張萍

【研究目的】

鐵是人體必需的微量元素。食用富含鐵元素的食品，可以補(bǔ)充人體所需的鐵元素。通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法檢驗(yàn)食品中的鐵元素，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)研究的一般過(guò)程和化學(xué)知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。

【閱讀材料】

一、鐵元素在人體中的作用

成年人體內(nèi)含有4～5克鐵，根據(jù)在體內(nèi)的功能狀態(tài)可分成功能性鐵和儲(chǔ)存鐵兩部分。功能性鐵存在于血紅蛋白、肌紅蛋白和一些酶中，約占體內(nèi)總鐵量的70%。其余30%為儲(chǔ)存鐵，主要儲(chǔ)存在肝、脾和骨髓中。

鐵是合成血紅蛋白的主要原料之一。血紅蛋白的主要功能是把新鮮氧氣運(yùn)送到各組織。鐵缺乏時(shí)不能合成足夠的血紅蛋白，造成缺鐵性貧血。鐵還是體內(nèi)參與氧化還原反應(yīng)的一些酶和電子傳遞體的組成部分，如過(guò)氧化氫酶和細(xì)胞色素都含有鐵。

二、人體鐵元素的來(lái)源

動(dòng)物內(nèi)臟（特別是肝臟）、血液、魚、肉類都是富含血紅素鐵的食品。深綠葉蔬菜所含鐵雖不是血紅素鐵，但攝入量多，所以仍是我國(guó)人民膳食鐵的重要來(lái)源。

三、常用的三價(jià)鐵離子的檢驗(yàn)方法

（一）苯酚檢驗(yàn)法。鐵離子與苯酚反應(yīng)，可生成顯紫色的絡(luò)離子（絡(luò)合物）。

（二）硫氰化物鑒別法。取溶液各少量，滴入可溶性硫氰化物（如KSCN、NaSCN等）溶液，變紅色的是鐵離子溶液，因?yàn)樯闪孙@紅色的絡(luò)合物 。

（三）堿鑒別法。加入氫氧化鈉、氨水或氫氧化鉀等堿性溶液后，有紅褐色沉淀生成，并檢測(cè)開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH，發(fā)現(xiàn)從開始沉淀到沉淀完全時(shí)溶液的pH（常溫下）為2.7～3.7的是鐵離子。

（四）亞鐵氰化鉀溶液法（黃血鹽溶液）。鐵離子在酸性溶液中與亞鐵氰化鉀溶液生成藍(lán)色沉淀，稱為普魯士藍(lán)。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

研缽、燒杯、剪刀、漏斗、玻璃棒、試管、滴管、濾紙。

【實(shí)驗(yàn)藥品】

菠菜、蒸餾水、稀硝酸、KSCN溶液。

【實(shí)驗(yàn)步驟】

一、取新鮮的菠菜10 g，將菠菜剪碎后放在研缽中研磨，然后倒入燒杯中，加入30 mL蒸餾水，攪拌。將上述濁液過(guò)濾，得到的濾液作為試驗(yàn)樣品。

二、取少許試驗(yàn)樣品加入試管中，然后加入少量稀硝酸（稀硝酸具有氧化性），再滴加幾滴KSCN溶液，振蕩，觀察到溶液變紅色。

結(jié)論：菠菜中含有鐵元素。

【思考與討論】

一、在實(shí)驗(yàn)中由于菠菜汁顏色，所以對(duì)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察有一定的影響，想一想可以怎么改進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

提示：可以先將菠菜燃燒成灰，再溶解、過(guò)濾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)中加入稀硝酸的目的是什么？

提示：將菠菜汁里的鐵元素變成三價(jià)鐵離子，從而進(jìn)行檢驗(yàn)。

【理解應(yīng)用】

1．（2019·北京東城區(qū)高一期末）某興趣小組同學(xué)為探究黑木耳中含鐵量，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。

已知：ⅰ.黑木耳富含蛋白質(zhì)、糖類、卵磷脂、鐵及一些還原性物質(zhì)（如維生素C）等，每100 g黑木耳含鐵量高達(dá)185 mg；

ⅱ.紫色的KMnO4溶液在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，其還原產(chǎn)物是無(wú)色的Mn2+。

Ⅰ.為確定黑木耳中含有鐵元素，甲同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下。

（1）步驟②得到濾液A的操作是_________。

（2）步驟④檢驗(yàn)Fe3+所用試劑是_________溶液。

（3）下列有關(guān)上述實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是_________（填字母）。

a. 黑木耳中一定含F(xiàn)e²⁺和Fe³⁺

b. 濾液A中一定含F(xiàn)e²⁺和Fe³⁺

c. 白色沉淀中一定含F(xiàn)e（OH）₂

Ⅱ. 為測(cè)定黑木耳中鐵元素的含量，乙同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下。

（4）可選做試劑B的物質(zhì)是? ? ? ? ? ? ?（填序號(hào)）。

a.Na b.Zn c.Fe d.Cu

（5）步驟⑦中觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_________，反應(yīng)的離子方程式是___________________________。

（6）若乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，但測(cè)得含鐵量遠(yuǎn)大于實(shí)際的含量，其可能的原因是__________________。

答案：（1）過(guò)濾 （2）KSCN （3）bc （4）d （5）酸性高錳酸鉀溶液紫色褪去 5Fe2++MnO-

4+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O

（6）黑木耳中還含有其他還原性物質(zhì)（或黑木耳中還含有維生素C）

解析 （1）不溶性固體和液體的分離可采用過(guò)濾的方法，因此步驟②得到濾液A的操作是過(guò)濾。

（2）一般用KSCN溶液檢驗(yàn)鐵離子，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是溶液顯紅色，則步驟④檢驗(yàn)Fe3+所用試劑是KSCN溶液。

（3）根據(jù)步驟③中產(chǎn)生藍(lán)色沉淀可知濾液A中含有亞鐵離子，則白色沉淀中含有Fe（OH）2；根據(jù)步驟④可知濾液A中含有鐵離子，由于在灼燒過(guò)程中亞鐵離子可能被氧化為鐵離子，所以黑木耳中不一定含有鐵離子，所以a錯(cuò)誤，b、c正確。

（4）濾液A中含有鐵離子，需要利用還原劑將其轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，且不能再引入鐵元素，也不能干擾亞鐵離子與高錳酸鉀的反應(yīng)。金屬鈉在溶液中反應(yīng)生成NaOH，NaOH與鐵離子反應(yīng)生成沉淀，得不到亞鐵離子，a錯(cuò)誤；金屬鋅與鐵離子、亞鐵離子和高錳酸鉀均反應(yīng)，b錯(cuò)誤；金屬鐵和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，但引入了鐵元素，c錯(cuò)誤；金屬銅與鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子和銅離子，且不會(huì)影響亞鐵離子與高錳酸鉀的反應(yīng)，d正確。

（5）酸性高錳酸鉀溶液與亞鐵離子反應(yīng)生成鐵離子、錳離子和水，則步驟⑦中觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是酸性高錳酸鉀溶液紫色褪去，反應(yīng)的離子方程式是5Fe2++MnO-

4+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O。

（6）由于黑木耳中含有其他還原性物質(zhì)，如維生素C，導(dǎo)致消耗高錳酸鉀溶液的體積增加，所以測(cè)得含鐵量遠(yuǎn)大于實(shí)際的含量。

2．（2020·遼寧濱海實(shí)驗(yàn)中學(xué)期末）鐵是人體必需的微量元素，治療缺鐵性貧血的常見(jiàn)方法是服用補(bǔ)鐵藥物?！八倭Ψ啤保ㄖ饕煞郑虹晁醽嗚F，呈暗黃色）是市場(chǎng)上一種常見(jiàn)的補(bǔ)鐵藥物。該藥品不溶于水但能溶于人體中的胃酸。某同學(xué)為了檢測(cè)“速力菲”藥片中Fe2+的存在，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

試回答下列問(wèn)題。

（1）試劑1是_________，試劑2是_________，加入新制氯水后溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_________、_________?。

（2）加入試劑2后溶液中顏色由淡黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榈t色是因?yàn)開________，寫出+2價(jià)Fe在空氣中轉(zhuǎn)化為+3價(jià)Fe的化學(xué)方程式：__________________。

（3）該同學(xué)猜想紅色溶液變?yōu)闊o(wú)色溶液的原因是溶液中的+3價(jià)鐵被還原為+2價(jià)鐵，你認(rèn)為該同學(xué)的猜想合理嗎？_________。若你認(rèn)為合理，請(qǐng)說(shuō)明理由（若你認(rèn)為不合理，該空不作答）_________；若你認(rèn)為不合理請(qǐng)?zhí)岢瞿愕牟孪氩⒃O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證（若你認(rèn)為合理，該空不作答）_________。

答案：（1）稀鹽酸 KSCN溶液 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3

（2）少量的Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+ 4FeCl2+O2+4HCl=4FeCl3+2H2O （3）不合理 猜想：Fe（SCN）3中的SCN-被過(guò)量的氯水氧化；設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)為在褪色后的溶液中加入FeCl3溶液，不變紅色（或在褪色后的溶液中加入KSCN溶液，變紅色）

解析 （1）該藥品不溶于水但能溶于人體中的胃酸，試劑1用于溶解樣品，可以選用稀鹽酸；試劑2用于檢驗(yàn)三價(jià)鐵離子，可以選用KSCN溶液；氯氣氧化亞鐵離子生成鐵離子，離子方程式為：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；鐵離子與硫氰根離子結(jié)合生成硫氰化鐵，離子方程式為：Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3。

（2）Fe3+遇KSCN溶液變紅色，溶液由淡黃色變?yōu)闇\紅色，說(shuō)明少量Fe2+被氧化成Fe3+；亞鐵離子被空氣中的氧氣氧化為鐵離子，化學(xué)方程式為4FeCl2+4HCl+O2=4FeCl3+2H₂O。

（3）因?yàn)槁人趸詮?qiáng)，不會(huì)還原Fe3+，該同學(xué)的猜想不合理；可能是SCN-被過(guò)量的氯水氧化，可取少量褪色后的溶液，加入FeCl3溶液，不變紅色（或取少量褪色后的溶液，加入KSCN溶液，變紅色）。