化學(xué)與健康（補(bǔ)鐵劑與維生素C）聯(lián)系試題一、補(bǔ)鐵劑中鐵元素的價(jià)態(tài)分析與檢驗(yàn)補(bǔ)鐵劑是預(yù)防和治療缺鐵性貧血的常用藥物，其有效成分多為二價(jià)鐵（Fe2?）化合物，如硫酸亞鐵、琥珀酸亞鐵等。Fe2?具有較強(qiáng)的還原性，易被空氣中的氧氣氧化為三價(jià)鐵（Fe3?），而Fe3?在人體內(nèi)的吸收效率顯著低于Fe2?，因此補(bǔ)鐵劑的穩(wěn)定性和吸收效率是其發(fā)揮藥效的關(guān)鍵。例題1：某補(bǔ)鐵劑說(shuō)明書(shū)中標(biāo)注其主要成分為“富馬酸亞鐵”，請(qǐng)回答以下問(wèn)題：（1）富馬酸亞鐵中鐵元素的化合價(jià)為_(kāi)_____，判斷依據(jù)是______。（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該補(bǔ)鐵劑中是否含有Fe3?：取少量補(bǔ)鐵劑粉末，用稀鹽酸溶解后，向溶液中滴加KSCN溶液。若溶液______，則證明含有Fe3?；若溶液______，則證明不含F(xiàn)e3?。解析：（1）富馬酸亞鐵的化學(xué)式為C?H?FeO?，其中C、H、O的化合價(jià)分別為+4、+1、-2，根據(jù)化合物中各元素化合價(jià)代數(shù)和為零，可計(jì)算出Fe的化合價(jià)為+2。（2）Fe3?與SCN?反應(yīng)生成紅色配合物Fe(SCN)?，這是檢驗(yàn)Fe3?的特征反應(yīng)。若溶液變紅，說(shuō)明存在Fe3?；若不變紅，則不含F(xiàn)e3?。拓展實(shí)驗(yàn)：若補(bǔ)鐵劑溶解后直接滴加KSCN溶液出現(xiàn)淺紅色，可能的原因是Fe2?在溶解過(guò)程中被空氣中的氧氣部分氧化：4Fe2?+O?+4H?=4Fe3?+2H?O。為避免這一干擾，實(shí)驗(yàn)時(shí)需將溶解過(guò)程在隔絕空氣的條件下進(jìn)行（如加入少量鐵粉或通入氮?dú)猓６?、維生素C的還原性與補(bǔ)鐵劑的協(xié)同作用維生素C（化學(xué)式C?H?O?）是一種水溶性維生素，分子中含有多個(gè)羥基和烯二醇結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)還原性。當(dāng)補(bǔ)鐵劑與維生素C同時(shí)服用時(shí)，維生素C可優(yōu)先與氧化劑（如氧氣、H?O?等）反應(yīng)，從而保護(hù)Fe2?不被氧化，提高其吸收率。例題2：將FeSO?溶液暴露在空氣中，溶液顏色逐漸由淺綠色變?yōu)樽攸S色，若向其中加入維生素C溶液，棕黃色又會(huì)褪去。請(qǐng)用化學(xué)方程式解釋這一現(xiàn)象，并分析維生素C在該過(guò)程中的作用。解析：FeSO?溶液在空氣中被氧化的反應(yīng)為：12FeSO?+3O?+6H?O=4Fe?(SO?)?+4Fe(OH)?↓，生成的Fe3?使溶液呈棕黃色。加入維生素C后，其還原性基團(tuán)（-OH）被氧化為羰基（-C=O），同時(shí)將Fe3?還原為Fe2?：2Fe3?+C?H?O?=2Fe2?+C?H?O?+2H?。維生素C在此過(guò)程中作還原劑，體現(xiàn)了其抗氧化性。例題3：某研究小組為探究維生素C對(duì)補(bǔ)鐵劑穩(wěn)定性的影響，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)①：取2mLFeCl?溶液，加入幾滴KSCN溶液，無(wú)明顯現(xiàn)象；再滴加5滴3%H?O?溶液，溶液變?yōu)榧t色。實(shí)驗(yàn)②：取2mLFeCl?溶液，加入0.1g維生素C粉末，振蕩溶解后，加入幾滴KSCN溶液，無(wú)明顯現(xiàn)象；再滴加5滴3%H?O?溶液，溶液仍無(wú)明顯變化。（1）實(shí)驗(yàn)①中H?O?的作用是______，反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_____。（2）實(shí)驗(yàn)②中溶液不變紅的原因是______，由此可得出的結(jié)論是______。解析：（1）H?O?具有強(qiáng)氧化性，可將Fe2?氧化為Fe3?：2Fe2?+H?O?+2H?=2Fe3?+2H?O，F(xiàn)e3?與SCN?結(jié)合生成紅色的Fe(SCN)?。（2）維生素C的還原性強(qiáng)于Fe2?，優(yōu)先與H?O?反應(yīng)，導(dǎo)致H?O?無(wú)法氧化Fe2?，因此溶液不變紅。結(jié)論：維生素C可有效防止Fe2?被氧化，提高補(bǔ)鐵劑的穩(wěn)定性。三、配合物形成對(duì)鐵離子檢驗(yàn)的影響Fe2?和Fe3?能與多種配體形成配合物，這些配合物的顏色和穩(wěn)定性差異可用于鐵離子的定性和定量分析。例如，F(xiàn)e3?與SCN?形成血紅色的Fe(SCN)?，與EDTA形成穩(wěn)定的黃色螯合物；Fe2?與鄰二氮菲（phen）形成橙紅色的[Fe(phen)?]2?配合物，該反應(yīng)常用于Fe2?的定量檢測(cè)。例題4：某補(bǔ)鐵劑樣品溶解后，溶液中可能含有Fe2?和Fe3?。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證溶液中是否同時(shí)存在Fe2?和Fe3?，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象和結(jié)論。實(shí)驗(yàn)方案：檢驗(yàn)Fe3?：取少量溶液于試管中，滴加2滴KSCN溶液，若溶液變?yōu)榧t色，證明存在Fe3?；若不變紅，證明無(wú)Fe3?。檢驗(yàn)Fe2?：另取少量溶液于試管中，滴加5滴鄰二氮菲溶液，若溶液變?yōu)槌燃t色，證明存在Fe2?；若不變色，證明無(wú)Fe2?。注意事項(xiàng)：若溶液中同時(shí)存在Fe3?和Fe2?，需注意Fe3?對(duì)Fe2?檢驗(yàn)的干擾。例如，用K?[Fe(CN)?]（鐵氰化鉀）檢驗(yàn)Fe2?時(shí)，F(xiàn)e3?會(huì)與K?[Fe(CN)?]反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀，但Fe2?與K?[Fe(CN)?]反應(yīng)生成的滕氏藍(lán)沉淀顏色更深，可通過(guò)顏色差異區(qū)分。例題5：在Fe3?與SCN?的顯色反應(yīng)中，溶液的pH對(duì)反應(yīng)有顯著影響。某實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液pH>3時(shí)，滴加KSCN溶液后無(wú)明顯紅色；當(dāng)pH<3時(shí)，溶液變?yōu)榧t色。請(qǐng)解釋這一現(xiàn)象，并寫(xiě)出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式。解析：Fe3?在水溶液中易發(fā)生水解：Fe3?+3H?O?Fe(OH)?+3H?。當(dāng)溶液pH>3時(shí)，水解平衡正向移動(dòng)，生成大量Fe(OH)?膠體或沉淀，SCN?無(wú)法與Fe3?結(jié)合；當(dāng)pH<3時(shí)，H?濃度增大，抑制Fe3?水解，SCN?與Fe3?結(jié)合生成紅色的Fe(SCN)?：Fe3?+3SCN??Fe(SCN)?。因此，檢驗(yàn)Fe3?需在酸性條件下進(jìn)行。四、實(shí)際應(yīng)用與生活中的化學(xué)問(wèn)題補(bǔ)鐵劑與維生素C的協(xié)同作用在日常生活中具有重要意義。例如，醫(yī)生常建議服用補(bǔ)鐵劑時(shí)同時(shí)攝入富含維生素C的食物（如橙子、獼猴桃等），以提高鐵的吸收率。以下例題結(jié)合生活場(chǎng)景，考查對(duì)化學(xué)原理的理解和應(yīng)用。例題6：小明的媽媽患有缺鐵性貧血，醫(yī)生開(kāi)了琥珀酸亞鐵片，并囑咐“飯后服用，同時(shí)配合服用維生素C片”。請(qǐng)回答：（1）“飯后服用”的目的是______，原因是______。（2）若小明的媽媽誤將補(bǔ)鐵劑與茶水同服，會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)鐵效果下降，原因是______。解析：（1）飯后服用可減少補(bǔ)鐵劑對(duì)胃腸道的刺激。Fe2?易與胃酸（主要成分為HCl）反應(yīng)生成FeCl?，促進(jìn)吸收，但空腹時(shí)胃酸濃度過(guò)高可能引發(fā)惡心、嘔吐等不適，飯后服用可緩沖胃酸濃度。（2）茶水中含有鞣酸，鞣酸與Fe2?結(jié)合生成難溶性的鞣酸亞鐵沉淀，降低Fe2?的吸收率。例題7：某品牌補(bǔ)鐵劑的說(shuō)明書(shū)如下：【主要成分】富馬酸亞鐵（C?H?FeO?）、維生素C（C?H?O?）【用法用量】口服，成人一次0.2g，一日3次，飯后服用。（1）計(jì)算每片補(bǔ)鐵劑中含鐵元素的質(zhì)量（假設(shè)每片含富馬酸亞鐵0.2g）。（2）若某成人每日服用3片該補(bǔ)鐵劑，同時(shí)攝入200mg維生素C，已知維生素C與Fe2?的物質(zhì)的量之比為1:2時(shí)抗氧化效果最佳，判斷每日攝入的維生素C是否足量，并寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程。解析：（1）富馬酸亞鐵的摩爾質(zhì)量為170g/mol，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56/170×100%≈32.9%，每片含鐵元素質(zhì)量為0.2g×32.9%≈0.0658g=65.8mg。（2）每日服用3片補(bǔ)鐵劑，含F(xiàn)e2?的物質(zhì)的量為（0.2g×3）/170g/mol≈0.00353mol。維生素C的物質(zhì)的量為0.2g/176g/mol≈0.00113mol。維生素C與Fe2?的物質(zhì)的量之比為0.00113:0.00353≈1:3.12，小于1:2，因此維生素C攝入不足。五、綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究例題8：某研究性學(xué)習(xí)小組擬探究某品牌補(bǔ)鐵劑中Fe2?的氧化率（被氧化的Fe2?占總Fe2?的百分比），設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)原理：用稀硫酸溶解補(bǔ)鐵劑，將Fe2?和Fe3?全部轉(zhuǎn)化為離子形式。加入過(guò)量KI溶液，F(xiàn)e3?將I?氧化為I?：2Fe3?+2I?=2Fe2?+I?。用淀粉作指示劑，用0.01mol/LNa?S?O?標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定I?：I?+2S?O?2?=2I?+S?O?2?。根據(jù)Na?S?O?溶液的用量計(jì)算Fe3?的含量，進(jìn)而求出氧化率。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）稱(chēng)取1.00g補(bǔ)鐵劑粉末，加入50mL1mol/LH?SO?溶液，振蕩溶解，過(guò)濾除去不溶性雜質(zhì)，得到濾液A。（2）取25.00mL濾液A于錐形瓶中，加入10mL0.1mol/LKI溶液，搖勻后放置5分鐘。（3）用0.01mol/LNa?S?O?標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈淺黃色時(shí)，加入2滴淀粉溶液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色褪去，記錄消耗Na?S?O?溶液的體積為12.00mL。問(wèn)題與計(jì)算：（1）步驟（2）中“放置5分鐘”的目的是______。（2）計(jì)算該補(bǔ)鐵劑中Fe2?的氧化率（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，假設(shè)補(bǔ)鐵劑中Fe元素全部以Fe2?和Fe3?形式存在）。解析：（1）確保Fe3?與I?充分反應(yīng)，避免因反應(yīng)不完全導(dǎo)致誤差。（2）根據(jù)反應(yīng)關(guān)系：Fe3?I?2S?O?2?，n(Fe3?)=n(S?O?2?)/2=（0.01mol/L×0.012L）/2=6×10??mol。25mL濾液中Fe3?的物質(zhì)的量為6×10??mol，100mL濾液中Fe3?的總物質(zhì)的量為6×10??mol×4=2.4×10??mol。補(bǔ)鐵劑中Fe元素的總物質(zhì)的量為1.00g×（56/170）/56g/mol≈5.88×10?3mol。氧化率=（2.4×10??mol/5.88×10?3mol）×100%≈4.08%。六、氧化還原反應(yīng)的定量分析補(bǔ)鐵劑與維生素C的相互作用本質(zhì)上是氧化還原反應(yīng)，其反應(yīng)程度可通過(guò)電子轉(zhuǎn)移守恒進(jìn)行定量計(jì)算。例題9：已知維生素C（C?H?O?）被氧化為脫氫維生素C（C?H?O?）時(shí)，每個(gè)分子失去2個(gè)電子。Fe3?被還原為Fe2?時(shí)，每個(gè)離子得到1個(gè)電子。計(jì)算1mol維生素C最多可還原多少molFe3?，并寫(xiě)出配平的離子方程式。解析：維生素C失去2個(gè)電子，F(xiàn)e3?得到1個(gè)電子，根據(jù)電子守恒，1mol維生素C可還原2molFe3?。離子方程式為：C?H?O?+2Fe3?=C?H?O?+2Fe2?+2H?。例題10：在酸性條件下，KMnO?可將Fe2?氧化為Fe3?，自身被還原為Mn2?。某同學(xué)用0.02mol/LKMnO?溶液滴定20mLFeSO?溶液，消耗KMnO?溶液15mL。若向該FeSO?溶液中加入足量維生素C，再用相同濃度的KMnO?溶液滴定，消耗KMnO?溶液5mL。計(jì)算原FeSO?溶液中Fe2?被氧化的百分率。解析：未加維生素C時(shí)，反應(yīng)為：MnO??+5Fe2?+8H?=Mn2?+5Fe3?+4H?O，n(Fe2?總)=5n(KMnO?)=5×0.02mol/L×0.015L=0.0015mol。加入維生素C后，維生素C將部分Fe3?還原為Fe2?，此時(shí)滴定消耗的KMnO?對(duì)應(yīng)剩余的Fe2?：n(Fe2?剩余)=5×0.02mol/L×0.005L=0.0005mol。被氧化的Fe2?的物質(zhì)的量=0.0015mol-0.0005mol=0.001mol，氧化率=（0.001mol/0.0015mol）×100%≈66.7%。七、化學(xué)原理在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用醫(yī)院常用血清鐵檢測(cè)來(lái)診斷缺鐵性貧血，其原理是利用Fe3?與顯色劑的配合反應(yīng)。例如，F(xiàn)e3?與亞鐵嗪（C??H?N?O?S?）反應(yīng)生成穩(wěn)定的紅色配合物，通過(guò)吸光度法可定量測(cè)定Fe3?濃度。例題11：某醫(yī)院對(duì)某患者血清鐵含量進(jìn)行檢測(cè)，步驟如下：取1mL血清，加入還原劑將Fe3?還原為Fe2?。加入亞鐵嗪顯色劑，生成紅色配合物，定容至10mL。用分光光度計(jì)在562nm波長(zhǎng)下測(cè)得吸光度為0.35，已知該配合物的摩爾吸光系數(shù)ε=2.5×10?L/(mol·cm)，比色皿厚度b=1cm。（1）還原Fe3?時(shí)最適宜選用的還原劑是______（填“維生素C”或“鐵粉”），理由是______。（2）計(jì)算該患者血清中鐵元素的濃度（mg/L），寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程（M(Fe)=56g/mol）。解析：（1）維生素C。鐵粉會(huì)引入過(guò)量Fe2?，干擾檢測(cè)；維生素C還原后生成的產(chǎn)物對(duì)檢測(cè)無(wú)影響。（2）根據(jù)朗伯-比爾定律：A=εbc，c=