是白色,Fe(OH)2nH2 O又不稳定,实验又是在水溶液中进行的,所以要想绝对防止Fe(OH)2的水化,制成像BaSO4、AgCl、CaCO3那样的白色沉淀客观上是不现实的。因此,通常条件下采用实验3、5的方法制得的Fe(OH)2略显绿色是完全正常的;过分追求白色将是徒劳无益的。 真理的长河是永远流动不停的,现象和本质像一对孪生兄妹,也像形影相随的东西,任何一种新的事实、新的现象,它们都是有源之水,有本之木,我们有理由有责任有根有据地还原它们的本来面目一白色氢氧化亚铁所呈现的浅绿色不是Fe(OH)2被空气氧化所致,而是Fe(OH)2水化生成Fe(OH)2nH2 O的结果,当然是否确有其物(Fe(OH)2nH2 O),它的n值及其他物理化学常数又是多少,都有待进一步研究。 在60摄氏度加热时褪去的绿色是对水合物的最有力证明。然而在查阅资料时,发现结合水的数目应当为1而不为n(当然,这一点有待证实)

按照杂化轨道理论,Fe的最外层电子排布4s23d6,考虑成键时发生sp5杂化,则有6个杂化轨道。在被(OH)-以离子键形式夺走两个电子后,达到了半充满的理论稳定结构。 在有水参加反应后,又有了进一步的反应

此时Fe的最外层为sp5,有六个电子。六个电子在量子隧道效应下借用能量(由其后反应补偿)或吸收能量双双成对,留下了3个可以配位的空轨道。两个(OH)-首当其冲,分别给出一对孤电子对,形成两个配位键。剩下的一个理所当然还有接受电子对的能力,因此可以与水分子结合,形成三个配位键。因此,浅绿色物质实为Fe(OH)2·H2O。

当然,这个理论仍有它的不足之处,它的来源和实验依据不够充分。然而在目前情况下,它是最好的解释了。


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