高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2微项目 补铁剂中铁元素的检验——应用配合物进行物质检验达标测试

微项目　补铁剂中铁元素的检验

基础过关练

1.(2021江苏苏州高二下期初考试)葡萄糖的银镜反应实验如下:

步骤1:向试管中加入1 mL 2% AgNO3溶液,边振荡边滴加2%的氨水,观察到有白色沉淀产生并迅速转化为灰褐色。

步骤2:向试管中继续滴加2%的氨水,观察到沉淀完全溶解。

步骤3:再向试管中加入1 mL 10%葡萄糖溶液,振荡,在60~70 ℃条件下水浴加热,观察到试管内壁形成了光亮银镜。

下列说法不正确的是 (　　)

A.步骤1中观察到的白色沉淀为AgOH

B.步骤2中沉淀溶解是因为生成了银氨配合物

C.步骤3中产生银镜说明葡萄糖具有氧化性

D.葡萄糖的检验也可以用新制氢氧化铜悬浊液

2.(2020山西省实验中学高二月考)配合物Na3[Fe(CN)6]可用于离子检验,下列说法不正确的是              (　　)

A.此配合物中存在离子键、配位键、极性键、非极性键

B.配离子为[Fe(CN)6]3-,中心离子为 Fe3+,配位数为6,配位原子为C

C.1 mol配合物中σ键数目为12NA

D.该配合物为离子化合物,易电离,1 mol该配合物电离得到阴、阳离子共4NA

3.(2020河北张家口高一上月考)为检验某溶液中是否含有Fe2+和Fe3+,某同学进行了下面实验,其中不正确的是              (　　)

A.用试管取少量溶液,加入KSCN溶液,溶液不变为血红色,通入少量氯气,溶液变为血红色,证明原溶液中不含Fe3+,含有Fe2+

B.用试管取少量溶液,加入KSCN溶液,溶液不变为血红色,用试管另取少量溶液,加入NaOH溶液,有白色沉淀生成,沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色,证明原溶液中不含Fe3+,含有Fe2+

C.用试管取少量溶液,加入KSCN溶液,溶液变为血红色,用试管另取少量溶液,加入NaOH溶液,出现红褐色沉淀,证明原溶液中不含Fe2+,含有Fe3+

D.用试管取少量溶液,加入KSCN溶液,溶液变为血红色,用试管另取少量溶液,加入少量酸性高锰酸钾溶液,高锰酸钾溶液的紫红色褪去,证明原溶液中含有Fe3+和Fe2+

4.(2020湖南长沙高二期中)Fe、Cu都是重要的材料元素,其单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用。

(1)Fe位于元素周期表的　　　　区,Fe2+的价层电子轨道表示式为　　　　　　　　　　。 

(2)向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液,溶液变成红色。该反应在有的教材中用化学方程式FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl表示。经研究表明,Fe(SCN)3是配合物,Fe3+与SCN-不仅能以1∶3的个数比配合,还能以其他个数比配合。请按要求填空:

①所得Fe3+与SCN-的配合物中,主要是Fe3+与SCN-以个数比1∶1配合所得离子显红色。含该离子的配合物的化学式是　　　　　　　。 

②铁的另一种配合物铁氰化钾K3[Fe(CN)6]俗称赤血盐,可用于检验Fe2+,两者反应生成带有特征蓝色的沉淀,请用离子方程式说明原理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

　　　　　　　　　　,该赤血盐配体的电子式为:　　　　　　　　　。 

5.(2021湖北孝感高二2月调研)铁、钛、镍等过渡元素在工业生产和科学研究中具有重要作用,请回答下列问题。

(1)有机铁肥[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3的名称叫三硝酸六尿素合铁,是一种配合物,它的中心离子Fe3+的价电子排布式为　　　　　　　;它所含非金属元素的电负性由小到大的顺序是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)钛被称为继铁、铝之后的“第三金属”,也叫“未来金属”。

钛位于周期表的　　　　区,基态Ti原子的电子占据了　　　　个原子轨道。 

(3)镍与CO生成的配合物Ni(CO)4中,易提供孤电子对的成键原子是　　　　(填元素名称);1 mol Ni(CO)4中含有的σ键数目为　　　　;写出与CO互为等电子体的一种阴离子的化学式　　　　　。 

6.X是合成碳酸二苯酯的一种有效的氧化还原催化助剂,可由EDTA与Fe3+反应得到。

(1)EDTA中碳原子的杂化轨道类型为　　　　　。EDTA中四种元素的电负性由小到大的顺序为　　　　　　　　　　　。 

(2)Fe3+的基态核外电子排布式为　　　　　　　;1 mol EDTA中含有σ键和π键的数目比为　　　　　。 

(3)EDTA与正二十一烷的相对分子质量非常接近,但EDTA的沸点(540.6 ℃)比正二十一烷的沸点(100 ℃)高,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)X中的配位原子是　　　　　。 

7.(2020四川内江高二上期末)2019年中国科学院福建物质结构研究所合成了首例缺陷诱导的晶态无机硼酸盐单一组分白光材料Ba2[Sn(OH)6][B(OH)4]2,并获得了该化合物的LED器件。

(1)基态O原子能量最高的电子其电子云在空间有　　　　个延展方向;基态硼原子的轨道表示式为　　　　　　　　　　　　　。 

(2)N与SO3互为等电子体,空间构型为　　　　　　　　;苯-1,4-二硼酸甲基亚氨基二乙酸酯结构如图1所示,硼原子和氮原子的杂化方式分别为　　　、　　　。 

(3)Fe3+可用SCN-检验,SCN-对应的酸有两种,分别为硫氰酸()和异硫氰酸(H—NCS),这两种酸中沸点较高的是　　　　,试分析其原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)微量元素硼和镁对植物的叶的生长和人体骨骼的健康有着十分重要的作用,其化合物也应用广泛。

①三价B易形成配离子,如[BH4]-。写出[BH4]-的一种阳离子等电子体:　　　　。 

②图2表示多硼酸根离子的一种无限长的链式结构,其化学式可表示为　　　　　　　　(用n表示硼原子的个数)。 

③硼酸晶体是片层结构,图3表示的是其中一层的结构。每一层内存在的作用力有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

图1

图2

图3

8.铁是人体重要的元素之一,参与血红蛋白的合成,在传递氧和参与人体代谢活动中起重要作用。琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血预防和治疗的常见药物,琥珀酸亚铁(C4H4O4Fe)不溶于水,在胃液中能够溶解,结构简式如下:

某化学兴趣小组对琥珀酸亚铁的一些性质及纯度进行探究。回答下列问题:

(1)为检验琥珀酸亚铁晶体是否氧化变质,可将其溶解于一定量的盐酸后,加入　　　　(填化学式)溶液,观察颜色的变化。 

(2)为测定琥珀酸亚铁的纯度,准确称量10 g琥珀酸亚铁晶体置于石英玻璃管中,按下图装置进行实验。

①上述装置的连接排序为　　　　(填字母);试剂X的名称为　　　　。 

②B装置的仪器名称是　　　　,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

③实验中选用氢氧化钡溶液而不是氢氧化钙溶液,除了因为氢氧化钙微溶于水,其溶液吸收CO2的量少外,还因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)若反应完全后,精确测量反应前后装置C的质量分别为101 g、140.4 g,则琥珀酸亚铁晶体的纯度为　　　　;如果没有装置B,测得的纯度会　　　　(填“偏高”“偏低”或“不变”)。 

微项目　补铁剂中铁元素的检验

基础过关练

1.C　氨水少量时,氨水中一水合氨电离出的氢氧根离子和银离子结合生成白色的AgOH沉淀,因此步骤1中观察到的白色沉淀为AgOH,A正确;AgOH与NH3·H2O反应生成Ag(NH3)2OH,Ag(NH3)2OH属于配合物,B正确;[Ag(NH3)2]OH和葡萄糖发生银镜反应生成Ag,说明葡萄糖具有还原性,C错误;新制氢氧化铜悬浊液与葡萄糖混合加热可得到砖红色沉淀,可用来检验葡萄糖,D正确。

2.A　Na+与[Fe(CN)6]3-之间存在离子键,CN-与Fe3+之间存在配位键,CN-中碳原子与氮原子之间存在极性共价键,不存在非极性共价键,A错误;配合物Na3[Fe(CN)6]中,配离子为[Fe(CN)6]3-,中心离子为 Fe3+,配位数为6,配位原子为C,B正确;1 mol配合物Na3[Fe(CN)6]中σ键数目为6×2×NA =12NA,C正确;该配合物为离子化合物,易电离,其电离方程式为Na3[Fe(CN)6]3Na++[Fe(CN)6]3-,1 mol该配合物电离得到阴、阳离子共 4NA,D正确。

3.C　向溶液中加入KSCN溶液,溶液不变为血红色,说明原溶液中不含Fe3+,通入少量氯气,溶液变为血红色,说明原溶液中含有Fe2+,故A正确;向溶液中加入KSCN溶液,溶液不变为血红色,说明原溶液中不含Fe3+,另取少量溶液,加入NaOH溶液,有白色沉淀生成,沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3,说明原溶液中不含Fe3+,含有Fe2+,故B正确;向溶液中加入KSCN溶液,溶液变为血红色,向溶液中加入NaOH溶液,出现红褐色沉淀,两个实验均说明原溶液中含有Fe3+,不能判断原溶液中是否含有Fe2+,故C不正确;向溶液中加入KSCN溶液,溶液变为血红色,说明原溶液中含有Fe3+,另取少量溶液,加入少量酸性高锰酸钾溶液,高锰酸钾溶液的紫红色褪去,说明原溶液中含有Fe2+,故D正确。

4.答案　(1)d　

　(2)①[Fe(SCN)]2+　②3Fe2++2[Fe(CN)6]3-Fe3[Fe(CN)6]2↓　[∶C︙︙N∶]-

解析　(1)Fe为26号元素,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,位于d区;基态铁原子失去4s能级两个电子形成Fe2+,价电子排布式为3d6,其轨道表示式为

。

(2)①Fe3+与SCN-以个数比1∶1配合所得离子为[Fe(SCN)]2+。

②反应的离子方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3-Fe3[Fe(CN)6]2↓;其配体为CN-,它的电子式为[∶C︙︙N∶]-。

5.答案　(1)3d5　H<C<N<O　(2)d　12　(3)碳　8NA　CN-

解析　(1)铁为26号元素,原子核外有26个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,铁原子失去最外层4s能级2个电子和3d能级的一个电子形成 Fe3+,所以Fe3+的价电子排布式为3d5;C、H、O、N的电负性:H<C<N<O。

(2)钛为22号元素,位于元素周期表的d区;基态Ti原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,电子占据了12个原子轨道。

(3)Ni(CO)4中配体为CO,提供孤电子对的成键原子是碳原子;每个CO中C与O形成一个σ键,C原子与Ni原子间存在配位键,所以1 mol Ni(CO)4中含8 mol σ键,数目为8NA;CO中含有2个原子,价电子数是10,CN-是与CO互为等电子体的阴离子。

6.答案　(1)sp2、sp3　H<C<N<O　(2)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5　35∶4　(3)EDTA可形成分子间氢键　(4)N、O

解析　(1)由EDTA的结构可知其中碳原子采取sp3和sp2杂化;同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增强,则C、N、O的电负性依次增强,且H的电负性弱于C,则涉及元素的电负性H<C<N<O。

(2)基态Fe原子的核外电子排布式可用[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2表示,失去3个电子变成Fe3+,基态Fe3+的核外电子排布式可用[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5表示;分子中的单键均为σ键,一个碳氧双键中存在一个σ键和一个π键,1 mol EDTA分子中含有σ键35 mol、π键4 mol,1 mol EDTA中含有σ键和π键的数目比为35∶4。

(3)EDTA存在分子间氢键,所以其沸点比正二十一烷的沸点高。

(4)由分子结构可知X中的配位原子是N和O。

7.答案　(1)3　

　(2)平面正三角形　sp2　sp3　(3)异硫氰酸(H—NCS)　异硫氰酸分子中存在N—H键,硫氰酸分子中存在S—H键,N的电负性大于S,异硫氰酸易形成分子间氢键　(4)①N(合理即可)　②(BO2　③共价键、氢键、范德华力

解析　(1)基态O原子的核外电子排布式为1s22s22p4,其能量最高的电子处于2p能级,其电子云在空间有3个延展方向;基态硼原子的核外电子排布式为1s22s22p1,轨道表示式为

。

(2)N中心原子N原子价电子对数为×(5+1-2×3)+3=3,没有孤电子对,有3个键长相同的σ键,空间构型为平面正三角形,同理,SO3的空间构型也为平面正三角形。由图1知,每个B和N原子均形成3个σ键,B原子外没有孤电子对,其杂化方式为sp2;N原子与C原子共用3对电子,还有一对孤电子对,其杂化方式为sp3。

(3)异硫氰酸分子中存在N—H键,硫氰酸分子中存在S—H键,N的电负性大于S,异硫氰酸易形成分子间氢键,因此两种物质中沸点较高的是异硫氰酸(H—NCS)。

(4)①等电子体是指原子数目相同,价电子总数相同的微粒,则与[BH4]-互为等电子体的阳离子有N等。②1个B原子连接3个O原子,其中2个氧原子分别为2个B原子共用,则每个B原子实际结合O原子数目为1+2×=2,带一个单位负电荷,所以多硼酸根离子的化学式为(BO2。③硼酸晶体是片层结构,硼酸分子内存在共价键,分子间存在氢键,分子之间还存在范德华力。

8.答案　(1)KSCN　(2)①ADCB　浓硫酸　②球形干燥管　防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置C,干扰实验　③等质量的二氧化碳反应产生碳酸钡的质量远远大于碳酸钙,误差小　(3)86.0%　偏高

解析　(1)琥珀酸亚铁晶体氧化变质会生成铁离子,检验铁离子的方法是将晶体溶解在盐酸中,再加入KSCN溶液,观察溶液是否变为血红色。(2)①本实验的原理是在氧气气流中加热琥珀酸亚铁产生氧化铁、二氧化碳和水,利用浓硫酸除去水蒸气,用氢氧化钡溶液吸收CO2并测量产生的二氧化碳的质量,所以装置的连接顺序为ADCB;试剂X为浓硫酸,其作用是除去二氧化碳气体中的水蒸气。②B装置的仪器名称为球形干燥管,其作用是防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置C,干扰二氧化碳含量的测定。③氢氧化钡和二氧化碳反应生成碳酸钡,氢氧化钙和二氧化碳反应生成碳酸钙,等量的二氧化碳产生碳酸钡的质量远远大于碳酸钙,误差较小。(3)生成碳酸钡沉淀的质量为140.4 g-101 g=39.4 g,根据质量守恒定律可得关系式:C4H4O4Fe~4CO2~4BaCO3,生成39.4 g碳酸钡沉淀需要琥珀酸亚铁的质量为8.6 g,所以琥珀酸亚铁的纯度为86%;如果没有装置B,会导致生成碳酸钡的质量变大,测得的纯度偏高。