Fe(OH)2是白色胶状沉淀,但是在制备Fe(OH)2。过程中会出现浅绿色或灰绿 色或墨绿色物质,这些物质究竟是什么?
《中学教师化学手册》指出:“Fe(OH)2为苍绿色六方晶体或白色无定型。” 《普通无机化学》指出:“该绿色物质是组成为 Fe (OH)2・2Fe (OH)3,或Fe3(OH)8,或 FeO・Fe2O・4H2O的混合型氢氧化物或混合型氧化物。” 北师大版《无机化学》指出:“Fe(OH)2易被空气中的氧气氧化,往往得不到白色的 4Fe(OH)3,而是变成绿色,最后成为棕红色的 Fe(OH)2,其过程为:4 Fe(OH)2 2H2O=4Fe(OH)3由白色到棕红色中间不存在绿色的过渡色,那么从白色的Fe(OH), 到棕红色的 4Fe(OH)3为什么会出现绿色的中间物质呢绿色物质是不是一定与 Fe3 有关?在 制备氢氧化亚铁过程中出现的色物质究竟是什么?
(1)实验过程
实验1:把白色的 Fe(OH)2胶状沉淀放置在表面皿上,观察 Fe(OH)2被氧化的过程Fe(OH)2沉淀周围逐渐出现少量棕红色斑点,而后表面出现较多棕红色,最 后全部变成棕色用玻璃棒轻轻拨开表层的棕褐色物质,里层仍为白色,整个过 程中没有绿色物质出现
实验2:将 Fe(OH)2白色沉淀沿管壁倒入另一支试管中(使沉淀附在管壁上),向试管中缓慢通人空气,可以观察到试管壁逐渐变红,最后整个管壁变成棕褐色,同样,整个过程中也没有绿色物质出现。
实验3: 在2支试管中都加入 FeSO4, 饱和溶液,向其中一支试管滴加少量 FeCl3溶液,然后均加热至沸腾,再向2支试管中加入等量10%的NaOH液,可以观察到 2支试管中生成的白色 Fe(OH)2沉淀无明显差异,且都 没有明显的绿色物质生成。
实验4: 在2支试管里分别加入2mL水和1mlL FeSO4, 饱和溶液,将一支试管 加热至沸腾,再分別向支试管里加入2ml.等量10%的NaOH溶液,未加热的那 支试管中生成的白色沉淀迅速变为浅绿色,而另支煮沸的试管中生成了较纯的白色Fe(OH)2沉淀
实验5:将 实验4 中生成的浅绿色沉淀微热(注意不可让溶液沸腾),可以 到浅绿色沉淀明显地逐渐变白。
实验6：在6支试管观察里都加人5ml 水,分别加入1滴、2滴、4滴、8滴、16滴、32滴的FeSO4, 饱和溶液以配成不同浓度的FeSO4溶液,然后再分别滴加相同浓度和体积(1~2 滴)的NaOH浓溶液,可以观察到6支试管内沉淀的颜色从墨绿色依次变白。即FeSO4溶液浓度越大,沉淀颜色越白。
实验7 ：在6支试管里都加入5mL水,分别加入1滴、2滴、4滴、8滴 16滴、32 滴 NaOH溶液以配成不同浓度的NaOH溶液,然后再分别滴加相同体积(1~2滴) 的FeSO4饱和溶液,现象同实验6。即 NaOH溶液浓度越大,沉淀颜色越白。
实验8 ：在前面实验所得的绿色物质中加人过量的NaOH饱和溶液,或加人少量固体NaOH,可观察到绿色沉淀逐渐变白。
实验9 ：将前面实验所得的白色 Fe(OH)2沉淀静置数天后,沉淀表面被氧化为棕褐色,但下层仍是白色沉淀(无绿色物质生成)。
(2)实验结论和解释
制备Fe(OH)2时生成的绿色沉淀是氢氧化亚铁水合物,而不是它部分氧化的产物,温度、浓度、溶液的碱性均可改变氢氧化亚铁的水合程度。
①将白色 Fe(OH)2沉淀露置在空气中(甚至通人O2)、颜色由白色变为棕红色的过程中,一直没有绿色物质出现(如实验1和实验2),说明这绿色物质并不是氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的必然的中间产物,也就是说该绿色物质不是氢氧化亚铁的部分氧化产物。
②实验3用混有Fe3 的FeSO4溶液制备的 Fe(OH)2沉淀,仍没有绿色出现, 进一步说明该绿色物质与Fe3 并没有直接联系,
③铁是位于元素周期表第I族元素,具有未填满的d轨道,同Co一样,容易结合水分子,形成水合物。Fe(OH)2与Fe(OH)3、Fe2(SO4)3、FeSO4,等物质一样,也容易结合水分子,形成水合氫氧化亚铁。 和Fe(OH)3不同的是,无水Fe(OH)3 和水合 Fe(OH)3都显棕红色,而Fe(OH)2与其水合物则显示出不同的颜色,就像无水 CuSO4 为白色而CuSO4・5H2O为蓝色,无水FeSO4,为白色 而FeSO4・7H2O为绿色,无水Fe2(SO4)3为白色而 Fe2(SO4)3・9H2O为棕红色一样,无水 Fe(OH)2为白色,水合Fe(OH)2为浅绿色。
④实验4说明,在较高的温度下,氢氧化亚铁不容易结合水分子形成氢氧化亚铁水合物,实验5说明,升高温度还可以使已经水合的氢氧化亚铁失去水分子生成无水的白色Fe(OH)2沉淀,也就是说水合氢氧化亚铁与其他许多结晶水合物一样,水分子结合得并不牢固,当温度升高时,绿色的 Fe(OH)2・nH2O中的水分子极易脱落成为无水的白色 Fe(OH)2沉淀,(注:不可使温度过高,因为Fe(OH)2极易分解,当温度较高时,即使是溶液中的Fe(OH)2也会分解产生黑色的 FeO,影响Fe(OH);沉淀的颜色)
⑤实验 6、实验7说明,如果用较稀的 FeSO4溶液或较稀的NaOH溶液制备 Fe(OH)2,溶液越稀,生成的氢氧化亚铁的量越少,水合的趋势越大,生成氢氧化亚 铁的颜色(绿色)就越深。虽然Fe(OH)既可以在碱性溶液中制备,也可以在弱酸 性溶液中制备,但是在酸性溶液中,由于氢氧化亚铁生成的量减少, 水合的趋势增 大,制得的氢氧化亚铁沉淀的色泽(绿色)便较深。如果在水合氢氧化亚铁的绿色沉 淀中加入NaOH 饱和溶液或固体NaOH,由于溶液碱性增强(OH-浓度大),温度升高(反应放热),沉淀的绿色就会变浅。
