高中化学微项目 补铁剂中铁元素的检验——应用配合物进行物质检验导学案及答案

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1．了解金属离子可以形成丰富多彩的配合物，许多配合物都具有颜色；知道可以利用形成的配合物的特征颜色对金属离子进行定性检验。
2．了解配合物的稳定性各不相同，配合物之间可以发生转化；知道如何在实验过程中根据配合物的稳定性及转化关系选择实验条件。
1．Fe2＋的性质
(1)Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)
(2)Fe2＋＋2SCN－Fe(SCN)2(无色)
(3)3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色)
(4)Fe2＋易被强氧化剂氧化。
2．Fe3＋的性质
(1)Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色)
(2)Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3(红色)
(3)4Fe3＋＋3[Fe(CN)6]4－===Fe4[Fe(CN)6]3↓(蓝色)
(4)Fe3＋遇苯酚()溶液显紫色。
项目活动1 补铁药片中铁元素价态的检验
[实验方案]
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。
[探究问题]
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：Fe2＋可能被空气中氧气氧化为Fe3＋。
2．用同一批药片，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pH<3时，OH－浓度很小，这时SCN－会与Fe3＋结合而变红色。
3．有小组向酸性高锰酸钾溶液中加入补铁剂后发现溶液褪色，能否说明补铁剂中含Fe2＋？
提示：不能。因为补铁剂中可能含有其他还原性物质。
[探究总结]
1．不同价态的铁的检验
(1)Fe2＋的检验方法
①方法：加入KSCN溶液无明显现象，再滴入氯水变成红色溶液。
②发生的反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)
(2)Fe3＋的检验
①方法：加入KSCN溶液，溶液变为红色
②反应：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)
(3)注意事项
①用SCN－检验时，在pH>3时，SCN－无法竞争到Fe3＋，故不会变色；当pH<3时，OH－浓度很小，这时SCN－会与Fe3＋结合而变红色，故检验Fe3＋须在酸性条件下进行。
②检验Fe2＋和Fe3＋最好都用形成配合物的方式进行检验，否则很容易产生误差。
2．探究陌生现象产生的原因的基本思路
在遇到陌生现象希望寻找其发生的原因时，可以按下列思路进行：列出体系中存在的微粒→逐一判断每一种微粒是否有可能是影响因素→筛选出潜在的影响因素→作出解释、提出猜想→进一步设计出控制变量的实验，检验猜想的合理性，确认影响因素。
项目活动2 寻找更优的检验试剂
[实验方案]
实验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。
实验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，适宜范围为2～9。
(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pH<3。
[探究问题]
1．根据EDTA的结构式：
分析EDTA能否当作配位剂。
提示：能。因为EDTA中含N、O原子，N、O原子存在孤电子对。EDTA是一种常用的螯合剂。
2．根据以上实验说出什么试剂在什么条件下适用于检验Fe2＋、Fe3＋？
提示：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；硫氰化钾检验Fe3＋时受溶液pH的影响，其中检验时的pH<3。
3．试分析用邻二氮菲检验Fe2＋时溶液pH需控制在2～9的理由。
提示：邻二氮菲()在H＋浓度较高时，N原子易与H＋形成类似于NHeq \\al(＋,4)的配位键；若OH－浓度较高时，OH－又会与Fe2＋作用。故需控制pH在2～9。
4．检验Fe3＋、Fe2＋时也可用亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]、铁氰化钾K3[Fe(CN)6]，均生成蓝色沉淀。试写出有关离子反应方程式。
提示：3[Fe(CN)6]4－＋4Fe3＋===Fe4[Fe(CN)6]3↓；
2[Fe(CN)6]3－＋3Fe2＋===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
[探究总结]
1．检验Fe2＋、Fe3＋的特效试剂与使用条件
(1)Fe2＋的检验：邻二氮菲是Fe2＋检验的特效试剂，其显色与溶液的pH有关，适宜范围为2～9。
(2)Fe3＋的检验：硫氰化钾是检验Fe3＋的特效试剂，但检验过程受溶液pH的影响，其中检验时的pH<3。
(3)检验Fe2＋、Fe3＋的另外特效试剂
①Fe3＋的检验：亚铁氰化钾K4[Fe(CN6)]可以检验，现象是有蓝色沉淀产生；
②Fe2＋的检验：铁氰化钾K3[Fe(CN6)]可以检验，现象是有蓝色沉淀产生。
2．利用配合物检验金属离子的流程
1．(2021·湖南长沙长郡中学高二上期中)《开宝本草》中记载了中药材铁华粉的制作方法：“取钢煅作叶如笏或团，平面磨错令光净，以盐水洒之，于醋瓮中阴处埋之一百日，铁上衣生，铁华成矣。”中药材铁华粉是( )
A．氧化铁 B．氯化亚铁 C．氯化铁 D．醋酸亚铁
D [“取钢煅作叶如笏或团，平面磨错令光净，以盐水洒之，于醋瓮中阴处埋之一百日”，铁是活泼金属，能与酸反应，Fe与醋酸反应可生成醋酸亚铁，故选D。]
2．(2021·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，高锰酸钾的紫红色褪去，证明原溶液中含有Fe3＋和Fe2＋
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＋，不能说明原溶液中是否含有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，高锰酸钾的紫红色褪去，说明原溶液中含有Fe2＋，故D正确。]
3．选择合适试剂完成甲、乙两组实验。
甲组：检验含Fe3＋的溶液中是否含有Fe2＋；
乙组：检验含Fe2＋的溶液中是否含有Fe3＋。
下列试剂及加入试剂顺序能达到实验目的的是( )
B [甲组，在Fe3＋存在的条件下检验Fe2＋，要排除Fe3＋的干扰。所选试剂具备下列条件：一是能与Fe2＋发生有明显现象的反应；二是与Fe3＋不反应。溴水符合条件，实验现象是溴水颜色变浅，酸性KMnO4溶液也符合条件：5Fe2＋＋MnOeq \\al(－,4)＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O，实验现象是溶液紫色变浅。乙组，在Fe2＋存在的条件下检验Fe3＋，用KSCN溶液检验Fe3＋即可，Fe2＋不会造成干扰。]
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
D [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，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．碳元素在自然界中分布很广，在地壳中其丰富程度远低于氧、硅、铝、铁等元素。但是，碳却是存在形式最复杂的元素，如煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。请回答下列问题：
(1)基态碳原子的电子排布式为________。
(2)在CO2分子中，碳原子采用________杂化轨道与氧原子成键。
(3)COCl2俗称光气，分子中C原子采取sp2杂化成键，应用价层电子对互斥理论，预测COCl2分子的空间构型为__________________________________。
(4)二茂铁(C5H5)2Fe是Fe2＋与环戊二烯基形成的一类配合物，实验室测定铁的含量：可用配位剂邻二氮菲()，它能与Fe2＋形成红色配合物(如图)，该配离子中Fe2＋与氮原子形成配位键共有________个。
[解析] (1)基态碳原子核外有6个电子，根据构造原理知碳元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p2。(2)二氧化碳分子中碳原子价层电子对数是2且不含孤电子对，所以碳原子采用sp杂化。(3)碳原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形。(4)铁与氮原子之间形成配位键，由图可知，该配离子中亚铁离子与氮原子形成配位键共有6个。
[答案] (1)1s22s22p2 (2)sp (3)平面三角形 (4)6
试剂
选项
甲组
乙组
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
实验编号
实验操作
实验现象
①
滴入KSCN溶液
溶液变红色
②
滴入AgNO3溶液
有黄色沉淀生成
③
滴入K3[Fe(CN)6]溶液
有蓝色沉淀生成
④
滴入淀粉溶液
溶液变蓝色