3.1.3利用配合物制作便捷的二价铁检验试纸实验方案 教学设计 2023-2024学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

高中 化学优质课评选 《利用配合物制作便捷的 Fe2+检验试纸》实验创新设计 1 利用配合物制作便捷的 Fe2+检验试纸 1 教材分析 Fe2+检验是鲁科版高中化学必修第一册第三章第一节《铁的多样性》的重要内容。教材设计了一个核心实验：以硫酸亚铁、氯化铁为例，通过实验探究亚铁盐和铁盐的性质。实验用品：FeSO4 溶液，FeCl3 溶液，NaOH 溶液，酸性 KMnO4 溶液，氯水，KSCN 溶液，KI 溶液，淀粉溶液，铁粉，锌片，铜片。要求学生预测硫酸亚铁、氯化铁分别具有怎样的性质，并实验验证。 通过学生的亲身实验和归纳总结，可以得出如下检验 Fe2+的方法: ①察色法 Fe2+的溶液呈浅绿色 ②加碱法 向 FeSO4 溶液滴入 NaOH 溶液，现象：先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。 ③加 KSCN 溶液法（检验溶液中含有 Fe2+，不含 Fe3+） 向待测液中加入少量 KSCN 溶液，无明显变化，再加入少量氯水，溶液呈血红色 ④加 KMnO4(H+)溶液法 向待测液中加入少量 KMnO4(H+)溶液，KMnO4 溶液紫红色褪去 2 Fe2+检验的拓展： 从教材内容安排上看对学生的知识、能力要求并不高，但这部分知识在现行高考、 高中教学中，有一定的拓展，笔者总结如下： 试剂或方法 现象 加入 K3[Fe(CN)6]溶液 生成蓝色沉淀 Fe2+ 加入邻二氮菲 溶液呈橙红色 对现行原理进行分析，笔者发现二价铁的检验尽管有不少方法操作简单，现象明显。但在复杂体系中有一定局限性，且相关试剂不方便携带，不能定量检测，对于水质检测等相关工作人员不友好。那有没有既方便携带，又能快速定量检验的方法呢？笔者联想到了 pH 试纸，方便携带，能快速检验。那能不能类比 pH 试纸制作便捷的 Fe2+ 检验试纸呢？ 笔者查阅资料发现邻二氮菲测铁高效、定量、便捷、稳定。实验原理是在 pH 为 2- 9 的溶液中，Fe2+与邻二氮菲生成非常稳定的红色配合物[1][Fe(phen)3] 2+ ，[Fe(phen)3] 2+浓度不同，颜色差异明显。据此可通过分光光度计精准的测定 Fe2+浓度，但也面临一些问 2 题，分光光度计成本高、体积大，不利于携带。基于以上分析，笔者参考分光光度计 测定 Fe2+浓度的方法，制作一款便捷的 Fe2+检验试纸。 3 实验创新 3.1 原理分析 通过前面的学习我们已经建构了利用配合物检验金属离子的思维模型，配体可以 提供孤对电子，金属离子可以提供空轨道，只要两者结合能形成颜色鲜亮、且稳定的 配合物，就可以利用这种配合物来检验金属离子。 · pH 为 2–9 的溶液中，Fe2+与邻二氮菲生成非常稳定的橙红色配合物。观察下面的资料卡片，发现邻二氮菲-Fe3+配合物也显色，但颜色为淡蓝色，且与邻二氮菲-Fe2+ 配合物的稳定常数相差 7 个数量级，因此 Fe3+对邻二氮菲-Fe2+颜色的影响可以忽略不 计。 【资料卡片】 EDTA 邻二氮菲 硫氰酸钾 稳定常数数量级 14 21 Fe(II) 配合物颜色 淡绿色 橙红色 稳定常数数量级 25 14 6 Fe(III) 配合物颜色 黄色 淡蓝色 血红色 3.2 Fe2+检验试纸的制作 · 1.5g 邻二氮菲溶于约 20mL 乙醇中，加水稀释至 1L，取适量于小烧杯中备用。用剪刀截取 5mm*5mm 的滤纸，将其粘在塑料长片的末端，然后将滤纸浸入小烧杯溶液中，充分浸透后取出，在避光、干燥、没有酸、碱蒸气的环境中晾干。即制作成功了一份 Fe2+ 检验试纸。(如图 1） 图 1 制作好的 Fe2+检验试纸 3 3.3 比色卡的制作 根据所用材料、配制比色卡色阶、制作比色卡母板、打印并塑封比色卡参照罗婕 等［ 2］ 的方法。取 2.48gFeSO4·7H2O 溶于 100ml 蒸馏水（加少量铁粉和稀硫酸），倍 比稀释成 Fe2+浓度分别为 500mg/L、 250mg/L、100mg/L、50mg/L、25mg/L、10mg/L、 2mg/L 的溶液，用 Fe2+检验试纸分别检验，对比色阶，重复 2-3 次，如图 2。 · 2从左到右依此是 2mg/L、10mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L、250mg/L、 500mg/L 通过手机软件颜色提取器提取颜色，自制比色卡母版，见图 3。 · 3 自制比色卡示意图 从比色卡的颜色可以看到，低于 2mg/L，颜色很浅，浓度再低，则通过比色卡检测 误差较大；高于