认识配合物第三课时

课时3补铁剂中铁元素的检验-利用配合物进行物质检验（宿城一中李冬梅；指导教师：胡长庚陈诚）一.教材内容分析本节课是山东科学技术出版社出版、北师大王磊主编的普通高中化学课标教材《物质结构与性质》第二章“微粒间相互作用与物质形式”新增的微项目。本节课是对配位键的形成、配合物的概念与应用等相关内容的复习、应用和拓展。选择性必修课程《物质结构与性质》中实验寥寥无几，简单配合物的制备是“物质结构与性质”模块里唯一的学生必做实验。如何深入挖掘配合物的相关实验对“物质结构与性质”模块显得十分有必要。二.教学目标(1)能基于证据说明Fe2+和Fe3+形成配合的稳定性和特征颜色，能从氧化还原反应、铁及其化合物的性质、配位化合物的形成等视角设计设实验检验复杂环境下的Fe2+和Fe3+。(2)能基于证据分析和预测Fe3+与多种配位体的共存问题，通过实验验证、深化认识配位平衡。(3)能借助配位平衡模型，定量检测真实环境下补铁片剂中微量的Fe元素，发现并认同配位化学的学科价值。三.学情分析已有知识：了解配位键、配合物的基本概念，化学平衡、配位平衡原理；了解氧化还原反应、铁及其化合物的性质，知道常见的检验Fe2+和Fe3+的方法。局限认识：对配合物的认识仅限于表层，对其应用、结构的复杂性等方面并未进行较为深入的理解。四.教学方法项目式学习法、探究法、实验和评价法、提问与点评法、讨论法等五.实验用品补铁片剂、硫酸铁溶液、硫酸亚铁溶液、稀硫酸、蒸馏水、硫氰酸钾溶液、EDTA溶液、邻二氮菲溶液六.教学重难点深化建构配位化合物形成模型和配位平衡模型七.设计思路项目项目任务活动结论项目一：定性的检验补铁剂中铁元素价态项目二：定量的测定补铁剂中铁的含量分析、讨论可能的原因，并设计实验方案发现：EDTA与硫酸铁溶液混合没有明显的现象滴定实验测定补铁剂中铁的含量计算补铁片中具体含铁量EDTA检验Fe3+更灵敏如何确定滴定终点？需加入指示剂任务一：检验药片中是否存在正二价的铁间接检验二价铁的方法存在局限性稳定常数数据分析，检验二价铁的合适试剂任务二：检验药片中的铁元素是否被氧化成正三价用配合物检验金属离子时要控制合适的PH范围实验发现补铁片水溶液中加KSCN溶液，并未变红。讨论、分析未变红的原因，并实验验证。邻二氮菲是检验二价的较优试剂问题配合物的稳定性存在差异，稳定性弱的更易转化成稳定性强的配合物。Fe3+与EDTA按照1：1反应八.教学流程【教学活动设计】课的引入：血红蛋白的结构(二)课的展开:项目活动1：定性的检验补铁剂中铁元素的价态【师】如果人体发生缺铁性贫血，应补几价铁更容易被人体吸收呢？【生】二价铁【展示】PPT展示硫酸亚铁补铁片及补铁片成分【师】亚铁离子具有还原性很容易被氧化，请大家猜测此补铁片中铁元素的价态。【生】仅有正二价的铁或者仅有正三价的铁，或者两者都有。【问题】你能设计检验补铁片中铁元素价态的实验方案吗？【知识回顾】必修1中学习过的正二价铁和正三价铁的检验方法。任务一：检验该补铁片中是否有正二价的铁【知识回顾】正二价铁的检验【师】如果在三价铁存在的复杂体系中，这些检验方法还合适吗？【生】思考后提出可以用酸性高锰酸钾检验【师】如果向补铁片的溶液中滴加酸性高锰酸钾后溶液褪色，能否说明补铁片中具有还原性的粒子一定是亚铁离子呢？【生】不能【师】大家已了解此补铁片成分比较复杂，使高锰酸钾溶液褪色的有可能是其它还原性的粒子。我们发现必修中学到的检验正二价铁的方法在简单体系中是可行的，在复杂体系中存在一定的局限性。在复杂体系中，到底如何检验正二价铁呢？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可以检验金属离子。是否可利用配合物来直接检验正二价的铁呢？【生】可以【师】要想利用配合物来检验正二价的铁，首先得找到合适的试剂。【资料卡片1】EDTA邻二氮菲硫氰酸钾Fe(II)稳定常数数量级1421配合物颜色淡绿色橙红色Fe(III)稳定常数数量级25146配合物颜色黄色淡蓝色血红色【师】结合资料卡片中的信息，可以知道EDTA、邻二氮菲都可以与Fe2+形成不同特征颜色的配合物，且它们的稳定常数也不相同。配合物的稳定常数也是化学平衡常数的一种。稳定常数越大，说明配合物越稳定，配合物越稳定检测金属离子的准确度就越高。【问题1-1】在复杂体系中，应选择哪种试剂检验二价铁呢？【生】邻二氮菲溶液【师】下面就选择邻二氮菲溶液来完成第一个任务检验该补铁片中是否有正二价的铁。【展示】实验准备【师】为了排除复杂体系中Fe3+的干扰，请分别向补铁片溶液和硫酸铁溶液中滴加邻二氮菲溶液。【学生实验1】试剂邻二氮菲溶液补铁片溶液Fe2(SO4)3溶液【生】向补铁片溶液中滴加邻二氮菲，溶液变成橙红色；而硫酸铁溶液中加邻二氮菲，溶液颜色无明显变化。补铁片溶液中滴加邻二氮菲补铁片溶液中滴加邻二氮菲硫酸铁溶液中滴加邻二氮菲【师】实验现象证明此补铁片中存在正二价的铁。二价铁具有还原性，很容易被氧化。下面我们来完成第二个任务-检验此补铁片中铁元素是否被氧化成正三价。任务二：检验该补铁中铁元素是否被氧化成正三价【问题2-1】应选用哪种试剂来检验正三价的铁呢？【生】KSCN溶液【生】EDTA溶液...【回顾】资料卡片1【师】邻二氮菲、EDTA、KSCN都可以与Fe3+形成特征颜色的配合物。在上组实验中我们发现硫酸铁溶液中滴加邻二氮菲溶液颜色变化并不明显，下面就选用EDTA和KSCN来检验正三价的铁。【分组实验】试剂EDTA溶液KSCN溶液Fe2(SO4)3溶液补铁片溶液【生】汇报实验现象FeFe2(SO4)3溶液中加EDTA溶液补铁片溶液中加EDTA溶液补铁片溶液中加KSCN溶液Fe2(SO4)3溶液中加KSCN溶液【问题2-2】实验发现向补铁片溶液中滴加KSCN溶液而没有明显现象，原因可能是什么呢？【小组讨论】给出可能的原因【师】把后几种可能性逐一排除，就可以确定补铁片中是否存在正三价的铁。【问题2-3】如果补铁片溶液没变红的原因是因为正三价铁离子浓度小引起的，那正三价铁离子浓度小是因为本来补铁片中被氧化成的正三价铁量少，还是水溶时正三价铁离子以其它形式存在了呢？【资料卡片2】铁盐溶于水时，Fe3+与水分子发生作用生成[Fe(H2O)6]3+，[Fe(H2O)6]3+再结合水电离的OH-生成[Fe(H2O)5OH]2+、[Fe(H2O)4(OH)2]+、Fe(H2O)3(OH)3]等配合物，过程中存在很多配位平衡，如Fe3++6H2O[Fe(H2O)5OH]2++H+。【问题2-4】结合资料卡片中的信息，思考如果水溶而未显色的真正原因是正三价铁离子浓度小引起的，怎样验证溶液中正三价铁离子浓度小的真正原因呢？【生】向未有明显现象的补铁片溶液中加酸。【师】向未有明显现象的补铁片溶液中再加稀硫酸，溶液能否变红色？我们从理论的角度分析溶液变红的可能性：正三价铁离子水溶时存在多种的配位平衡如：Fe3++6H2O[Fe(H2O)5OH]2++H+，当外加酸时配位平衡逆向移动，解离出正三价铁离子，溶液中的正三价铁离子浓度增大，再结合SCN-生成红色的硫氰酸铁配合物。从总平衡的角度分析，外加酸时总平衡正移，正三价铁离子与水作用生成的多种配合物在转化成红色的硫氰酸铁配合物，溶液应该变成红色。实验是检验真理的唯一标准，下面我们来实验验证加酸溶液能否变红。【演示实验1】另取补铁片粉末加水溶解，滴加KSCN溶液，再滴加几滴稀硫酸。现象：溶液变成红色加稀硫酸加稀硫酸【师】实验说明此补铁片中含有正三价铁离子，而水溶液未变红的真正原因是溶液中正三价铁离子浓度小。结合实验请同学们思考，利用KSCN溶液检验正三价铁离子应在什么性的环境中更合适？【生】酸性。【师】要想利用配合物检验金属离子要调节合适的PH范围,引导配位平衡向生成特征颜色配合物的方向移动，就能检验金属离子了。通过实验我们发现KSCN检验较低浓度的正三价铁时的灵敏度并不高。有没有更好的检验正三价铁离子的试剂呢？结合配合物的稳定常数，选用EDTA来检验灵敏度应该更高。【问题探讨】宏观上发现Fe2(SO4)3溶液中加入EDTA溶液黄色变化不明显，微观上是不是说明Fe3+与EDTA没有形成配位键呢？请设计实验方案并预测实验现象。【生3】方案一：向Fe2(SO4)3溶液中加入足量的EDTA溶液，再加KSCN溶液，如果没有看到溶液变红，证明混合溶液中没有游离的Fe3+，即Fe3+与EDTA形成了配位键；如果溶液变红说明Fe3+与EDTA没有形成配位键或者形成的配位键非常弱。【生4】方案二：向一支试管中加入适量的Fe2(SO4)3溶液，然后滴加KSCN溶液，溶液变红色，再逐滴加入EDTA，如果溶液由血红色变为黄色；可知Fe3+与EDTA形成了配位键；如果溶液还是红色，说明Fe3+与EDTA没有形成配位键或者形成的配位键非常弱。【师】两位同学的设计思路是相似的，理论上都可以实现相同的实验目的。Fe3+与EDTA到底没有形成配位键呢？下面请同学们选择其中的一种方案并进行实验验证。【学生实验2】选择一种方案并进行实验验证。【学生汇报实验现象】【生5】我们小组选择了第一种方案，发现并未有明显的现象，证明了Fe3+与EDTA形成了配位键。硫酸铁溶液KSCN溶液EDTA溶液硫酸铁溶液KSCN溶液EDTA溶液【生6】我们小组选择的第二种方案，发现溶液先变红后褪色，证明了Fe3+与EDTA形成了配位键。KSCN溶液KSCN溶液EDTA溶液硫酸铁溶液【师】实验现象说明两种实验方案都证明了Fe3+与EDTA形成了配位键。向硫酸铁溶液中无论是先滴加EDTA还是KSCN溶液，都可以与正三价铁离子形成配合物。在方案二中Fe3+与SCN-先形成了红色的配合物，再滴加EDTA溶液红色消失，说明EDTA夺取硫氰酸铁配合物中的Fe3+，证明了Fe3+与EDTA的结合能力更强，形成的配合物更稳定。在这个过程中存在很多的配位平衡，通过实验发现Fe3+与KSCN形成的配合物以及Fe3+与EDTA形成的配合物在一定条件是可以相互转化的，并且稳定性弱的配合物更容易转化为稳定性强的配合物。项目活动2定量的检查补铁剂中三价铁的含量【过渡】大家知道配合物越稳定检验金属的灵敏度就越高。既然Fe3+与EDTA可以形成非常稳定的配合物，那能否利用EDTA滴定法来定量的检验Fe3+呢？Fe3+Fe3++EDTA【展示】滴定原理：【师】可实验发现Fe3+与EDTA反应过程中颜色变化并不明显，应怎么确定滴定终点呢？就像熟悉的酸碱中和滴定一样反应前后颜色变化也不明显，酸碱滴定实验中是如何确定滴定终点的呢？【生】加指示剂【师】在EDTA滴定法中，我们应加什么指示剂呢？【生】加KSCN溶液【师】先在Fe3+溶液中加入KSCN溶液，溶液变红色，再用EDTA来滴定，滴定终点时溶液颜色应从红色变成黄色。同学们利用了配合物稳定性的差异及配位平衡移动的原理设计了滴定实验，且很容易判断滴定终点。我们就利用这种原理来测定补铁片中铁的含量。课前老师把一片补铁片溶解在1L水中，取出25ml，加入一种氧化剂使正二价的铁全部氧化成正三价，再滴加另一种的指示剂，使溶液显深紫色，再用0.001mol/L的EDTA溶液来滴定，达到滴定终点时溶液颜色由紫色变成黄色。下面就用EDTA来定量的检测补铁片中铁的总量。滴定前滴定后滴定前滴定后根据反应原理可以计算铁的含量：ρ(Fe)=0.001V×Ar(Fe)×103/V水【生】学生计算具体补铁片中铁含量值【师】这种方法不仅可用于定量的测定补铁片中铁的总量，还可用于定量的测定炼铁、实验室、电镀等污水中痕量的正三价铁，且准确、快速、干扰小，无污染。【小结】总结本节课主要学习内容。九.教学反思本节课利用项目式教学的形式，基于真实问题情境设计了项目研究课题，综合应用铁元素的性质、化学反应原理（化学平衡及影响因素、多个反应的竞争）、有机化学（有机物成键特征、分子结构）等知识。课堂上小组相互讨论、设计实验方案、动手完成实验等方式完成项目课题的过程中，培养了学生的团结意识、动手能力及信息的综合处理能力，让学生们体会配合物的使用价值。问题深入探讨中学生认识到了配合物之间可以相互转化、配体的竞争，让学生体会到配合物的稳定性是有差异的，提升了学生对配位平衡的认识、体会实验条件对实验结果的影响，提升学生“变化观念与平衡思想”、“宏观辨识与微观探析”、“科学探究与创新意识”等核心素养。十、教学评价立足情境，激发学习兴趣项目的开始从具体、真实的情境出发。在探究补铁片中是否存在二价铁时，发现必修中学习的检验二价铁的方法存在一定的局限性，引发学生的认知冲突，激发学生强烈的探究配合物的兴趣，深