利用配合物制作便捷的Fe2+檢驗試紙

年安徽省2022年安徽省高中化學優(yōu)質(zhì)課評選《利用配合物制作便捷的Fe2+檢驗試紙》實驗創(chuàng)新設計安徽省宿城第一中學李航利用配合物制作便捷的Fe2+檢驗試紙1教材分析Fe2+檢驗是魯科版高中化學必修第一冊第三章第一節(jié)《鐵的多樣性》的重要內(nèi)容。教材設計了一個核心實驗：以硫酸亞鐵、氯化鐵為例，通過實驗探究亞鐵鹽和鐵鹽的性質(zhì)。實驗用品：FeSO4溶液，F(xiàn)eCl3溶液，NaOH溶液，酸性KMnO4溶液，氯水，KSCN溶液，KI溶液，淀粉溶液，鐵粉，鋅片，銅片。要求學生預測硫酸亞鐵、氯化鐵分別具有怎樣的性質(zhì)，并實驗驗證。通過學生的親身實驗和歸納總結(jié)，可以得出如下檢驗Fe2+的方法:①察色法Fe2+的溶液呈淺綠色②加堿法向FeSO4溶液滴入NaOH溶液，現(xiàn)象：先生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色。③加KSCN溶液法（檢驗溶液中含有Fe2+，不含F(xiàn)e3+）向待測液中加入少量KSCN溶液，無明顯變化，再加入少量氯水，溶液呈血紅色④加KMnO4(H+)溶液法向待測液中加入少量KMnO4(H+)溶液，KMnO4溶液紫紅色褪去2Fe2+檢驗的拓展：從教材內(nèi)容安排上看對學生的知識、能力要求并不高，但這部分知識在現(xiàn)行高考、高中教學中，有一定的拓展，筆者總結(jié)如下：試劑或方法現(xiàn)象Fe2+加入K3[Fe(CN)6]溶液生成藍色沉淀加入鄰二氮菲溶液呈橙紅色對現(xiàn)行原理進行分析，筆者發(fā)現(xiàn)二價鐵的檢驗盡管有不少方法操作簡單，現(xiàn)象明顯。但在復雜體系中有一定局限性，且相關(guān)試劑不方便攜帶，不能定量檢測，對于水質(zhì)檢測等相關(guān)工作人員不友好。那有沒有既方便攜帶，又能快速定量檢驗的方法呢？筆者聯(lián)想到了pH試紙，方便攜帶，能快速檢驗。那能不能類比pH試紙制作便捷的Fe2+檢驗試紙呢？筆者查閱資料發(fā)現(xiàn)鄰二氮菲測鐵高效、定量、便捷、穩(wěn)定。實驗原理是在pH為2-9的溶液中，F(xiàn)e2+與鄰二氮菲生成非常穩(wěn)定的紅色配合物[1][Fe(phen)3]2+，[Fe(phen)3]2+濃度不同，顏色差異明顯。據(jù)此可通過分光光度計精準的測定Fe2+濃度，但也面臨一些問題，分光光度計成本高、體積大，不利于攜帶?；谝陨戏治?，筆者參考分光光度計測定Fe2+濃度的方法，制作一款便捷的Fe2+檢驗試紙。3實驗創(chuàng)新3.1原理分析通過前面的學習我們已經(jīng)建構(gòu)了利用配合物檢驗金屬離子的思維模型，配體可以提供孤對電子，金屬離子可以提供空軌道，只要兩者結(jié)合能形成顏色鮮亮、且穩(wěn)定的配合物，就可以利用這種配合物來檢驗金屬離子。在pH為2–9的溶液中，F(xiàn)e2+與鄰二氮菲生成非常穩(wěn)定的橙紅色配合物。觀察下面的資料卡片，發(fā)現(xiàn)鄰二氮菲-Fe3+配合物也顯色，但顏色為淡藍色，且與鄰二氮菲-Fe2+配合物的穩(wěn)定常數(shù)相差7個數(shù)量級，因此Fe3+對鄰二氮菲-Fe2+顏色的影響可以忽略不計?！举Y料卡片】EDTA鄰二氮菲硫氰酸鉀Fe(II)穩(wěn)定常數(shù)數(shù)量級1421配合物顏色淡綠色橙紅色Fe(III)穩(wěn)定常數(shù)數(shù)量級25146配合物顏色黃色淡藍色血紅色3.2Fe2+檢驗試紙的制作取1.5g鄰二氮菲溶于約20mL乙醇中，加水稀釋至1L，取適量于小燒杯中備用。用剪刀截取5mm*5mm的濾紙，將其粘在塑料長片的末端，然后將濾紙浸入小燒杯溶液中，充分浸透后取出，在避光、干燥、沒有酸、堿蒸氣的環(huán)境中晾干。即制作成功了一份Fe2+檢驗試紙。(如圖1）圖1制作好的Fe2+檢驗試紙3.3比色卡的制作根據(jù)所用材料、配制比色卡色階、制作比色卡母板、打印并塑封比色卡參照羅婕等［2］的方法。取2.48gFeSO4·7H2O溶于100ml蒸餾水（加少量鐵粉和稀硫酸），倍比稀釋成Fe2+濃度分別為500mg/L、250mg/L、100mg/L、50mg/L、25mg/L、10mg/L、2mg/L的溶液，用Fe2+檢驗試紙分別檢驗，對比色階，重復2-3次，如圖2。圖2從左到右依此是2mg/L、10mg/L、25mg/L、50mg/L、100mg/L、250mg/L、500mg/L通過手機軟件顏色提取器提取顏色，自制比色卡母版，見圖3。圖3自制比色卡示意圖從比色卡的顏色可以看到，低于2mg/L，顏色很淺，濃度再低，則通過比色卡檢測誤差較大；高于500mg/L，橙紅色很深，無法區(qū)分，需通過稀釋后再檢測。3.4實際操作實驗儀器：燒杯，玻璃片實驗試劑：四份待測樣品，F(xiàn)e2+檢驗試紙，標準比色卡實驗步驟：取一條檢測試紙，將反應區(qū)部分浸入待測液2s，取出，待變色后與標準比色卡對比，讀數(shù)。其他兩份待測樣品同樣操作。實驗現(xiàn)象及讀數(shù)：與標準比色卡對比，待測樣品1讀數(shù)2mg/L，待測樣品2讀數(shù)25mg/L，待測樣品3讀數(shù)100mg/L，待測樣品4讀數(shù)500mg/L。4實驗評價4.1高中傳統(tǒng)的Fe2+檢驗方法，只能定性測定Fe2+的存在，無法定量分析。Fe2+檢驗試紙檢驗法不僅可以半定量，而且基于鄰二氮菲性質(zhì)，檢驗穩(wěn)定安全可靠。4.2Fe2+檢驗試紙方便攜帶，且易保存，相比分光光度法操作步驟簡單，無需專業(yè)人員即可快速得到檢測結(jié)果，便于推廣使用。4.3對于Fe2+濃度大于500mg/L溶液的檢測，可對該溶液進行倍比稀釋，然后再測定稀釋后溶液濃度，進而得到結(jié)果。對于Fe2+濃度低于2mg/L的溶液，則只能通過更精細的實驗儀器測定，這也是Fe2+檢驗試紙的局限所在。[1]華中師范大學,東北師范大學