【化學(xué)】2023-2024學(xué)年魯科版選擇性必修二 微項目2 補鐵劑中鐵元素的檢驗-應(yīng)用配合物進(jìn)行物質(zhì)檢驗課件

微項目

補鐵劑中鐵元素的檢驗——應(yīng)用配合物進(jìn)行物質(zhì)檢驗課程標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行定性檢驗。2．了解配合物的穩(wěn)定性各不相同，配合物之間可以發(fā)生轉(zhuǎn)化。3．知道如何在實驗過程中根據(jù)配合物的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)化關(guān)系選擇實驗條件。

學(xué)法指導(dǎo)1.通過項目活動1，了解Fe2＋、Fe3＋的檢驗方法及實驗方案的設(shè)計。2．通過項目活動2，學(xué)會選擇合適的檢驗試劑并調(diào)節(jié)至適宜的pH范圍，發(fā)展科學(xué)探究與創(chuàng)新意識化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。知識點

鐵元素的檢驗1.Fe2＋和Fe3＋的檢驗方法

Fe2＋Fe3＋(1)觀察法淺綠色棕黃色(2)加堿法(NaOH)①現(xiàn)象：紅褐色沉淀②反應(yīng)：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(紅褐色)(3)加鹽法(SCN－)①現(xiàn)象：加入KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，再滴入氯水變成紅色溶液②反應(yīng)：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(紅色)①現(xiàn)象：加入KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色②反應(yīng)：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(紅色)(4)沉淀法(可用于定量檢驗)加入K3[Fe(CN)6]，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀加入K4[Fe(CN)6]，產(chǎn)生藍(lán)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(wěn)定性高，用途更廣。(3)常見的螯合劑：EDTA、環(huán)狀配體冠醚類螯合劑。學(xué)思用Fe3O4有抗腐蝕效果，如鋼鐵制品的發(fā)藍(lán)(又稱燒藍(lán)和烤藍(lán))就是利用堿性氧化性溶液的氧化作用，在鋼鐵制品表面形成一層藍(lán)黑色或深藍(lán)色Fe3O4薄膜，以用于增加抗腐蝕性、光澤和美觀。四氧化三鐵溶于稀硫酸后生成三價鐵離子和二價鐵離子，下列試劑可用于檢驗該溶液中是否含有Fe2＋的是(

)A．NaOH溶液

B．KSCN溶液C．酸性KMnO4溶液

D．氯水答案：C解析：加NaOH溶液時，若有Fe2＋存在而生成Fe(OH)2，也會被生成的Fe(OH)3的紅褐色掩蓋，現(xiàn)象不明顯；加KSCN溶液可檢驗Fe3＋無法檢驗Fe2＋；加入氯水無明顯現(xiàn)象，故A、B、D均不對；滴加少量酸性KMnO4溶液，若紫紅色褪去，則證明有Fe2＋存在。項目活動1補鐵藥片中鐵元素價態(tài)的檢驗鐵元素是構(gòu)成人體的必不可少的元素之一，缺鐵會影響人體的健康和發(fā)育，最常見的是缺鐵性貧血，世界衛(wèi)生組織的調(diào)查表明，大約有50%的女童、20%的成年女性、40%的孕婦會發(fā)生缺鐵性貧血。補鐵是通過食物或?qū)Ｓ脿I養(yǎng)劑為人體額外補充必需的、適量的無機鐵或有機鐵化合物，從而補充鐵元素以達(dá)到強身健體、預(yù)防或輔助治療疾病目的的過程。主要通過口服或者注射一些含鐵制品來進(jìn)行補充，那么補鐵藥主要有哪些？其中含有的鐵元素的價態(tài)是什么？帶著這些問題，我們一起研究一下補鐵藥中鐵元素的價態(tài)吧！活動探究[實驗用品]琥珀酸亞鐵片、KSCN溶液、稀鹽酸、氯水、研缽、試管、燒杯、膠頭滴管[實驗方案](1)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。(2)Fe2＋、Fe3＋的檢驗①步驟：在一支試管中加入2～3mL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。②現(xiàn)象：滴加KSCN溶液，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?yōu)榧t色。③結(jié)論：琥珀酸亞鐵中含有Fe2＋，反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3?；犹骄繂栴}1

在做Fe2＋的檢驗的實驗中，加入KSCN溶液后，有些同學(xué)在未加新制氯水的情況下，溶液中也產(chǎn)生了紅色，其可能的原因是什么？

提示：在溶解過程中或操作中，沒有隔絕空氣，導(dǎo)致少量的Fe2＋被空氣中的氧氣氧化。問題2

在做Fe3＋的檢驗的實驗時，老師將所有同學(xué)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(jié)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？提示：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，F(xiàn)e3＋水解程度增加，可以生成Fe(OH)3膠體或沉淀，用SCN－檢驗時，在pH>3時，SCN－無法競爭到Fe3＋，故不會變色；當(dāng)pH<3時，OH－濃度很小，這時SCN－會與Fe3＋結(jié)合而變紅色。提升點一

鐵元素價態(tài)的檢驗及影響因素1.不同價態(tài)的鐵的檢驗：(1)Fe2＋的檢驗方法：①方法：加入KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，再滴入氯水變成紅色溶液②發(fā)生的反應(yīng)：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(紅色)(2)Fe3＋的檢驗①方法：加入KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色②反應(yīng)：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(dāng)pH<3時，OH－濃度很小，這時SCN－會與Fe3＋結(jié)合而變紅色，故檢驗Fe3＋須在酸性條件下進(jìn)行。②檢驗Fe2＋和Fe3＋最好都用形成配合物的方式進(jìn)行檢驗，否則很容易產(chǎn)生誤差。2．陌生現(xiàn)象尋找原因的思路：(1)列出體系中存在的微粒；(2)逐一判斷每一種微粒是否是影響因素；(3)篩選出潛在的影響因素；(4)作出解釋、提出猜想；(5)進(jìn)一步設(shè)計出控制變量的實驗，檢驗猜想的合理性，確認(rèn)影響因素。素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練1]

(1)二水合草酸鎵的結(jié)構(gòu)如圖所示，其中鎵原子在周期表中的位置為____________，草酸根中碳原子的雜化方式為________。第4周期ⅢA族sp2

(2)琥珀酸亞鐵片是用于缺鐵性貧血的預(yù)防和治療的常見藥物，其中“亞鐵”是關(guān)鍵成分，K3[Fe(CN)6]溶液是檢驗Fe2＋的試劑，1molCN－中含π鍵的數(shù)目為________，臨床建議服用維生素C促進(jìn)“亞鐵”的吸收，避免生成Fe3＋，從原子結(jié)構(gòu)角度來看，F(xiàn)e2＋易被氧化成Fe3＋的原因是_______________________________________________。(3)化合物(CH3)3N與鹽酸反應(yīng)生成[(CH3)3NH]＋，該過程新生成的化學(xué)鍵為________(填序號)a．離子鍵b．配位鍵c．氫鍵d．非極性共價鍵若化合物(CH3)3N能溶于水，試解析其原因_____________________________________________________________________________。

2NAFe2＋價電子排布為3d6，易失一個電子形成穩(wěn)定的3d5結(jié)構(gòu)b(CH3)3N中的N上有1對孤電子對，有一定的極性，與水之間形成氫鍵，所以能溶于水

(4)Cu2＋等過渡元素水合離子是否有顏色與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)，且存在一定的規(guī)律。試推斷Ni2＋的水合離子為________(填“有”或“無”)色離子，依據(jù)是____________________。(5)元素銅與鎳的第二電離能分別為ICu＝1959kJ·mol－1、INi＝1753kJ·mol－1，ICu>INi的原因是_______________________________________________________________________________________。離子Sc3＋Ti3＋Fe2＋Cu2＋Zn2＋顏色無色紫紅色淺綠色藍(lán)色無色有3d軌道有電子，且不滿Cu＋外層電子為3d10，不易失電子；Ni＋外層電子為3d84s1，相比Cu＋容易失去電子，故第二電離能小解析：(4)Zn2＋核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10，d軌道上有10個電子，Zn2＋無色，Sc3＋核外電子排布式為1s22s22p63s23p6，其d軌道上有0個電子，處于全空，故沒有顏色，Ni2＋核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d8，既不是全空也不是全滿狀態(tài)，所以Ni2＋的水合離子為有色離子，依據(jù)是3d軌道有電子，且不滿。(5)銅元素的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，鎳元素的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2，銅失去最外層電子時為全充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以第二電離能較大；鎳元素失去最外層電子后為1s22s22p63s23p63d8，不屬于全滿或半充滿狀態(tài)所以第二電離能比銅小。項目活動2尋找更優(yōu)的檢驗試劑相同金屬與不同的配體形成配合物，顏色可以完全不同。普通的水合亞鐵離子，能吸收紅色的可見光發(fā)生d—d躍遷，所以看起來是綠色。因為d—d躍遷吸光系數(shù)很小(即吸收能力不是很強)，所以亞鐵離子的顏色很淺。而血液中的亞鐵是與卟啉配位的，結(jié)構(gòu)如圖，這個結(jié)構(gòu)被稱為血紅素，通過圖示可以看出，血紅素是一種螯合物。血紅素對可見光的吸收主要來自卟啉π電子的π—π*躍遷以及Fe到卟啉π*軌道的金屬—配體電子轉(zhuǎn)移(MLCT)。這兩個吸收的波長與[Fe(H2O)6]2＋的完全不同，所以造成了二者顏色的巨大差異。同時，以上兩個吸收的吸光系數(shù)比d—d躍遷大得多，所以血液的顏色比[Fe(H2O)6]2＋要深得多。所以選擇不同的配位劑可能會有不同的檢驗的效果?；顒犹骄?.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[實驗步驟](1)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、EDTA二鈉鹽四種試劑，觀察顏色變化?，F(xiàn)象：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。結(jié)論：Fe2＋與四種物質(zhì)均可以形成配合物，鄰二氮菲是Fe2＋檢驗的特效試劑。(2)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、EDTA二鈉鹽四種試劑，觀察顏色變化?，F(xiàn)象：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?yōu)榈t色，滴加EDTA二鈉鹽溶液顯黃色，但是顏色變化不明顯。結(jié)論：Fe3＋與四種物質(zhì)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Fe3＋檢驗的特效試劑。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[實驗步驟](1)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，觀察現(xiàn)象，一份滴加稀硫酸，觀察顏色變化?，F(xiàn)象：硫酸亞鐵溶液由淺綠色變成橙紅色，加入NaOH溶液后，溶液顏色變淺直至產(chǎn)生白色沉淀；加入稀硫酸后溶液顏色變淺，直至消失。結(jié)論：鄰二氮菲是Fe2＋檢驗的特效試劑，其顯色與溶液的pH有關(guān)，適宜范圍在2～9之間。(2)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?，F(xiàn)象：開始滴加硫氰化鉀的溶液后變紅色，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，溶液顏色沒有明顯變化。結(jié)論：硫氰化鉀檢驗Fe3＋時受溶液pH的影響，其中檢驗時的pH<3?；犹骄繂栴}1

根據(jù)以上實驗說出什么試劑在什么條件下適用于檢驗Fe2＋、Fe3＋？提示：鄰二氮菲是Fe2＋檢驗的特效試劑，其顯色與溶液的pH有關(guān)，適宜范圍在2～9之間；硫氰化鉀檢驗Fe3＋時受溶液pH的影響，其中檢驗時的pH<3。問題2

說明檢驗試劑與Fe2＋顯色的酸堿性條件，運用配合物和平衡原理進(jìn)行解釋。提示：鄰二氮菲與Fe2＋形成配合物的反應(yīng)同樣受到pH的影響，當(dāng)H＋濃度較高時，鄰二氮菲中的N會優(yōu)先與H＋形成配位鍵，導(dǎo)致金屬離子的配位能力減弱。若OH－濃度高，OH－又會與Fe2＋作用，同鄰二氮菲形成競爭，所以鄰二氮菲檢驗Fe2＋的pH適宜范圍在2～9之間。提升點二

檢驗Fe2＋、Fe3＋的更優(yōu)試劑1.檢驗Fe2＋、Fe3＋的特效試劑與使用條件：(1)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(guān)，適宜范圍在2～9之間。(2)Fe3＋的檢驗：硫氰化鉀是檢驗Fe3＋的特效試劑，但檢驗過程受溶液pH的影響，其中檢驗時的pH<3。(3)檢驗Fe2＋、Fe3＋的另外的特效試劑。①Fe2＋的檢驗：鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6]可以檢驗，現(xiàn)象是有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生；②Fe3＋的檢驗：亞鐵氰化鉀K4[Fe(CN)6]可以檢驗，現(xiàn)象是有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生。2．配合物在檢驗離子中的應(yīng)用：(1)配體結(jié)合中心離子的強弱關(guān)系：一般是配體中可配位的原子越多越穩(wěn)定，穩(wěn)定性弱的配合物在一定條件下可以轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定性強的配合物。(2)影響因素：溶液的酸、堿性、中心離子和配體濃度。3．借助配合物檢驗金屬離子的過程：素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練2]

(雙選)如圖所示，a為乙二胺四乙酸(EDTA)，易與金屬離子形成螯合物，b為EDTA與Ca2＋形成的螯合物。下列敘述正確的是(

)A．a(chǎn)和b中N原子均采取sp3雜化B．b中Ca2＋的配位數(shù)為6C．a(chǎn)中配位原子是C原子D．b中含有共價鍵、離子鍵和配位鍵答案：AB解析：A項，a中N原子有3對σ鍵電子對，1對孤電子對，b中N原子有4對σ鍵電子對，沒有孤電子對，則a、b中N原子均采取sp3雜化，正確，B項，b中Ca2＋為配離子，Ca2＋的配位數(shù)為6，正確，C項，a不是配合物，錯誤；D項，鈣離子與N、O之間形成配位鍵，其他原子之間形成共價鍵，不含離子鍵，錯誤。課

堂

總

結(jié)[知識導(dǎo)圖][誤區(qū)警示]除KSCN和鄰二氮菲分別作為Fe3＋、Fe2＋的檢驗試劑外，亞鐵氰化鉀K4[Fe(CN)6]、鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6]可以分別與Fe3＋

和Fe2＋生成藍(lán)色沉淀，也常作為兩種離子的檢驗試劑。1．下列關(guān)于配合物的說法不正確的是(

)A．硫酸銅的水溶液中，銅離子實際上主要以四水合銅離子的形式存在B．氯化銀沉淀能溶于氨水，說明有的配合物(或配離子)很穩(wěn)定C．金屬離子都能作為中心離子，含有孤電子對的分子(或離子)都可作配體D．硫氰合鐵(Ⅲ)離子呈血紅色，由此可用KSCN溶液檢驗Fe3＋離子答案：C

2．配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]可用于離子檢驗，下列說法不正確的是(

)A．此配合物中存在離子鍵、配位鍵、極性鍵、非極性鍵B．配離子為[Fe(CN)5(NO)]2－，中心離子為Fe3＋，配位數(shù)為6，配位原子有C和NC．1mol配合物中σ鍵數(shù)目為12NAD．該配合物為離子化合物，易電離，1mol配合物電離共得到3NA陰、陽離子答案：A解析：Na＋與[Fe(CN)5(NO)]2－存在離子鍵，NO分子、CN－與Fe3＋形成配位鍵，碳氮之間、氮氧之間存在極性共價鍵，不存在非極性鍵，A錯誤；NO分子、CN－與Fe3＋形成配位鍵，共有6個，配位原子有C和N，B正確；配位鍵也屬于σ鍵，1mol配合物中σ鍵數(shù)目為(6＋5×1＋1)×NA＝12NA，C正確；配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]為離子化合物，電離出2個Na＋與1個[Fe(CN)5(NO)]2－，所以1mol配合物電離共得到3NA陰、陽離子，D正確。3．下列實驗中，依據(jù)操作及現(xiàn)象，得出的結(jié)論正確的是(

)選項實驗操作現(xiàn)象結(jié)論A取少量Na2O2粉末，向其中滴加過量的稀鹽酸產(chǎn)生無色氣體Na2O2樣品已變