化学微项目 补铁剂中铁元素的检验——应用配合物进行物质检验多媒体教学ppt课件

这是一份化学微项目 补铁剂中铁元素的检验——应用配合物进行物质检验多媒体教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基，多齿配体，关键能力·素养形成，428%，课堂检测·素养达标等内容，欢迎下载使用。
1.Fe2+和Fe3+的检验方法
2.Fe2+和Fe3+形成的配合物的颜色
3.螯合物(1)定义:_________形成的配合物。(2)特征:比金属离子与其配体生成的类似配合物稳定性___,用途更___。(3)常见的螯合剂:EDTA、环状配体冠醚类螯合剂。
【情境·思考】螯合物是配合物的一种,在螯合物的结构中,一定有一个或多个多齿配体提供多对电子与中心体形成配位键。“螯”指螃蟹的大钳,此名称比喻多齿配体像螃蟹一样用两只大钳紧紧夹住中心体。螯合物在工业中用来除去金属杂质,如水的软化、去除有毒的重金属离子等。比如重金属生产和使用的工厂使用重金属捕捉剂来沉淀重金属离子,达到净化废水的效果。
据以上材料思考:什么是螯合物?螯合物与普通配合物相比较有什么优势?提示:螯合物是由中心离子和多齿配体结合而成的具有环状结构的配合物。其优势是比金属离子与其配体生成的类似配合物稳定性更高,用途更广。
项目活动1:补铁药片中铁元素价态的检验铁元素是构成人体的必不可少的元素之一,缺铁会影响人体的健康和发育,最常见的是缺铁性贫血,世界卫生组织的调查表明,大约有50%的女童、20%的成年女性、40%的孕妇会发生缺铁性贫血。补铁是通过食物或专用营养剂为人体额外补充必需的、适量的无机铁或有机铁化合物,从而补充铁元素以达到强身健体、预防或辅助治疗疾病目的的过程。主要通过口服或者注射一些含铁制品来进行补充,那么补铁药主要有哪些?其中含有的铁元素的价态是什么?带着这些问题,我们一起研究一下补铁药中铁元素的价态吧!
【活动探究】1.实验用品琥珀酸亚铁片、KSCN溶液、稀盐酸、氯水、研钵、试管、烧杯、胶头滴管2.实验方案:(1)溶解固体样品:取几粒琥珀酸亚铁片,将其在研钵中研成粉末状,然后将粉末溶于稀盐酸中。
(2)Fe2+、Fe3+的检验①步骤:在一支试管中加入2～3 mL琥珀酸亚铁溶液,滴加少量KSCN溶液,观察颜色,然后再加入新制氯水,振荡,静置,观察颜色变化。
②现象:滴加KSCN溶液,溶液颜色没有变化(但是实际操作中可能会显示浅红色),再滴加新制氯水后,溶液变为红色。③结论:琥珀酸亚铁中含有Fe2+,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl- 、Fe3++3SCN-====Fe(SCN)3。
【思考·讨论】(1)在做Fe2+的检验的实验中,加入KSCN溶液后,有些同学在未加新制氯水的情况下,溶液中也产生了红色,其可能的原因是什么?提示:在溶解过程中或操作中,没有隔绝空气,导致少量的Fe2+被空气中的氧气氧化。
(2)在做Fe3+的检验的实验时,老师将所有同学分成两组,一组用蒸馏水溶解琥珀酸亚铁片形成悬浊液,一组用盐酸溶解琥珀酸亚铁片形成悬浊液,结果用蒸馏水的一组未见红色,而用盐酸的一组看到了红色,这是什么原因?提示:Fe3+的水合离子[Fe(H2O)6]3+呈淡紫色,但因Fe3+极易水解,故未充分酸化的水溶液会由于有[Fe(OH)]2+存在显黄色,随着pH的升高,Fe3+水解程度增加,可以生成Fe(OH)3胶体或沉淀,用SCN-检验时,在pH>3时,SCN-无法竞争到Fe3+,故不会变色;当pH3时,SCN-无法竞争到Fe3+,故不会变色;当pH10%,所以不可以服用。
答案:(1)硫氰化钾溶液(2)Mn +5Fe2++8H+====Mn2++5Fe3++4H2O(3)①酸式滴定管　20.00　②当溶液滴到最后一滴时,颜色为紫色,且半分钟内不变色　③A　④不可以
3.铁是人体必需的微量元素,治疗缺铁性贫血的常见方法是服用补铁药物。“速力菲”(主要成分:琥珀酸亚铁,呈暗黄色)是市场上一种常见的补铁药物。该药品不溶于水但能溶于人体中的胃酸。某同学为了检测“速力菲”药片中Fe2+的存在,设计并进行了如下实验:
(1)试剂1是________。 (2)加入KSCN溶液后,在未加新制氯水的情况下,溶液中也产生了红色,其可能的原因是_________________________________________________________。 (3)在实验中发现放置一段时间,溶液的颜色会逐渐褪去。为了进一步探究溶液褪色的原因,甲、乙、丙三位同学首先进行了猜想:
基于乙同学的猜想,请设计实验方案,验证乙同学的猜想是否正确。写出有关的实验操作、预期现象和结论。(不一定填满,也可以补充)
(4)另一同学为了检测“速力菲”药片中铁元素的含量,设计并进行了如下实验:①取样、碾碎,并称取2.0 g,加入过量盐酸,搅拌使其完全溶解;②向所得溶液中先加入足量H2O2溶液,再加入足量氨水,充分反应后过滤并洗涤沉淀;③将所得固体灼烧至恒重,得0.8 g红棕色固体。④计算:“速力菲”药片中铁元素的质量分数为________。
【解析】(1)试剂1用于溶解样品,可以选用稀盐酸或者稀硫酸。(2)少量亚铁离子被空气中的氧气氧化成铁离子,所以加入KSCN溶液后,在未加新制氯水的情况下,溶液中也产生了红色。(3)乙同学认为溶液中的SCN-被过量的氯水氧化,溶液红色才会消失;所以可以设计加入KSCN观察,如果溶液变红证明猜想正确;或者加入氯化铁溶液,如果溶液不变红色,说明乙同学的猜想是合理的,如果溶液变红色,说明乙同学的猜想是不合理的。
(4)另一同学为了检测“速力菲”药片中铁元素的含量,设计实验思路:双氧水将亚铁离子氧化为铁离子,铁离子与氨水反应生成氢氧化铁沉淀,氢氧化铁灼烧得0.8 g Fe2O3固体。根据铁原子守恒可以列出关系式:
“速力菲”药片中铁元素的质量分数为 ×100%=28%;
答案:(1)稀盐酸(或稀硫酸溶液) (2)Fe2+被空气中氧气氧化成Fe3+(3)
项目活动2:寻找更优的检验试剂相同金属与不同的配体形成配合物,颜色可以完全不同。普通的水合亚铁离子,能吸收红色的可见光发生d-d跃迁,所以看起来是绿色。因为d-d跃迁吸光系数很小(即吸收能力不是很强),所以亚铁离子的颜色很浅。而血液中的亚铁是与卟啉配位的,结构如图,
这个结构被称为血红素,通过图示可以看出,血红素是一种螯合物。血红素对可见光的吸收主要来自卟啉π电子的π-π*跃迁以及Fe到卟啉π*轨道的金属-配体电子转移(MLCT)。这两个吸收的波长与[Fe(H2O)6]2+的完全不同,所以造成了二者颜色的巨大差异。同时,以上两个吸收的吸光系数比d—d跃迁大得多,所以血液的颜色比[Fe(H2O)6]2+要深得多。所以选择不同的配位剂可能会有不同的检验的效果,那么我们通过实验进一步研究检验铁的试剂还有哪些更好的吧!
【活动探究】1.Fe2+、Fe3+形成配合物的实验探究。【实验用品】硫酸亚铁溶液、氯化铁溶液、苯酚、KSCN、邻二氮菲、乙二胺四乙酸二钠盐
【实验步骤】(1)在四支试管中分别加入硫酸亚铁溶液,分别向四支试管中滴加苯酚、硫氰化钾、邻二氮菲、EDTA二钠盐四种试剂,观察颜色变化。
现象:每种溶液中均有颜色变化,但是邻二氮菲颜色变化最明显,硫酸亚铁溶液由浅绿色变成橙红色。结论:Fe2+与四种物质均可以形成配合物,邻二氮菲是Fe2+检验的特效试剂。
(2)在四支试管中分别加入氯化铁溶液,分别向四支试管中滴加苯酚、硫氰化钾、邻二氮菲、EDTA二钠盐四种试剂,观察颜色变化。
现象:每种溶液中均有颜色变化,滴加苯酚的溶液变紫色,滴加硫氰化钾的溶液变红色,滴加邻二氮菲的溶液变为淡红色,滴加EDTA二钠盐溶液显黄色,但是颜色变化不明显。结论:Fe3+与四种物质均可以形成配合物,苯酚和硫氰化钾颜色变化最明显,苯酚和硫氰化钾是Fe3+检验的特效试剂。
2.Fe2+、Fe3+检验中配体作为检验试剂的条件选择。【实验用品】硫酸亚铁溶液、邻二氮菲、NaOH溶液、稀硫酸【实验步骤】(1)在一支试管中加入硫酸亚铁溶液,向试管中滴加邻二氮菲,观察颜色变化;然后将溶液分成两份,一份滴加NaOH,观察现象,一份滴加稀硫酸,观察颜色变化。
现象:硫酸亚铁溶液由浅绿色变成橙红色,加入NaOH溶液后,溶液颜色变浅直至产生白色沉淀;加入稀硫酸后溶液颜色变浅,直至消失。结论:邻二氮菲是Fe2+检验的特效试剂,其显色与溶液的pH有关,适宜范围在2～9之间。
(2)在一支试管中加入氯化铁溶液,向试管中滴加硫氰化钾,观察颜色变化;将溶液分成两份,一份中加入NaOH溶液,另一份中加入盐酸,观察溶液颜色的变化。
现象:开始滴加硫氰化钾的溶液后变红色,一份滴加NaOH后溶液颜色变浅,最终生成红褐色沉淀;一份加入盐酸,溶液颜色没有明显变化。结论:硫氰化钾检验Fe3+时受溶液pH的影响,其中检验时的pHC>H>CuD. 与 互为等电子体,但空间构型不同
【解析】选B。[Cu(EDTA)]SO4中所含的化学键有硫酸根离子与配离子之间是离子键,硫酸根离子、EDTA内部是共价键,EDTA与铜离子之间是配位键,氢键不属于化学键,故A错误;EDTA中有6个“—CH2—”和4个“—COOH”,“—CH2—”中碳原子为sp3杂化,“—COOH”中碳原子为sp2杂化,所以EDTA中碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3,故B正确;同一主族中,从上向下,元素第一电离能逐渐减小,同一周期中,元素的第一电离能随着原子序数的增大呈增大趋势,但N原子最外层的2p能级处于半满状态,是一种较稳定结构,所以它的第一电离能高于同周期
相邻的元素,[Cu(EDTA)]SO4的组成元素的第一电离能顺序为N>O>H>C>S>Cu,故C错误; 中S原子价层电子对数= ,没有孤电子对,故 为正四面体结构, 与 互为等电子体, 也为正四面体结构,故D错误。
4.将0.2 ml·L-1的KI溶液和0.05 ml·L-1 Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3++2I- 2Fe2++I2”的是(　　)
已知:离子方程式:3Fe2++2[Fe(CN)6]3-====Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色沉淀)。A.①和②　　　B.②和④　　　C.③和④　　　D.①
【解析】选D。将0.2 ml·L-1的KI溶液和0.05 ml·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,根据方程式可知碘离子过量,因此只需要证明溶液中含Fe3+即能证明此反应为可逆反应,能建立化学平衡。①向溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红,则说明溶液中有Fe3+,即能说明反应存在平衡,①正确;②由于碘离子过量,所以向溶液中滴入AgNO3溶液一定有黄色沉淀生成,不能说明反应存在平衡,②错误;③无论反应存不存在平衡,溶液中均存在Fe2+,滴入K3[Fe(CN)6]溶液均有蓝色沉淀生成,③错误;④无论反应存不存在平衡,溶液中均有I2,滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色,故不能证明存在平衡,④错误;答案选D。
5.(2020·东城区高一检测)铁元素不仅可以与SCN-、CN-等离子形成配合物,还可以与CO、NO等分子以及许多有机试剂形成配合物。回答下列问题:(1)基态铁原子有________个未成对电子; (2)CN-有毒,含CN-的工业废水必须处理,用TiO2作光催化剂可将废水中的CN-转化为OCN-,并最终氧化为N2、CO2①C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是________; ②1 ml CN-中含有σ键的数目为________; 
(3)乙二胺四乙酸能和Fe2+形成稳定的水溶性配合物乙二胺四乙酸铁钠,原理如图:乙二胺(H2NCH2CH2NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是_____________________________________________________。 
【解析】(1)基态铁原子的核外电子排布为:1s22s22p63s23p63d64s2,3d6中最多容纳10个电子,现在有6个,先占据单个的,所以只有2个成对,还有4个未成对;(2)①同周期第一电离能自左而右具有增大趋势,所以第一电离能O>C。由于氮元素原子2p能级有3个电子,处于半满稳定状态,能量较低,第一电离能大于相邻元素,所以C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N>O>C;②1 ml CN-含有碳氮三键,其中1个是σ键,个数为NA。(3)乙二胺分子间可以形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键,所以乙二胺(H2NCH2CH2NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多。