醋酸铬（Ⅱ）水合物制备实验的新设计

龙世佳 王鹏 司长代 王晓峰 董晓宁 顾水英 邬倩宇

摘要： 在实验教学中培养学生的创新意识，探究尝试将《无机化学实验》中的醋酸铬水合物制备这一学生较难独立完成、有一定操作难度的实验设计为： 一次性加酸获得近常压的氢气还原气氛，用手动倾倒法使Cr2+溶液进入醋酸钠溶液。结果发现： 新的设计使实验操作简易、省时安全、产率高、经济环保，是一种非常简易实用的实验方法。

关键词： 醋酸铬（Ⅱ）水合物制备； 创新设计； 手动倾倒法； 实验探究

文章编号： 1005-6629（2018）6-0070-04 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

基础教育课程改革给高师院校化学教育专业的教学提出了新要求，要适应课改的学法、教法，师范生及高师教师首先要具有创新意识和创新思维能力。为了取得以上预期效果，我们高师教师要在教学中不断渗透和培养师范生的这种能力。通过“无机化学实验”课程培养学生创新意识和创新思维能力，有利于培养和提高学生的实验兴趣，增强学习主动性，使实验教学效果更显著。在教学中通过引导、鼓励学生参与探究实验的设计原理，或者探索其新的制备方法，不仅能加强学生综合运用化学知识和实验操作能力，也培养了学生积极思考、利用创新意识和思维对实验方案进行探索改进、创新等综合能力，更为重要的是为新课程改革终极目标的实现找着了抓手，达成提高学生化学素养的教学目标。

我们对醋酸铬（Ⅱ）水合物制备实验进行了多次教学探究和实践，引导和鼓励学生进行创新设计。尽管目前有关醋酸铬（Ⅱ）水合物的制备实验改进的报道已较多[1～10]，包括药品用量和取用方式改进、常规向微型实验改进、实验方案的优化和改进等等，虽解决了实验过程所出现的某些问题，但实验原理和操作过程基本不变，仍还是利用氢气来增大体系压强使Cr（Ⅱ）溶液在封闭气氛中进入NaAc溶液中。这些改进既没有简化实验步骤，实验的成功率和产品产率也没有显著提高。本文所做的创新设计是简化了实验装置，仅在反应初期加入盐酸产生氢气，使反应体系保持还原性气氛，整个反应过程不再持续通入氢气，并采取直接倾倒法代替高压氢气使Cr（Ⅱ）溶液在封闭气氛中进入NaAc溶液。结果表明，该方案安全、简单、易行，操作性强，产品产率高、质量好，是一种更为适合学生实验的制备途径。

1 醋酸铬（Ⅱ）水合物的制备

通常铬（Ⅱ）的化合物非常不稳定，空气中的氧能迅速将其氧化为三价铬的化合物。只有铬（Ⅱ）的卤素化合物、磷酸盐、碳酸盐和醋酸盐可存在于干燥状态[11]。

醋酸铬（Ⅱ）是红棕色晶体，通常以二聚体分子存在，化学式为Cr2（Ac）4·（H2O）2，密度为1.79g/cm3，不溶于冷水和醚，微溶于醇，但易溶于盐酸，能吸收空气中的氧气而变质，故需无氧环境制备。

1.1 实验原理

绿色[Cr（H2O）6]3+在氢气气氛中，被锌还原成蓝色[Cr（H2O）6]2+，然后立即与过量的醋酸根离子生成不溶于水、较稳定的砖红色醋酸铬（Ⅱ）水合物。本实验选取氢气作还原气氛，反应体系中产生的氢气（盐酸与锌粒反应制得）除了起到排出空气使体系保持还原性氛围的作用外，还用于增大体系压强使Cr（Ⅱ）溶液在封闭气氛中进入NaAc溶液中[12]。

制备反应的离子方程式如下：

1.2 仪器与药品

仪器： 抽滤瓶（250mL）、滴液漏斗（50mL）、锥形瓶（100mL）、烧杯（100mL）、两孔橡皮塞、布氏漏斗、台秤、量筒、止水夹

药品： 浓盐酸、乙醇（AR）、乙醚（AR）、去氧水、锌粒、无水醋酸钠（AR）、六水合三氯化铬（AR）

1.3 原实验仪器装置图

图1说明如下： 1烧杯，内装蒸馏水起水封作用；2抽滤瓶，内装锌粒、CrCl3和去氧水；3滴液漏斗，内装浓盐酸；4锥形瓶，内装醋酸钠水溶液。

1.4 原装置存在的问题

（1） 实验后期不能将二价铬溶液顺利地压入醋酸钠溶液中。

问题在于一方面二氯化铬溶液通过压力较大的氢气被压入盛有醋酸钠溶液的锥形瓶中，由于双孔橡胶塞及装置的多处连接，当氢气压力较大时很容易造成漏气，不能使二氯化铬溶液顺利进入盛有醋酸钠溶液的锥形瓶，使实验失败；另一方面抽滤瓶底部过大，由于插在抽滤瓶中的玻璃导管的下端属于刚性结构，再加上其截面的不平整性，致使其与抽滤瓶底面不能完全密封连接，也就不能把二价铬溶液全部压入到醋酸钠溶液中，最终因药品转移不完全致使产率降低。

（2） 盐酸用量。实验后期需用高压氢气转移二氯化铬溶液，有些学生未能很好控制浓盐酸的滴加速度，致使二氯化鉻溶液需要高压氢气转移时，盐酸指定用量已经用完，给实验带来不必要的问题。

（3） 复杂的连接装置也给反应过程中不断摇动抽滤瓶带来不便。

2 结果与讨论

2.1 实验装置新设计的思路

（1） 用倾倒法取代高压氢气来转移二氯化铬溶液，新设计的装置如图2所示。

实验时，慢慢地不断摇动图2（a）的抽滤瓶，使溶液逐渐从蓝绿色变为亮蓝色，反应时间约40分钟。快速关掉A阀，瞬间用锥形瓶4换掉烧杯1[见图2（b）]，再迅速打开A阀，然后采用倾倒法使二氯化铬溶液从抽滤瓶的支管口通过导管进入锥形瓶底部与醋酸钠溶液反应（注意： 双手持稳抽滤瓶和分液漏斗连接部分，保持Zn粒留在抽滤瓶底部），振摇锥形瓶，反应形成砖红色醋酸亚铬沉淀。用倾倒法代替高压氢气转移溶液的实验很成功，该设计已在近年来的实验教学中推广。

（2） 既然不用高压氢气，也就没有必要持续通入氢气，只要在实验开始利用大量的氢气排出反应体系及容器内的空气即可。即盐酸不用再通过分液漏斗不断滴加，只需开始时一次性加入一定量（通过容器的体积可估算），使操作简单易行。重新设计的装置如图3所示。

具体实验过程同上。只是盐酸在开始一次性加入。

（3） 不用持续产生氢气，水封1就可在反应开始时直接换作醋酸钠溶液4，它开始起水封作用，之后作为反应液。故最终创新设计的装置如图4所示。

原实验装置经过多次探索和实践，最终得到图4。此装置简单，减少了打孔及多处连接，防止漏气，而且再无需2人以上合作完成，同时保证了实验的成功率和产品产率、质量。

创新设计克服原有装置许多问题： （1）采用倾倒法实现二价铬离子溶液顺利完成转移；（2）一次性加入浓盐酸产生还原性气氛，再也无需考虑盐酸滴加速度及氢气压力等问题。通过设计过程培养了学生创新思维能力，启发、引导学生思考解决实验中不断出现的新问题。

2.2 实验

2.2.1 准备工作

（1） 准备去氧水： 用500mL烧杯量取300mL蒸馏水，在电炉上加热煮沸10min，迅速冷却备用。

（2） 配制醋酸钠溶液，用台秤称取3.0g无水醋酸钠于150mL锥型瓶中，用12.0mL迅速冷却的去氧水溶解配成溶液。

（3） 按图4装好仪器，并检验气密性。

2.2.2 Cr2+的生成

在抽滤瓶中放入8.0g锌粒、5.0g三氯化铬晶体，加入5.0mL去氧水，摇动抽滤瓶，得到深绿色混合物，迅速加入5.0mL浓盐酸（根据抽滤瓶体积计算所需盐酸的量，稍微过量即可）立即加盖密封，使产生的氢气迅速排空反应体系的氧，并保持氢气的气氛。慢慢摇动抽滤瓶，使溶液逐渐从蓝绿色变为亮蓝色，反应时间约40分钟，然后采用倾倒法使二氯化铬溶液进入醋酸钠溶液反应，振摇锥形瓶，反应形成砖红色醋酸亚铬沉淀。另外，抽滤瓶口与玻璃导管的连接用乳胶管取代使操作更方便。

2.2.3 产品处理

用铺有双层滤纸的布氏漏斗对红色醋酸亚铬沉淀进行抽滤，用15.0mL冷去氧水洗涤沉淀数次，然后用少量乙醇、乙醚各洗涤3次，最后将产物薄薄一层铺在表面皿上，在室温下干燥，称量后密封保存。

2.3 反应物用量再探索

按照原来的实验方案用5.0g三氯化铬和3.0g醋酸钠，可得到2.0g左右的产品，产率为56.70%，但是在同样的反应物用量下，若采用新设计的实验装置便可得3.0g以上的产品，产率为85.05%，比原来提高了50%。但是通常产品1.5g左右就可满足学生实验要求，从绿色环保考虑，制备3.0g有毒性含铬化合物完全没有必要。因此在产率提高的前提下，可以通过减少反应物的用量达到实验要求，既控制毒性产品量，又保证学生能收集到适量产品。为此，对CrCl3·6H2O的用量进行了反复摸索发现： CrCl3·6H2O取3.0g（其他药品用量按比例减少），大多数学生均得到1.5g以上产品，产率达70.87%以上，已经达标，既达到实验目的又获得环保效果，也节约了实验时间。

3 结论

实验新设计具有以下优点： （1）简易性： 新装置的密封性良好，操作简化，实验成功率高，且产品产率高。（2）经济性： 在药品用量减少为原来的3/5时，药品经费显著减少，实验时间也缩短。（3）安全性： 新设计采用倾倒法，不仅提高实验成功率和产率，而且不用高压氢气，再也无需持续通氢，极大减少浓HCl用量，可避免事故的发生；同时当铬盐用量明显减少时，可显著减少污染排放。

參考文献：

[1]许永琳.

中级无机化学实验微型化的探讨——醋酸铬（Ⅱ）水合物的合成[J].西南师范大学学报（自然科学版）

， 1992， 17（3）： 399～401.

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[11][12]北京师范大学， 东北师范大学， 华东师范大学等 [M]. 无机化学实验（第4版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2014： 231～232.