資源簡介

微項目:補鐵劑中鐵元素的檢驗——應用配合物進行物質檢驗
【學習目標】
1.了解金屬離子可以形成豐富多彩的配合物,許多配合物都具有顏色;知道可以利用形成的配合物的特征顏色對金屬離子進行定性檢驗。
2.了解配合物的穩定性各不相同,配合物之間可以發生轉化;知道如何在實驗過程中根據配合物的穩定性及轉化關系選擇實驗條件。
【自主預習】
1.常見的Fe2+和Fe3+的檢驗方法
Fe2+ Fe3+
顏色 淺綠色 黃色
NaOH Fe2++2OH-Fe(OH)2↓,白色沉淀→灰綠色→紅褐色 Fe3++3OH-Fe(OH)3↓(紅褐色沉淀)
KSCN Fe2+不變色變紅 Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(血紅色溶液)
氧化性 和還原性 主要體現為還原性 氧化性
2Fe2++Cl22Fe3++2Cl- 2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O 2Fe3++Fe3Fe2+
5Fe2++8H++Mn5Fe3++Mn2++4H2O 2Fe3++2I-2Fe2++I2
沉淀法(可用于定量檢驗) 加入K3[Fe(CN)6],產生藍色沉淀 加入K4[Fe(CN)6],產生藍色沉淀
2.Fe2+和Fe3+形成的配合物的顏色
中心原子 配體 形成的配合物 顏色
Fe2+ H2O [Fe(H2O)6]2+ 淺綠色
Fe3+ H2O [Fe(H2O)6]3+ 淡紫色
Fe3+ OH- [Fe(OH)]2+ 黃色
Fe2+ SCN- [Fe(SCN)n]2-n 無色
Fe3+ SCN- [Fe(SCN)n]3-n 紅色
Fe2+ phen [Fe(phen)3]2+ 橙紅色
Fe2+ EDTA4- [Fe(EDTA)]2- 淺綠色
Fe3+ EDTA4- [Fe(EDTA)]- 黃色
3.螯合物
(1)定義:多齒配體形成的配合物。
(2)特征:比金屬離子與其配體生成的類似配合物穩定性高,用途更廣。
(3)常見的螯合劑:EDTA、環狀配體冠醚類螯合劑。
【合作探究】
項目活動1　補鐵藥片中鐵元素價態的檢驗
情境導入　
口服補鐵劑主要為二價鐵(亞鐵)鹽,包括硫酸亞鐵、富馬酸亞鐵、琥珀酸亞鐵、葡萄糖酸亞鐵等。通常鐵以二價鐵(亞鐵)的形式吸收,而以三價鐵(正鐵)的形式起作用,臨床主要用于治療缺鐵性貧血。
【實驗探究】
【實驗用品】琥珀酸亞鐵片、KSCN溶液、稀鹽酸、新制氯水、研缽、試管、燒杯、量筒、玻璃棒、膠頭滴管等。
【實驗設計】
實驗 任務 實驗方案
溶解 固體 樣品 取幾粒琥珀酸亞鐵片,將其在研缽中研成粉末狀,然后將粉末溶于稀鹽酸中
檢驗 Fe2+、 Fe3+ 實驗步驟 實驗現象 實驗結論
在一支試管中加入2~3 mL 琥珀酸亞鐵溶液,滴加少量KSCN溶液,觀察顏色;然后再加入新制氯水,振蕩,靜置,觀察顏色變化 滴加KSCN溶液后,溶液顏色沒有變化(但是實際操作中可能會顯示淺紅色),再滴加新制氯水后,溶液變為紅色或紅色變深 琥珀酸亞鐵中含有Fe2+(可能部分被氧化),反應的離子方程式為2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-、Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
問題討論
1.在做Fe2+的檢驗的實驗中,加入KSCN溶液后,有些同學在未加新制氯水的情況下,溶液中也產生了紅色,其可能的原因是什么
　　【答案】Fe2+可能被空氣中的氧氣氧化為Fe3+。
2.用同一批藥片做Fe3+的檢驗的實驗時,老師將所有同學分成兩組,一組用蒸餾水溶解琥珀酸亞鐵片形成懸濁液,一組用鹽酸溶解琥珀酸亞鐵片形成懸濁液,結果用蒸餾水的一組未見紅色,而用鹽酸的一組看到了紅色,這是什么原因
【答案】Fe3+的水合離子[Fe(H2O)6]3+呈淡紫色,但因Fe3+極易水解,故未充分酸化的水溶液會由于有[Fe(OH)]2+存在顯黃色,隨著pH的升高,Fe3+水解程度增加,可以生成Fe(OH)3膠體或沉淀,用SCN-檢驗Fe3+時,在pH>3時,SCN-無法競爭到Fe3+,故不會變色;當pH<3時,OH-濃度很小,這時SCN-會與Fe3+結合而變紅色。
3.有小組向酸性高錳酸鉀溶液中加入補鐵劑后發現溶液褪色,能否說明補鐵劑中含Fe2+
【答案】不能。因為補鐵劑中可能含有其他還原性物質。
【核心歸納】
1.不同價態的鐵的檢驗
(1)Fe2+的檢驗方法
①方法:加入KSCN溶液無明顯現象,再滴入新制氯水變成紅色溶液。
②發生的反應:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(紅色)。
(2)Fe3+的檢驗方法
①方法:加入KSCN溶液,溶液變為紅色。
②發生的反應:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(紅色)。
(3)注意事項
①用SCN-檢驗時,在pH>3時,SCN-無法競爭到Fe3+,故不會變色;當pH<3時,OH-濃度很小,這時SCN-會與Fe3+結合而變紅色,故檢驗Fe3+須在酸性條件下進行。
②檢驗Fe2+和Fe3+最好都用形成配合物的方式進行檢驗,否則很容易產生誤差。
2.探究陌生現象產生的原因的基本思路
在遇到陌生現象希望尋找其發生的原因時,可以按下列思路進行:列出體系中存在的微粒→逐一判斷每一種微粒是否有可能是影響因素→篩選出潛在的影響因素→做出解釋、提出猜想→進一步設計出控制變量的實驗,檢驗猜想的合理性,確認影響因素。
項目活動2　尋找更優的檢驗試劑
【實驗探究】
實驗1　Fe2+、Fe3+形成配合物的實驗探究
【實驗用品】硫酸亞鐵溶液、氯化鐵溶液、苯酚、KSCN、鄰二氮菲、乙二胺四乙酸二鈉鹽。
【實驗設計】
實驗任務 實驗方案 實驗現象 實驗結論
檢驗試劑 是否與Fe2+ 形成配位鍵 在四支試管中分別加入硫酸亞鐵溶液,分別向四支試管中滴加苯酚、硫氰化鉀、鄰二氮菲、乙二胺四乙酸二鈉鹽四種試劑,觀察顏色變化 每種溶液中均有顏色變化,但是鄰二氮菲顏色變化最明顯,硫酸亞鐵溶液由淺綠色變成橙紅色 Fe2+與四種物質均可以形成配合物,鄰二氮菲是檢驗Fe2+的特效試劑
檢驗試劑 是否與Fe3+ 形成配位鍵 在四支試管中分別加入氯化鐵溶液,分別向四支試管中滴加苯酚、硫氰化鉀、鄰二氮菲、乙二胺四乙酸二鈉鹽四種試劑,觀察顏色變化 每種溶液中均有顏色變化,滴加苯酚的溶液變紫色,滴加硫氰化鉀的溶液變紅色,滴加鄰二氮菲的溶液變為淡紅色,滴加乙二胺四乙酸二鈉鹽溶液顯黃色,但是顏色變化不明顯 Fe3+與四種物質均可以形成配合物,苯酚和硫氰化鉀顏色變化最明顯,苯酚和硫氰化鉀是檢驗Fe3+的特效試劑
實驗2　Fe2+、Fe3+檢驗中配體作為檢驗試劑的條件選擇
【實驗用品】硫酸亞鐵溶液、鄰二氮菲、NaOH溶液、稀硫酸、氯化鐵溶液、KSCN溶液、稀鹽酸。
【實驗設計】
實驗方案 實驗現象 實驗結論
在一支試管中加入硫酸亞鐵溶液,向試管中滴加鄰二氮菲,觀察顏色變化;然后將溶液分成兩份,一份滴加NaOH溶液,觀察現象,另一份滴加稀硫酸,觀察顏色變化 硫酸亞鐵溶液在加入鄰二氮菲后由淺綠色變成橙紅色,加入NaOH溶液后,溶液顏色變淺直至產生白色沉淀;加入稀硫酸后溶液顏色變淺,直至消失 鄰二氮菲是檢驗Fe2+的特效試劑,其顯色與溶液的pH有關,適宜pH范圍為2~9
在一支試管中加入氯化鐵溶液,向試管中滴加硫氰化鉀,觀察顏色變化;將溶液分成兩份,一份中加入NaOH溶液,另一份中加入鹽酸,觀察溶液顏色的變化 開始滴加硫氰化鉀后溶液變紅色,一份滴加NaOH后溶液顏色變淺,最終生成紅褐色沉淀;一份加入鹽酸后溶液顏色沒有明顯變化 硫氰化鉀檢驗Fe3+時受溶液pH的影響,檢驗時溶液的pH<3
問題討論
1.根據EDTA的結構式:
分析EDTA能否當作配位劑。
【答案】能。因為EDTA中含N、O原子,N、O原子存在孤電子對。EDTA是一種常用的螯合劑。
2.根據以上實驗說出什么試劑在什么條件下適用于檢驗Fe2+、Fe3+
【答案】鄰二氮菲是檢驗Fe2+的特效試劑,其顯色與溶液的pH有關,適宜pH范圍在2~9之間;硫氰化鉀檢驗Fe3+時受溶液pH的影響,檢驗時溶液的pH<3。
3.試分析用鄰二氮菲檢驗Fe2+時,溶液的pH需控制在2~9 的理由。
【答案】鄰二氮菲()在H+濃度較高時,N原子易與H+形成類似于N的配位鍵;若OH-濃度較高,OH-又會與Fe2+作用。故需控制溶液的pH在2~9。
【核心歸納】
1.檢驗Fe2+、Fe3+的特效試劑與使用條件
Fe2+的檢驗:鄰二氮菲是檢驗Fe2+的特效試劑,其顯色與溶液的pH有關,適宜范圍為2~9。
2.利用配合物檢驗金屬離子的流程
【遷移應用】
1.選擇合適試劑完成甲、乙兩組實驗。
甲組:檢驗含Fe3+的溶液中是否含有Fe2+;
乙組:檢驗含Fe2+的溶液中是否含有Fe3+。
下列試劑及加入試劑順序能達到實驗目的的是(　　)。
　　試劑 選項　　 甲組 乙組
A 新制氯水、KSCN溶液 NaOH溶液
B 酸性KMnO4溶液 KSCN溶液
C KOH溶液 溴水
D 溴水 酸性KMnO4溶液
　　【答案】B
【解析】甲組,在Fe3+存在的條件下檢驗Fe2+,要排除Fe3+的干擾。所選試劑具備下列條件:一是能與Fe2+發生有明顯現象的反應;二是與Fe3+不反應。溴水符合條件,實驗現象是溴水顏色變淺,酸性KMnO4溶液也符合條件,實驗現象是溶液紫色變淺。乙組,在Fe2+存在的條件下檢驗Fe3+,用KSCN溶液即可,Fe2+不會造成干擾。
2.已知某紫色配合物的組成為CoCl3·5NH3·H2O,其水溶液顯弱酸性,加入強堿加熱至沸騰有NH3放出,同時產生Co2O3沉淀;向一定量該配合物溶液中加過量AgNO3溶液,有AgCl沉淀生成,待沉淀完全后過濾,再加過量AgNO3溶液于濾液中,無明顯變化,但加熱至沸騰又有AgCl沉淀生成,且第二次沉淀量為第一次沉淀量的二分之一。該配合物的化學式最可能為(　　)。
A.[CoCl2(NH3)4]Cl·NH3·H2O
B.[Co(NH3)5(H2O)]Cl3
C.[CoCl(NH3)3(H2O)]Cl2·2NH3
D.[CoCl(NH3)5]Cl2·H2O
【答案】D
【解析】CoCl3·5NH3·H2O的水溶液顯弱酸性,加入強堿加熱至沸騰有NH3放出,說明NH3均在內界;向該配合物溶液中加過量AgNO3溶液,有AgCl沉淀生成,說明該配合物外界有Cl-;過濾后再加過量AgNO3溶液于濾液中無明顯變化,但加熱至沸騰又有AgCl沉淀生成,且第二次沉淀量為第一次沉淀量的二分之一,說明該配合物內界也含有Cl-,且外界的Cl-與內界的Cl-個數之比為2∶1。綜上分析,D項最有可能。
3.測定水的總硬度一般采用配位滴定法,即在pH=10的堿性溶液中,以鉻黑T作為指示劑,用EDTA(乙二胺四乙酸)標準溶液直接滴定水中的Ca2+、Mg2+,測定中涉及的反應有:
①M2+(金屬離子)+Y4-(EDTA)MY2-;
②M2++EBT(鉻黑T,藍色)MEBT(酒紅色);
③MEBT+Y4-(EDTA)MY2-+EBT。
下列說法正確的是(　　)。
A.配合物MEBT的穩定性大于MY2-
B.在滴定過程中眼睛要隨時觀察滴定管中液面的變化
C.達到滴定終點的現象是溶液恰好由酒紅色變為藍色,且半分鐘內不恢復原色
D.實驗時裝有EDTA標準液的滴定管只用蒸餾水洗滌而未用標準液潤洗,測定結果將偏小
【答案】C
【解析】根據題目所給信息可知,MEBT溶液滴加Y4-時會轉化為MY2-,說明金屬離子更容易與Y4-配位,則MY2-更穩定,A項錯誤;在滴定過程中眼睛要隨時觀察錐形瓶中溶液的顏色變化,確定滴定終點,B項錯誤;滴入標準液前,金屬離子與EBT結合生成MEBT,此時溶液呈酒紅色,當達到滴定終點時,MEBT全部轉化為藍色的EBT,所以滴定終點的現象為溶液恰好由酒紅色變為藍色,且半分鐘內不恢復原色,C項正確;只用蒸餾水洗滌而未用標準液潤洗會使標準液被稀釋,導致標準液的用量偏大,測定結果偏高,D項錯誤。
4.下列關于化合物[Cu(EDTA)]SO4(EDTA的結構簡式如圖)的說法正確的是(　　)。
A.[Cu(EDTA)]SO4中所含的化學鍵有離子鍵、共價鍵、配位鍵和氫鍵
B.EDTA中碳原子的雜化軌道類型為sp2、sp3
C.[Cu(EDTA)]SO4中部分組成元素的第一電離能順序為O>N>C
D.S與P互為等電子體,但空間結構不同
【答案】B
【解析】[Cu(EDTA)]SO4中所含的化學鍵有硫酸根離子與配離子之間的離子鍵,硫酸根離子、EDTA內部的共價鍵,EDTA與銅離子之間的配位鍵,氫鍵不屬于化學鍵,A項錯誤;EDTA中有“—COOH”和“—CH2—”,故EDTA中碳原子的雜化軌道類型為sp2、sp3,B項正確;同一主族中,從上到下,元素第一電離能逐漸減小,同一周期中,元素的第一電離能隨著原子序數的增大呈增大趨勢,但N原子最外層的2p能級處于半充滿狀態,是一種較穩定結構,所以它的第一電離能高于同周期相鄰的元素,第一電離能順序為N>O>C,C項錯誤;S中S原子價電子對數為4+=4,沒有孤電子對,故S為正四面體結構,S與P互為等電子體,P也為正四面體結構,D項錯誤。
5.碳元素在自然界中分布很廣,在地殼中其豐富程度遠低于氧、硅、鋁、鐵等元素。但是,碳卻是存在形式最復雜的元素。請回答下列問題:
(1)基態碳原子的電子排布式為　　　　。
(2)在CO2分子中,碳原子采用　　　　雜化軌道與氧原子成鍵。
(3)COCl2俗稱光氣,分子中C原子采取sp2雜化成鍵,應用價層電子對互斥理論,預測COCl2分子的空間結構為　　　　　　　　　　　　。
(4)二茂鐵(C5H5)2Fe是Fe2+與環戊二烯基形成的一類配合物,實驗室測定鐵的含量:可用配位劑鄰二氮菲(),它能與Fe2+形成橙紅色配合物(如圖)。該配離子中Fe2+與氮原子形成的配位鍵共有　　　　個。
　　【答案】(1)1s22s22p2　(2)sp　(3)平面三角形　(4)6
【解析】(2)二氧化碳分子中碳原子價層電子對數是2且不含孤電子對,所以碳原子采用sp雜化。(3)碳原子價電子對數是3且不含孤電子對,所以其空間結構為平面三角形。(4)鐵與氮原子之間形成配位鍵,由圖可知,該配離子中亞鐵離子與氮原子形成的配位鍵共有6個。
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