新教材2023版高中化学微项目2补铁剂中铁元素的检验__应用配合物进行物质检验学案鲁科版选择性必修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
课程标准
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。

3．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。

学法指导
1.通过项目活动1，了解Fe2＋、Fe3＋的检验方法及实验方案的设计。

2．通过项目活动2，学会选择合适的检验试剂并调节至适宜的pH范围，发展科学探究与创新意识化学学科核心素养。

必备知识·自主学习——新知全解一遍过
知识点铁元素的检验
2＋3＋
3＋
2.Fe2＋和
3.螯合物
(1)定义：多齿配体形成的配合物。

(2)特征：比金属离子与其配体生成的类似配合物稳定性高，用途更广。

(3)常见的螯合剂：EDTA、环状配体冠醚类螯合剂。

学思用
Fe3O4有抗腐蚀效果，如钢铁制品的发蓝(又称烧蓝和烤蓝)就是利用碱性氧化性溶液的氧化作用，在钢铁制品表面形成一层蓝黑色或深蓝色Fe3O4薄膜，以用于增加抗腐蚀性、光泽和美观。

四氧化三铁溶于稀硫酸后生成三价铁离子和二价铁离子，下列试剂可用于检验该溶液中是否含有Fe2＋的是( )
A．NaOH溶液B．KSCN溶液
C．酸性KMnO4溶液D．氯水
关键能力·课堂探究——学科素养全通关
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
[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
[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。

互动探究
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？
问题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？
提升点一铁元素价态的检验及影响因素
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。

2．陌生现象寻找原因的思路：
(1)列出体系中存在的微粒；
(2)逐一判断每一种微粒是否是影响因素；
(3)筛选出潜在的影响因素；
(4)作出解释、提出猜想；
(5)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。

素养训练
[训练1] (1)二水合草酸镓的结构如图所示，其中镓原子在周期表中的位置为________，草酸根中碳原子的杂化方式为________。

(2)琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物，其中“亚铁”是关键成分，K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2＋的试剂，1 mol CN－中含π键的数目为________，临床建议服用维生素C促进“亚铁”的吸收，避免生成Fe3＋，从原子结构角度来看，Fe2＋易被氧化成Fe3＋的原因是__________________________________________。

(3)化合物(CH3)3N与盐酸反应生成[(CH3)3NH]＋，该过程新生成的化学键为________(填序号)
a．离子键 b．配位键c．氢键 d．非极性共价键
若化合物(CH3)3N能溶于水，试解析其原因_________________________________。

(4)Cu2＋等过渡元素水合离子是否有颜色与原子结构有关，且存在一定的规律。

试推断Ni2＋的水合离子为________(填“有”或“无”)色离子，依据是____________________________。

(5)元素铜与镍的第二电离能分别为Cu＝1 959 kJ·mol、Ni＝1 753 kJ·mol－1，I Cu>I Ni 的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

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。

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pH<3。

互动探究
问题1 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＋？
问题2 说明检验试剂与Fe2＋显色的酸碱性条件，运用配合物和平衡原理进行解释。

提升点二检验Fe2＋、Fe3＋的更优试剂
1.检验Fe2＋、Fe3＋的特效试剂与使用条件：
(1)Fe2＋的检验：邻二氮菲是检验Fe2＋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)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＋的另外的特效试剂。

①Fe2＋的检验：铁氰化钾K3[Fe(CN)6]可以检验，现象是有蓝色沉淀产生；
②Fe3＋的检验：亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]可以检验，现象是有蓝色沉淀产生。

2．配合物在检验离子中的应用：
(1)配体结合中心离子的强弱关系：一般是配体中可配位的原子越多越稳定，稳定性弱的配合物在一定条件下可以转化成稳定性强的配合物。

(2)影响因素：溶液的酸、碱性、中心离子和配体浓度。

3．借助配合物检验金属离子的过程：
素养训练
[训练2] (双选)如图所示，a为乙二胺四乙酸(EDTA)，易与金属离子形成螯合物，b 为EDTA与Ca2＋形成的螯合物。

下列叙述正确的是( )
A．a和b中N原子均采取sp3杂化
B．b中Ca2＋的配位数为6
C．a中配位原子是C原子
D．b中含有共价键、离子键和配位键
课堂总结
[知识导图]
[误区警示]
除KSCN和邻二氮菲分别作为Fe3＋、Fe2＋的检验试剂外，亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]、铁氰化钾K3[Fe(CN)6]可以分别与Fe3＋和Fe2＋生成蓝色沉淀，也常作为两种离子的检验试剂。

随堂检测·强化落实——基础知能练到位
1．下列关于配合物的说法不正确的是( )
A．硫酸铜的水溶液中，铜离子实际上主要以四水合铜离子的形式存在
B．氯化银沉淀能溶于氨水，说明有的配合物(或配离子)很稳定
C．金属离子都能作为中心离子，含有孤电子对的分子(或离子)都可作配体
D．硫氰合铁(Ⅲ)离子呈血红色，由此可用KSCN溶液检验Fe3＋离子
2．配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]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)5(NO)]2－，中心离子为Fe3＋，配位数为6，配位原子有C和N
C．1 mol配合物中σ键数目为12N A
D．该配合物为离子化合物，易电离，1 mol配合物电离共得到3N A阴、阳离子
4.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＋的价层电子轨道表达式为________________________________________________________________________。

(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方程式FeCl3＋3KSCN===Fe(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，还可以以其他个数比配合。

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____________________，该赤血盐其配体
的电子式为________________________。

微项目补铁剂中铁元素的检验
——应用配合物进行物质检验
必备知识·自主学习
[学思用]
解析：加NaOH溶液时，若有Fe2＋存在而生成Fe(OH)2，也会被生成的Fe(OH)3的红褐色掩盖，现象不明显；加KSCN溶液可检验Fe3＋无法检验Fe2＋；加入氯水无明显现象，故A、B、D均不对；滴加少量酸性KMnO4溶液，若紫红色褪去，则证明有Fe2＋存在。

答案：C
关键能力·课堂探究
提升点一
[互动探究]
提示1：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。

提示2：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。

[训练1] 解析：
(1)根据镓原子的核外电子排布规律知，镓在周期表中的位置为第4周期ⅢA族，草酸根离子为C2O42−，C的电子排布式为1s22s22p2，碳的化合价为＋3价，所以碳原子的杂化方式为sp2。

(2)因为CN－的电子式为[:C⋮⋮N:]−，故1个CN－中含2个π键，所以1 mol CN－中含2N A个π键，Fe2＋价电子排布式为3d6，易失一个电子形成Fe3＋，其价电子排布式为3d5，3d 轨道处于半充满状态，相对稳定，所以Fe2＋易被氧化成Fe3＋。

(3)化合物(CH3)3N与盐酸反应生成[(CH3)3NH]＋，该过程新生成的化学键为氮与氢离子形成配位键，所以选b；极性分子(CH3)3N和水之间形成氢键，所以溶解性增强。

(4)Zn2＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10，d轨道上有10个电子，Zn2＋无色，Sc3＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，其d轨道上有0个电子，处于全空，故没有颜色，Ni2＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8，既不是全空也不是全满状态，所以Ni2＋的水合离子为有色离子，依据是3d轨道有电子，且不满。

(5)铜元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，镍元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，铜失去最外层电子时为全充满状态，比较稳定，所以第二电离能较大；镍元素失去最外层电子后为1s22s22p63s23p63d8，不属于全满或半充满状态所以第二电离能比铜小。

答案：(1)第4周期ⅢA族sp2
(2)2N A Fe2＋价电子排布为3d6，易失一个电子形成稳定的3d5结构
(3)b (CH3)3N中的N上有1对孤电子对，有一定的极性，与水之间形成氢键，所以能溶于水
(4)有3d轨道有电子，且不满
(5)Cu＋外层电子为3d10，不易失电子；Ni＋外层电子为3d84s1，相比Cu＋容易失去电子，故第二电离能小
提升点二
[互动探究]
提示1：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。

提示2：邻二氮菲与Fe2＋形成配合物的反应同样受到pH的影响，当H＋浓度较高时，邻二氮菲中的N会优先与H＋形成配位键，导致金属离子的配位能力减弱。

若OH－浓度高，OH－又会与Fe2＋作用，同邻二氮菲形成竞争，所以邻二氮菲检验Fe2＋的pH适宜范围在2～9之间。

[训练2] 解析：A项，a中N原子有3对σ键电子对，1对孤电子对，b中N原子有4对σ键电子对，没有孤电子对，则a、b中N原子均采取sp3杂化，正确，B项，b中Ca2＋为配离子，Ca2＋的配位数为6，正确，C项，a不是配合物，错误；D项，钙离子与N、O之间形成配位键，其他原子之间形成共价键，不含离子键，错误。

答案：AB
随堂检测·强化落实
1．解析：铜离子在水溶液中主要以四水合铜离子的形式存在，故A正确；因Ag＋能与NH3形成更稳定的配离子[Ag(NH3)2]+，导致氯化银沉淀能溶于氨水，故B正确；不是所有金属离子都能作为中心离子，只有含有孤电子对的分子(或离子)才可作配体，故C错误；常用KSCN溶液检验Fe3＋离子，现象是溶液呈血红色，故D正确。

答案：C
2．解析：Na＋与[Fe(CN)5(NO)]2－存在离子键，NO分子、CN－与Fe3＋形成配位键，碳氮之间、氮氧之间存在极性共价键，不存在非极性键，A错误；NO分子、CN－与Fe3＋形成配位键，共有6个，配位原子有C和N，B正确；配位键也属于σ键，1 mol配合物中σ键数目为(6＋5×1＋1)×N A＝12N A，C正确；配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]为离子化合物，电离出2个Na＋与1个[Fe(CN)5(NO)]2－，所以1 mol配合物电离共得到3N A阴、阳离子，D正确。

答案：A
3．解析：过氧化钠与盐酸反应生成氧气，若变质混有碳酸钠与盐酸反应生成二氧化碳，则有气体生成不能说明是否变质，故A错误；Ca(ClO)2溶液中通入SO2气体，发生氧化还原反应生成硫酸钙，不能比较酸性的强弱，且HClO为弱酸，硫酸为强酸，故B错误；Fe2＋在酸性条件下能被NO3−氧化为Fe3＋，则滴加KSCN溶液后变红色，无法判断Fe(NO3)2样品已氧化变质，故C错误；溶液中先加入几滴KSCN溶液，无明显现象，说明溶液中无Fe3＋，再滴加H2O2溶液后溶液变红色，说明溶液中的Fe2＋被H2O2氧化为Fe3＋，故D正确。

答案：D
4．解析：
(1)Fe元素为26号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，位于第4周期第Ⅷ族，属于d区元素；铁原子失去4s能级两个电子形成Fe2＋，价电子为3d6，价层电子轨道表
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:]−。

答案：
(1)d
(2)①[Fe(SCN)]2＋
②3Fe2＋＋2[Fe(CN)6 ]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓
[∶C⋮⋮N∶]－。