魯科選擇性必修2

微工程:補鐵劑中鐵元素的檢驗——應用配合物進行物質檢驗學習任務一Fe2+、Fe3+離子的檢驗方法任務驅動:補鐵藥物中的鐵會是什么形態(tài)?如何檢驗?

(1)直接觀察顏色Fe2+溶液呈淺綠色,Fe3+溶液呈棕黃色。課前自主學習(2)利用顯色反響(形成絡離子)①②(3)利用鐵的氫氧化物的顏色

(4)利用Fe3+的氧化性①②③(5)利用Fe2+的復原性①②

學習任務二配合物的應用任務驅動:中國科學院深圳先進技術研究院納米醫(yī)學研究小組利用“以癌治癌〞的理念,采用聚合物包載化療藥物(阿霉素)和血紅蛋白為內核,外表包裹乳腺癌細胞膜的“馬甲〞后,制備了具有同源癌細胞靶向和增氧功能的“納米仿生氧載體〞。這種“納米仿生氧載體〞和血紅蛋白是怎樣結合的呢?1.檢驗金屬離子、別離物質、定量測定物質的組成【實驗1】銀氨溶液——檢驗醛基①配制過程②反響現象:先產生白色沉淀,后沉淀溶解。③滴加葡萄糖后加熱現象:有銀鏡生成?！緦嶒?】檢驗Fe3+①過程:含Fe3+的溶液溶液變?yōu)榧t色②反響:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3【實驗3】在兩支試管中分別參加2mL5%的硫酸銅和5%的硫酸鐵的混合溶液,向一支試管中滴加10%的氫氧化鈉溶液,向另一支試管中滴加濃氨水,觀察實驗現象。2.在生產中的應用配合物用于染色、電鍍、硬水軟化、金屬冶煉、配合物在生命體中的作用等領域。3.在尖端研究領域中的應用激光材料、超導材料、配合物與生物固氮、抗癌藥物的研究、催化劑的研制等。4.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)常見的螯合劑及其應用:EDTA(六齒螯合劑)可用于水的軟化、食物的保存等;環(huán)狀配體冠醚類螯合劑適用于堿金屬、堿土金屬的別離和分析。工程活動1補鐵藥片中鐵元素價態(tài)的檢驗補鐵藥物種類繁多,常見的有效成分有硫酸亞鐵、琥珀酸亞鐵、富馬酸亞鐵、葡萄糖酸亞鐵等,多為亞鐵離子的配合物。由于Fe2+具有復原性,藥品在保存過程中可能生成Fe3+。請設計實驗檢驗補鐵藥片中鐵元素是否為二價,保存過程中鐵元素是否局部被氧化為三價。課堂合作探究通用名:琥珀酸亞鐵片主要活性成分為琥珀酸亞鐵?；瘜W名:琥珀酸亞鐵結構式:分子式:C4H4FeO4相對分子質量:171.92藥品類別:抗貧血藥適應癥:缺鐵性貧血的預防及治療性狀:本品為白色片劑【活動探究】1.實驗藥品及儀器1mol·L-1稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4(H+)溶液、補鐵藥片(如琥珀酸亞鐵);錐形瓶、試管、燒杯、濾紙、膠頭滴管、漏斗、玻璃棒。2.實驗方案實驗任務實驗方案實驗現象實驗結論a.溶解固體樣品(1)將藥片去除糖衣,碾碎。(2)將碾碎的藥片粉末分成兩等份。①一份轉移到錐形瓶中,加入適量稀硫酸,靜置過濾。②另一份轉移到另一個錐形瓶中,加入適量蒸餾水,靜置過濾,得無色溶液①得懸濁液,過濾后得淺綠色透明溶液琥珀酸亞鐵溶于稀硫酸②得懸濁液,過濾后固體無明顯減少,溶液無色琥珀酸亞鐵在水中溶解度小或者不溶于水b.檢驗Fe3+各?、佗谥袨V液少量于試管中滴加硫氰化鉀溶液①中溶液變淡紅色有Fe3+②中無明顯現象無Fe3+實驗任務實驗方案實驗現象實驗結論c.檢驗Fe2+取①中濾液少量于試管中滴加KMnO4(H+)溶液①中溶液褪色有Fe2+【問題探究】(1)同一批藥片,用酸溶解配成懸濁液時,用KSCN溶液能檢測出有Fe3+,而用蒸餾水溶解的那么檢測不出Fe3+,這是什么原因,說明什么?提示:Fe3+的水合離子[Fe(H2O)6]3+呈淡紫色(稀溶液幾乎無色),因Fe3+極易水解,在用KSCN溶液檢驗Fe3+時,SCN-會與OH-競爭結合Fe3+。在pH<3時,SCN-才能競爭到Fe3+,所以用SCN-檢驗Fe3+時須在酸性條件下進行。(2)有同學認為,本實驗并不能確定藥品的主要成分為亞鐵鹽,你認為質疑這一檢驗方法的原因是什么?應如何才能檢驗出本實驗中的Fe2+?提示:在檢驗亞鐵離子時,酸性KMnO4溶液褪色只能說明溶液中有復原性物質存在,補鐵藥片中可能還含有其他復原劑,因此無法說明溶液中有亞鐵離子。應該參照KSCN檢驗Fe3+那樣,利用配合物的特征顏色來檢驗Fe2+以防止干擾?！咎骄靠偨Y】1.琥珀酸亞鐵

2.本補鐵藥片中的鐵元素為二價,主要成分為亞鐵鹽,保存過程中已局部被氧化;實驗還說明本藥品能溶于稀硫酸,不溶于水。3.C4H4跟Fe2+的結合能力隨pH減小而減弱,在酸性條件下跟H+的結合能力增強,從而釋放出Fe2+。【遷移應用】1.以下現象的變化與配合物的形成無關的是()A.向FeCl3溶液中滴加KSCN,出現紅色B.向Cu與Cl2反響的集氣瓶中參加少量H2O,呈綠色,再加水,呈藍色C.向FeCl2溶液中滴加氯水,溶液顏色變深D.向AlCl3溶液中逐滴參加NH3·H2O溶液至過量,出現白色沉淀【解析】選D。Fe3+、Cu2+、Fe2+具有3d空軌道,而Al3+不具有空軌道。A.Fe3+與SCN-形成配合物離子,與配合物的形成有關;B.Cu2+與H2O或Cl-形成的配合物離子的顏色不同,與配合物的形成有關;C.Fe2+可以被氯水氧化為Fe3+,其與H2O及Cl-形成的配合物離子有不同的顏色,與配合物的形成有關;D.Al3+與NH3·H2O反響生成Al(OH)3沉淀,與配合物的形成無關。2.向盛有硫酸銅水溶液的試管里參加氨水,首先形成難溶物,繼續(xù)添加氨水,難溶物溶解得到深藍色的透明溶液。以下對此現象說法正確的選項是()A.反響后溶液中不存在任何沉淀,所以反響前后Cu2+的濃度不變B.在[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+給出孤電子對,NH3提供空軌道C.向反響后的溶液參加乙醇,溶液沒有發(fā)生變化D.沉淀溶解后,將生成深藍色的配合離子[Cu(NH3)4]2+【解析】選D。硫酸銅和氨水反響生成氫氧化銅藍色沉淀,繼續(xù)加氨水時,氫氧化銅和氨水繼續(xù)反響生成絡合物而使溶液澄清,所以溶液中銅離子濃度減小,故A錯誤;在[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+提供空軌道,NH3提供孤電子對,故B錯誤;[Cu(NH3)4]SO4在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度,向溶液中參加乙醇后會析出藍色晶體,故C錯誤;硫酸銅和氨水反響生成氫氧化銅藍色沉淀,繼續(xù)加氨水時,氫氧化銅和氨水繼續(xù)反響生成絡合物離子[Cu(NH3)4]2+而使溶液澄清,故D正確。工程活動2尋找更優(yōu)的檢驗試劑(一)許多金屬配合物都有鮮艷的顏色,所以常常作為檢驗金屬離子的試劑。配合物的顏色越深,越利于檢驗出金屬離子;穩(wěn)定性越強,受環(huán)境干擾越小。設計實驗探究以下物質與Fe2+、Fe3+形成配合物的情況?！净顒犹骄俊?.實驗用品苯酚()溶液、硫氰化鉀(KSCN)溶液、鄰二氮菲()溶液、乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA-2Na、)溶液、新制的FeSO4溶液、Fe2(SO4)3溶液、苯、膠頭滴管、試管。2.實驗方案實驗任務實驗方案實驗現象實驗結論a.檢驗試劑是否與Fe2+形成配位鍵(1)分別取新配制的FeSO4溶液少量于四支試管中,并滴加少量苯(2)用長膠頭滴管分別吸?、俦椒尤芤孩贙SCN溶液③鄰二氮菲溶液④EDTA-2Na溶液插入試管中苯層以下滴加幾滴①無明顯現象不能與Fe2+形成有顏色的配合物②無明顯現象不能與Fe2+形成有顏色的配合物③溶液呈橙紅色能與Fe2+形成有顏色的配合物④溶液呈綠色能與Fe2+形成有顏色的配合物實驗任務實驗方案實驗現象實驗結論b.檢驗試劑是否與Fe3+形成配位鍵(1)分別取Fe2(SO4)3溶液少量于四支試管中(2)分別向其中滴加幾滴①苯酚溶液②KSCN溶液③鄰二氮菲溶液④EDTA-2Na溶液①溶液呈紫色能與Fe3+形成有顏色的配合物②溶液呈紅色能與Fe3+形成有顏色的配合物③無明顯現象不能與Fe3+形成有顏色的配合物④溶液呈黃色能與Fe3+形成有顏色的配合物【問題探究】進行Fe2+的實驗時,為什么需要新配制的FeSO4溶液,而且加少量苯?提示:Fe2+易被空氣中的氧氣氧化為Fe3+,從而對實驗造成干擾,新配制的溶液能降低被氧化的可能,少量苯起到液封的作用?！咎骄靠偨Y】1.鄰二氮菲和EDTA-2Na能與Fe2+形成有鮮艷顏色的配合物,可應用于Fe2+檢驗;形成的配位鍵中鄰二氮菲由N原子提供孤電子對,EDTA-2Na溶液中的N原子和O原子都可提供孤電子對跟亞鐵離子配位。2.、KSCN和EDTA-2Na能與Fe3+形成有鮮艷顏色的配合物,可應用于Fe3+檢驗;形成的配位鍵中苯酚由O原子提供孤電子對,鄰二氮菲由N原子提供孤電子對,EDTA-2Na溶液中的N原子和O原子都可提供孤電子對跟鐵離子配位。

(二)酸堿性對于探究(一)中選出的檢驗試劑形成配合物的顯色是否會產生影響?請設計實驗探索鄰二氮菲和KSCN作為檢驗Fe2+、Fe3+試劑的適用范圍。1.實驗用品硫氰化鉀(KSCN)溶液、鄰二氮菲()溶液、新制的FeSO4溶液、Fe2(SO4)3溶液、苯、NaOH溶液、pH試紙、玻璃片、膠頭滴管、試管、玻璃棒2.實驗方案實驗任務實驗方案實驗現象實驗結論a.測定鄰二氮菲用于檢測Fe2+時的適宜pH范圍(1)取新配制的FeSO4溶液少量于三支試管中用稀硫酸調節(jié)pH分別為1、2、3標記為①②③(2)分別向其中滴加幾滴鄰二氮菲溶液①無明顯現象無法檢測出Fe2+②溶液呈淺橙紅色能檢測出Fe2+③溶液呈橙紅色能檢測出Fe2+(1)取新配制的FeSO4溶液少量于三支試管中,并加入少量苯(2)用長膠頭滴管吸取NaOH溶液插入試管中苯層以下調節(jié)溶液的pH分別為8、9、10,靜置,標記為①②③(3)用長膠頭滴管分別向其中苯層以下的上層清液中滴加幾滴鄰二氮菲溶液①溶液呈橙紅色能檢測出Fe2+②溶液呈淺橙紅色能檢測出Fe2+③無明顯現象無法檢測出Fe2+實驗任務實驗方案實驗現象實驗結論b.測定KSCN用于檢測Fe3+時的適宜pH范圍(1)分別取Fe2(SO4)3溶液少量于三支試管中(2)用稀H2SO4溶液調節(jié)溶液的pH分別為1、2、3,靜置,標記為①②③(3)分別向其中上層清液中滴加幾滴KSCN溶液①溶液呈紅色能檢測出Fe3+②溶液呈紅色能檢測出Fe3+③無明顯現象無法檢測出Fe3+【問題探究】酸堿性對鄰二氮菲檢測Fe2+,KSCN檢測Fe3+都會產生影響,原因是什么?提示:鄰二氮菲與Fe2+形成配合物的反響受到溶液pH的影響:當H+濃度較高時,鄰二氮菲中的N會優(yōu)先與H+形成配位鍵,導致與金屬離子的配位能力減弱;假設OH-濃度高,OH-又會與Fe2+作用,同鄰二氮菲形成競爭。同樣的原因,隨著pH升高,SCN-會與OH-競爭結合Fe3+,在pH>3時,SCN-無法競爭到Fe3+?！咎骄靠偨Y】1.酸堿性對鄰二氮菲檢測Fe2+會產生影響,鄰二氮菲檢測Fe2+的適宜pH范圍是2～9。2.酸堿性對KSCN檢測Fe3+會產生影響,KSCN檢測Fe3+的適宜條件是pH<3。3.除鄰二氮菲和KSCN作為檢驗Fe2+、Fe3+試劑外,鐵氰化鉀(K3[Fe(CN)6])和亞鐵氰化鉀(K4[Fe(CN)6])可以分別與Fe2+、Fe3+生成藍色沉淀,也常作為兩種試劑的檢驗試劑。

4.鄰二氮菲和Fe2+形成的配合物在Fe2+的檢驗中的應用及其與配合物性質的關聯。

【遷移應用】1.把CoCl2溶于水后加氨水先生成Co(OH)2沉淀后又溶解,再加氨水,生成[Co(NH3)6]Cl2,此時向溶液中通入空氣,得到的產物中有一種其組成可以用CoCl3·5NH3表示,Co配位數是6,把別離出的CoCl3·5NH3溶于水后立即加硝酸銀溶液,那么析出氯化銀沉淀。經測定,每1molCoCl3·5NH3只生成2molAgCl。以下說法錯誤的選項是()A.產物中CoCl3·5NH3的配位體為氨分子和氯離子B.通入空氣后得到的溶液含有[Co(NH3)5Cl]2+C.[Co(NH3)6]Cl2中心離子的價電子排布式為3d54s2D.[Co(NH3)6]Cl2中含有配位鍵、極性共價鍵、離子鍵【解析】選C。配合物的內界不能電離,外界可以電離。Co配位數是6,把別離出的CoCl3·5NH3溶于水后立即加硝酸銀溶液,每1molCoCl3·5NH3只生成2molAgCl,說明外界有2個Cl-,所以CoCl3·5NH3可表示為[Co(NH3)5Cl]Cl2。CoCl3·5NH3可表示為[Co(NH3)5Cl]Cl2,CoCl3·5NH3的配位體為5個氨分子和1個氯離子,故A正確;[Co(NH3)5Cl]Cl2電離出[Co(NH3)5Cl]2+和Cl-,所以通入空氣后得到的溶液含有[Co(NH3)5Cl]2+,故B正確;[Co(NH3)6]Cl2中心離子是Co2+,價電子排布式為3d7,故C錯誤;[Co(NH3)6]Cl2中含有配位鍵、極性共價鍵、離子鍵,故D正確。2.(2021·鎮(zhèn)江高二檢測)許多過渡金屬離子對多種配位體有很強的結合力,能形成種類繁多的配合物。以下說法正確的選項是()A.向配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O溶液中參加足量的AgNO3溶液,所有的Cl-均被完全沉淀B.配合物Ni(CO)4常溫下呈液態(tài),易溶于CCl4、苯等有機溶劑,那么固態(tài)Ni(CO)4屬于非極性分子C.配合物[Cu(NH3)4]SO4·H2O的配位體為NH3和D.配合物[Ag(NH3)2]OH的配位數為6【解析】選B。參加足量的AgNO3溶液,外界Cl-與Ag+反響形成AgCl沉淀,內界配位離子Cl-與Ag+不能反響,A錯誤;配合物Ni(CO)4常溫下呈液態(tài),易溶于CCl4、苯等有機溶劑,根據相似相溶原理可知,固態(tài)Ni(CO)4屬于非極性分子,B正確;配合物[Cu(NH3)4]SO4·H2O的配體為NH3,C錯誤;配合物[Ag(NH3)2]OH的配體為NH3,配位數為2,D錯誤。1.(2021·龍巖高二檢測)化合物含有配位鍵的一局部,可以是分子或離子,中心原子周圍的配位原子個數稱為配位數。以下有關說法中錯誤的選項是()A.[Ag(NH3)2]+中Ag+空的5s軌道和5p軌道以sp雜化成鍵,空間構型為直線形B.配位數為4的配合單元一定呈正四面體結構,配位數為6的配合單元一定呈正八面體結構C.[Cu(NH3)4]SO4中所含的化學鍵有離子鍵、極性共價鍵和配位鍵D.[Pt(NH3)6]2+和[PtCl4]2-中,其中心離子的化合價都是+2課堂素養(yǎng)達標【解析】選B。Ag+價電子排布式為4d10,4d軌道電子全充滿,那么一個5s軌道和1個5p軌道參與雜化形成兩個雜化軌道,這兩個雜化軌道接受兩個氮原子中提供的孤電子對而形成兩個配位鍵,所以中心原子與配位體形成配位鍵的雜化軌道類型是sp雜化,空間構型為直線形,A正確;配位數為4的配合物可以為四面體結構,也可以為平面四邊形結構,B錯誤;[Cu(NH3)4]SO4屬于離子化合物,含有離子鍵,N—H鍵為極性共價鍵,Cu—N鍵為配位鍵,C正確;[Pt(NH3)6]2+中,NH3可以看為一個整體,顯0價,[PtCl4]2-中,Cl顯-1價,故它們的中心離子的化合價都是+2,D正確。2.(雙選)(改編)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。以下表達正確的選項是()A.b含有分子內氫鍵B.b中Ca2+的配位數為6C.b含有共價鍵、離子鍵和配位鍵D.a和b中的N原子均為sp3雜化【解析】選B、D。不符合形成氫鍵的條件,故A錯誤;根據結構簡式,Ca2+的配位數為6,故B正確;b為陰離子,含有共價鍵和配位鍵,不含離子鍵,故C錯誤;根據結構簡式,a和b中N原子的雜化方式為sp3,故D正確。3.(2021·宣州高二檢測)EDTA是螯合劑的代表性物質。能和堿金屬、稀土元素和過渡金屬等形成穩(wěn)定的水溶性配合物。對化合物[Cu(EDTA)]SO4(EDTA的結構簡式如圖)的說法正確的選項是()

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、sp3C.[Cu(EDTA)]SO4的組成元素的第一電離能順序為O>S>N>C>H>CuD.與互為等電子體,但空間構型不同【解析】選B。[Cu(EDTA)]SO4中所含的化學鍵有硫酸根離子與配離子之間是離子鍵,硫酸根離子、EDTA內部是共價鍵,EDTA與銅離子之間是配位鍵,氫鍵不屬于化學鍵,故A錯誤;EDTA中有6個“—CH2—〞和4個“—COOH〞,“—CH2—〞中碳原子為sp3雜化,“—COOH〞中碳原子為sp2雜化,所以EDTA中碳原子的雜化軌道類型為sp2、sp3,故B正確;同一主族中,從上向下,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能級處于半滿狀態(tài),是一種較穩(wěn)定結構,所以它的第一電離能高于同周期相鄰的元素,[Cu(EDTA)]SO4的組成元素的第一電離能順序為N>O>H>C>S>Cu,故C錯誤;中S原子價電子對數=4+=4,沒有孤電子對,故

為正四面體結構,與

互為等電子體,也為正四面體結構,故D錯誤。4.(2021·宣州高二檢測)(1)維爾納是瑞士蘇黎世大學著名教授,首先提出“配位數〞概念,建立了絡合物的配位理論。

他發(fā)現,取CoCl3·6NH3(黃色)、CoCl3·5NH3(紫紅色)、CoCl3·4NH3(綠色)和CoCl3·4NH3(紫色)四種化合物各1mol,分別溶于水,參加足量硝酸銀溶液,立即產生氯化銀,沉淀的量分別為3mol、2mol、1mol和1mol。①請根據實驗事實用配合物的形式寫出它們的化學式。CoCl3·6NH3________,CoCl3·4NH3(綠色和紫色)________。

②上述配合物中,中心離子的配位數都是________。

(2)向黃色的三氯化鐵溶液中參加無色的KSCN溶液,溶液變成紅色,該反響在有的教材中用方程式FeCl3+3KSCN====Fe(SCN)3+3KCl表示。經研究說明,Fe(SCN)3是配合物,Fe3+與SCN-不僅能以1∶3的個數比配合,還可以其他個數比配合,請按要求填空:①Fe3+與SCN-反響時,Fe3+提供________,SCN-提供______,二者通過配位鍵結合。

②所得Fe3+與SCN-的配合物中,主要是Fe3+與SCN-以個數比1∶1配合所得離子顯紅色,含該離子的配合物的化學式是________。

【解析】(1)①CoCl3·6NH3中有3個Cl-為外界離子,配體為6個NH3,化學式為[Co(NH3)6]Cl3;CoCl3·4NH3(綠色和紫色)中有1個Cl-為外界離子,配體為4個NH3和2個Cl-,化學式均為[Co(NH3)4Cl2]Cl;②這幾種配合物的化學式分別是[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl,其配位數都是6;(2)①Fe3+與SCN-反響生成的配合物中,Fe3+提供空軌道,SCN-提供孤電子對,二者通過配位鍵結合;②Fe3+與SCN-以個數比1∶1配合所得離子為[Fe(SCN)]2+,故FeCl3與KSCN在水溶液中反響生成[Fe(SCN)]Cl2與KCl。