（浙江專用）2018年高中化學(xué) 專題1 物質(zhì)的分離與提純 課題2 用紙層析法分離鐵離子和銅離子教學(xué)案 蘇教版選修6.doc

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課題2 用紙層析法分離鐵離子和銅離子 [浙江選考加試要求] ————————————————————————————————————— 1．層析法的基本原理。 2．氨水使鐵離子、銅離子顯色的原理。 3．紙層析法分離溶液中鐵離子和銅離子的操作方法和步驟。 1.了解紙層析法(又稱紙色譜法)的基本原理 。 2．理解利用氨水使Fe3＋、Cu2＋顯色的原理。 3．熟悉用紙層析法分離溶液中Fe3＋ 和Cu2＋ 的操作方法和步驟。 4．通過用紙層析法進(jìn)行微量物質(zhì)的分離，來加深對紙層析法的認(rèn)識。 5．培養(yǎng)細(xì)致、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。 ———————實驗要素先知道 1．紙層析原理 (1)分配層析的原理是，利用混合物各組分在流動相和固定相兩種不同溶劑中的分配系數(shù)差異，將它們分離。 (2)在紙層析中的流動相是指層析液，在毛細(xì)拉力作用下，層析液能不斷由下向上流動。固定相是指被吸附在濾紙纖維之間的水分。由于纖維素上的羥基具有親水性使這部分水束縛在纖維素周圍，不易擴(kuò)散而成為固定相。在層析過程中，當(dāng)層析液在毛細(xì)拉力作用下，上升流經(jīng)色素濾液細(xì)線時，濾液細(xì)線上的色素就相繼融入層析液，隨著層析液上升，并發(fā)生再分配，即有一部分色素從層析液分配溶解到固定相中，直到平衡。由于分配系數(shù)的不同，那些分配系數(shù)大的色素分子，隨層析液向上移動得快，形成的色素帶集中在濾紙的上部；而分配系數(shù)小的色素分子，隨層析向上移動得慢，形成的色素帶集中在濾紙的下面。 2．用紙層析法分離鐵離子和銅離子 (1)裝置制作：取一支大試管，配一個合適的橡膠塞。在橡膠塞的下部用小刀切開一條縫，插入回形針以夾持濾紙條。在距濾紙條末端約2_cm處用鉛筆畫一個小圓點(diǎn)作為原點(diǎn)。 (2)點(diǎn)層析試樣：取一只表面皿，加入1 mL飽和FeCl3溶液和1 mL飽和CuSO4溶液，混合后作為層析試樣。用毛細(xì)管蘸取試樣在濾紙條的原點(diǎn)處輕輕點(diǎn)樣，晾干后再點(diǎn)，重復(fù)3～5次，要求留下斑點(diǎn)的直徑小于0.5_cm。將晾干的濾紙條夾持在橡膠塞下面的回形針上。 (3)配制展開劑：另取一支試管，加入9 mL丙酮和1 mL 6 molL－1鹽酸，混合均勻，作為展開劑。 (4)層析操作：用滴管吸取一定量展開劑，小心地注入大試管的底部，注意不要沾到試管壁。將橡膠塞和點(diǎn)有試樣的濾紙條慢慢伸入試管內(nèi)，使紙條末端浸入展開劑中約0.5 cm，注意不要讓試樣點(diǎn)接觸展開劑，塞緊橡膠塞，將大試管垂直靜置，等待展開劑展開。 (5)顯色反應(yīng)：用鑷子取下濾紙條，放在盛有濃氨水的試劑瓶瓶口上方，進(jìn)行氨熏。得到晾干清晰斑點(diǎn)，從上到下依次為紅棕色(Fe3＋)、深藍(lán)色(Cu2＋)。 3．Fe3＋和Cu2＋的顯色反應(yīng) 在層析法分離Fe3＋和Cu2＋的實驗中，層析操作后，濾紙未經(jīng)氨熏，可觀察到濾紙表面有藍(lán)色(或淺藍(lán)色)和棕黃色(或黃色)的斑痕。為使觀察效果更明顯，實驗中采用氨熏顯色。Fe3＋、Cu2＋分別與足量氨水反應(yīng)的離子方程式為 Fe3＋＋3NH3H2O===Fe(OH)3↓＋3NH、 Cu2＋＋4NH3H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O。 ———————實驗過程詳剖析 [器材與原理] 相關(guān)器材 大試管、濾紙、小刀、燒杯、量筒、玻璃棒、滴管、毛細(xì)管、橡膠塞、回形針、表面皿、鑷子、剪刀。 相關(guān)原理 (1)原理：本實驗的原理是將含有Cu2＋和Fe3＋的溶液涂在濾紙一端，并在這一端用丙酮作展開劑，在濾紙的毛細(xì)作用下，展開劑攜帶待分離的物質(zhì)沿濾紙纖維向上移動。由于Cu2＋和Fe3＋的移動速度不同，一段時間后，Cu2＋和Fe3＋距起點(diǎn)的距離會不同，從而達(dá)到分離的目的。Cu2＋和Fe3＋可用氨熏顯色。 (2)操作：本實驗包括裝置制作、試液準(zhǔn)備、點(diǎn)樣、配制展開劑、展開(層析)、顯色等紙層析法的基本操作技術(shù)，較完整地反映了紙層析法的操作流程。 [實驗與拓展] 實驗流程 (1)裁紙：以層析專用濾紙為好。若無層析濾紙，也可選取質(zhì)量均一、平整、紙紋一致的干凈濾紙代替。將濾紙裁成約1.5 cm20 cm的長方形。將濾紙條的一端彎折1 cm后，用彎成直角的大頭針橫向別住，以便濾紙條能掛在橡皮塞下面的鉤子上。 (2)點(diǎn)樣：點(diǎn)層析試樣是決定實驗?zāi)芊袢〉美硐胄Ч闹匾僮?。將飽和FeCl3和CuSO4混合液按1∶1的體積比配成溶液。用毛細(xì)管吸取樣品溶液，在離濾紙條一端2 cm處點(diǎn)一直徑為0.3～0.5 cm左右的斑點(diǎn)。注意斑點(diǎn)盡可能小。如果色斑顏色很淺，待溶液揮發(fā)后，在原處重復(fù)點(diǎn)樣。重復(fù)點(diǎn)樣3～5次后晾干備用。 (3)展開：另取一支試管，加入9 mL丙酮和1 mL 6 molL－1鹽酸，混合均勻，作為展開劑。將點(diǎn)過樣的濾紙條平整地懸掛在橡皮塞下的鉤子上，不可觸及試管內(nèi)壁；濾紙條下端浸入展開劑中約1 cm，試樣斑點(diǎn)必須在展開劑液面之上，塞緊橡皮塞。展開劑借助毛細(xì)作用逐漸向上移動，樣品中各組分因向上移動速度不同而隨之展開。若大試管太長，濾紙無法觸及展開劑液面，可用小燒杯代替大試管。用鐵絲橫穿過濾紙，架在燒杯上方。調(diào)節(jié)完濾紙高度后，蓋上培養(yǎng)皿形成氣室。 (4)顯色：FeCl3和CuSO4混合液經(jīng)展開后得到不同顏色的色斑。為使觀察效果更明顯，采用氨熏顯色。 (5)分離：若要將層析分離物質(zhì)提取出來，可將濾紙上的分離物質(zhì)的斑點(diǎn)剪下，浸于有關(guān)溶劑中，可提取紙上的層析物。 對點(diǎn)集訓(xùn) 1．下列關(guān)于紙層析的說法中不正確的是(　　) A．紙層析以濾紙作為惰性支持物 B．應(yīng)沿試管壁小心地將展開劑慢慢倒入試管底部 C．紙層析的實質(zhì)是試樣中的各組分在兩相之間產(chǎn)生不同分配 D．點(diǎn)樣后的濾紙需晾干后，才能將其浸入展開劑中 解析：選B　向試管中加入展開劑時，展開劑不能沾到試管壁，故B項錯誤。 2．油墨是由多種色素按一定比例混合而成，某同學(xué)欲用紙層析的方法將其主要色素分離開來，可用作展開劑的物質(zhì)是(　　) A．鹽酸　　　　　　　 B．酒精 C．NaOH溶液 D．丙酮＋鹽酸 解析：選D　紙層析中要求流動相溶劑對分離物質(zhì)應(yīng)有適當(dāng)?shù)娜芙舛取? 拓展實驗 菠菜的葉綠體中色素的提取和分離 1．實驗操作 (1)取材：選取葉片深綠色或墨綠色的菠菜，這種菠菜葉綠體含量相對較高。另外，為減少提取液中的水分，可將選擇好的材料去掉葉柄，放置一段時間，晾干到一定程度。 (2)葉片的研磨：研磨時，加入少量的石英砂，目的是加快研磨，促使細(xì)胞破裂；加入碳酸鈣是為了中和細(xì)胞液中的有機(jī)酸，防止色素被破壞；加入丙酮是為了提取研磨出來的葉綠體色素。研磨動作要迅速，以減少丙酮的揮發(fā)。 (3)提取液的過濾：當(dāng)材料研磨到呈綠色糊狀，將其倒入紗布(4層)中進(jìn)行過濾，即可得到提取液。 (4)點(diǎn)樣：用毛細(xì)管直接在濾紙上畫細(xì)線有時效果并不理想，此實驗可做如下改進(jìn)：滴1～2滴提取液在干凈的載玻片上，然后小范圍涂勻。將準(zhǔn)備好的濾紙條在距離濾紙條末端2 cm處對折，用折縫輕輕蘸一下載玻片上的提取液，風(fēng)干后重復(fù)幾次，就可以得到一條很好的樣線。 2．相關(guān)問題 中國的飲食講究“色香味”，顏色會影響消費(fèi)。小李同學(xué)擬研發(fā)“綠色”食用色素，他以生長很快的入侵植物水葫蘆為材料進(jìn)行如下實驗。 Ⅰ.提取葉綠素 ―→―→―→ Ⅱ.探究pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響 取一些葉綠素粗產(chǎn)品，配成一定濃度的溶液，于室溫(約25 ℃)下進(jìn)行實驗，方法和結(jié)果如下表。 實驗組號 葉綠素溶液(mL) 調(diào)pH至 處理 時間(min) 溶液顏色 ① 3.0 Y 10 綠色 ② 3.0 7.0 10 綠色 ③ 3.0 6.0 10 黃綠色 ④ 3.0 5.0 10 黃褐色 注：葉綠素被破壞后變成黃褐色。 根據(jù)所學(xué)知識和實驗結(jié)果，請回答： (1)提取食用葉綠素的X應(yīng)該為__________________，原因是_____________________________________________________。 (2)表中Y應(yīng)該為________，原因是_________________________________________。 (3)若用作食品色素，天然葉綠素色素不適用于______食品，否則________________________________________________________________________。 (4)小李想了解葉綠素粗產(chǎn)品中是否含有其他色素，請你提供檢測方法并寫出主要步驟。 解析：(1)綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑如無水乙醇中，所以，可以用無水乙醇或丙酮提取綠葉中的色素。(2)該實驗探究pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響，所以實驗變量為pH的大小，所以要設(shè)置一系列pH梯度，即pH為8.0、7.0、6.0、5.0。(3)通過對實驗結(jié)果的分析，在pH為6.0、5.0的酸性條件下葉綠素會分解，所以天然葉綠素不適用于酸性食品。(4)由于各種色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散得快；反之，則慢。所以，可用紙層析法將葉綠素粗產(chǎn)品中的色素進(jìn)行分離，以確定是否含有其他色素。 答案：(1)無水乙醇或丙酮　綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑如無水乙醇中 (2)8.0　pH梯度差為1.0，所以Y為8.0 (3)酸性　葉綠素分解，食品變?yōu)辄S綠色或黃褐色 (4)方法：用紙層析法將葉綠素粗產(chǎn)品中的色素進(jìn)行分離，以確定是否含有其他色素。 主要步驟：①制備濾紙條：將預(yù)先準(zhǔn)備的干燥濾紙條一端剪去兩個角使之呈梯形，在距該端1 cm處畫一鉛筆細(xì)線。 ②畫濾液細(xì)線：用毛細(xì)吸管吸取葉綠素粗產(chǎn)品，沿鉛筆線均勻地畫濾液細(xì)線。 ③紙層析法分離色素：將濾紙條畫有濾液細(xì)線的一端置于燒杯中的層析液中(不要將濾液細(xì)線浸沒在層析液中)。 ④觀察實驗結(jié)果。 ———————課后檢測與提能　 1．根據(jù)“相似相溶”原理，已知胡蘿卜素易溶于石油醚，則可推出其易溶于(　　) A．水　　　　　　　　　　 B．苯 C．酒精 D．甘油 解析：選B　極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑。因為胡蘿卜素易溶于石油醚，也易溶于非極性有機(jī)溶劑苯中。 2．從菠菜的葉綠體中提取色素時，沒有涉及的基本操作為(　　) A．過濾 B．分液 C．萃取 D．蒸餾 解析：選D　從菠菜的葉綠體中提取色素時，過程中涉及：菠菜研磨浸取、過濾、洗滌、干燥。洗滌中有分液、萃取。 3．在提取、分離菠菜中葉綠素、胡蘿卜素、葉黃素等色素的實驗中，要先用溶劑將菠菜中的色素溶取，下列溶劑中合適的是(　　) A．乙醇—蒸餾水 B．乙醇—石油醚 C．石油醚—蒸餾水 D．石油醚—苯 解析：選B　胡蘿卜素和葉綠素易溶于石油醚等非極性溶劑，在乙醇等極性溶劑中溶解度較??；葉黃素易溶于乙醇等極性溶劑，在石油醚等非極性溶劑中溶解度較??；石油醚與乙醇能混溶，因此，乙醇—石油醚混合溶劑是溶取菠菜中色素的最佳溶劑。 4．用紙層析法分離菠菜的葉綠體中的四種色素的正確順序應(yīng)該是(　　) A．進(jìn)行紙層析→制取濾液→在濾紙條上畫線→制取濾液→再畫線 B．制取濾液→進(jìn)行紙層析→在濾紙條上畫線→制取濾液→再畫線 C．將實驗材料剪碎、研磨→在濾紙條上畫線→制取濾液→進(jìn)行紙層析 D．將實驗材料剪碎、研磨→制取濾液→在濾紙條上畫線→進(jìn)行紙層析 解析：選D　根據(jù)實驗原理需要把實驗材料剪碎后加入二氧化硅、碳酸鈣研磨，同時還要加入丙酮使色素溶解，來提取各種色素，然后，過濾得到含色素的濾液。再在濾紙上畫線，進(jìn)行紙層析。 5．用有機(jī)溶劑提取菠菜中的色素所形成的色素石油醚溶液，要用干燥劑進(jìn)行干燥以后再用紙色譜法進(jìn)行色素分離。下列物質(zhì)中可用作干燥劑的是(　　) A．芒硝 B．無水硫酸鈉 C．藍(lán)礬 D．明礬 解析：選B　芒硝——Na2SO410H2O，無水硫酸鈉——Na2SO4，藍(lán)礬——CuSO45H2O，明礬——KAl(SO4)212H2O。它們當(dāng)中只有無水硫酸鈉有吸水性，可用作干燥劑。 6．在層析實驗中常要噴灑顯色劑，其作用是(　　) A．使試樣中的各組分能更好地分離 B．使試樣溶液呈現(xiàn)一定的顏色，有利于點(diǎn)樣觀察 C．使分離后的各組分呈現(xiàn)一定的顏色，便于觀察 D．使分離后的各組分分布在濾紙的不同部位 解析：選C　噴灑顯色劑主要是讓分離后的各組分呈現(xiàn)不同顏色。如果分離的物質(zhì)是有色的，則不需噴顯色劑。 7．下列有關(guān)紙層析法實驗的說法正確的是(　　) A．濾紙作為固定相，濾紙上吸附的水作為流動相 B．濾紙作為惰性支持物，濾紙上吸附的水作為流動相 C．濾紙上吸附的水作為固定相，不溶于水的有機(jī)溶劑作為流動相 D．濾紙上吸附的水作為流動相，不溶于水的有機(jī)溶劑作為固定相 解析：選C　紙層析以濾紙作為惰性支持物，濾紙上吸附的水作為固定相，通常把不與水混溶的有機(jī)溶劑制作為流動相。 8．某同學(xué)做“葉綠體中色素的提取和分離”實驗時，操作情況如下所述，結(jié)果實驗失敗，請指出其錯誤所在。 (1)將5 g新鮮完整的菠菜葉放在研缽中，加入丙酮、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨。 (2)用毛細(xì)管吸取少量濾液，沿鉛筆線處小心均勻地畫出一條濾液細(xì)線，并連續(xù)迅速地重復(fù)畫2～3次。 (3)把畫好細(xì)線的濾紙條插入層析液中，并不斷搖動，以求加快色素在濾紙條上的擴(kuò)散速度。 答案：(1)未除去粗葉脈及將葉片剪碎，降低了葉綠素的提取率 (2)上一次濾液細(xì)線未干燥，即進(jìn)行下一次畫線，濾紙條被劃斷，色素分子不能再沿濾紙條向上擴(kuò)散 (3)由于搖動，層析液接觸濾液線，溶解了色素 9．鐵是人體必需的微量元素，治療缺鐵性貧血的常見方法是服用補(bǔ)鐵藥物?！八倭Ψ啤?主要成分：琥珀酸亞鐵，呈暗黃色)是市場上一種常見的補(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“速力菲”藥片中Fe2＋的存在，設(shè)計并進(jìn)行了如下實驗： (1)試劑Ⅰ是________________。 (2)加入KSCN溶液后，在未加新制氯水的情況下，溶液中也產(chǎn)生了紅色，其可能的原因是______________________________________________________________________。 (3)在實驗中發(fā)現(xiàn)放置一段時間，溶液的顏色會逐漸褪去。為了進(jìn)一步探究溶液褪色的原因，甲、乙、丙三位同學(xué)首先進(jìn)行了猜想： 編號 猜想 甲 溶液中的＋3價Fe又被還原為＋2價Fe 乙 溶液中的SCN－被過量的氯水氧化 丙 新制的氯水具有漂白性，將該溶液漂白 基于乙同學(xué)的猜想，請設(shè)計實驗方案，驗證乙同學(xué)的猜想是否正確。寫出有關(guān)的實驗操作、預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論。(不一定填滿，也可以補(bǔ)充) 編號 實驗操作 預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論 ① ② ③ 解析：(1)由題給信息——該藥品不溶于水但能溶于人體中的胃酸，可知試劑Ⅰ為稀鹽酸(或稀硫酸)；(2)未加入新制氯水而溶液變紅，說明藥品中的Fe2＋部分被氧化為Fe3＋；(3)溶液變紅的原因是Fe3＋與SCN－生成了絡(luò)合物，如果乙同學(xué)的猜想正確，則再加入KSCN溶液后，溶液應(yīng)該變紅。 答案：(1)稀鹽酸(或稀硫酸) (2)少量的Fe2＋被空氣中氧氣氧化成Fe3＋ (3) 編號 實驗操作 預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論 ① 取少量褪色后溶液，加入KSCN溶液 如果溶液變紅色，說明乙同學(xué)的猜想是合理的；如果溶液不變紅色，說明乙同學(xué)的猜想是不合理的 ② 取少量褪色后溶液，加入FeCl3溶液 如果溶液仍不變紅色，說明乙同學(xué)的猜想是合理的；如果溶液變紅色，說明乙同學(xué)的猜想是不合理的