时间：2023-06-06 09:31:50
关键词：氢氧化亚铁；制备；沉淀颜色；实验改进
文章编号：1005C6629（2015）7C0054C04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 课题的由来
1.1 化学教材对氢氧化亚铁实验的描述
通过资料检索和文献调查发现，制取氢氧化亚铁实验是中学化学和大学无机化学教学中一个非常重要的演示实验。在现行经教育部审定使用的中学化学教材和大学无机化学教材上都有制备氢氧化亚铁的演示实验。
中学化学教材上的描述：在试管中加入5mL氢氧化钠溶液，然后把吸有硫酸亚铁溶液的长滴管插入试管中氢氧化钠溶液的液面下，再慢慢挤出长滴管中硫酸亚铁溶液。
观察到的实验现象是：先产生白色沉淀，后变灰绿色，最后变红褐色。
原因是：生成的氢氧化亚铁不稳定，易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁。所以，看到有灰绿色、红褐色等一系列的颜色变化。
在大学无机化学教材上对本实验的现象描述是：氢氧化钠与硫酸亚铁反应先生成白色沉淀，后很快变为灰绿色，最后变为红褐色。原因是生成的氢氧化亚铁不稳定，易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁。
1.2 做制取氢氧化亚铁演示实验结果与教材上描述不一致
按教材上的顺序做硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液反应制取氢氧化亚铁的实验时，通常只看到有大量浅绿色沉淀生成。在很长一段时间后看到试管中浅绿色悬浊液上方液面交界处有一圈红褐色。
2 课题的探究过程
2.1 对“白色沉淀、灰绿色沉淀、红褐色沉淀”组成的探究
查阅了很多资料后可知，对氢氧化亚铁是白色沉淀，氢氧化铁是红褐色沉淀没有歧义。但对灰绿色沉淀的组成有多种说法。
化学类学术期刊对浅绿色沉淀组成的描述主要有以下三种观点：
（1）张英锋老师发表在《化学教育》杂志上的“也谈灰绿色物质――绿锈的组成”一文中指出：“灰绿色物质是由氢氧化铁和氢氧化亚铁按一定比例组成的物质。[1]”
（2）李俊生老师发表在《化学教学》杂志上的“对灰绿色物质的组成及形成规律的再分析”一文中指出：“灰绿色物质是由氢氧化亚铁在大量硫酸根离子存在的情况下形成的Fe6（SO4）2（OH）4O2，这是一种氧基碱式复盐，是一种沉淀，也是一种配合物。[2]”
（3）李俊生老师发表在《中小学实验与装备》杂志上的“对一典型化学实验题的再分析”一文中又指出：“灰绿色物质是氢氧化亚铁的水合物。[3]”
第一种说法占主要地位，中学化学教材和大学无机化学教材中也认定“灰绿色沉淀是由氢氧化铁和氢氧化亚铁组成的混合物”（即氢氧化亚铁不稳定，易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁）。
2.2 对“灰绿色沉淀”组成的实验验证与探究
2.2.1 对“灰绿色是由氢氧化亚铁在大量硫酸根离子存在的情况下形成的一种氧基碱式复盐”的实验验证与探究
为了验证“灰绿色是由氢氧化亚铁在大量硫酸根离子存在的情况下形成的一种氧基碱式复盐”的结论，根据控制变量法的原理，设计了下列对照实验：取三支试管分别滴入5mL氢氧化钠溶液，再用滴管按教材上演示实验方法分别滴入硫酸亚铁溶液、氯化亚铁溶液和硝酸亚铁溶液。实验结果如下表1所示。
从上述对照实验现象可知，这种对灰绿色沉淀组成的解释是不正确的。因为后两组实验中没有硫酸根离子存在，但也是产生灰绿色沉淀，所以灰绿色沉淀不可能是“由氢氧化亚铁在大量硫酸根离子存在的情况下形成的一种氧基碱式复盐”。
2.2.2 对“灰绿色是由氢氧化铁和氢氧化亚铁组成的物质”的实验验证与探究
通过查阅资料发现[4]，对“灰绿色沉淀是由氢氧化铁和氢氧化亚铁组成的物质”的说法是中学化学教材、大学无机化学教材和化学类期刊中的主要观点。它们得出这个结论的主要依据是氢氧化亚铁很容易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁。所以显示的颜色是白色和红褐色的中间色――浅绿色、灰绿色等。
根据调色原理可知，白色和红褐色的调和色不可能是浅绿色、灰绿色，即灰绿色沉淀不可能是氢氧化亚铁和氢氧化铁的混合物。
所以，取一定量的灰绿色沉淀，先加入足量盐酸，看到灰绿色沉淀全部溶解，再加入硫氰化钾溶液，结果没有看到溶液变血红色，说明原来灰绿色沉淀中不含氢氧化铁。
由此得出，灰绿色沉淀不可能是由氢氧化亚铁被空气中氧气氧化后生成的氢氧化铁和氢氧化亚铁组成的混合物。即灰绿色沉淀与氢氧化铁无关。
2.2.3 对“灰绿色是氢氧化亚铁的水合物”的实验验证与探究
对“灰绿色是氢氧化亚铁的水合物”的结论，2012年，张旭F老师在“氢氧化亚铁制备实验的研究”一文中认为氢氧化亚铁低温下会增加结晶水，并使颜色变绿，经水浴加热后会由绿变白，是失结晶水之故（该文获全国化学实验改进方案一等奖）。
2014年，刘彩红老师在《化学教学》杂志上的“氢氧化亚铁制备实验的设计”一文中也提及到氢氧化亚铁沉淀加热后会由绿变白[5]。
张旭F老师和刘彩红老师的实验证明氢氧化亚铁沉淀在常温呈绿色，水浴加热后会变白色。他们对这个现象的解释是氢氧化亚铁低温下会增加结晶水，使颜色变绿，经水浴加热后会由绿变白，并有白色沉淀产生，其原因是失去了结晶水。
笔者认为她们的实验现象无误，但不能进一步证明她们的解释是否正确。因为氢氧化亚铁在水溶液中是否带有结晶水，没有经过定量分析和分子结构检测，无法证实或证伪。
2.3 对浅绿色的新猜想和实践探究
笔者的观点是：氢氧化亚铁是白色胶状沉淀，因吸附了溶液中浅绿色的亚铁离子，而使白色沉淀变成浅绿色。
如果笔者假设成立，教材上提供的制取氢氧化亚铁的步骤中把“氢氧化钠溶液加入硫酸亚铁溶液中”则不正确，应改为“把硫酸亚铁溶液加入氢氧化钠溶液中”。其原因有两点：（1）在氢氧化钠溶液加入硫酸亚铁溶液中，生成的氢氧化亚铁马上会吸附溶液中没有反应的大量亚铁离子，而使沉淀显浅绿色；（2）在氢氧化钠溶液中加入硫酸亚铁溶液反应生成氢氧化亚铁后，溶液中只有过量的氢氧根离子，不会有过量的亚铁离子存在，所以沉淀不会显绿色。
如果以上假设成立，那么所用的硫酸亚铁溶液的浓度应越小越好；氢氧化钠溶液浓度应越大越好。
笔者设计了下列三个实验方案以证明自己的假设。实验过程中观察到的实验现象如表2、表3所示：
上述实验现象证实笔者的设想，即在氢氧化钠溶液浓度一定的条件下，硫酸亚铁溶液的浓度越小，溶液中游离的亚铁离子越少，产生的氢氧化亚铁沉淀吸附亚铁离子的量越少，所以产生白色沉淀的现象越明显。
上述实验现象证实笔者的设想，即在硫酸亚铁溶液浓度一定（且取很小值）的条件下，氢氧化钠溶液的浓度越大，溶液中游离的亚铁离子越少，产生的氢氧化铁沉淀吸附亚铁离子的量越少，所以产生白色沉淀的现象越明显。
上述两组实验结果证明笔者的猜想是正确的。根据猜想，设计了第三组实验，即在硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液浓度不变的条件下，改变滴加硫酸亚铁的方式，实验操作和现象如下表4所示。
毛细滴管口径小，挤出的硫酸亚铁的量比普通滴管的量更少，不断移动位置是防止亚铁离子局部过量。由上表中实验现象进一步证明笔者的设想正确。
3 结果与讨论
3.1 产生浅绿色沉淀的原因
制取氢氧化亚铁实验时产生颜色不同的实验现象与氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液滴加顺序不同和所配溶液浓度不同有关，观察到浅绿色沉淀的原因是氢氧化亚铁沉淀具有吸附性，吸附了溶液中过量的呈浅绿色的亚铁离子造成的。
3.2 制备氢氧化亚铁的最佳方法
由上述猜想和定量实验验证，得出制备氢氧化亚铁的最佳方法是：
试剂：8 mol/L氢氧化钠溶液；0.1 mol/L硫酸亚铁溶液。
滴加顺序：在试管中加入5mL 8 mol/L氢氧化钠溶液，用毛细滴管吸取0.1 mol/L硫酸亚铁溶液，滴管尖端插入液面下，慢慢挤一点；移动位置后再挤一点……
现象：观察到有白色的氢氧化亚铁沉淀生成。
加入硫酸亚铁溶液量多后，白色沉淀慢慢变成浅绿色。
原因：硫酸亚铁量多后，氢氧化亚铁沉淀吸附了过量的亚铁离子而显示绿色。
3.3 温度对氢氧化铁制备实验的影响及原因分析
笔者做上述实验时用的都是常温下的试剂，整个实验过程都没有进行过加热，氢氧化钠溶液也是用实验室现有的蒸馏水配制（没有煮沸过），更没有采用液封等措施。
上述实验现象证明笔者的观点是正确的。氢氧化亚铁沉淀的颜色与是否带结晶水无关，而与吸附亚铁离子有关。
笔者也做了带浅绿色的氢氧化亚铁沉淀在水浴中加热的实验，得到的实验现象与张旭F老师的实验现象相似。
笔者对氢氧化亚铁沉淀水浴加热后由绿变白，并有片状白色沉淀下沉的原因分析是硫酸亚铁是由强酸弱碱组成的盐，由于盐的水解是吸热反应，加热后会促进亚铁离子水解，而使氢氧化亚铁沉淀表面吸附的亚铁离子转化为氢氧化亚铁沉淀，而使沉淀颜色由绿变白，同时由于沉淀量的增多，而产生有片状白色沉淀下沉的现象。
综上所述，建议教材上应把氢氧化钠与硫酸亚铁反应产生的现象和原因的分析改为：有白色沉淀或绿色沉淀生成，原因是氢氧化亚铁是白色沉淀，因吸附溶液中亚铁离子而显绿色。
参考文献：
[1]张英锋.也谈灰绿色物质――绿锈的组成[J].化学教育，2009，（1）：71～72.
[2]李俊生.对灰绿色物质的组成及形成规律的再分析[J].化学教学，2005，（9）：59～61.
[3]李俊生.对一典型化学实验题的再分析[J].中小学实验与装备，2009，（6）：55～56.
Abstract： Ferrate is one of the water treatment chemicals with characters of disinfection， oxidation， flocculation and adsorption which is widely used in water treatment and has broad application prospects. However， the high cost of preparation and poor stability restricted the large use of ferrate. This paper summarized the electrochemical preparation methods of ferrate， discussed the various influential factors on the synthesis efficiency of ferrate， proposed some of the recommendations during the preparation of ferrate and summarized the ferrate progress in the preparation.
关键词： 高铁酸盐；电化学法；水和废水处理
Key words： ferrate；electrochemical method；water and wastewater treatment
中图分类号：O646 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）22-0320-02
0 引言
高铁酸盐是一种氧化性非常强的氧化剂，在水处理、 有机合成和超铁电池等方面具有重要的潜在应用价值，以其独特的环境友好性受到人们越来越多的关注。在酸性条件下，高铁酸盐的氧化还原电位在所有的氧化剂中是最强的，能达到2.20V。同时在氧化过程中，高铁酸盐（VI）离子还原成具有混凝效果的新生态的Fe（III）。因此，高铁酸盐是一种集消毒、氧化、絮凝、吸附为一体的高效多功能环保型水处理药剂，具有广阔的应用前景[1-3]。
本文研究探讨了高铁酸盐（VI）的现场制备和在水处理中的应用。第一部分介绍高铁酸盐的性质和在水处理中的应用。第2部分讨论了高铁酸盐的电化学方法和影响因素，如电解液类型和浓度、阳极材料的种类，电流密度和电极配置连接等。最后对高铁酸盐的现场制备和使用进行总结。
1 高铁酸盐的性质和在水处理中的应用
自然界中，铁通常以氧化态存在，最常见的是Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）。但是可以通过一定的方式获得高价态的铁，如Fe（Ⅵ）。高铁酸盐是六价状态的铁盐，在固体状态下非常稳定。据报道，高铁酸盐目前已知的在水处理中氧化性最强的氧化剂之一。
高铁酸盐在酸性条件下和碱性条件下的氧化还原电位可以从以下方程中看出：
FeO42-+8H++3e-Fe3++4H2O，E0=+2.20V（1）
FeO42-+4H2O+3e-Fe（OH）3+5OH-，E0=+0.72V（2）
从上面2个式子可以看出，高铁酸盐具有强氧化性，能降解大部分无机物和有机物。Simon等在含有大量无机物如硫脲、硫代乙酰胺和硫化氢等的污水中，在投加比为2.5：1的条件下，高铁酸盐能将硫化氢完全转化为硫酸盐。甲草胺经过优化的氧化条件降解10min，可以完全的消除。苯酚、一氯苯酚和内分泌干扰物EDCs可以降解到很低的水平（10～100ng/L）。在室温条件下，一些有机物如甲醇、乙二醇、苯酚能被完全氧化成二氧化碳和水。
2 化学法制备高铁酸盐
化学法制备高铁酸盐主要分以下2种方法：①次氯酸盐氧化法；②熔融法。次氯酸盐氧化法又称湿法。该方法是以氯气和铁盐如硝酸铁和氧化铁为原料，在强碱性溶液中使生成的次氯酸盐氧化Fe（Ⅲ）盐获得Fe（Ⅵ）盐。湿法是目前较常用的实验室制备方法之一。这种方法的缺点是它需要反复的提纯过程以获得较高产量和纯度，这使得成本上较为昂贵。熔融法又称干法，熔融法制备高铁酸盐一般是通过过氧化物与含铁化合物或铁单质在苛性碱存在下发生高温熔融反应来制得。
3 电化学法制备高铁酸盐
电化学氧化法也叫电解法，是指以铁金属或惰性电极为阳极在浓碱溶液中氧化低价铁到Fe（VI）的工艺方法。电解法有2条工艺路线：一条是合成高铁酸盐的液态产品；另一条是直接电合成高铁酸盐的固态产品。前者液态产品如果进一步与其他合适的金属离子溶液发生复分解反应，沉淀出相应的固体高铁酸盐，则形成制备固态高铁酸盐的间接电合成法。
电解法制备高铁酸盐的原理是在强碱溶液（如KOH或NaOH溶液）中，通过电解过程在阳极上发生氧化反应， 使铁或铁离子氧化生成高铁酸盐，如图1所示。制备原理如下3个基本反应方程式为（3）—（6）：
阳极反应：Fe+8OH-FeO42-+4H2O+6e（3）
阴极反应：6H2O3H2+6OH--6e（4）
总反应：Fe+2OH-+2H2OFeO42-+3H2（5）
FeO42-+2K+K2FeO4（6）
3.1 电解法制备高铁酸盐的电化学过程 电化学制备高铁酸盐是Fe（0）转变成Fe（Ⅵ）的过程，其中涉及到了多种复杂的电化学反应。
Koninck等报道了电解法制备高铁酸盐主要分为以下3个步骤：①Fe（Ⅳ）和Fe（Ⅴ）等中间产物的形成；
②高铁酸盐的形成和阳极的钝化；
③钝化层的形成阻止了高铁酸盐的进一步合成。
Shao等报道了中间反应的过程实际上是钝化层形成的过程，如图2所示，在A点主要发生以下2个反应：
Fe（O）Fe（Ⅱ）+2e-（7）
Fe（Ⅱ）Fe（Ⅲ）+e-（8）
溶液中氢氧根离子在穿过钝化层时会受到一定的阻碍，因此电化学的进行可能发生在钝化层较薄的地方，如阳极表面的一些微孔，如图2所示。因此，在B点可能会发生如下反应：
Fe（Ⅲ）Fe（Ⅴ）+2e-（9）
Fe（Ⅴ）Fe（Ⅵ）+e-（10）
据报道，高铁酸盐的合成跟阳极的组成、电流密度和电解质的种类和浓度有极大的关系。
3.2 阳极的影响 电极一般可以从下面两个标准进行选择，第一：铁和碳的含量。第二：电极是否具有多孔性。这两方面是阳极的选择中最主要的。不管是纯铁或者铸铁，含铁量应当达到90%～100%，并且可以从下面组合进行选择：按不同的比例将铁，铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，碳钢，不锈钢等进行组合。为了取得最大的表面积，一般选取铁丝网、钢丝网、编织金属布。
3.2.1 阳极的组成 据研究，电化学制备高铁酸盐的浓度随着阳极碳含量的增加而增加。Bouzek等电解制备高铁酸盐以碳含量为3.16%的铸铁为阳极，电解温度为20℃，氢氧化钠浓度为14M，电解制备的浓度能到达65%。Denver等研究了碳含量对电流效率的影响，在碳含量为0.9%时，电流效率能达到70%；相同条件下，当碳含量为0.08%时，电流效率减少到12%。据报道，灰口铸铁是电化学中最为理想的阳极材料，在氢氧化钠浓度为14M，20℃下，电流密度为4.54mA/cm2，电流效率最高能达到68.5%。Lescuras等在自制反应器中，以硅含量较高的灰口铸铁为阳极，电流效率在20～40%之间时，高铁酸盐浓度能达到0.08M。
3.2.2 阳极孔隙度 Koninck和Belanger等研究了阳极孔隙率对高铁制备的影响。通过对铁粉和铁箔进行比较，发现阳极以铁粉的形式存在对钝化层的形成有一定的阻碍作用，可以增加高铁制备时的电流效率，以获得更高的浓度。Ding等进行了以多孔磁铁为阳极来制备高铁酸盐的研究，在阳极磁铁发生的反应如下：
Fe3O4+16OH-3FeO42-+8H2O+10e-
与铁阳极进行比较，发现制备1M的高铁酸盐电子需求量从6M降到了3.3M。Koninck等对电解条件进行了优化：在氢氧化钠浓度为16M，电流密度为3.3mAcm-2，电解槽温度为30℃，电解时间5h，电流效率达到52.3%。
3.2.3 阳极的钝化 阳极的钝化是电化学制备过程中的一个必然现象，随着电解的进行将在电极表面形成一层钝化膜，并阻止了电解过程的进行。在水处理中首先研究了阳极钝化的影响，并提出了以下几个可行的方式来减缓阳极的钝化，后来都经过了证实。①运用可逆的电极极性来减缓阳极钝化；②优化反应器设计来减缓阳极钝化；③添加氯离子来减缓阳极钝化。
3.3 电解液的选择 一般选择氢氧化钠溶液作为电解液。据报道，通过比较氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾，发现以氢氧化钠作为电解液是电解法制备高铁酸盐中最好的。
然而，He等报道了氢氧化钾作为电解液比氢氧化钠更好，在相同的条件下，以氢氧化钠作为电解液电流效率为55%，而氢氧化钾能达到73.2%，当电解温度超过50℃时，氢氧化钾作为电解液的优势更加明显，因为高铁酸盐在氢氧化钾溶液中更为稳定，从而可以获得更高的浓度。
3.4 电流密度 Bouzek和Macova等在不同温度下分别以纯铁和铸铁为阳极研究对高铁酸盐合成的影响。以纯铁为阳极，在30℃下，电流密度为20A/m2，浓度能达到60%。以铸铁为阳极，在20℃下，电流密度为80A/m2，最高浓度为55%。结果发现电解的温度将直接影响到电流效率。
He等研究了在不同NaOH浓度下，电流密度对合成高铁酸盐浓度的影响。在35℃下进行电解，阳极表面积为85.4cm2，电解液体积为170ml，结果发现在电解液浓度为16.32M时，高铁酸盐浓度能达到70%。
4 建议
通过综述电解法制备高铁，主要有下面几条建议：①在最优化的条件下，为了获得高产量的高铁，要使用经济的阳极材料，如铸铁、阳极棒等。②研究多种电解液的组合，如氢氧化钠、氢氧化钾、二者联用等，以获得高产量的高铁。③研究不同含碳量对高铁制备的影响。④通过比较磁铁、纯铁、铸铁等研究阳极空隙率的影响。⑤确定最佳的制备工艺。⑥在水处理中，开展应用高铁进行去除COD、BOD、SS、有机物、细菌等的研究。⑦为了获得最经济实用的生产方式，必须考虑电解质成本、电极成本和电力成本。
5 结论
综上所述，主要有以下结论：①电解法制备高铁比化学法更经济，操作简单、试剂相对便宜。②影响电化学法制备高铁主要有以下几个方面：阳极的组成、电解质的种类和浓度、电流密度、反应器的设计。③在水处理中，高铁是一种氧化性最强的氧化剂之一，具有良好的应用前景。④在制备过程中，研究最佳工艺和提纯的最经济方式，是研究高铁的主要方面。⑤通过现场制备高铁，并进行应用是完全可行的。
参考文献：
[1]Virender K.Sharma.Potassium ferrate（VI）：An environmentally friendly oxidant [J].Advances in Environmental Research，2002，6（2）：143-156.
所谓关系式法，就是把已知量和未知之间的中间量直接转化为已知量或未知量，抓住已知量和未知量中某一种元素的质量相等（即元素的原子个数相等）或者元素的质量比，列出关系式求解，从而计算步骤的方法。主要有以下几种：
一、求元素质量
例一、现有464克四氧化三铁，求其中铁的质量。
分析：因为在一个四氧化三铁的微粒中有3个铁原子，所以它们有Fe3O4――3Fe的关系，再根据质量比等于相对分子质量比就可以求出铁的质量。
解；设其中铁的质量为x，则：
Fe3O4――3Fe
232168
464克x
232∶168＝464 ∶x
求得x＝336克
答：在464克四氧化三铁中有336克铁。
例二、用含氧化铁80％的赤铁矿石2000吨可炼出含杂质3％的生铁多少吨？
分析：2000吨铁矿石中含氧化铁质量为2000吨×80％＝1600吨，假设有生铁x吨，则其中含铁是X（1－3％）吨，又因为一个氧化铁微粒中含有2个铁原子，所以可得关系式：Fe2O3――2Fe
解：设生铁的质量是X，则；
Fe2O4 ――2Fe
160112
1600吨x（1－3％）
160 ∶112＝1600 ∶x（1－3％）
求得x＝1143吨
答：用含氧化铁80％的赤铁矿石2000吨可炼出含杂质3％的生铁1143吨。
二、求元素的质量比
例一、已知SO4和SO3中，硫元素质量比是3∶1，求SO2和SO3中氧元素的质量比。
分析：从题可知，SO2和SO3中硫元素质量比是3∶1，说明SO2和SO3分子中硫原子个数比是3∶1，因此它们的关系式为：3SO2――SO3，则它们中氧元素的质量比就是3个SO2分子氧原子的相对原子质量和SO3分子氧原子的相对原子质量的比。
解：根据题意可得如下关系式：3SO2――SO3
则其中氧元素的质量比＝3×16×2∶16×3＝2∶1
三、求物质的质量比
例一、已知SO2和SO3中，硫元素质量比是5∶2，求SO2和SO3的质量比。
分析：根据硫元素的质量比是5∶2（即硫原子的个数比是5∶2），可得它们的关系式为：5SO2――SO3，根据物质的质量比等于物质的相对分子质量比就可以求出SO2和SO3的质量比了。
解：根据题意得：SO2和SO3的关系式是5SO2――2SO3
则SO2和SO3的质量比＝5（32＋16×2）∶2（32＋16×3）＝2∶1
答：SO2和SO3的质量比是2∶1
例二、在CO和CO2中，氧元素的质量相等，求CO和CO2的质量比。
解：根据题意得：CO和CO2的关系式是2CO――CO2 （它们含的氧原子个数相等），所以CO和CO2的质量比＝2（12＋16）∶（12＋16×2）＝14∶11
【关键词】运用 三重表征方式 设计 铁的重要化合物
【中图分类号】G65 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）11-0175-02
一、化学学习中“宏─微─符”三重表征的构建方式
化学是在原子、分子的水平上研究物质的组成、结构、性质与变化的规律。
物质的性质体现在其变化上，物质的组成、结构是理解性质的基础，化学符号又巧妙地从微观层次准确简明地表达宏观物质及其变化规律。由此就形成了“用变化的角度看自然，用微观的角度理解变化，并用符号描述变化”的化学学科的基本特征，即要求化学学习是宏观、微观、符号三水平的有机结合。
所谓表征是指信息在头脑中的呈现和记载的方式，即信息和对信息的加工。
化学既研究物质宏观上可以直接观察到的性质及其变化，如物质的颜色、状态、反应现象等；也研究物质微观上不能直接观察到的结构，运动、相互作用及基本概念和原理知识等；而作为研究和交流化学的工具，则是表示物质组成、结构和变化的符号。因此，在化学上就形成了对物质特有的三种表征形式：宏观表征、微观表征和符号表征。
二、运用“宏─微─符”三重表征的构建方式设计“铁的重要化合物”教学
（一）教材分析
本节课题“铁的重要化合物”，其内容包括铁的氧化物、铁的氢氧化物的制备和性质、铁盐与亚铁盐的相互转化，是常见金属铁的重要内容，也是中学化学中的基础知识部分。这些知识既是对前边的实验和理论知识补充感性认识的材料，又可以为化学必修2理论知识的学习打下重要的基础，也可以帮助学生逐步掌握学习化学的一些基本方法。
（二）教学目标
知识与技能：（1）了解FeO、Fe2O3、Fe3O4的性质和应用；（2）掌握Fe2+、Fe3+的检验方法及相互转化；（3）掌握Fe（OH）2、 Fe（OH）3的制备和性质；（4）通过学生实验，培养学生的观察能力、动手能力及综合分析能力。
过程与方法：（1）通过创设教学情境，提出铁的重要化合物的课题；（2）通过实验探究，学习研究问题的科学方法及过程，培养学生分析和解决问题的能力。
情感态度和价值观：（1）通过铁的重要化合物的学习，提高学生学习化学的兴趣；（2）鼓励学生积极提出问题，培养学生勇于创新的精神。
（三）教学重点、难点
重点：Fe（OH）3的性质；Fe3+、Fe2+的转化；难点：Fe3+、Fe2+的转化。
（四）教学构思
采用“宏─微─符”三重表征方式设计本节教学。即先创设情境从宏观现象着手引入课题，提出问题，然后进行猜想假设，以实验探究为手段，以学生活动为中心展开教学。在教学中适时地提出引发学生思考的问题，引导学生深入分析、思考现象产生背后的原因，并用实验进行验证，得出相关的结论；最后再从微观角度分析本质，用化学符号即表征符号阐述反应原理。
（五）教学过程
[问题引入]日常生活中大家见过的铁锈是什么颜色的？它是怎样生成的？属于哪一类型的物质？
[学生]红棕色的；常温下铁被空气中的氧气氧化形成的，是氧化物。
[师]氧化物是化合物，铁的化合物种类比较多，主要以+2、+3价的形式存在。本节课来学习铁的重要化合物。
[板书]铁的重要化合物
1.铁的氧化物
[情境展示]展示三种固体物质。
[提问]在实验台上分别放有三种固体物质，请大家仔细观察这三种固体物质的颜色和状态，你能得到什么信息？
[学生活动]观察、总结。
[宏观表征]一种是黑色粉末、一种是黑色固体，另一种是红棕色粉末。
[讲解]铁元素可以形成三种氧化物，分别是氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）。其中，红棕色的粉末是Fe2O3，就是大家熟悉的铁锈的主要成分，俗称铁红。常用作红色油漆和涂料；Fe3O4是大家在初中就学过的一种铁的氧化物，它是黑色晶体，具有磁性，故俗称磁性氧化铁；剩下一种黑色粉末是FeO ，它不稳定，在空气中易被氧化成Fe3O4。
[提示]大家知道：碱性氧化物可以与酸反应，生成盐和水。FeO 和Fe2O3 都是碱性氧化物。请大家书写它们与酸反应的离子方程式。
[学生活动]动手书写。
[符号表征] FeO+2H+=Fe2++H2O
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
[过度设疑]从铁元素的化合价+2、+3价猜想一下，铁的氢氧化物可能有几种？在实验室如何制备它们？
[板书]2.铁的氢氧化物
[学生猜想]有两种，分别是Fe（OH）2和 Fe（OH）3，可用Fe2+、 Fe3+的可溶性盐与NaOH溶液反应制的。
[投影]提供药品：FeSO4溶液、 FeCI3溶液和稀NaOH溶液；
实验仪器：小试管；
请同学们根据提供的仪器和药品，按照课本60页的实验3-9的步骤来制取铁的氢氧化物。仔细观察实验现象，看看是否能得到Fe（OH）2和 Fe（OH）3，它们会是什么颜色的？
[学生活动]分组完成实验3-9。
[强调]认真观察、记录现象。
[学生汇报]
[宏观表征]①在FeCI3溶液中滴加稀NaOH溶液，有红褐色沉淀生成；②而在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液时，先生成白色絮状沉淀，而后迅速变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀。
[设疑]为什么在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液时，生成的白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀呢？
[学生活动]思考、分析原因。
[宏观表征]在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液，生成的白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的沉淀与在FeCI3溶液中滴加稀NaOH溶液生成红褐色沉淀是一样的，说明最终都是生成了Fe（OH）3，从而说明Fe2+变成了Fe3+，化合价升高被氧化，氧化剂应该是空气中的氧气。
[教师评价]分析的很好。请大家写出这两反应的化学方程式。
[学生活动]动手书写
[符号表征] FeCI3 + 3NaOH = Fe（OH）3+3NaCI
FeSO4+ 2NaOH=Fe（OH）2+Na2SO4
4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
[讲解]Fe（OH）3受热时会发生分解生成Fe2O3粉末和水。
[过渡]Fe2+是铁元素的中间价态，既有氧化性又有还原性； Fe3+是铁元素的最高价态，只有氧化性。
[板书]3.铁盐和亚铁盐
（1）Fe3+的检验
[情境创设]展示FeCI3溶液和FeCI2溶液。
[设疑]观察这两种溶液的颜色有何不同？
[学生活动]观察、思考。
[宏观表征] FeCI2溶液呈浅绿色，FeCI3溶液呈棕黄色。
[设疑]如何鉴别这两种不同价态的盐溶液呢？请看课本61页的实验3-10，按照实验步骤完成。
[学生活动]分组实验，认真观察现象。
[宏观表征]在FeCI3溶液中滴入KSCN溶液时，溶液立即变成红色；而在FeCI2溶液中滴入KSCN溶液时，溶液颜色无变化。
[微观表征]说明Fe3+能与KSCN溶液反应，生成红色的溶液；而Fe2+与KSCN溶液不反应。
[结论]可以利用这一特征反应用KSCN溶液来检验Fe3+ 的存在。
[设疑]通过上述的实验探究，我们已经了解了Fe2+、Fe3+的主要性质及特征反应，若现有FeCI2和FeCI3溶液两瓶试剂，你能通过哪几种方法将它们区别出来？
[学生活动]思考、总结：观察颜色、与KSCN溶液反应及与NaOH溶液反应。
[教师评价]总结的很好、很全面。
[设疑]请仔细观察课本图3-19，会发现什么现象？这是为什么？
[学生活动]观察：在FeCI2溶液中滴入KSCN溶液后，液面上方有一薄层的红色。
[微观表征]这是因为FeCI2溶液中处于上层溶液里少量的Fe2+被空气氧化成了Fe3+，当遇到KSCN溶液时反应生成了红色的溶液的缘故。
[过度]可见，Fe2+很容易被空气中的氧气氧化成Fe3+。那么在实验室中Fe2+与Fe3+是如何相互转化呢？请大家设计实验方案来验证。
[板书]（2）Fe2+与Fe3+的相互转化
[学生讨论]分析转化原理。
[微观表征]Fe2+如果要转化成Fe3+，化合价升高被氧化，则需要加入氧化剂。常见的氧化剂有氧气、氯气、KMnO4溶液等；而Fe3+要转化成Fe2+，化合价降低被还原，则需要加入还原剂。常见的固体还原剂有Fe粉、铜粉。
[符号表征] 2Fe2++CI2 = 2Fe3++2CI-
2Fe3++Fe=3Fe2+
[设计实验方案]在盛有FeCI3溶液的试管中加入过量铁粉使之转化成FeCI2溶液；在FeCI2溶液中滴入氯水，使之转化成FeCI3溶液。
[宏观表征] 在盛有FeCI3溶液中加入过量铁粉，溶液逐渐由棕黄色变成浅绿色；在FeCI2溶液中滴入几滴氯水，溶液由浅绿色逐渐变成棕黄色。
结论：Fe3+遇到较强的还原剂时，会被还原成Fe2+；而Fe2+遇到较强的氧化剂时，会被氧化成Fe3+。Fe2+和Fe3+在一定条件下是可以相互转化的。
[师]请同学们按照设计的实验方案动手完成Fe2+与Fe3+的相互转化实验。
[实验探究]学生按照自己设计的方案进行实验。
[小结]由此，我们可以找到关于铁元素的Fe2+、Fe3+和单质Fe三者之间相互转化的关系，我们把这种关系叫做“铁三角”的关系。
[学生活动]动手画出Fe2+、Fe3+和单质Fe三者之间相互转化的关系图，并附加转化条件。
[教学总结]通过这节课的学习，我们认识了金属铁的三种常见氧化物、了解了铁的两种氢氧化物的制备和性质，还认识了Fe2+与Fe3+之间相互转化的关系；同时更为重要的是通过这节课使我们学会了以实验为基础的探究问题的科学方法及过程。
参考文献：
[1]普通高中课程标准实验教科书 化学1（必修）教师教学用书.人民教育出版社.2007，第3版.
1地下水除铁技术
1.1自然氧化法除铁自然氧化法除铁一般以空气中的氧作为氧化剂，含铁地下水与空气接触后，空气中的氧迅速溶于水中，并发生下列反应：4Fe2＋＋O2＋10H2O＝4Fe（OH）3＋8H＋地下水中二价铁的氧化速度比较缓慢，与空气接触后，需要一段反应时间。另外，从上式可以看出，水中的pH值对氧化除铁过程有很大影响，氧化除铁过程只有在水中的pH值不低于7的条件下才能顺利进行。故加强水的曝气过程，可以使水中CO2充分逸散，从而提高水的pH值，这是提高二价铁氧化速度的重要措施。自然氧化除铁在实际运行中发现了诸多问题，首先对pH值要求比较高，即使采用了加强曝气强度并及时逸散产生的CO2，该工艺所需要的停留时间还是保持在2～3h［12］，而且增加了投药量和电耗；其次三价铁絮凝体很小，容易穿透滤层，有时除铁效果达不到饮用水要求。三是水中溶解性硅酸与三价铁氢氧化物形成硅铁络合物。使氢氧化铁胶体凝聚困难，影响氢氧化铁的絮凝，难以从水中分离。地下水碱度较低时，溶解性硅酸对除铁效果影响尤为显著。
1.2接触催化氧化法除铁接触氧化除铁机理是催化氧化反应。起催化作用的是滤料表面的铁质活性滤膜，水中的Fe2＋在吸附的氧气的参与下被催化氧化成高价态物质并截留于滤层中并附着于滤料表面上，不断更新活性氧化膜，大大加快氧化速度，具有不投药、简单曝气、流程短、出水水质好等优点。接触氧化除铁时，滤层中铁质活性滤膜首先是以离子交换方式吸附水中的二价铁离子，当水中有溶解氧时，活性滤膜催化被吸附的二价铁离子迅速氧化并水解，并使催化剂本身再生，因此，铁质活性滤膜接触氧化除铁是一个自催化过程［13］，有下列反应方程式：多年工程实践表明［14］，接触氧化法中铁质活性滤膜对容易氧化的铁具有良好的去除效果。故在地下水中只含有铁不含锰时可优先采用此工艺。但由于我国大部分地下水铁锰同时存在，因此，同时去除铁锰仍存在一些问题。
1.3生物氧化除铁PierreMouchet［15］在低溶解氧（0～0．7mg／L）和低含铁量（0．75～1．1mg／L）的情况下发现生物在除铁过程中存在很大的作用，得出生物是铁去除的主要原因。CatherineVTremb－lay［16］也在低溶解氧含量下发现生物除铁作用的存在。虽有多名学者发现生物除铁作用的存在，但是在高铁含量情况下生物除铁作用效果还未有发现。原水含铁量、溶解氧含量、pH值、过滤周期的长短等这些参数对生物除铁的效果都有待继续研究。陈宇辉［2］采用两个内径188mm的有机玻璃滤柱、新石英砂滤料对比研究，一个滤柱每天用1％的HgCl2溶液浸泡滤层1～2h，另一个为对比柱，滤速为6m／h，进水溶解氧大于6mg／L，进水总铁的质量浓度大于15mg／L。实验中发现，运行不到十天，两个滤柱出水含铁量都已经完全达标，两者处理效果基本相同，说明高含铁量地下水中，生物作用对于铁的去除几乎没有影响。因此，该方法可于含铁量较低的地下水处理中。除铁工艺比较见表1。
2地下水除锰技术
2.1自然氧化法除锰自然氧化法除锰原理与自然氧化法除铁原理类似，但要求pH值大于9．5。仅靠曝气难以将地下水的pH值提高到此水平，需投加碱以提高pH值，使得工艺流程更加复杂，处理后的水pH值太高，需要酸化后才能正常使用，进一步增强了管理难度和运行费用，故这种方法不适合我国供水设施建设资金有限的现实国情。
2.2接触氧化除锰接触氧化除锰常采用曝气－反应沉淀－过滤处理工艺流程，在滤料表面形成的锰质滤料具有催化作用，水中的二价锰在锰质滤膜催化作用下，能迅速被溶解氧氧化从而得到去除，这种催化作用非常强，pH值在7．5左右就可以完成［17］。该工艺不投药，简单曝气，流程短出水水质良好稳定。铁和锰的化学性质很近，含锰的地下水中常常也含有铁。但铁的氧化还原电位比锰要低，对于高价态的锰，二价铁就成了还原剂，所以二价铁会大大阻碍二价锰的氧化。即只有在水中基本不存在二价铁的情况下，二价锰才能被氧化。所以，在地下水中铁、锰共存时，应该先除铁再除锰。有研究表明［18］，要获得比较好的除锰效果，二价铁的界限质量浓度大概为2mg／L。接触催化氧化法除锰在工程实践中发现了一些新的问题有待研究。一是地下水一般铁锰共存，为排除铁快速氧化对锰氧化的干扰，接触氧化法一般采用一级曝气、过滤除铁、二级曝气、过滤除锰的分级去除方法（见图1），工艺流程复杂且行费用偏高；二是锰难以氧化，在滤层中不能快速氧化为MnO2，而成为附着于滤料上的锰质活性滤膜，除锰能力形成周期很长，且由于经常性反冲洗等外界因素的干扰，有效的锰质活性滤膜很难形成并保持稳定，除锰效果很不稳定。
2.3生物氧化法除锰我国在90年代提出了新的除锰理论即生物法除铁除锰理论［19］（工艺流程图见图2），并取得了一些成果。在自然曝气氧化法除铁除锰滤池中，检测出了多种铁细菌的存在。铁细菌具有特殊的酶，能使水中的溶解氧加速氧化二价铁和二价锰。生物除锰理论认为，附着在黑砂表面的锰质活性滤膜是锰的化合物和铁细菌的共生体，且在胞外酶的诱导作用下，除锰滤池中微生物氧化原水中的锰获得能量，并繁殖附着在滤料表面，同步氧化生成的MnO2也沉积在滤料表面，两者形成一层锰质活性滤膜，就是接触氧化除锰工艺中出现的“黑膜”［20－22］。滤层成熟后，铁细菌利用水中的溶解氧将不断吸附在滤层上的Mn2＋氧化为MnO2•H2O并沉积在滤膜的表面，成为滤膜的一部分，使滤膜持续得到更新。试验表明［23］，将成熟的石英砂灭菌将会导致滤层的除锰能力急剧下降，且滤砂表层的黑膜亦逐渐脱落，这证实生物作用是锰去除的主要原因。近年来，生物除铁除锰工艺得到了广泛应用。国外对地表水中铁、锰的去除多采用2级生物过滤法，第1个滤池用于氧化除铁，第2个滤池用于去除剩余的铁和锰［26］；国内则以张杰院士为首创建了生物固锰除锰技术。生物除锰的工艺流程与接触氧化除锰工艺相同，曝气后直接过滤，流程简单，构筑物少，停留时间短。影响生物除锰滤池运行的因素很多，在培养初期，滤池反冲洗的强度不宜太大，一般宜为10～14L／（s•m2），生物除锰对pH值的要求较宽，6．0以上就有很好的除锰效果。除锰工艺比较见表2。目前，生物除锰存在许多无法解释的现象有待研究。例如，大家普遍认为，Fe2＋是铁细菌除锰的诱导因素，没有Fe2＋，铁细菌将无法降解水中的Mn2＋，对于运行成熟的生物除锰滤层，如长时间不通入含Fe2＋水，滤层就会逐渐丧失除锰能力并发生漏锰现象，只有再通入一段时间含Fe2＋水后滤层才能逐渐恢复其除锰能力。但在实际运行中发现，Fe2＋往往在滤层上部10cm的滤层中就几乎全部被氧化为Fe3＋，下层Fe2＋的含量非常少。这就说明大部分Mn2＋的去除是在几乎不含Fe2＋的滤层下部完成。这是生物除锰尚无法解释的现象。再例，在运行成熟的一级除铁除锰滤池中，除铁带和除锰带上下层分布，在滤层表面铁细菌的数量达到105数量级时，除锰能力才成熟，而检测除锰带却只有102～103数量级的铁细菌［2］，为什么除锰作用发生在铁细菌数量少的下层而不是上层？生物法的实际效果虽得到广泛的认可，但生物除锰的机理还处于较初级的实验研究阶段，铁细菌的筛选、驯化虽已获一定成功，但主要是依靠实验室筛选驯化菌种接种，这对于中型除铁除锰滤池，技术上可行，经济上不可行，因菌种培养费用巨大。故深入研究生物除铁除锰技术，培养高效实用的工程菌，探索出经济可行的生物过滤实现方法势在必行。另外，工程实践相对较少，缺乏一套规范化的运行调试方法，生物熟料的培养、反冲洗强度、时间等尚无确切的控制标准，离走向工程化还有一定距离。
3除铁除锰未来研究方向
对于生物法除锰，生物所需营养物质、pH值、温度及溶解氧都会影响铁锰的去除效果。微生物所需要的最基本的营养元素有碳、氮、磷、钙、镁等。钙具有调节pH值、降低细胞膜透性的作用，镁是一些酶的重要辅助因子，pH值、温度、溶解氧直接影响微生物和酶的活性，是微生物繁殖生长的关键指标。沈阳建筑大学的张吉库［29］研究影响锰砂滤层去除铁锰效果的温度、溶解氧两个因素，得出DO在一定范围内变化对生物除铁除锰效果影响不大，考虑经济因素，DO维持在3mg／L左右，采用跌水曝气就可以满足要求。低温会降低铁锰的去除效果，微生物最适宜的温度在20℃。这些各项参数的取值范围对铁锰效果的影响，将是今后的研究方向。生物法除铁除锰的核心是微生物，近几年的研究主要是针对微生物的分离、纯化和鉴定，或者驯化高效的工程菌种以提高除铁除锰的效率。李惠珍等人利用特性培养基在管道堵塞物和水库水样中分离筛选出了铁锰氧化鞘细菌，其具有高效除铁除锰能力。并通过实验得到了该菌种的生长适宜条件，纯化培养得到两种菌株，通过菌落描述对比。得出两种菌株各自属于球衣菌属和纤发菌属。赵焱［31］等人在除铁除锰水厂的曝气池内利用贫营养基分离筛选获得MSB－4，并证实是一种高效除铁除锰菌株。但这方面的研究还比较少。高效工程菌的培养将仍是今后的研究重点。生物除铁除锰的动力学研究还处于初级阶段，目前的模型主要分为两类：以浓度与生物反应为限制步骤的模型和以传质过程为限制步骤的模型。Katsoyianne［32］认为在一定的条件下，铁锰氧化符合一级反应动力学，薛罡［19］则认为除铁仍符合传统接触氧化一级反应动力学规律，对于除锰，则与传统接触氧化一级反应动力学规律截然不同。除锰符合酶促反应中高基质浓度区的零级反应动力学规律。Stembal［33］等认为滤膜表面氧化过程要比传质过程快，生物氧化过程主要受质量传递过程限制。并建立了易于传质限制的动力学模型。但该模型并没有给出关键的影响因素。因此，生物除铁除锰动力学模型的建立，还需要进一步探讨。
4结语
关键词：湿式氧化；硫化氢；脱硫
中图分类号：TQ125文献标识码： A
1、前言
工业原料气和工业废气中的H2S能引起设备腐蚀和催化剂中毒，导致生产成本增加和产品质量下降；如不经处理排放到大气中，会带来严重的环境问题，直接威胁人类的生存与发展。研究开发H2S的高效脱除技术已成为世界各国关注的热点[1]。
工业生产过程中产生的硫化氢主要在燃气制造、合成氨工业、煤气造气、污水处理厂、造纸厂等行业生产过程中。各燃气中硫化氢含量因工艺、原料不同有所差异，对设备和环境存在不同程度影响。为此，我国及其他一些国家对不同环境下的浓度进行了严格限制，要求在使用之前必须经过脱硫处理[2]。
多年来，国内外研究工作者对尾气脱硫问题进行了大量研究，目前见报的脱硫方法一般可分为干法和湿法脱硫，其中干法包括铁系、锌系、铜锰系脱硫剂、克劳斯法及活性炭法等，湿法包括碳酸钠吸收――加热再生、液相催化法、杂多化合物氧化法、醇胺吸收法及FRC法脱硫脱氰工艺，还有近几年发展起来的生物脱硫法[3]。
2、硫化氢脱除技术概括
2.1吸收法
吸收法包括物理吸收和化学吸收两种，物理吸收法一般是采用有机溶剂作吸收剂，目前应用的吸收剂有甲醇(勒克梯索尔法)、碳酸丙烯酯(福洛尔法)、N-甲基-2-砒咯烷酮(普里索尔法)、磷酸三丁酯(埃斯塔索尔凡法)等。化学吸收法是被吸收的气体吸收质与吸收剂中的一个或多个组分发生化学反应的吸收过程，适合处理低浓度大气量的废气[4]。
2.2吸附法
吸附法是利用某些多孔物质的吸附性能净化气体的方法，常用于处理含较低浓度H2S的气体。吸附设备一般采用固定床吸附器。目前常用的吸附剂有活性炭、分子筛[4]。
2.3分解法
目前，我国大中型炼油厂均采用传统的克劳斯(Claus)工艺方法处理含H2S的尾气，并回收硫磺。该方法只回收了硫化氢中的硫，其中所含的氢则在氧化过程中生成了水。目前有热分解法、电解法、光催化法和微波技术分解法[4]。
2.4微生物法
H2S废气的生物净化过程的实质是利用微生物的生活活动将H2S转化为简单无害的单质硫磺、SO2-及微生物的细胞质[4]。
2.5氧化法
氧化法一般是把H2S氧化为单质硫。在气相中进行氧化的过程叫做干法氧化，在液相中进行氧化的过程叫做湿法氧化[4]。
3、湿式氧化法脱除H2S研究现状
国内外吸收净化生物气中硫化氢气体的方法很多。传统方法是依其弱酸性和强还原性分为干法和湿法。湿式氧化法脱硫时，由碱性吸收液吸收硫化氢。生成氢硫化物、硫化物，在催化剂作用下，进一步氧化成硫磺。湿式氧化法脱除生物气中硫化氢可分为3种典型工艺(砷基工艺、钒基工艺、铁基工艺)和新兴工艺[5]。
3.1钒基工艺
主要有蒽醌二磺酸钠法、改良蒽醌二磺酸钠法、MSQ法、栲胶法(TV法)、茶酚法等[4]。
(1)、蒽醌二磺酸钠法。也称作strefford法，国内称为ADA法，该工艺是典型的钒基T艺，以钒作为脱硫的基本催化剂，并采用蒽醌二磺酸钠(ADA)作为还原钒的再生氧载体，洗液由碳酸盐作介质该溶液组成，该法净化效率高，但具有硫颗粒难回收，易堵塞，药品耗量大，气体刺激性大，造成二次污染[5]。
（2）、改良ADA法[6]：国内60年代初由四川化工厂等联合开发了以stretford工艺为基础的改良ADA法。在洗液中加入酒石酸钾或酒石酸钠阻止钒酸盐的生成；又加少量三氯化铁，乙二胺四乙酸及螯合剂起稳定溶液作用。郑州工学院研究ADA异构体中葸醌-2，7-二酸钠(ADA)脱硫效率比蒽醌-2，6-二酸钠(ADA)脱硫效率更好。
（3）、MSQ法。MSQ法采用的脱硫剂是由对苯二酚、硫酸锰和水杨酸按一定比例配制而成。溶液组成为：Na2CO30.175~0.2mol／L、NaVO31g／L、硫酸锰0.002～0.01g／L、水杨酸0.05~0.1g／L[7]。MSQ-2型脱硫剂是在MSQ基础上增加了2种整合剂L及L’。MSQ-3型脱硫剂在MSQ-2型的基础上增加了一种防腐剂[8]。
3.2砷基工艺
（1）、砷碱法(Thylox法)。该法是典型的砷基工艺，洗液由K2CO3或Na2CO3和As2O3组成，以砷酸盐或硫代砷酸盐为硫氧化剂。
（2）、改良砷碱法(G-V法)。该法是对砷基工艺的改进，洗液由钾或钠的砷酸盐组成。由于环保要求，目前该工艺装置使用甚少。
3.3铁基工艺
络合铁法脱硫技术是一种以铁为催化剂的湿式氧化脱除硫化物的方法，其特点是能直接将H2S转变成元素S，H2S的脱除率可达99％以上[9]。但络合铁法脱硫技术目前仍存在络合剂降解严重，脱硫液再生困难等缺点，是液相氧化法脱硫技术的一大研究热点[10]。
3.3.1基本原理
络合铁法脱硫的基本原理是，H2S在碱性溶液中被Fe3+的络合物Fe3+Ln氧化成单质硫，而本身被H2S还原成Fe2+Ln，然后用空气氧化再生，生成Fe3+Ln，循环使用[11]，其反应为：
总反应是：
虽然络合铁法的反应原理与上述其他方法相似，但由于配体的存在，不但增加了铁离子的溶解性，而且提高了铁离子的稳定性。
3.3.2各种络合铁法脱硫工艺
（1）、EDTA络合铁法脱硫工艺
罗立文、李发永[12]等对EDTA络合铁脱硫工艺进行了深入研究，采用无水葡萄糖或柠檬酸做稳定剂，用缓冲溶液调节EDTA络合铁溶液。研究结果表明，该方法既提高了对硫化氢的吸收效率，又减少了设备腐蚀；生成的硫磺颗粒较大，母液分离容易；再生反应时问短，耗能较少，逐渐形成了改良EDTA络合铁法脱硫工艺。但也存在硫泡沫形成能力较差、硫磺质量较低、EDTA易降解、耗量大、成本高等缺点。
（2）、磺基水杨酸络合铁法脱硫工艺
磺基水杨酸(FD)络合铁法是以磺基水杨酸为铁盐络合剂，以氨水做吸收剂的脱硫工艺。经过对比发现，FD络合铁法脱硫工艺的饱和硫容约是EDTA络合铁脱硫工艺的2倍，是改良ADA脱硫工艺的3倍，MSQ脱硫工艺的5倍[13]。
（3）、三乙醇胺络合铁法脱硫工艺
郑志胜等[14]开发了三乙醇胺(TEA)络合铁工艺，以TEA作为铁离子络合剂和脱硫吸收剂，以柠檬酸作为亚铁离子络合剂的二元络合体系，是一种改良的络合Fe3+／Fe2+氧化还原变价体系。工业试验表明，TEA络合铁工艺具有硫容高、脱硫效率好、副反应少、溶液稳定、腐蚀性少、成本低等特点，已成功应用于上海川沙化工厂半水煤气的脱硫工段。
3.3.3络合铁法的应用现状
Lo-CAT工艺是典型的铁基工艺，由美国空气资源公司在70年代开发。用乙二胺四乙酸(EDTA)与多聚糖复合成双组分络合剂，并加ARI-301催化剂[15]，是最典型的铁基丁艺，目前全世界有百余套装置运行，已开发了3种工艺模式：(1)常见Lo-CAT；(2)自循环Lo-CAT系统；(3)Aqua-cat系统。
4、发展趋势
在湿式氧化法的铁基工艺脱硫技术中，络合铁法的开发仍将是一个热点，在传统的湿式氧化法脱除生物气中硫化氢过程中形成了气-液-固悬浮液，结果产生了极细的硫颗粒，硫颗粒附着在溶液中小气泡上浮到液面，形成硫泡沫层，使得硫难以完全沉降与回收。因此，随着硫磺颗粒改性、 络合剂降解、催化剂再生速度慢、副反应控制等一系列问题的根本解决，湿式络合铁法将成为湿式氧化法脱硫技术中最具有工业应用前景的方法之一。
参考文献
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在一氧化碳还原氧化铁的实验教学中，由于我采用了开放式教学，学生思维活跃，提出许多质疑，在探究中他们发挥出了前所未有的潜能，取得了许多意想不到的收获。在此，我将其中几个问题的探究过程以及教学反思小结如下与大家交流。
1 生成的能被磁铁吸引的黑色固体不一定是“铁”
1.1 课堂上的尴尬
课堂上，用磁铁验证一氧化碳还原氧化铁的黑色产物是铁时，有同学向我提出：能被磁铁吸引的除铁外还有可能是四氧化三铁呀。为了让学生相信是铁，我又补做了两个实验，将反应生成的黑色固体分别与稀盐酸、硫酸铜溶液反应，然而实验结果出乎意料，并没有观察到黑色固体表面有大量的气泡（氢气）产生和红色物质（铜）析出。可见，反应生成的黑色产物真的可能不都是“铁”，意料之外实验现象让我非常尴尬。此时学生反应强烈，我只好推托说产生这一现象的原因很复杂，下一节课我们再做进一步的探究。
1.2 实验探究
我首先组织学生查阅了相关资料：一氧化碳与氧化铁在加热的条件下发生如下反应：3Fe2O3+CO=2Fe3O4＋CO2， Fe3O4＋CO=3FeO+CO2， FeO+CO=Fe+CO2， 总反应式为Fe2O3＋3CO=2Fe+3CO2。并利用实践活动课组织学生对一氧化碳与氧化铁反应产物进行了多次反复的实验探究，探究情况小结见下表。（氧化铁质量为0.5克）
1.3探究结论
以上探究不难看出：通入一氧化碳后，如果加热时间短，反应不充分，则黑色产物中有大量“四氧化三铁”；加热时间长，反应充分，则黑色产物主要为“铁”。反应产物如在空气中冷却会被重新氧化成FeO、Fe3O4、Fe2O3，温度高时重新氧化的最终产物为红色的Fe2O3。用“氢气”代替“一氧化碳”做上述实验，产生的实验现象和结论亦相同。
因此，我们做一氧化碳还原氧化铁实验时，通入一氧化碳后加热反应时间要长，反应要充分，反应后的产物要在隔绝空气的条件下冷却至室温。反应不充分或产物隔绝空气冷却的时间短，没有冷却至室温，最终得到的黑色固体可能主要为四氧化三铁。
1.4教学反思――教师应加强学习，勤于探究，提高驾驭课堂实验教学的能力
在化学实验课堂教学中出现象我这样的尴尬局面其实并不少见。首先是由于我们教师对实验教学缺乏科学探究的精神。受旧的教学理念的影响，我们教师对教材上的化学实验习惯于就事论事，不善于研究，更谈不上去探索、挖掘、创新。认为年年做老一套，甚至把实验准备工作全部交给实验员来完成，一旦遇到新问题，就有可能会招架不住。其次，教师自身的实验探究能力不强。在学生时代由于当时条件等方面因素的限制，很少有机会走进实验室进行一些实验探究活动，走上教学工作岗位后，又难得进实验室，其结果自己的实验技能差。甚至于对“CO还原Fe2O3”这样的实验望而却步，课堂上用黑板画图、投影、电脑动画来代替实验，把教学实验变成了纸上谈兵。再次，教师缺少实验探究的时间。受学校师资力量及升学等方面因素的影响，教师的教学任务繁重，每天作业本、练习册一大堆要批改，很难抽出一定的时间来开展教学实验的探究活动。
可见，我们教师必须加强学习，转变观念，提高自身的科学素养，平时挤出一定的时间走进实验室开展教学实验探究活动，努力提高自身科学探究的技能。积极做好实验课的课前准备工作，对教材上的实验作深入细致的研究，精心设计实验教学方案。同时，化学教师之间、兄弟学校化学教研组之间建立横向联系，经常沟通，对实验教学过程中可能出现的问题进行广泛交流，实现教学资源共享。只有这样才可能减少或避免课堂上的尴尬局面，驾驭课堂实验教学。
2 反应停止加热后，可以不继续通一氧化碳进行冷却
2.1学生的一个大胆的设想
一氧化碳还原氧化铁，反应停止加热后继续通一氧化碳直至生成的铁冷却到室温，其目的是防止生成的灼热的铁在撤离导管时与空气中的氧气接触而重新被氧化。当我在课堂上作上述分析时，有一位学生举手提出了这样的设想：一氧化碳还原氧化铁充分反应后停止加热时，我们可以用两个弹性较好的弹簧夹分别夹住反应玻璃管两端的橡皮管，阻止玻璃管两端空气进入，从而达到隔绝空气冷却的目的，这样也就无需用继续通一氧化碳方法来冷却了。
2.2 实验验证结果
学生提出的这个设想确实有一定的道理，为此，我组织学生对此开展了一系列的实验验证，实验结果表明学生的这种设想切实可行。用该方法完全可以起到隔绝空气冷却，防止生成的铁重新被氧化的目的。为了进一步减少实验时一氧化碳的用量，节省实验时间，他们还用直径为0.8cm左右，长约20cm玻璃导管代替粗大的玻璃反应管进行实验。
学生们还用氢气代替一氧化碳，氧化铜代替氧化铁进行实验。当对试管中的氧化铜通入氢气后加热至充分反应时，将通氢气的导管从试管中缓缓取出，立即用橡皮塞塞紧试管口，然后停止加热让试管进行自然冷却，冷却后反应生成的红色物质（铜）颜色无明显变化（生成的红色铜不再被氧化）。
可见，我们不能脱离具体的实验情境，把“一氧化碳还原氧化铁”、“氢气还原氧化铜”实验的步骤简单公式化为“通气、加热、停止加热、继续通气”。
2.3 教学反思――实验教学中，留给学生的时间和空间应多些，让学生在质疑和探究中发挥潜能，提升能力
为了确保课堂实验教学的顺利进行，防止节外生枝浪费教学时间，我们往往会一味地让学生的思维按照自己预先设计好的方向去展开，把学生的实验操作过程公式化、教条化，而且“轻过程、重结论”，留给学生时间和空间很少，忽视了学生能力的培养，扼杀了学生的创新思维和创新能力。因此，在实验教学中我们应多为学生创造些质疑提问的机会，多留给学生独立思考、独立发现和提出问题的空间，并积极创造条件让学生参与到问题分析和实验探究当中，当学生处于不断探索的情景中，他们会积极思考，开拓创新，发挥出前所未有的潜能。
3CO还原Fe2O3的条件可以是“加热”，工业炼铁的条件是“高温”
3.1一个被忽视的质疑
课堂上有学生向我发出这样的疑问：一氧化碳还原氧化铁是在酒精灯加热的条件下完成的，而为什么在写炼铁原理的化学反应方程式时反应条件要写成“高温”？在往年的教学中，也有学生质疑过这个问题，由于这个问题非教学重点，又涉及到“工业炼铁原理”，用一两句话很难说清，一直被我所忽视。作为拓宽学生的知识面，激发学生的学习兴趣，现在想来有必要向学生说清这个问题。
3.2问题探究的途径
于是我就布置他们利用课余时间到图书室、互联网上查询：“加热”、“高温”、“工业炼铁原理”等相关的知识，把查询的相关知识摘录下来（或打印出来），交给化学课代表，由课代表和班委在评比出最佳答案的基础上进行归纳小结，并在下一节化学课上对该问题做出解答。
3.3探究结果
学生们的探究热情出乎我的意料，他们收集了许多相关资料。课堂上课代表做出了如下小结：
“加热”，作为化学反应条件之一，一般来说，表示的温度泛指酒精灯火焰的温度，约在400~500℃。超过500℃以上的温度，在实验室需要用酒精喷灯或煤气灯来实现。酒精喷灯或调节正常的煤气灯温度可达700~1000℃。这就是通常所说的“高温”。一氧化碳与氧化铁反应用酒精灯加热至300℃以上就有Fe3O4生成，400℃以上就有铁生成，可见该反应在“加热”的条件下就能完成。然而，工业炼铁是以铁矿石为原料，铁矿石中的杂质脉石的主要成分是SiO2和Al2O3，它们熔点高（SiO2熔点为1713℃，Al2O3熔点为2025℃，二者的共熔温度为1545℃），在高炉条件下难以熔化，在高炉内加入主要成分为CaO（石灰）的熔剂降低其熔点后，炉渣一般也要在温度约1000℃以上开始形成。考虑到高炉炼铁反应速度、造渣过程等原因，整个炼铁过程是在“高温”下进行的。因此，炼铁原理的化学反应方程式反应条件应写“高温”，而不写“加热”。课代表的小结既简练又完整。赢得了大家的掌声。
3.4教学反思――让学生学会利用现代信息工具拓宽知识面，提升其探究问题的能力
课堂教学中或平时学生课外的质疑中的有些问题，可以让学生通过其他渠道获取信息来得到解决。学生自身努力获取的知识印象深刻，易掌握，在探究问题的过程中学生的能力也能得到培养和提高。例如：网络信息，它已成为当今世界的重要信息来源，我们在教会学生利用网络信息认识世界的过程中，还应让学生学会如何用它去探究学习中遇到的一些问题。如布置学生到互联网上查询有关信息解决学习上的问题时，要考虑互联网所提供的信息量多而杂，因此要求学生查询的内容要具体、明确，防止学生走马观花看花了眼，无从下手，浪费时间和精力。教师还可向学生提供自己的手机号码（电话号码）、电子信箱、网页网址等，使他们在获取信息解决问题的过程中及时地得到教师的支持和帮助。
参考文献：
[1]省略/klh/2/2033/text/zk33_157.htm
[2]省略/200406/ca433590..
[3]省略/homeworkhel...
关键词：电抛光溶液；第二化学计量点；磷酸；滴定；钙盐
中图分类号：G633.8 文献标识码： A
引言
电解抛光溶液中含有磷酸和硫酸的溶液,可对硫酸和磷酸的含量通过采用滴定法连续测定。磷酸属于三元弱酸, 用强碱中和时就必然会出现两个当量点,因此,运用两种匹配的指示剂于硫酸和磷酸的混合液中,可对两种酸的含量用氢氧化钠先后滴定出。当pH2.9～4.6, 甲基橙指示剂从红色变成黄色时,下列反应完成,
H3PO4+NaOH=NaH2PO4+H2O
H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
酚酞指示剂用氢氧化钠继续滴定变为红色时,pH8.3～10.1,下列反应完成，
NaH2PO4+NaOH=Na2HPO4+H2O
可以计算根据两次滴定对氢氧化钠的消耗量得出两种酸的含量。然而,经使用后钢铁电抛光溶液生成铁盐,在对硫磷二氢钠滴定的过程中,铁盐也被滴定,
FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2+Na2SO4
因此,对滴定铁盐有干扰,得到偏高的测定结果。当抛光溶液中积累到一定量的铁盐时,在滴定过程中,絮状绿色氢氧化亚铁沉淀在试液中大量的出现,对终点的观察严重影响。因此,对钢铁电抛光溶液中硫酸和磷酸的连续测定方法本文进行了重新制定,抛光溶液中用柠檬酸钠掩蔽铁离子,铁盐对测定结果的影响得到有效地消除。
一、分析方法
（一）、方法要点
以甲基橙作指示剂，硫酸和磷酸的总量用氢氧化钠滴定。然后，用亚铁氰化钾与亚铁离子等生成沉淀物，达到掩蔽金属离子目的，以酚酞作指示剂，用氢氧化钠滴定磷酸二氢根，得到磷酸的质量浓度。从硫酸和磷酸的总量中减去磷酸的量得到硫酸的质量浓度。
（二）、试剂
10%亚铁氰化钾溶液；甲基橙指示剂；酚酞指示剂；0．1mol/L氢氧化钠标准滴定溶液。
（三）、试验过程
在100mL容量瓶中取电抛光溶液2mL,对其加入离子水稀释至刻度,摇匀。于250mL锥形瓶中取容量瓶中10mL的稀释液, 加溴甲酚绿指示剂3~5滴,加去离子水50mL,第一化学计量点为用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至蓝色。于锥形瓶中加5%柠檬酸三钠10mL,摇匀,加3~5滴酚酞指示剂,第二化学计量点为继续用氢氧化钠标准溶液滴定至红色。加4%硝酸钙10mL,摇匀,红色消失,至红色继续用氢氧化钠标准溶液滴定为第三终点。
（四）、计算
ρ(H2SO4)(g/L)=49．04c(V1－V2)/V0
ρ(H3PO4)(g/L)=98．00cV2/V0
式中:49．04等于1/2硫酸的相对分子质量；98．00为磷酸的相对分子质量；c为氢氧化钠标准滴定溶液的浓度，mol/L；V1为滴定硫酸和磷酸总量时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；V2为滴定磷酸二氢根时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；V0为吸取试样的体积，本法中为0．2mL。
二、方法的改进
（一）、掩蔽剂的加入顺序
用氢氧化钠滴定以甲基橙为指示剂,磷酸和硫酸的含量时,不能为了掩蔽铁离子向试液中加入柠檬酸钠,不然的话将得到偏低的测定结果。钢铁电抛光溶液中的铁主要以亚铁盐而存在的形式,F2+在甲基橙指示剂变色时,不与Na（OH）2反应,因此,柠檬酸钠掩蔽剂也根本不需要加入。向试液中加入柠檬酸钠掩蔽铁, 在磷酸二氢根用氢氧化钠滴定时,铁盐对测定的影响能完全消除。
柠檬酸是三元弱酸,其电离常数K1=7.1×10-4,K2=1.68×10-5,K3=6.4×10-6。加入柠檬酸钠掩蔽铁离子在强酸溶液中时,多余的柠檬酸钠将与酸反应生成柠檬酸二氢根、柠檬酸和柠檬酸氢根。在滴定硫磷混酸总量时,如果加入柠檬酸钠到试液中,当滴定至甲基橙指示剂变色时,加入的柠檬酸钠将主要以柠檬酸二氢根和柠檬酸氢根的形式存在于试液中,不能完全释放出它们所占用的氢离子而使测定结果偏低,甚至是很严重的。
（二）、亚铁氰化钾沉淀法
亚铁氰化钾与重金属离子能生成稳定的沉淀物，以酚酞作指示剂用氢氧化钠滴定弱酸，可用亚铁氰化钾掩蔽锌离子和钴离子，亚铁氰化钾与亚铁离子生成亚铁氰化亚铁，沉淀物为蓝色且颜色较深，对酸碱滴定法有一定的影响，因此，在用氢氧化钠滴定弱酸时，一般不太适宜使用亚铁氰化钾掩蔽亚铁离子。但当亚铁离子浓度较低时，用亚铁氰化钾作掩蔽剂对滴定终点变色的影响不大，实验表明，钢铁电抛光溶液中七水合硫酸亚铁的质量浓度小于75g/L时，使用亚铁氰化钾掩蔽剂不影响对终点的判断。
吸取0．2mL50g/L七水合硫酸亚铁于250mL锥形瓶中，加50mL水，10mL10%亚铁氰化钾溶液，4滴酚酞指示剂，加0．04mL0．1mol/L的氢氧化钠标准滴定溶液，试液变为红色。试验表明，用亚铁氰化钾能够完全掩蔽亚铁离子，用亚铁氰化钾还能够掩蔽钢铁电抛光溶液中的三价铬离子、镍离子以及少量的三价铁离子等。
三、结果与讨论
（一）、柠檬酸三钠溶液的作用
加入柠檬酸三钠是为了掩蔽电抛光溶液中的铁离子,消除铁盐对测定结果的影响。
（二）、钙盐的选择
在第二化学计量点滴定到以后,溶液中的阴离子有铬酸根离子、滴定过程中加入的柠檬酸根离子、磷酸氢根离子、硫酸根离子以及氢氧根离子。与钙离子这些阴离子都能够反应生成沉淀,这就需要对磷酸氢根离子判定是否在钙离子反应之前而生成磷酸钙沉淀,并且钙离子在磷酸氢根完全反应后,才会与其它阴离子反应生成沉淀。
（三）、样品分析
准确配制电抛光溶液标样,其中Q(磷酸)为676g/L。用加柠檬酸三钠掩蔽剂的标准碱连续滴定法和本试验方法进行对比,结果见表1。
表1标样测定结果
结果由表1标样测定可见,比连续标准碱滴定法本试验方法的相对偏差远小于,测定的Q(H3PO4) 很接近其配制的电抛光溶液。
（四）、三氧化铬的影响
当钢铁电抛光溶液中含有三氧化铬时，三氧化铬对测定硫酸和磷酸都有影响，当甲基橙指示剂变色时，三氧化铬生成铬酸氢根，当酚酞指示剂变色时，铬酸氢根转变成铬酸根。由于三氧化铬的质量浓度比硫酸和磷酸低得多，忽略三氧化铬对测定硫酸和磷酸的干扰，对工作液的维护也没有明显的影响。目前，由于对使用Cr(Ⅵ)的限制，业内正趋向于使用不含三氧化铬的钢铁电抛光工艺。
结论
测定钢铁电抛光溶液中的硫酸和磷酸，不能使用柠檬酸三钠或EDTA掩蔽亚铁离子，而用亚铁氰化钾作掩蔽剂，则能够消除亚铁离子及其它重金属离子对测定的影响。本法操作简单，结果准确，优于其它分析方法。
参考文献
[1] 郭崇武．镀钴溶液中硼酸的快速分析［J］．电镀与精饰，2010，32(11):40-41．
[2] 武汉材料保护研究所主编.常用电镀溶液的分析[M].北京:机械工业出版社,1974.289.
关键词：Fe2+和Fe3+；性质与转化；实验；现象
文章编号：1008-0546（2012）12-0058-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.028
苏教版高中化学1（必修）专题3“从矿物到基础材料”是以从矿物资源获得的重要无机基础材料为主线，重点介绍基础无机材料中所包含的铝、铁、铜、硅等常见元素的单质的冶炼原理，单质及其化合物的性质和用途。其中第二单元《铁、铜的获取及应用》是在学生已经学习了钠、镁、铝三种活泼金属后，已具备了研究金属元素的学习经验，对较活泼金属的进一步学习。此内容是本章节的一个难点，也是与高考密切相关的重点内容，但高一学生所学知识有限，如一加深，学生接受不了，同时时间也不允许，在实际教学中很难兼顾。我们作了深入研究和教学设计。根据学生已有的基础，确定了本单元教学重点为高炉炼铁及金属冶炼原理、Fe2+和Fe3+之间的相互转化规律，并通过Fe2+和Fe3+之间的相互转化规律的探究，进一步认识氧化还原反应的本质。在Fe2+和Fe3+之间的相互转化规律的教学中，我们希望把实验的主动权交给学生，“如何引导学生从实验中发现新问题，设计新实验，解决新问题，并将探索引向深入？”是我们备课时重点考虑的问题。针对这一问题，我们在教学设计时作了一些尝试，在教学实践过程中取得了较满意的效果。本节课设计和教学过程如下。
课题：Fe2+和Fe3+的性质与转化
两名同学为一组，给每组同学桌面上提供的试剂：研磨硫酸亚铁片糖衣片粉末、NaOH溶液、稀酸性KMnO4溶液、H2O2溶液、溴水、碘水、KSCN溶液。
一、教学过程
1.导入新课
投影三段资料：
教师：围绕课题，从上述三段资料中你可以获取哪些信息，又有哪些疑惑？
学生答：信息：（1）人体血红蛋白所需为亚铁离子；
（2）硫酸亚铁固体颜色为淡蓝绿色；
（3）铁的化合物易发生氧化还原反应。
再在教师的引导下阅读资料3，提出疑惑：
过渡：要想解决这些疑惑，我们必须对不同价态铁元素的性质进行学习研究。
教师：下面我们就从常见补血药硫酸亚铁着手，请同学们先利用已有知识分析“FeSO4可以发生哪些类型的化学反应？”
学生答：（1）可以发生复分解反应（与NaOH溶液）；
（2）可以发生氧化还原反应，可被还原到零价，也可被氧化到+3价。
板书：1.Fe2+性质预测
■
2.实验探究
要求学生按照下列说明进行实验：
实验结果分析：
【问题1】Fe（OH）2沉淀是白色的，有谁得到了白色沉淀？若不是白色沉淀，你得到的沉淀是什么颜色？
投影：氢氧化亚铁白色沉淀图片，将所得沉淀与图片进行比较。
学生回答并展示实验结果：没有得到白色沉淀，得到的是灰绿色沉淀。
视频：氢氧化亚铁的制备。
教师：+2价铁的化合物极易被氧化，空气中的氧气就可将其氧化到+3价，所以硫酸亚铁片外面要包裹一层糖衣，不仅为了改善口感，还起到隔绝空气，保护硫酸亚铁的作用。我们的第一个疑惑就顺利的解决了。
设计意图：按照实验1的操作学生肯定得不到白色沉淀，教师有意设计这一实验，就是为了引出学生的疑惑，生成问题，推进课堂。
【问题2】你选择的氧化剂是什么？产生了怎样的现象？
学生1回答并展示实验结果：选择的氧化剂是酸性高锰酸钾，现象是高锰酸钾褪色，得到的溶液显黄色。
学生2回答并展示实验结果：选择的氧化剂是双氧水，溶液颜色加深。
学生3回答并展示实验结果：选择的氧化剂是溴水，也是溶液颜色加深。
学生4回答并展示实验结果：选择的氧化剂是少量的碘水，溶液颜色变黄。
【问题3】有没有人觉得第四位同学的结果存在可争议之处？
学生答：碘水本身就是黄色的，加入碘水变黄不一定是Fe2+被氧化了，也可能是碘水的颜色。
【问题4】如何进一步检验反应生成的Fe3+呢？
学生答：可以用KSCN溶液。
实验结果分析：
学生回答并展示实验结果：我们组加的氧化剂是酸性高锰酸钾溶液和溴水，加入KSCN溶液后，两支试管中的溶液都变成了血红色。
教师：在含有Fe3+的溶液中加入KSCN溶液，溶液变成血红色。这是Fe3+的特有检验方法，操作简单，现象明显，即使溶液中Fe3+浓度很低也能检验出来。血红色物质是硫氰化铁，是一种易溶于水的弱电解质。
投影：Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3
设计意图：由课堂中的生成性问题自然引出Fe3+的检验方法这个知识点，在学生预习的基础上顺利完成该知识点的学习。
【问题5】刚才加少量碘水的一组，你们继续加入硫氰化钾溶液后有什么现象？
学生回答并展示实验结果：没有变化。我们又加了点淀粉溶液，变蓝了，引导学生讨论分析以下问题：
①I2是否氧化了Fe2+？②Fe与I2反应能否生成FeI3？
教师：首先老师要表扬你们的探究精神，能够灵活地运用已有知识帮助自己进一步确定实验结果。结合大家的实验结论，在老师提供的集中常见氧化剂中，哪些能氧化Fe2+，哪些不能氧化Fe2+？
学生齐答：酸性高锰酸钾溶液、双氧水、溴水能氧化Fe2+，碘水不能。
板书：2.实验结论
氧化性：Br2>Fe3+>I2
学生练习：请写出溴水与硫酸亚铁溶液反应的离子方程式。
投影：Br2+2Fe2+=2Br-+2Fe3+，学生检查是否正确。
设计意图：由学生的实验结论自然地将Fe3+纳入原有的氧化性Cl2>Br2>I2序列，进一步加深对氧化还原反应规律的认识，适当提高学生对知识点的理解深度，为今后的学习打好基础。
再提出下列问题，运用规律解决问题。
【问题6】氯气能否氧化Fe2+的溶液？如能写出该反应的离子方程式。
学生齐答：能。
【问题7】在溶液中Fe3+能否氧化I-？如能写出该反应的离子方程式。
学生齐答：能。
投影：Cl2+2Fe2+=2Fe3++2Cl-，2Fe3+2I-=2Fe2++I2，学生检查是否正确。
实验结果分析：
学生回答并展示实验结果：在FeCl3溶液中加入少量KI溶液后，溶液颜色明显变黄，进一步滴加淀粉溶液，溶液变成深蓝色，说明有I2生成。
学生练习：请写出FeCl3溶液与KI溶液反应的离子方程式。
投影：2Fe3+2I-=2Fe2++I2，学生检查是否正确。
板书：
■
【问题8】你还知道哪些物质能够将Fe3+还原为Fe2+？
学生答：铁、铜。
过渡：下面让我们轻松一下，比一比谁画的笑脸最可爱。
教师：在等待结果前，我们先假设FeCl3溶液与铜能反应，请同学们利用氧化还原反应化合价变化的规律来推测一下可能的产物和随之带来的现象。
学生答：铜元素处于最低价，只能失电子生成Cu2+，有失必有得，铁元素就应该得电子生成Fe2+，用水冲洗后的溶液会显蓝色。
教师：请学生完成后半实验，并展示你们的实验结果。
学生展示。
设计意图：此环节的设计将课堂气氛推向高潮，活跃了课堂，使学生更有参与感，让化学更贴近生活。
【问题9】Fe3+氧化Fe还需要用实验来证明吗？
学生答：不需要，因为根据金属活动顺序表可以知道，铁的还原性比铜更强，所以铁也能还原Fe3+。
学生练习：请分别写出铁、铜与FeCl3溶液反应的离子方程式。
投影：Fe+2Fe3+=3Fe2+，Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+，学生检查是否正确。
教师：这两个反应在我们的实验室和工业生产中都有重要应用，请大家把书翻到76页，看第一段和第三段内容。
设计意图：回归书本，紧扣书本该单元课题中的“应用”二字。
课堂小结：投影。
过渡：通过本节课对Fe2+、Fe3+性质的学习，课前资料中产生的第二个疑惑“为什么与Vc同服有利于吸收”能否解决呢？
实验结果分析：
学生展示并分析：红色褪去，说明Vc具有还原性，可将铁元素从正三价还原至正二价，有利于人体补血时对亚铁离子的需求。
设计意图：回归课题引入时提出的两个问题，使情境的运用不只是停留在课题引入阶段，而是有始有终，使提出问题、解决问题的教学过程更加完整。
3.课堂巩固练习（略）
二、教后反思
1.优化教学内容，直击重点知识，打造有效课堂
苏教版《化学1（必修）》中该部分知识以“铁、铜及其化合物的应用”作为标题，先复习铁单质的有关反应，再给出铁离子的检验方法，然后通过实验探究进行Fe2+与Fe3+性质的学习，最后是应用。笔者将标题改为“Fe2+和Fe3+的性质与转化”，直接从标题中可以知道本节内容的重点；教学过程以生活情境引出课题，再以实验探究推进课堂，在提出问题、解决问题、产生新问题、解决新问题的循环推进下完成重点内容的学习，最后再回归情境结束课题。每个知识点过渡自然流畅，没有突然的跳跃；从生活中开始，又回归生活，体现化学影响生活的理念。
2.突出了化学实验、基本理论对学习元素化合物的支撑作用
整节课都是在化学实验的推动下一步一步的前进，在实验中验证、提炼规律，又用规律来指导下一步的实验探究，通过Fe2+和Fe3+之间的相互转化规律的探究，进一步认识氧化还原反应的本质，将化学实验、基本理论、元素化合物三者有机地融合在一起。
3.活中有实，素质教育下一样培养学生的应试能力
在教学中采用分组实验，活跃了课堂，锻炼了学生的动手能力，也体现了化学实验对化学教学的促进作用，符合新课程下素质教育的要求。但是在具体操作中，由于学生实验时间较难控制，生成性问题较多，多采用开放式教学，着眼基本理论或知识框架的构建，而忽略了基本技能的训练，例如方程式的训练，知识的运用等。笔者教学中在学生理解反应原理、认识反应事实的前提下，再进行化学方程式或离子方程式的训练，既有利于进一步加深元素化合物的学习，同时也锻炼了学生的应试能力。本节课最终要将知识落实到应用，尤其是应用于解题，笔者在课堂小结之后安排了四条小题目的训练，进一步巩固了课堂知识，这四条小题既体现了本节课的核心知识，又是该内容的常见题型。改变了以前这类课上下来给人一种花架子、华而不实的感觉，学生在实验、理论、实践方面都得到锻炼。
4.一些感悟和不足
该教学设计在具体的教学实施中还是遇到了一些问题，例如：原来设计学生需自己剥除硫酸亚铁片外的糖衣，在第一个班上时，仅这一环节有些组就用时超过5分钟，感叹现在学生真的很需要在生活中加强动手能力的培养，后来就改成提供学生已除去糖衣的硫酸亚铁片。教学中学生不一定都能按照教师预设的发展方向进行，如何引导学生呢？例如：开始每组都提供了四种常见氧化剂，第一个班上下来就发现学生的选择很集中，选一种时基本都选双氧水，使得课堂推进中断，后来改成选两种氧化剂，还是不能解决问题，因为学生对碘水相对陌生，都不选，最后将两组的双氧水和酸性高锰酸钾拿掉，只提供溴水和碘水，这样才解决了四种氧化剂都有人选的问题。学生分组实验中总会产生一些意料之外的问题，例如：滴加双氧水时如果加过量了会产生气泡等，这种情况怎么解决，是忽略还是当堂解惑，笔者一开始是选择了忽略，因为时间确实不允许，也觉得没必要拓展，课后反思觉得不妥，简单的一句话“这个问题的提出很好，感兴趣的同学课后可以查阅资料看看究竟发生了什么变化”，这既不影响课堂时间，也不会偏离课堂主题，同时还能激发学生的学习兴趣。
氢氧化亚铁、水和碘单质。
氢氧化亚铁化学式Fe(OH)2，白色固体，极微溶于水，受热易分解，为中强碱，易溶于酸，难溶于碱，易被氧化。氢氧化亚铁的制造通常是向亚铁盐溶液中添加碱金属氢氧化物，由于容易被氧化，所以必须在惰性气氛(例如氮气、氩气)中进行。氢氧化亚铁不稳定，工业上和生活上通常都是把它转化为氢氧化铁，再进行利用。因为溶液中溶解有氧气且反应体系（开放性的体系）与外界存在着物质交换与能量交换，不断有空气中的氧气溶解到溶液中，新生成的氢氧化亚铁很快就被氧化成氢氧化铁，所以在实验过程中很难观察到有白色的氢氧化亚铁沉淀生成，只能看到氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的中间产物：一些灰绿色的絮状沉淀。
（来源：文章屋网 ）
一、对催化剂概念的剖析
1.催化剂能改变化学反应速率
二氧化锰作催化剂加快了过氧化氢溶液分解氧气的速率，但要让学生知道，不是所有的催化剂都是加快化学反应速率的（初中化学中学生所涉及的都是），也有减慢的，催化剂定义中用的是“改变”而不是“加快”.例如，食用油脂里加入0.01%～0.02%没食子酸正丙酯，就可以有效地防止酸败，在这里，没食子酸正丙酯就是一种减慢化学反应速率的催化剂.
2.在化学反应前后催化剂的质量不变
在氯酸钾中加入一定量的高锰酸钾也能加快化学反应速率，所以有的学生就认为高锰酸钾是该反应的催化剂.我们知道，加入的高锰酸钾的质量会随反应的进行而逐渐减少，最后完全消失.质量发生了改变，所以不是催化剂（而是它反应生成的二氧化锰作催化剂的）.二氧化锰粉末作过氧化氢溶液的催化剂，要确定它在化学反应前后质量不变，我们可以称量二氧化锰反应前、后的质量（分别用m1、m2表示），只要它们的质量相等就是，即m1=m2.
3.在化学反应前后催化剂的化学性质不变
在过氧化氢溶液加入催化剂（二氧化锰）分解制取氧气中，二氧化锰既加快了化学反应速率，化学反应前后的质量也没有变，但仍不能确定它就是催化剂，还要判断它在化学反应前后化学性质是否发生了改变.具体方法如下：可以在已反应完的容器中，再加入一定量的反应物，若发现反应仍能进行，说明二氧化锰的化学性质没有发生改变.
综合上述三点，我们才可以确定二氧化锰是过氧化氢溶液分解制取氧气的催化剂.
二、知识转化为能力，寻求新的催化剂
对于某一反应，所用的催化剂不是唯一的，可以用代替品.例如，过氧化氢溶液分解制取氧气，可以用二氧化锰来作催化剂，还可以用硫酸铜溶液来代替.因此，我们可以对照符合催化剂的条件，把学到的知识运用到实践中去，来寻找和探究新的催化剂.以下例举了一习题，通过该习题，可以加深和巩固对催化剂的理解、应用，达到举一反三，活学活用之目的.习题如下，并完成题中所提出的问题.
某校研究性学习小组在做“寻找新的催化剂”课题时，发现将生锈的铁钉放到过氧化氢溶液中，也可以加快过氧化氢的分解速率.于是，他们对此展开探究：
1.提出问题：什么物质是该反应催化剂？
2.设猜想与假设：下面是组内两位同学所作的猜想，请你完成小华的猜想.
假设一：小芳同学：铁钉表面的氧化铁是过氧化氢溶液分解反应的催化剂.
假设二：小华同学：铁钉里的“”是过氧化氢溶液分解反应的催化剂.
解析：生锈的铁钉，其主要成分为铁钉表面的氧化铁和未生锈的铁，假设一指出了铁钉表面的氧化铁是过氧化氢溶液分解反应的催化剂，自然假设二小华同学答案应为：铁.
3.实验与结论
实验操作实验现象实验结论
实验Ⅰ：把一定质量的氧化铁粉末加入到装有10 mL 5%的过氧化氢溶液的试管中，并用一根带火星的小木条置于试管口，观察现象. 反应的文字表达式为
假设一成立
实验Ⅱ：取10 mL5%的过氧化氢溶液于另一支试管中，加入 ，并用一根带火星的小木条置于试管口，观察现象. 无现象假设二 （选填“成立”或“不成立”）
解析：实验Ⅰ由实验结论中假设一成立可知，铁钉表面的氧化铁是过氧化氢溶液分解反应的催化剂，即有氧气产生，故实验现象为：带火星的木条复燃，反应的文字表达式为：
过氧化氢二氧化锰水 + 氧气 ；而实验Ⅱ由实验现象中无现象可知，没有氧气产生，
故加入的应是铁，自然假设二就不成立了.
4.讨论交流
（1）同学们讨论后认为，小芳的“实验I”还不能够确切的说明氧化铁就是过氧化氢分解制取氧气的催化剂，理由是： .
（2）请你设计实验（写出实验步骤、实验现象及结论）证明其中的某一点理由：
.
解析：（1）虽然氧化铁改变（此处为加快）了过氧化氢分解速率，但根据催化剂定义，还要验证氧化铁的质量和化学性质在化学反应前后是否发生了改变.在前面我们已例举了在氯酸钾中加入一定量的高锰酸钾也能加快化学反应速率，但其原因是由于高锰酸钾分解产生了二氧化锰，我们不能说高锰酸钾是催化剂，而是生成的二氧化锰.故答案为：还要验证氧化铁的质量和化学性质反应前后是否改变.
（2）我们可以从化学性质和质量在化学反应前后是否发生了改变来考虑，设计如下：
设计一：（化学性质反应前后是否改变）
实验操作实验现象实验结论
等待实验Ⅰ中不再产生气泡，再向试管中加入过氧化氢溶液再产生气泡证明氧化铁的化学性质没有发生改变（假设成立）
或设计二：（质量反应前后是否改变）
实验操作实验现象实验结论
一、构成物质的基本粒子类图像题
构成物质的基本粒子有原子、离子、分子，分子由原子构成，离子是带电荷的原子。
例1.（苏州）科学研究发现：氮气不活泼，在3000 ℃时仅有0.1%的氮分子分裂成原子。在0 ℃、常压条件下，向密闭容器M中充入一定量的氮气，而后升高温度（不超过3000 ℃，压强不变）。若该密闭容器的体积增大了一倍，则M内分子变化的示意图合理的是（ ）
A. B. C. D.
解析：从图中知，M中的粒子“ ”表示氮原子，则粒子“ ”表示氮分子。构成物质的分子、各种元素的原子的大小和质量是一定的，不可能随着外界条件的变化而发生变化，当外界条件发生变化时，只能是分子间的间隔发生变化，从而使物质的体积发生变化，不可能是分子的大小发生变化。A图中氮原子、氮分子变大了，不合理；B图中氮原子、氮分子的大小都没有发生变化，只是分子间的间隔变大了，一定量的氮气体积变大了，合理；由题意知，在3000 ℃时仅有0.1%的分子分裂，在压强不变、温度升高（不超过3000 ℃）的条件下，氮分子基本上不会解离成原子，且氮原子也不可能变大，C、D两图不合理。
答案：B
点评：本题以图示的形式形象地考查学生对粒子特性的认识，对学生的观察能力、空间想象能力提出了较高的要求。在解答时，不仅要正确地识图，还必须明确：构成物质的每种粒子的大小是一定的，不随外界条件的变化而变化，一定量的物质体积大小的变化是构成物质的粒子间的间隔发生变化造成的。
二、粒子结构示意图类图像题
在宏观物质与微观构成之间建立联系，是化学学科不同于其他学科的特有思维方式，粒子结构示意图可以从微观上形象、清晰地表示粒子的结构。利用粒子结构示意图进行解题，必须理解粒子结构示意图中每一部分的含义，正确认识粒子结构示意图。
例2. 下图为六种粒子的结构示意图，请用对应的序号填空。
A B C [+x]
D E F
（1）属于同种元素的粒子是 。
（2）具有相对稳定结构的粒子是 。
（3）属于阳离子的粒子是 。
（4）某元素R形成的碱的化学式为 R（OH）3，则此化学式中R的粒子结构示意图为 。
解析：（1）粒子结构示意图中的小圆圈及小圆圈中的数字，分别表示原子核及核电荷数，同种元素的粒子（包括原子和离子）所带的核电荷数相同。C、F两种粒子的核电荷数都是13，属于同一种元素。D粒子属于原子，核外有三层电子，有11个电子，原子的核电荷数等于核外电子数，D粒子的核电荷数是11；E粒子是阳离子，核电荷数是11。D、E两种粒子的核电荷数都是11，属于同一种元素。（2）粒子结构中最外电子层达到8电子时，粒子就处于相对稳定状态，符合这个条件的粒子是A、E、F。（3）阳离子是带正电荷的原子，这种粒子的核电荷数多于核外电子数，E、F两种粒子的核电荷数都多于核外电子数，它们都是阳离子的结构示意图。（4）在R（OH）3中，R为显+3价的粒子，这种粒子的核外电子数比核电荷数少3个，符合这个条件的粒子结构示意图是F。
答案：（1）C与F，D与E （2）A、E、F
（3）E、F （4）F
点评：正确解答本题的关键是读懂粒子结构示意图，并能熟练结合有关原子、离子的相关知识。
三、坐标类图像题
例3.（呼和浩特）下图所示的四个图像，能正确反映对应变化关系的是（ ）
A.镁在氧气中燃烧
B.向二氧化锰中加入过氧化氢溶液
C.向一定量铁粉和铜粉的混合物中加入硫酸铜溶液
D.等质量的镁、铝分别与质量分数相等且足量的稀硫酸反应
解析：A项表示镁与氧气反应生成氧化镁过程中氧化镁、氧气、镁的质量变化关系，随着反应的进行，镁和氧气参加反应的质量比为 48∶32，镁消耗的质量比氧气多，由坐标图可知，反应开始时镁和氧气的质量相同，随着反应进行，剩余镁的质量应该比剩余氧气的质量少，错误；B项表示过氧化氢溶液分解生成氧气的质量关系，随着加入过氧化氢溶液质量的增加，反应产生氧气的质量由“O”开始逐渐增加，正确；C项表示向一定量铁粉和铜粉的混合物中加入硫酸铜溶液，铁与硫酸铜反应（Fe+ CuSO4=Cu+FeSO4，相对原子质量铜为64、铁为56）固体物质的质量逐渐增加，同时铁和铜都是固体，因此反应开始时固体的质量不是零，其曲线不应该从“O”点开始，错误；D项是等质量的镁、铝分别与质量分数相等且足量的稀硫酸反应，根据化学反应方程式：Mg+H2SO4= MgSO4+H2，2Al+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2，可知，相同质量的镁、铝分别与质量分数相等且足量的稀硫酸反应，镁生成的氢气质量应比铝少，错误。
答案：B
点评：学生遇到这类题时，首先必须明确纵坐标、横坐标的含义，以及它们之间的关系；再看图像是否从原点开始，及图像中的转折点是否合理；最后结合备选答案进行解答。
四、生产流程及物质推断类图像题
例4.（泰安）人们的日常生活离不开金属，高科技新材料的开发和应用也需要金属。硅钢可用于制造变压器的铁芯。某化学兴趣小组的同学为了验证硅钢（主要含有Fe、C、Si），设计了如下实验流程（有些反应的部分反应物和生成物已省略）：
查阅资料发现：常温下，单质硅（Si）不能与盐酸反应，但能与氢氧化钠溶液反应（Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2）。
根据以上信息，回答下列问题。
（1）固体A的成分为 ，E的化学式为 。
（2）滤液B中的金属阳离子为 。
（3）在过滤操作时，若发现滤液浑浊，应 。
（4）步骤⑤中发生的是化合反应，尝试写出其化学方程式： 。
解析：硅钢中的铁和盐酸反应会生成氯化亚铁和氢气，所以滤液B是氯化亚铁溶液，固体A中含有碳、硅；硅和氢氧化钠溶液反应会生成硅酸钠和氢气，所以黑色固体D是碳；氢氧化铁加热生成氧化铁和水，所以E是氧化铁（Fe2O3）；氧化铁和碳在高温的条件下生成铁和二氧化碳。（1）固体A的成分为碳、硅；E的化学式为Fe2O3。（2）硅钢中主要含有铁、碳、硅，只有铁能与稀盐酸反应生成氯化亚铁，所以滤液B中的金属阳离子为Fe2+。（3）在过滤操作时，若发现滤液浑浊，应查找原因，处理后重新过滤。（4）步骤⑤中发生的是化合反应，反应物是 Fe（OH）2、O2和H2O，生成物是Fe（OH）3，化学方程式为4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3。
答案：（1）碳、硅（或Si、C） Fe2O3 （2）Fe2+
