06实验六 邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验-教案

实验六邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验教案
课程名称：分析化学实验B
教学内容：邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验—单因素实验法
实验类型：验证
教学对象：化工、环境工程、药学、生物科学、应用化学、医学检验、制药、复合材料、生物工程、生物技术
授课地点：中南大学南校区化学实验楼401
授课学时：4学时
一、教学目的与要求
1、练习并掌握吸量管、比色管、比色皿的使用；
2、掌握分光光度法的条件试验及测定方案的拟定；
3、掌握分光光度法测定邻二氮菲与铁的配合物组成的实验方法；
4、了解分光光度计的构造、性能及使用方法；
5、学习掌握722S型分光光度计的正确使用，了解其工作原理；
6、掌握单因素实验法数据处理方法。

二、知识点
分光光度法、配位反应、显色反应、影响显色反应的因素、酸度、标准溶液、吸量管、比色管、比色皿、实验报告的撰写（数据处理三线表表格化）
三、技能点
玻璃器皿的洗涤、吸量管的使用、系列条件实验溶液的配制、比色皿的使用、分光光度计的使用
四、教学重点及难点
重点：邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验的基本原理和操作方法
难点：722s型分光度计的操作、酸度条件的选择与控制
五、教学方法
任务驱动法、分组讨论法、阅读指导法、现场讲解指导等
六、复习引入
1、复习分光光度法有关知识，提问学生:
(1) 邻二氮菲分光光度法测定微量铁时加入盐酸羟胺溶液的目的？(将Fe3+还原为Fe2+，)
(2) 可见分光光度法测定无机离子，要经过几个过程？(要经过两个过程：一是显色过程；二是测量过程)
(3) 显色条件与哪些因素有关？(显色剂用量、酸度、时间、温度、溶剂及干扰物质)
[引入] 分光光度法的应用：邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验
[引言] 在可见光分光光度法的测定中，通常是将被测物与显色剂反应，使之生成有色物质，然后测其吸光度，进而求得被测物质的含量。

因此，显色条件的完全程度和吸光度的测量条件都会影响到测量结果的准确性。

为了使测定有较高的灵敏度和准确性，必须选择适宜的显色反应条件和仪器测量条件。

通常所研究的显色反应条件有显色温度和时间，显色剂用量，显色液酸度，溶剂、干扰物质的影响因素及消除等，仪器测量条件主要是测量波长、吸光度读数范围和参比溶液的选择。

条件试验的一般采用单因素条件实验，即改变其中一个因素，暂时固定其他因素，显色后测量相应溶液吸光度，通过吸光度与变化因素的曲线来确定适宜的条件。

确定显色反应的最佳实验条件，也就可以在一定程度上保证了实验的准确度和精密度。

[新授]课题：邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验—单因素条件实验法
[提出任务]教师提出本课题的学习任务：
1、邻二氮菲分光光度法测定铁的基本条件是什么？
2、邻二氮菲吸光光度法测定微量铁的实验中，溶液的酸度是如何影响的?
3、邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验的操作方法。

[任务探索]
1、邻二氮菲分光光度法测定铁的基本条件是什么？
根据有关学习资料，思考下列问题：
(1) 分光光度法测定铁时吸光度的读数范围是多少？如何确定分析物质的浓度范围？
(2) 邻二氮菲与铁的配合物组成是怎样测定的？
(3) 在条件实验中为什么可以用水为参比，而不必用试剂空白溶液为参比?
[归纳]引导学生归纳总结出邻二氮菲分光光度法测定铁的基本条件是什么？
邻二氮菲(又称邻菲罗啉)是测定微量铁的较好试剂，在pH=3～9的条件下，二价铁离子与试剂生成极稳定的配位比为1：3的橙红色配合物，配合物的lgk
稳＝21.3，其在510nm波长下有最大吸收，且遵守朗伯－比耳定律，摩尔吸光系数ε510＝11000。

在显色前，用盐酸羟胺把三价铁离子还原为二价铁离子：
4Fe3+ + 2NH2OH———4Fe3+ + N2O + 4H+ + H 2O
测定时，控制溶液pH=5较为适宜，酸度高时，反应进行较慢，酸度太低，则二价铁离子水解，影响显色。

条件试验通常采用单因素实验法。

其原理是在几个条件实验中，改变其中一个因素，暂时固定其他因素，显色后测量相应溶液吸光度，通过吸光度与变化因素的曲线来确定适宜的条件。

[学生回答]
(1) 分光光度法测定铁时吸光度的读数范围是多少？如何确定分析物质的浓度范围？
[讲解]分光光度法测定铁时吸光度的读数范围是0.2～0.8，吸光度的读数范围和实验得到的摩尔吸光系数及吸光光程从而确定分析物质的浓度范围。

(2) 邻二氮菲与铁的配合物组成是怎样测定的？
[讲解] 一般采用摩尔比法，又称饱和法。

即即配制一系列溶液，各溶液的金属离子浓度、酸度、温度等条件恒定，只改变配位体的浓度，在络合物的最大吸收波长处测定各溶液的吸光度，以吸光度对摩尔比c L/c M作图，如图6-1所示：
图6-1 摩尔比法测定络合物组成
将曲线的线性部分延长相交于一点，该点对应的c L/c M值即为配位数n。

(3) 在条件实验中为什么可以用水为参比，而不必用试剂空白溶液为参比?
[讲解] 在酸度为 pH=3～9 的溶液中，邻二氮菲和Fe2+生成稳定的桔红色配合物，λmax =510nm，εmax =1.1×104L /(mol·cm) ，在还原剂存在下，颜色可保持几个月不变。

邻二氮菲与Fe3+也生成 3:1 配合物，呈淡蓝色。

因此在显色之前，需要用盐酸羟胺 ( 或抗坏血酸 ) 将全部的Fe3+还原为Fe2+。

试剂空白不止含有水，而还含有如无机盐，缓冲液等，而这些东西都有吸光值，实验测定的是二价铁离子，所以空白试剂必须把样品中除了二价铁离子以外的有吸光值的物质因素扣除，而进行条件实验中不需考虑这些因素的影响，所以在条件实验中可以用水为参比。

2、邻二氮菲吸光光度法测定微量铁的实验中，溶液的酸度是如何影响的?
[讲解]溶液的酸度直接影响着金属离子和显色剂的存在形式以及有色配合物的组成和稳定性。

酸度对金属离子存在状态的影响、酸度对显色剂浓度的影响、酸度对显色剂颜色的影响、酸度对配合物组成的影响、酸度对配合物稳定性，可见，酸度对显色反应的影响很大，而且表现在多方面，所以，显色反应的酸度要通过实验来确定。

3、邻二氮菲吸光光度法测定铁的条件试验的操作方法。

[阅读] 指导学生阅读实验报告中的实验步骤。

[讨论] 两个学生一组，归纳测定操作要点。

[提问] 学生代表小组发言：邻二氮菲分光光度法测定铁的条件实验的测定步骤
(1) 722s型分光度计操作步骤
(a) 开机
(b) 定波长入=510nm
(c) 打开盖子调零T=0。

(d) 关上盖子，调满刻度至T=100(A=0)。

(e) 参比溶液（蒸馏水）比色皿放入其中，均合T=100调满(A=0)。

(f) 第一格不动，二，三，四格换上标液（共计7个点）调换标液时先用蒸馏水清洗后，再用待测液（标液）清洗，再测其分光度
(2) 邻二氮菲与铁的配合物的稳定性
用吸量管准确吸取1.0×10-4mol·L-1铁标准溶液10 mL，置于50mL容量瓶中。

加入10％盐酸羟胺溶液1mL，摇匀后加入1mol·L-1醋酸钠溶液5mL和0．1％(5.0×10-3 mol·L-1)邻二氮菲溶液3mL，以水稀释至刻度，摇匀。

立即在分光光度计上，用1cm比色皿，以水为参比溶液，在510 nm处测定吸光度。

经5min、10min、15min，30 min，45min，60min后，各测一次吸光度。

以时间(t)为横坐标，吸光度(A)为纵坐标，绘制A—t曲线，从曲线上判断配合物稳定的情况。

(3) 显色剂浓度的影响
取25mL比色管7个，用吸量管准确吸取1.0×10-4 mol·L-1铁标准溶液5mL 于各比色管中，加入10％盐酸经胺溶液3mL援匀，再加入1 mol·L-1醋酸钠5mL，然后分别加入0.02％邻二氮菲溶液(1.0×10-3 mol·L-1)0.3、0.6、1.0、1.5、2.0、3.0和 4.0mL，以水稀释至刻度，摇匀。

10min后，在分光光度汁上，用适宜波长(510nm)，1cm比色皿，以水为参比测定不同用量显色剂溶液的吸光度。

然后以邻二氮菲试剂的体积(毫升数)为横坐标，吸光度为纵坐标、绘制A—v曲线，由曲线上确定显色剂最佳加入量。

(4) 溶液酸度对配合物的影响
准确吸取1.0×10-3 mol·L-1铁标准溶液10 mL，置于100mL容量瓶中，加入2mol·L-1盐酸5mL和10％盐酸羟胺溶液10 mL，初步摇匀，经5min后，再加入0.1％(5.0×10-3 mol·L-1)邻二氮菲溶液30 mL，以水稀释至刻度，摇匀后备用。

取25mL比色管7个，用吸量管分别准确吸取上述溶液10mL于比色管中，然后在各个比色管中，依次用吸量管准确吸取加入0.4 mol·L-1的氢氧化钠溶液1.0，2.0，3.0．4.0，6.0．8.0及10.0mL，以水稀释至刻度，摇匀，使各溶液的pH从小于等于2开始逐步增加至12以上，10min后，测定各溶液的pH值。

先用pH l--14广泛试纸确定其粗略pH值，然后进一步用精密pH试纸确定其较准确的pH值(最好采用pH计测量溶液的pH值，误差较小)。

同时在分光光度计上，用适当的波长(510 nm)，1cm比色皿，以水为参比测定各溶液的吸光度。

最后以pH值为横坐标．吸光度为纵坐标，绘制A—pH曲线，由曲线上确定最适宜的pH范围
(5) 邻二氮菲一铁(Ⅱ)络合物的组成
取25mL比色管7个，用吸量管准确吸取1.0×10-4 mol·L-1铁标准溶液5mL于各
比色管中，加入10％盐酸经胺溶液3mL援匀，再加入1 mol·L-1醋酸钠5mL，然后分别加入0.02％邻二氮菲溶液(1.0×10-3mol·L-1)0.3、0.6、1.0、1.5、2.0、3.0和 4.0mL，以水稀释至刻度，摇匀。

10min后，在分光光度汁上，用适宜波长(510nm)，1cm比色皿，以水为参比测定不同用量显色剂溶液的吸光度。

计算出不同溶液中的亚铁与邻二氮菲的摩尔比(n Phen/n Fe2+)，以n Phen/n Fe2+为横坐标，吸光度A为纵坐标、绘制A—n Phen/n Fe2+曲线，将曲线的线性部分延长相交于一点，该点对应的n Phen/n Fe2+值即为邻二氮菲与铁的配合物组成。

(6) 数据记录与处理及结论
(a)邻二氮菲与铁的配合物的稳定性
表1 邻二氮菲与铁的配合物的稳定性
放置时间/min 0 5 10 15 30 45 60
吸光度A
以吸光度A为纵坐标，以相应的时间t为横坐标，在坐标纸上绘制A-t曲线，从曲线中得出适宜的显色时间。

(b)显色剂浓度的影响
表2 显色剂浓度的影响
容量瓶号 1 2 3 4 5 6 7
显色剂量/mL 0.3 0.6 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0
吸光度A
以吸光度A为纵坐标，以相应的显色剂用量(mL)为横坐标，在坐标纸上绘制A-v曲线，从曲线中得出适宜的显色剂用量。

(c)酸度的影响
表3 酸度的影响
容量瓶号 1 2 3 4 5 6 7 NaOH加入量/mL 0.0 2.0 3.0 4.0 6.0 8.0 10.0
pH
吸光度A
以吸光度A为纵坐标，以相应的pH为横坐标，在坐标纸上绘制A-pH曲线，从曲线中得出适宜的显色pH值范围。

(d)邻二氮菲与铁的配合物组成
表4 邻二氮菲与铁的配合物组成
容量瓶号 1
2 3 4 5 6 7 n Fe2+/n Phen
吸光度A
以吸光度A 为纵坐标，以相应的显色剂与Fe 2+络合比为横坐标，在坐标纸上绘制A- n Phen /n Fe2+曲线，从曲线中得出邻二氮菲与亚铁配合物的络合比。

结论：邻二氮菲与亚铁离子显色反应的最适宜的条件是：显色时间为？；显色剂的用量为？；显色适宜的pH 值为？。

邻二氮菲与亚铁配合物的络合比是？。

[小结] 在可见光分光光度法的测定中，通常是将被测物与显色剂反应，使之生成有色物质，然后测其吸光度，进而求得被测物质的含量。

为了使测定结果有较高的灵敏度和准确性，必须选择适宜的显色反应条件和仪器测量条件。

仪器测量条件主要是测量波长、吸光度读数范围和参比溶液的选择。

测量波长通过吸收曲线的实验方法获得；吸光度读数范围根据测量误差(即准确度的要求)大小，通常由仪器的读数误差(dT)和透光率(T)以及准确度的要求理论计算得出，也可根据经验，当测量误差约为1%时，吸光度读数范围为0.2至0.7之间；参比溶液的选择可根据显色剂、测定物质、溶剂、干扰物质的具体情况选择适合的参比溶液，一般情况下，选用空白溶液作参比溶液。

显色条件的条件试验一般采用单因素实验方法，即改变其中一个因素，暂时固定其他因素，显色后测量相应溶液吸光度，通过吸光度与变化因素的曲线来确定适宜的条件。

[演示] 学生代表上讲台演示测定操作过程，其余学生观察其操作。

[讲解、示范] 教师点评学生演示操作过程的正误之处并讲解示范操作要点:
(1) 取样的方法：取样量5.0mL ，取样仪器：移液管
(2) 吸量管的操作：吸液、调整液面的方法、放液
(3) 分光光度计的操作：
(a) 预热30min 。

(b) 调节T = 0。

(c) 调节T = 100% （A=0）。

(d) 测定样品的吸光度A。

[讲解注意事项]
1、试剂的加入必须按顺序进行；
2、定容后必须充分摇匀后进行测量；
3、分光光度计必须预热30min，稳定后才能进行测量；
4、比色皿必须配套，装上待测液后透光面必须擦拭干净；切勿用手接触透光面；
5、在进行条件试验时，每改变一次试液浓度，比色皿都要洗干净；
6、同一组溶液必须在同一台仪器上测量；
[学生分组] 以每两个同学一组分为12～16个小组
[学生实训] 测定样品中的铁含量并完成实验报告。

教师巡回指导
[交流讨论] 引导学生说出自己完成任务的情况(成功或失误之处)
[试验小结] 教师小结本课题实验完成情况。

1、吸量管的规范操作：克服多加或少加的现象；
2、分光光度计使用时的注意事项：（1）为了防止光电管疲劳，不测定时必须将试样室盖打开，使光路切断，以延长光电管的使用寿命。

（2）取拿比色皿时，手指只能捏住比色皿的毛玻璃面，而不能碰比色皿的光学表面。

（3）比色皿不能用碱溶液或氧化性强的洗涤液洗涤，也不能用毛刷清洗。

比色皿外壁附着的水或溶液应用擦镜纸或细而软的吸水纸吸干，不要擦拭，以免损伤它的光学表面。

3、分析误差产生原因：取液不当；溶液没有摇匀；显色时间不足；改动了仪器的工作条件等因素。

[布置作业]：根据你的测定，我们本地区的水体中铁的显色条件？(写出测定实验操作步骤、实验数据和测定结果)。